7. ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА НА ТРАНСФОРМАТОРАХ

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

Принцип действия и область применения отсечки. Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. В зону действия отсечки на понижающих трансформаторах входит часть обмотки и выводы со стороны ВН, где включены реле отсечки ТО (рис. 17). При КЗ за трансформатором (точка К1) отсечка не действует благодаря отстройке ее тока срабатывания от максимального значения тока при КЗ в этой точке. Поэтому отсечка не чувствует КЗ также на отходящих линиях НН (точка K₂) и может выпол­няться без выдержки времени.

Быстродействие является главным достоинством отсечки, так как быстрое отключение уменьшает раз­меры повреждения трансформатора, обеспечивает продолжение нормальной работы электродвигателей и другой нагрузки, подключенных к тому же питаю­щему источнику (Т2, m1, M₂), и, кроме того, позво­ляет иметь небольшую выдержку времени на последующей максимальной токовой защите питающего трансформатора 110/10 кВ или питающей линии 10 кВ (МТЗ на рис. 17).

 

Рис. 17. Схема подстанции   10 кВ, поясняющая зоны несрабаты­вания (точки K1 и K2) и срабатывания (K3) токовой отсечки ТО на трансформатореТ1.
При использовании совре­менных электронных реле времени допускается уста­навливать выдержку времени на последующей мак­симальной токовой защите от 0,3 до 0,4 с. Недостат­ком токовой отсечки является ограниченная зона действия, в связи с чем отсечка устанавливается как дополнение к максимальной токовой защите транс­форматора (§ 8). При выполнении дифференциальной защиты трансформатора (§ 11) отсечка не устанав­ливается.

Схемы выполнения, типы реле и расчет тока сра­батывания. Правильная (селективная) работа токо­вой отсечки обеспечивается выбором тока срабатыва­ния по условию

где Iк.мах.вн — максимальное значение тока трехфаз­ного КЗ за трансформатором, т. е. вне зоны дей­ствия отсечки, приведенного к стороне ВН, где уста­новлена отсечка, А; kн — коэффициент надежности, значения которого зависят от типа применяемых то­ковых реле: 1,3 — 1,4 — для реле типа РТ-40 и при­мерно 1,6 — для реле РТ-80 (ИТ-80) и РТМ.

Ток Iк.мах.вн. определяется в точке K1 (рис. 17) при максимальном режиме питающей энергосистемы, когда ее сопротивление имеет минимально возможное значение (§ 3). При выборе тока срабатывания от­сечки по выражению (21) обеспечивается также ее несрабатывание (отстройка) при бросках тока на­магничивания, возникающих при включениях транс­форматора под напряжением со стороны 10 кВ.

Ток срабатывания токовых реле отсечки (уставка) определяется по выражению, общему для всех вто­ричных токовых реле, т. е. реле, включенных через трансформаторы тока:

где Iс. о — первичный ток срабатывания отсечки, вы­бранный по условию (21); п_т. _т — коэффициент транс­формации трансформаторов тока ТТ на стороне ВН трансформатора; kсх — коэффициент схемы при сим­метричном режиме, показывающий, во сколько раз ток в реле защиты (отсечки) больше, чем вторичный ток трансформаторов тока

Рис. 18. Схемы включения максимальных реле тока токовой от­сечки трансформаторов

Для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду к_сх = 1 для всех видов КЗ (рис. 18, а). Для схемы соединения трансформаторов тока на разность токов двух фаз (рис. 18,6) при симметричном нагрузочном режиме и при трехфазном КЗ kсх = √з , но для двухфазных КЗ А — В и В —С значение k_сх = 1. Из сравнения этих схем видно, что при одинаковых значениях I_с. ₀ и п_т. _т ток срабатыва­ния (уставка) токовых реле в схеме рис. 18,6 по ус­ловию (22) получится в 1,73 раза большим, чем для схемы рис. 18, а. Это имеет большое значение при оценке чувствительности, которая осуществляется с помощью так называемого коэффициента чувстви­тельности:

 

где Iр.min — минимальное значение тока в реле при металлическом двухфазном КЗ на выводах ВН защи­щаемого трансформатора (точка K на рис. 18), А; Iс.р.— ток срабатывания реле (уставка), вычислен­ный по условию (22).

Значение kч. по «Правилам» [1] должно быть равно примерно 2.

