Токовая отсечка

Токовая отсечка - простая быстродействующая РЗ от повреждений в трансформаторе (рис. 14.1).

Зона действия отсечки ограничена, она не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю. Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется при помощи мгновенных токовых реле РТ-40 или электромагнитного элемента реле РТ-80 (РТ-90), если реле этого типа использованы для выполнения МТЗ, либо при помощи микроэлектронных токовых ИО. На трансформаторах в сети с глухозаземленной нейтралью отсечка устанавливается на трех фазах, а в сети с изолированной нейтралью – на двух. Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока КЗ при повреждении за трансформатором (в точке К2):

где = 1,25 – 1,5 (последнее для реле типа РТ-90 и РТ-80).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока I _нам:

где = 3 – 5.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны питания. Отсечка, являющаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания. Достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Отсечка в сочетании с МТ3 и газовой защитой (рассматриваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

Максимальные токовые защиты трансформаторов.

МТЗ используется одновременно от внешних КЗ и от повреждения в трансформаторе. Однако, по условиям селективности защита от внешних КЗ должна иметь выдержку времени, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную РