Выбор аппаратов защиты силовых трансформаторов реферат

Обновлено: 07.07.2024

Выбор аппаратов защиты и автоматики

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В, применяют силовые распределительные шкафы пункты.

Микроклимат в цехе нормальный, т.е. температура не превышает +30 о С, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу электрооборудования.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды изготавливают шкафы серии СП-62,ШРС-2П1У3,ШРС-53У3 и ШРС-54У3.

Наряду с указанными силовыми шкафами применяют распределительные пункты серии ПР-9000. В распределительные пункты встроены автоматические выключатели для автоматизации управления.

Силовые пункты и шкафы выбирают с учетом условий воздушной среды и числа подключаемых приемников электроэнергии.

Для кабеля от трансформатора до ШРА 73 распределительного устройства выбираем автоматический выключатель марки автомат серии ВА 52Г-33 из таблицы

3.3 Расчет ремонтной сложности электрооборудования

Категория ремонтной сложности электротехнического оборудования определяется по формуле:

где: R₁ – категория ремонтной сложности электродвигателя;

R₂ – категория ремонтной сложности панели управления

R₃ – категория ремонтной сложности электроаппаратуры, электропроводки, расположенной непосредственно в агрегате.

Расчет ремонтной сложности оборудования по цеху:

Для большинства электротехнического оборудования категория ремонтной сложности определена и является справочной величиной.

Данные по категории ремонтной сложности представлены в таблице 5

Таблица 5 Ремонтная сложность электрооборудования

В теоретической части проекта характеристики потребителей электроэнергии и категории электроснабжения, внутренние схемы электроснабжения.

В расчетной части проекта произведены расчеты электрических нагрузок, расчет и выбор компенсирующего устройства, выбор силового трансформатора, сечений проводов и кабелей, выбор защитных устройств.

В экономической части проекта рассмотрены вопросы планово-предупредительного ремонта электрооборудования, его особенности и произведен расчет ремонтной сложности электрооборудования участка.

Как выполняется защита силовых трансформаторов

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на их выводах,

2) внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках и «пожара стали» магнитопровода),

3) однофазных замыканий на землю,

4) сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями,

5) сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна),

6) понижения уровня масла.

При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже — выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.

Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 кВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.

На рабочих и резервных трансформаторах собственных нужд тепловых электростанций применяется продольная дифзащита, при мощности 4000 кВА допускается токовая отсечка.

Наиболее простой схемой выполнения продольной дифзащиты является дифференциальная токовая отсечка , которая применяется в случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности. Если это условие не выполняется, в продольной дифзащите используют реле типа РНТ.

Реле РНТ имеют насыщающиеся трансформаторы (НТ) , обеспечивающие снижение токов, обусловленных бросками тока намагничивания, и токов небаланса, возникающих во время переходного процесса при внешних коротких замыканиях, и компенсирующие неравенство вторичных токов трансформаторов тока.

На трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками , когда вследствие больших токов небаланса в реле при внешних коротких замыканиях защита с насыщающимися трансформаторами не обеспечивает требуемой чувствительности, предусматривается дифзащита с торможением и установкой реле типа ДЗТ или их заменяющими.

Предварительно защита рассчитывается для случая применения реле без торможения. Если она оказывается недостаточно чувствительной, применяют реле с минимальным числом тормозных обмоток, обеспечивающих требуемую чувствительность. Ток срабатывания продольной дифзащиты должен быть отстроен от токов намагничивания и токов небаланса.

Защита силовых трансформаторов от внутренних повреждений

Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и от понижения уровня масла на трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000 - 4000 кВА, не имеющих дифзащиты или отсечки, и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более, применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключение при интенсивных газообразованиях . Применение газовой защиты является обязательным на внутрицеховых трансформаторах мощностью 630 кВА и выше независимо от наличия других быстродействующих защит.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители, и осуществляется с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле. Газовая защита является единственной защитой трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали.

Допускается действие газовой защиты па сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах, имеющих дифзащиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также на внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от коротких замыканий со стороны источника питания.

Защита трансформаторов от однофазных замыканий на землю

Для защиты от однофазных замыканий на землю повышающих трансформаторов мощностью 1000 кВА и более, присоединенных к сетям с большими токами замыкания на землю, а также на понижающих трансформаторах с заземленной нейтралью предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности от токов внешних замыканий на землю, действующая на отключение.

