5. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ НА СТОРОНЕ 0,4 кВ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВОЗДУШНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"

Назначение и основные элементы автоматических воздушных выключателей (автоматов). Автомати­ческие воздушные выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей до 1000 В при токах КЗ и перегрузках, а также для отключения и включения токов нагрузки оперативным персоналом. Кроме того, эти аппараты широко ис­пользуются для выполнения устройства автоматиче­ского включения резерва — АВР на двухтрансформаторных подстанциях и на распределительных щитах с двумя вводами, где схема АВР дает команду на от­ключение рабочего и включение секционного или дру­гого резервного автоматического выключателя, нор­мально находящегося в отключенном положении.

В каждом автоматическом выключателе преду­сматривается один или несколько так называемых расцепи теле и — устройств, воздействующих на его отключение или включение. По принципу дейст­вия, способу выявления аварийной ситуации и назна­чению различают расцепители электромагнитные, теп­ловые, полупроводниковые, минимального напряже­ния, независимые и др.

Электромагнитные расцепители используются для отключения автомата при КЗ и представляют собой максимальные токовые электромагнитные первичные реле прямого действия, которые включаются в каж­дую из трех фаз защищаемого элемента. Электромаг­нитные расцепители могут осуществлять мгновенное отключение автомата (его тогда называют неселек­тивным) или действовать на встроенный орган вы­держки времени, который создает замедление в от­ключении автомата на 0,25, или 0,4, или 0,6 с; такие автоматы называются селективными и используются в электроустановках до 1000 В, где последовательно может быть включено несколько участков, защищае­мых автоматическими выключателями. Таким обра­зом, время срабатывания самого электромагнитного расцепителя не зависит от тока и по аналогии с мгно­венно действующей релейной защитой электромагнит­ный расцепитель называют также отсечкой. Основным назначением отсечки является отключение междуфаз­ных КЗ, но в ответственных электроустановках стре­мятся обеспечить быстрое отключение также и одно­фазных КЗ на землю, что мол-сет достигаться путем увеличения токов при этом виде КЗ (например, уста­новкой трансформаторов со схемой соединения об­моток ∆/Y или Y/Y, см. § 3), а также использо­ванием специальных расцепителей или реле в нулевом проводе, которые могут быть настроены на значительно меньшие токи срабатывания, чем электромаг­нитные расцепители.

На трансформаторах с выключателями на стороне 10 кВ, где все устройства релейной защиты могут воздействовать на отключение также и автоматиче­ского выключателя 0,4 кВ (§ 8, рис. 19), электромаг­нитные расцепители не используются, а автомат от­ключается с помощью независимого расцепителя (электромагнита отключения).

Независимый расцепитель предназначается глав­ным образом для дистанционного отключения авто­мата. Катушка этого расцепителя рассчитана на но­минальное напряжение переменного или постоянного оперативного тока, принятого на защищаемой под­станции. Независимый расцепитель используется на подстанциях, где со стороны 10 кВ трансформатор защищается плавкими предохранителями (рис. 11, а), для отключения автоматического выключателя 0,4 кВ от дополнительных устройств релейной защиты: га­зовой ГЗ (если имеется газовое реле, § 10) и* спе­циальной токовой защиты нулевой последовательно­сти СТЗНП на стороне 0,4 кВ (§ 9).

Независимые расцепители используются и при вы­полнении на двухтрансформаторной подстанции устройства АВР (рис. 11,6), которое при длительном исчезновении напряжения на источнике А (или Б) от­ключает автоматический выключатель АВ\ (или АВ₂) и затем включает секционный автомат ABC

 

Рис. 11. Схемы трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, на которых используются автоматические воздушные выключатели (автоматы) АВ с независимым расцепителем HP: a — однотрансформаторная; б — двухтрансформаторная подстанция с устрой­ством автоматического включения резерва АВР на секционном автомате ABC

 

В автоматических выключателях могут устанавливаться также тепловые или полупроводниковые рас­цепители, имеющие обратно зависимую от тока ха­рактеристику выдержки времени и предназначенные для защиты электрооборудования от токов перегруз­ки и удаленных КЗ.

Тепловой расцепитель представляет собой биме­таллическую пластину, т. е. пластину из двух метал­лов с разными температурными коэффициентами рас­ширения. При нагревании такая пластина изгибается и своим свободным (незакрепленным) концом воз­действует на механизм свободного расцепления авто­матического выключателя, вызывая его отключение. Зависимость времени срабатывания теплового расце­пителя от проходящего через защищаемую цепь электрического тока имеет примерно такой же вид, что и времятоковые характеристики плавких предохрани­телей (рис. 7, б и 8, б, в). Тепловой расцепитель рассчи­тан на прохождение тока, равного его номинальному току /ном. т в течение сколько угодно большого време­ни. Расцепитель срабатывает, если ток в защищаемой цепи превышает его номинальное значение на 20— 35%, но при этом время срабатывания очень велико (минуты), что и является первым принципиальным недостатком теплового расцепителя. Другим недостат­ком является большое влияние изменения темпера­туры окружающей среды на точность работы тепло­вого расцепителя по току и по времени. Из-за этих недостатков тепловые расцепители, как правило, ис­пользуются совместно с электромагнитными. Такие расцепители называются комбинированными. В со­временных выключателях (серии А-3700, ВА) уста­навливаются регулируемые полупроводниковые ком­бинированные расцепители, которые имеют обратно зависимую от тока времятоковую характеристику для защиты от перегрузки и быстродействующую за­щиту (отсечку) от токов КЗ, причем для быстрого и надежного отключения однофазных КЗ в выключа­теле серии ВА имеется специальный блок, реагирую­щий на ток в нулевом проводе и настраиваемый на номинальный ток расцепителя, т. е. значительно бо­лее чувствительный, чем фазные расцепители.

Условные обозначения автоматических выключа­телей начинаются с букв А (автомат) или ВА (вы­ключатель автоматический), Далее ряд букв и цифр мер, буква С показывает, что выключатель селектив­ный (имеется регулируемая выдержка времени). мер, буква С показывает, что выключатель селектив­ный (имеется регулируемая выдержка времени).

Выбор автоматических выключателей. Как ком­мутационный аппарат, предназначенный для отклю­чения токов КЗ, автоматический выключатель выби­рается по максимальному значению тока КЗ в месте его установки, т. е. при металлическом трехфазном КЗ. В связи с малой вероятностью металлических КЗ (§ 8) при выборе автоматов отходящих линий 0,4 кВ в ряде случаев учитывается меньшее значение тока КЗ через переходное сопротивление до 15 мОм. Но для вводных и секционных автоматических вы­ключателей трансформаторных подстанций (рис. 11) такое допущение не принимается, и их коммутацион­ная способность, электродинамическая и термическая стойкость должны соответствовать максимальному току КЗ. Как защитный аппарат автоматический вы­ключатель не должен срабатывать при номинальных токах и допустимых перегрузках, должен селективно и с достаточной чувствительностью отключать все виды КЗ, причем с минимальным временем. При не­допустимых перегрузках защищаемого элемента авто­мат должен отключаться раньше, чем произойдет по­вреждение защищаемое элемента.

Условия и примеры выбора автоматических вы­ключателей до 1000 В рассмотрены в работе [7]. На стандартных подстанциях 10/0,4 кВ с трансформато­рами мощностью 0,25; 0,4 и 0,63MB-А, где автомати­ческие выключатели используются как коммутацион­ные и защитные аппараты, применяются следующие типы автоматов. На однотрансформаторных под­станциях на вводе 0,4 кВ могут устанавливаться авто­маты серий А-3100 или А-3700 (автоматы серии А-3100 сейчас не выпускаются) с комбинированными расцепителями. Электромагнитные расцепители срабатывают с временем около 0,1 с. На двухтрансформаторных подстанциях (рис. 11,6) на вводах трансформато­ров и на секционном выключателе ABCустанавли­ваются селективные автоматы серий АВМ, «Электрон» или ВА.

Номинальный ток автоматического выключателя выбирается по номинальному току защищаемого трансформатора с учетом его допустимой длительной перегрузки при отключении одного из двух трансформаторов и включении секционного автомата. Напри­мер, на типовой подстанции с двумя трансформато­рами мощностью 0,25 МВ-А каждый (2X250 кВ-А) могут быть установлены автомагические выключатели типа АВМ-ЮС с номинальным током 600 А (при но­минальном токе трансформатора 360 А). На подстан­ции мощностью 2X400 кВ-А — АВМ-ЮС с номиналь­ным током 800 А (при номинальном токе трансфор­матора 580 А). На подстанции мощностью 2Х Х630 кВ-А —АВМ-15С с номинальным током 1200 или 1500 А (при номинальном токе трансформатора 910 А). Номинальные токи теплового расцепителя (защита от перегрузки) имеют значения, примерно равные номинальному току автомата. Кратность тока срабатывания независимого расцепителя (электро­магнитного), осуществляющего защиту трансформа­тора от КЗ, выбирается из условия несрабатывания автомата при токах самозапуска нагрузки, не мень­ших, чем 7—10 от номинального тока теплового рас­цепителя.

Электромагнитный или ему подобный полупровод­никовый независимый расцепитель должен надежно, с достаточной чувствительностью реагировать на все виды КЗ на шинах основного щита 0,4 кВ подстан­ции (точка К1 на рис. 12, а), а также на вторичных сборках с целью дальнего резервирования КЗ (точки K2 и К3). Сопротивления электрической дуги 15 мОм и с учетом сопротивления питающей энергосистемы (Xc=0.1*Xтр табл. 4) и равном 10 кА, время срабатывания тех же предохранителей ПКТ-10 составляет около 1 с, что обеспечивает селективность между всеми защитными аппаратами (рис. 12,6).

 

Рис.   12. Схема двухтрансформаторной подстанции   10/0,4 кВ   (а и   карта селективности   (б)   с   времятоковыми   характеристиками плавких предохранителей ВН типа ПКТ-10 и автоматических вы­ключателей 0,4 кВ (АВ1— АВ₅)