Дифференциальная токовая защита трансформаторов

В соответствии с ПУЭ дифференциальная токовая защита обязательно устанавливается на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью МВ∙А и на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью МВ∙А.

ДТЗ применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов (автотрансформаторов). С учетом замыкания внутри обмоток, а также витковых КЗ, когда токи в защите могут быть малы, желательно, чтобы ток срабатывания защиты был как можно меньшим. В настоящее время для мощных дорогостоящих трансформаторов (63 MB∙А и больше) считается необходимым иметь ; для трансформаторов меньшей мощности , а в некоторых случаях для маломощных трансформаторов при достаточном коэффициенте чувствительности допустим .

В настоящее время применяется общая продольная дифференциальная токовая защита. Однако при ее выполнении необходимо учитывать схемы соединения обмоток защищаемого трансформатора. Рассмотренные в 4.2 соотношения токов в схеме ДТЗ справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток: Y/Y или D/D. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например, Y/D, эти соотношения несправедливы. Рассмотрим соотношения токов для наиболее распространенной схемы соединения обмоток Y/D -11 (рис. 4.2,а), принимая, как и в 4.2, коэффициент трансформации трансформатора, равным единице.

В симметричном нагрузочном режиме, например, для фазы А, первичный и вторичный токи на стороне треугольника трансформатора Т опережают на угол соответствующие токи и на стороне звезды

Рис. 4.2. Принципиальная схема дифференциальной защиты трансформатора (а), векторная диаграмма токов (б), схема цепей оперативного тока (в)

(рис. 4.2,б). Угловой сдвиг токов создает большие токи небаланса в ДТЗ, что может привести к ложным или излишним ее срабатываниям. Фазовый сдвиг токов на стороне звезды и треугольника трансформатора Т ликвидируют за счет различных схем соединения групп ТТ с разных сторон. На стороне звезды трансформатора Т вторичные обмотки ТТ ТА1-ТАЗ соединены в треугольник по 11-й группе, а на стороне треугольника - в звезду (рис. 4.2,а). При этом ток в цепи циркуляции (в плече защиты) на стороне звезды оказывается смещенным на относительно и совпадает по фазе с током в цепях циркуляции на стороне треугольника (рис. 4.2,б).

Так как в схеме на рис. 4.2,а в симметричном режиме ток в цепи циркуляции и вторичный ток ТТ на стороне звезды трансформатора Т связаны соотношением , то для получения в цепях циркуляции равных токов () коэффициенты трансформации ТТ следует выбирать с учетом следующих соотношений:

, ,

, ,

где , , , - номинальные значения напряжений и токов на стороне звезды и треугольника трансформатора Т; - номинальный вторичный ток ТТ (1 или 5 А).

На рис. 4.2,в приведена схема цепей оперативного тока ДТЗ. При внутренних повреждениях и срабатывании одного, двух или трех реле КА подается плюс оперативного тока на обмотку промежуточного реле KL. Промежуточное реле KL срабатывает и подает своими контактами KL.1 и KL.2 плюс оперативного тока на отключающие катушки YAT1 и YAT2 приводов выключателей Q1 и Q2 через указательные реле КН1 и К Н2 и вспомогательные контакты SQ1 и SQ2.

Ток срабатывания ДТЗ трансформатора выбирается по следующим условиям:

1. Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно номинального тока трансформатора и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. При включении трансформатора на холостой ход из-за переходного процесса в обмотке со стороны источника питания может возникать бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в раз может превышать номинальный ток трансформатора. При расчетах ДТЗ ток срабатывания по условию отстройки от броска намагничивающего тока определяется по формуле

,

(4.4)

где - номинальный ток трансформатора; - коэффициент отстройки, который принимается равным для реле РНТ-565 и 0,3 для реле ДЗТ-21.

2. Для отстройки ДТЗ от тока небаланса при внешнем трехфазном КЗ ее ток срабатывания должен удовлетворять условию

,

(4.5)

где – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,3; - коэффициент, учитывающий переходный режим (для реле РНТ-565 может быть принят равным 1); - коэффициент однотипности условий работы ТТ, принимаемый равным 0,5 в тех случаях, когда ТТ обтекаются близкими по значению токами, и равным 1 в остальных случаях; e = 0,1 - относительное значение полной погрешности ТТ, удовлетворяющих 10% -ой кратности; - наибольший ток внешнего трехфазного КЗ.

Ток срабатывания ДТЗ трансформатора принимается равным большему из двух значений токов срабатывания, определенных по выражениям (4.4) и (4.5). Коэффициент чувствительности ДТЗ трансформатора, определяемый по выражению (4.3), должен быть не менее двух.