В связи с широким применением трансформаторов 6 - 10/0,4 - 0,23 кВ со схемой соединения обмоток треугольник — звезда, имеющих глухозаземленную нейтраль на стороне 0,4 кВ , у которых реактивное и активное сопротивления нулевой последовательности равны сопротивлениям прямой последовательности, токи однофазных коротких замыканий на стороне 0,4 кВ будут равны токам трехфазных коротких замыканий при коротких замыканиях на зажимах трансформатора или вблизи них.

При этих токах может работать максимальная токовая защита, установленная на стороне ВН, с достаточной чувствительностью, и защиту в нейтрали трансформатора допустимо не устанавливать, оставив ее только для защиты трансформатора при схеме блока трансформатор — магистраль при протяженном шинопроводе магистрали. Ток срабатывания реле защиты от однофазных коротких замыканий трансформаторов при коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ (защита присоединена к трансформатору тока в пулевом проводе у нейтрали трансформатора) должен составлять для соединения обмоток:

где k н —коэффициент надежности, равный 1,15—1,25; k п — коэффициент, учитывающий перегрузку и равный 1,3 для масляных и 1,4 для сухих трансформаторов при отсутствии расчетных данных, k воз — коэффициент возврата реле, k т.т — коэффициент трансформации трансформатора тока, I ном.т — номинальный ток силового трансформатора.

В сетях с малыми токами замыкания на землю защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторах в том случае, если такая защита имеется в сети.

Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями

Для защиты понижающих трансформаторов от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, предусматривается максимальная токовая защита без пуска или с пуском от реле минимального напряжения , действующая на отключение выключателя. Вследствие низкой чувствительности максимальная токовая защита без пуска от реле минимального напряжения применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 кВА.

Для защиты повышающих трансформаторов от внешних коротких замыканий. применяется максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения или токовая защита нулевой последовательности .

Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения для повышающих многообмоточных трансформаторов получается довольно сложной (из-за наличия нескольких комплектов реле минимального напряжения) и недостаточно чувствительной по току. В этом случае применяется токовая защита нулевой последовательности . Последняя рекомендуется на повышающих трансформаторах мощностью 1000 кВА и более с глухозаземленной нейтралью.

Если защита повышающих трансформаторов не обеспечивает требуемой чувствительности, то для защиты трансформаторов допускается использовать токовые реле соответствующей защиты генераторов.

В ряде случаев для защиты мощных трансформаторов применяется токовая защита обратной последовательности, которая легко согласуется с аналогичной защитой генераторов.

На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной.

Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал.

На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Релейная защита и автоматика силовых масляных трансформаторов 110 кВ

Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.

Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.

Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.

Газовая защита трансформатора

Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.

Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле - поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.

В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.

Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.

Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.

Струйная защита бака РПН

Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство - струйное реле.

Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.

Реле уровня масла (РУМ)

Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла - эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).

Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок - основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.

Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.

Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.

Зона действия данной защиты - трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.

Токовая ступенчатая защита трансформаторов

Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.

Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.

Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.

Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.

Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.

МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.

Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.

Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.

Защита трансформатора от перенапряжений

Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).

Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.

Дополнительные защиты трансформатора

Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.

Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.

Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.

Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.

Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ

Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.

На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.

Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.

Максимальная токовая защита трансформаторов

Силовые трансформаторы конструктивно достаточно надежны, благодаря отсутствию вращающихся частей. Однако в процессе эксплуатации возможны и случаются повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Повреждения силовых трансформаторов: витковые замыкания, замыкания на корпус, короткие замыкания обмоток, короткие замыкания на вводах и т. д., ненормальные режимы: недопустимые перегрузки, понижение уровня масла, разложение его при перегреве, прохождение токов внешних КЗ.

Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищают предохранителями со стороны высшего напряжения и предохранителями или автоматами со стороны отходящих линий низшего напряжения. Ток плавкой вставки высоковольтного предохранителя выбирается с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении силового трансформатора под рабочее напряжение. С учетом этого номинальный ток предохранителя

где I вс—ток высоковольтного предохранителя, А, I н.тр.— номинальный ток трансформатора, А.

Соответствие высоковольтных предохранителей мощности защищаемых ими силовых трансформаторов напряжением 6 — 10 кВ дано в справочниках. Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети. Более совершенна релейная максимально-токовая защита трансформаторов (рис.1).