Для схемы на рис. 18, а при всех вариантах двухфазного КЗ и для схемы на рис. 18,6 при КЗ между фазами А и В, В и С k_сх = 1 и, следовательно,

 

где Iк.min. — минимальное значение первичного тока при трехфазном КЗ на выводах ВН защищаемого трансформатора, вычисленное при наибольшем со­противлении питающей системы.

Но несмотря на то, что значения токов в реле от­сечки при этих видах КЗ для схем на рис. 18, а и б одинаковы, коэффициент чувствительности суще­ственно, в 1,73 раза, выше для схемы 18, а, так как при прочих равных условиях ток срабатывания реле этой схемы в 1,73 меньше, чем у реле схемы 18,6.

Например, I_со=1000А; Ik.min. = 2500 А: п_тт = = 100/5 = 20. По выражению (24) ток в реле при двухфазных КЗ

 

Ток срабатывания реле (уставки) для схемы на рис. 18, а Ic.р.. = 1000*1/20 = 50 А, а для схемы на рис. 18,6 —Iс.р.= 1000*1,73/20 = 86,5 А, т. е. в 1,73 раза выше.

Коэффициент чувствительности, вычисленный по выражению (23), для схемы на рис. 18, а к_ч = 108/50 = 2,16, а для схемы на рис. 18,6 — kч = 108/86,5=1,25, т. е. в 1,73 раза меньше и, кроме того, значительно ниже, чем требуют «Правила» [1]. Поэтому схема включения реле на разность то­ков двух фаз (рис. 18,6) для защиты трансформато­ров не применяется.

Для стандартной схемы соединения трансформа­торов тока (неполная звезда — рис. 18, а) с учетом того, что значения коэффициента схемы при всех ви­дах КЗ равны 1, можно вычислить коэффициент чув­ствительности по первичным токам:

 

Однако это выражение справедливо лишь в тех случаях, когда расчетная проверка трансформаторов тока показывает, что их полная (и токовая) погреш­ность при токе КЗ, несколько превышающем первич­ный ток срабатывания отсечки, не более 10%. Если же токовая погрешность оказывается более 10%, что вынужденно допускается, например, при использова­нии реле прямого действия (РТМ, РТВ), то проверку чувствительности отсечки следует производить по выражению (23), для которого вторичный ток Iр.min. должен вычисляться по выражению, аналогичному (24), но с учетом действительного расчетного значе­ния токовой погрешности. В рассмотренном выше примере, при токовой погрешности трансформаторов тока, например, равной 30%, коэффициент чувстви­тельности уменьшится до 1,5, а при 50 %-ной по­грешности токовая отсечка может и не сработать (см. § 8).

Для защиты трансформаторов б кВ со схемой со­единения обмоток ∆/Y, установленных для питания электродвигателей собственных нужд электростанций, предлагалась схема защиты с тремя трансформато­рами тока, соединенными в треугольник (рис. 18, в). В сельских и городских электросетях, да и на элек­тростанциях, такая схема не нашла применения из-за необходимости установки третьего трансформатора тока и третьего реле, что делает ее дороже, чем схе­ма на рис. 18, а. Однако в учебных целях разберем особенности этой схемы (рис. 18,в).

Каждое из трех реле 1-3 включено на разность токов двух соответствующих трансформаторов тока. Следовательно, при симметричном режиме ток в каж­дом реле в 1,73 раза больше вторичного тока транс­форматоров тока. Поэтому для схемы соединения трансформаторов тока в треугольник коэффициент схемы kсх.= 1,73 и, следовательно, ток срабатывания реле (уставка), вычисленный по выражению (22), будет в 1,73 раза больше, чем при прочих равных условиях для реле схемы на рис. 18, а. Однако при установке трех токовых реле при любом из вариан­тов двухфазного КЗ в одном из реле пройдет удвоен­ный ток двухфазного КЗ: 2Ik. И коэффициент чув­ствительности окажется даже больше, чем для схемы на рис. 18, а, в 2/1,73= 1,15 раза. Но если устано­вить только два реле, исключив, например, реле 2 на рис. 18,0, коэффициент чувствительности снизится в 2 раза из-за того, что при одном из вариантов двух­фазного КЗ (В и С в данном случае) удвоенный ток пройдет по той цепи, в которой нет реле, а в двух других реле пройдет лишь однократный ток двухфаз­ного КЗ. Таким образом, двух релейная схема в этом случае окажется значительно менее чувствительной, чем схема на рис. 18,а, которая и принята за стан­дартную.