Рис.1. Схема максимально-токовой защиты от перегрузки понижающего двухобмоточного трансформатора с односторонним питанием

Трансформаторы тока ТТ поставлены со стороны высшего напряжения (источника питания). Если бы они были установлены со стороны низшего напряжения (как показано на схеме пунктиром), то защита действовала бы только при повреждениях на шинах 6,6 кВ и присоединенных к ним нагрузкам, так как в этом случае через трансформаторы тока не будут протекать токи короткого замыкания.

При повреждении любой из трех фаз трансформатора ток короткого замыкания пройдет через соответствующий трансформатор тока, замкнет контакты рабочего реле Т, что вызовет срабатывание реле времени В, а через него — промежуточного реле П, оперативный ток приведет в действие катушку отключения КО-1, которая отключит выключатель В1, обесточив защищаемый трансформатор.

Рис. 2. Схема максимально-токовой защиты трансформатора

На рис. 2 изображена схема трансформаторной подстанции, которая со стороны низшего напряжения питает две группы нагрузок. Здесь трансформатор защищен как со стороны высшего, так и со стороны низшего напряжений. Обе секции питаются через самостоятельные выключатели. Для нормальной работы схемы предусматриваются три комплекта максимальной токовой защиты : два из них на стороне низшего и один - на стороне высшего напряжения.

Ток срабатывания защиты, установленной со стороны низшего напряжения, выбирается по нагрузке своей схемы с учетом пусковых токов двигателей, обслуживаемых этой частью схемы. Выдержка времени выбирается по условиям селективности с защитой элементов, присоединенных к данной части схемы. Ток срабатывания защиты, устанавливаемой со стороны высшего напряжения, определяется по суммарной нагрузке обеих секций с учетом пусковых токов электродвигателей, а выдержка — на ступень выше выдержки со стороны низшего напряжения.

Для токовой защиты трехобмоточных трансформаторов недостаточно одного комплекта защитных приборов. Для того чтобы при повреждении в системе одного напряжения отключить только одну обмотку и сохранить трансформатор в работе с двумя другими обмотками, приходится каждую обмотку трансформатора снабжать самостоятельным комплектом максимальной токовой защиты . Ток срабатывания выбирают по нагрузке каждой обмотки. Выдержку времени устанавливают по условию селективности с защитой других элементов в сети данного напряжения.

Обычно силовые трансформаторы допускают значительные перегрузки. Так, трансформатор нормального исполнения допускает двухкратную перегрузку в течение 10 мин. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы дежурный персонал разгрузил трансформатор. Поэтому на трансформаторах мощностью 560 кВА и выше устанавливается защита от перегрузки. На подстанциях с постоянным дежурным персоналом защита действует на сигнал, а на подстанциях без постоянного дежурного персонала защита производит отключение перегруженного трансформатора или части его нагрузки.

Максимально-токовая защита мгновенного действия с ограниченной зоной действия называется токовой отсечкой . Для обеспечения селективности в пределах зоны действия токовая отсечка отстраивается от токов короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора, от пусковых токов электродвигателей, от тока короткого замыкания (КЗ) в конце линии или в начале следующего участка. Характер изменения тока КЗ при удалении места КЗ от источника питания показан на рис.3.

Рис. 3. Диаграмма токовой защиты

Ток срабатывания отсечки выбирается таким образом, чтобы она не сработала при повреждениях на соседней линии. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального тока короткого замыкания на шинах низшего напряжения.

Зона действия определяется графически, как показано на рис.3. Вычисляются токи, проходящие при коротких замыканиях в начале (точка 1) и в конце линии (точка 5), а также в точках 2 — 4. Строится кривая изменения тока короткого замыкания в зависимости от удаленности от места питания (кривая 1). Определяется ток срабатывания отсечки, и на том же графике строится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения кривой 1 с прямой 2 определяет конец зоны действия отсечки (заштрихованная часть).

Токовая отсечка может защищать всю линию, на которую включен только один трансформатор, если ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждении на линии низшего напряжения, отходящей от защищаемого трансформатора. Для этого в графике при подсчете следует учитывать максимальный ток короткого замыкания, наблюдаемый на шинах низшего напряжения. При этом токовая отсечка будет надежно защищать линию, шины и часть обмотки высшего напряжения трансформатора.

Схемы отсечек отличаются от схем максимально-токовых защит отсутствием реле времени, вместо которых устанавливаются промежуточные реле. Токовая отсечка защищает только часть линии, поэтому она применяется как дополнительная защита. Использование токовой отсечки дает возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся наибольшими значениями токов КЗ, и снизить выдержки времени максимально-токовой защиты. При сочетании токовой отсечки с максимально-токовой защитой получается ступенчатая по времени токовая защита: первая ступень (отсечка) действует мгновенно, а последующие — с выдержкой времени.

Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

Источником питания электрооборудования на предприятиях являются силовые трансформаторы, чаще всего их работа связана с высоким напряжением (более 1000 В) и большими токами. Поэтому их габариты, стоимость, а также затраты на ремонт являются ощутимыми даже для крупного производства. В связи с этим соответственно, чтобы и сами эти дорогостоящие устройства и электрооборудование, которое с помощью их питается, были надёжно защищены применяется целый рад защит. Выбор их и настройка дело довольно непростое, поэтому стоит подробно разобрать каждый из них. Конечно же, это касается только крупных трёхфазных трансформаторов на подстанциях. Для питания и защиты маломощных трансформаторов достаточно автоматического выключателя или же предохранителей. Слишком дорого и неоправданно устанавливать полный список защит, например, на все сварочные трансформаторы, применяемые в цехе.

Основные защиты трансформатора

Любая релейная защита трансформатора направлена на срабатывание при повреждении или же ненормальном режиме работы этого устройства. Нужно отметить, что некоторые из них направлены на мгновенное отключение в случае аварии, а другие только подают предупреждающий сигнал персоналу. В свою очередь, персонал уже действует по инструкциям, которые разработаны непосредственно и индивидуально для каждой схемы снабжения и распределительной подстанции. Для того чтобы было видно какой тип аварии произошёл применяются параллельно и сигнальные реле (блинкер), которые должны быть подписаны в соответствии с правилами.

Для защиты трансформатора применяется целый комплекс мероприятий и электромеханических схем, вот основные из них:

Дифференциальная защита. Она предохраняет от повреждений и коротких замыканий как в обмотках, так и на наружных выводах. Действует только на отключение;
Газовая защита. Защищает от превышения давления внутри расширительного бачка вследствие выделения газов или же выброса масла, а также от снижения его уровня ниже определённого критического показания;
Тепловая защита. Она организована в основном на термосигнализаторах (ТС), которые подают сигнал на пульт персонала или же на включения вентиляторов охлаждения. Такой вид дополнительной защиты служит как предупреждающий при начальных стадиях аварийных ситуаций. При этом выбор самого ТС не важен, главное, выставить правильно диапазон, при котором должен подаваться сигнал. Максимально допустимый нагрев масла составляет 95 градусов;
Защита минимального напряжения. Предусматривает отключение при снижении входного уровня напряжения ниже допустимого. Зачастую имеет выдержку времени, которая даст возможность не реагировать на небольшие просадки;
От замыкания на землю. Выполняется путём установки трансформаторов тока в соединение корпуса и заземляющего контура;
Максимальная токовая (МТЗ) выполняет роль защитного механизма как при коротких замыканиях в цепи вторичного тока, так и при больших перегрузках.

Защита трансформатора дифференциальная

Это одна из самых быстродействующих и важных защит, которая необходима для надёжной эксплуатации следующих трансформаторов:

На понижающих одиночно работающих трансформаторах мощность которых выше чем 6300 кВА;
При параллельной работе данных устройств с мощностью 4000 кВА и выше. При этом таком подключении данная защита является гарантией не только быстродействия, но и селективного отключения только того устройства, которое повреждено, а не полного обесточивания питаемого электрооборудования повлекшее за собой потери в производстве продукции или в появлении бракованных изделий;
Если МТЗ трансформатора не даёт необходимой чувствительности и скорости отключения, и может срабатывать с выдержкой времени более одной секунды;
Если трансформаторы меньшей мощности, то применяется обычная токовая отсечка, подключенная к реле тока.

а — нормальная работа, б — при возникновении короткого замыкания между обмотками.

Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока, а точнее, его величины. Сравнивание происходит в конце и в начале защищаемого участка. Участком в данном случае служит одна из понижающих обмоток. То есть один трансформатор тока устанавливается с высокой, а другой с низкой стороны.

На схеме видно подключение трансформаторов ТТ1 и ТТ2 соединенных последовательно. Т — это реле тока, которое остаётся в бездействии при нормальной работе, когда токи одинаковы, то есть их разность будет равна нулевому значению. Во время возникновения короткого замыкания в защищаемом участке цепи появится разность токов и реле втянется, тем самым отключив трансформатор от сети. Такой вид защиты будет срабатывать как при межвитковых, так и при межфазных замыканиях. Мгновенная работа такого защитного оборудования не требует выдержки времени, так как её быстрое срабатывание является её основным положительным фактором. Выбор вставки срабатывания реле Т должен выполнятся электротехническими лабораториями или же проектировщиками данного оборудования. Для каждого конкретного случая уровень тока втягивания реле можно изменять, чтобы не было ложных срабатываний.

Принцип действия газовой защиты трансформаторов

Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, которое и изображено на рисунке.

В специальном окошке при выделении газов можно увидеть пузырьки.

Реле представляет собой металлический сосуд, в котором расположены два специальных поплавка. Они врезаны в наклонный трубопровод. В свою очередь, данный трубопровод является связывающим звеном между охлаждающий корпусом имеющим радиатор и расширительным баком.

Если трансформатор находится в рабочем исправном состоянии газовое реле его наполнено трансформаторным маслом, а поплавки реле находятся в определённом нерабочем состоянии, так как внутри их масло. Поплавки непосредственно соединены с контактной группой, которая имеет аварийный и предупредительный сигнал. В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. При нагреве масла в случае ненормального процесса в работе из него выделяется газ, который по закону физики легче, естественно, подымается вверх. На пути газов находится газовое реле и его поплавки, которое при накоплении определённого количества поднимающего его газа начинает движение, чем и размыкает первую ступеньку. При более бурном развитии событий и второй поплавок приводится в движение и замыкает уже вторую ступень которая приводит к отключению. Взятие пробы масла и его проверка, а также химический анализ позволяет определить суть повреждения.

Из практики же не каждое срабатывание газового реле приводит к взятию проб и анализу масла, иногда при заливке может попасть в систему воздух которой во время эксплуатации будет подниматься и сможет стать причиной срабатывания данной защиты. Для этого нужно всего лишь открыть специальный краник (вентиль), находящийся на корпусе реле и выпустить воздух. Эта процедура выполняется при первом срабатывании предупредительного поплавка.

Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах. Очень часто применяются несколько типов данного устройства РГЧЗ-66, ПГ-22, BF-50, BF-80, РЗТ-50, РЗТ-80. Все они имеют смотровое окошко и герметичный корпус.

Газовая защита трансформатора и принцип действия, работы в принципе несложны стоит только один раз разобраться в них.

Максимальная токовая защита трансформатора

Основную роль отключающего устройства при повышении критического уровня тока, для трансформаторов не масляных и обладающих малой мощностью, служит предохранитель. Такой элемент защиты даёт возможность персоналу, не понимающему причины отключения, повторно произвести включение, которое может принести вред оборудованию или пожар. Предохранителями оборудованы также измерительные трансформаторы напряжения, которые расположены на подстанциях в ячейках КРУ, в таких же, как и масляные выключатели. Они предназначены для измерения напряжения в сети 6000 кВ и выше, а также для цепей защиты от повышенного или пониженного напряжения.

Для трансформаторов выбор предохранителей осуществляется из такого соотношения

Iвс — ток плавкой вставки предохранителя;

Iн. тр. — номинальный ток первичной обмотки трансформатора, в цепь которого он и устанавливается.

Предохранитель — самый простой способ защитить трансформатор от превышения тока.

Ток срабатывания максимальной защиты при установке её с низшей стороны, выбирается в соответствии с величиной нагрузки, на которую рассчитан трансформатор. Конечно же, выбирая релейную защиту данного устройства, стоит учесть также пусковые кратковременные токи, которые возникают при запусках электрических вращающихся машин. Работа таких защит основана на трансформаторах тока, вот парочка самых распространённых схем подключения.

Здесь имеется два уровня (степени) отключения, один может быть отключением от перегрузов, а другой уже срабатывает как максимальная токовая отсечка, при значительном повышении тока в контролируемых цепях, в том числе и при К.З. Цифрой 6 обозначены измерительные приборы.

Ниже представлена более усовершенствованная и развёрнутая схема уже непосредственно с подключением реле в цепи катушек маслинных выключателей.

Защита печных трансформаторов

Работа печей связана с резким нарастанием и снижением тока, поэтому дифференциальную защиту здесь применять не рекомендуется, а только газовую и тепловую. Нагревательные элементы таких печей могут работать от пониженного напряжения от 220–660 Вольт. Чаще всего здесь применяются специальные электропечные трансформаторы. Конечно же, речь идёт от печах для плавки металла, а не для приготовления пищи. В них режимы плавки меняются как питающим напряжением, так и величиной тока дуги. Печные трансформаторы должны быть оборудованы защитой от перегрузок, а также при возникновении К. З. Защиту от перегрузок устанавливают на низкой стороне, а трансформаторы тока для мгновенного срабатывания на высокой стороне. При этом уставку реле настраивают таким образом, чтобы она не отключалась при нормальных эксплуатационных К. З, ведь они работают в таком режиме и при некоторых коротких замыкания отключение не должно происходить, а только лишь поднятие электродов.

В любом случае в итоге хочется отметить что от настройки и правильности срабатывания зависят последствия ненормальных режимов работы трансформатора, а значит и стоимость последующего ремонта.

Защита силовых трансформаторов, общие сведения

Как известно, силовой трансформаторы (далее - СТ) – это наиболее ответственные и дорогие элементы в схемах любых электрических подстанций, поэтому крайне необходимо грамотно подходить в организации их защиты. Только такой подход позволяет полностью исключить возможность повреждения от всех видов коротких замыканий и ненормальных режимов.

Виды повреждений. В процессе эксплуатации трансформаторов могут возникать следующие виды повреждений:

- 3-х и 2-х фазные КЗ на стороне низкого напряжения; - однофазные замыкания на корпус на стороне высокого напряжения; - межвитковые замыкания; - короткие междуфазные замыкания за трансформатором; - короткие однофазные замыкания за трансформатором.

Разновидности защит. Для защиты СТ, имеющих мощность более 1МВА, от внутренних повреждений и различных ненормальных режимов сегодня применяются следующие ее разновидности:

Продольная дифференциальная защита, которая предохраняет от всех видов КЗ, как в обмотках, так и на их выводах. Как правило, устанавливается на трансформаторы мощностью 6,3МВА и выше. Зона действия ограничивается трансформаторами тока на высокой и низкой сторонах трансформатора.

Токовая отсечка (ТО), не имеющая выдержки времени, способная защитить трансформатор от всех КЗ со стороны источника питания. Применяется в тех случаях, когда трансформатор не оборудован дифференциальной защитой.

Газовая защита, предохраняющая СТ от внутренних повреждений, которые сопровождаются выделениями газов из трансформаторного масла, и от понижения рабочего уровня масла в баке.

Она используется преимущественно для трансформаторов мощностью более 1 МВА и оборудованные расширителями. Для сухого типа устанавливается специальная манометрическая защита.

Струйная защита, являющаяся разновидностью газовой и устанавливаемая для сохранения той части бака трансформатора, где находится РПН. Действует на отключение при превышение скорости движения масла по трубе, соединяющей расширитель с баком, более 0,9 м/с.

Максимальная токовая (МТЗ), способная защитить от КЗ внутри бака и на его выводах, а также от всех внешних замыканий. В данном случае при повреждениях на шинах и на отходящих фидерах и отказе собственных выключателей происходит отключение трансформатора вводными выключателями.

Токовая защита нулевой последовательности (ТНЗП), необходимая для защиты от коротких замыканий в сети низкого напряжения, которая работает в режиме глухозаземлённой нейтрали.

Специальная резервная МТЗ, которая защищает от межфазных КЗ в сети низкого напряжения и вступает в действие в случае нечувствительности основного комплекта МТЗ. МТЗ в одной фазе, защищающая от сверхтоков, которые обусловлены перегрузкой.

Данной защитой оборудуются трансформаторы мощностью 0,4 МВА и более, которые могут перегружаться при отключении второго параллельно работающего СТ.

Защита, сигнализирующая об однофазных замыканиях на землю в обмотках, на выводах и на питающих линиях 10 кВ.

Особенности современных устройств. Из всех вышеперечисленных мер, основными считаются дифференциальная и газовая, которые без выдержки времени отключают трансформатор со всех сторон, сохраняя его в целостности и сохранности.

При этом, защита от перегрузки, считающаяся вспомогательной, действует на сигнал при достижении 115% от номинальной нагрузки. В некоторых случаях, когда дальние подстанции обслуживаются бригадами ОВБ, данная защита может быть введена и на отключение трансформатора.

Итогом работы всех перечисленных выше видов защиты становиться сокращение времени ремонта повреждённого оборудования и быстрое восстановление нормального электроснабжения у отключенных потребителей.

Сегодня все разработчики современных типов защит для СТ стараются оборудовать их на основе микропроцессорной техники, которая полностью лишена недостатков электромеханических реле (например, зависания контактов).

При этом, постепенный уход от механики позволяет на порядок повысить общую надёжность работы всего электрооборудования электрической подстанции.

Читайте также: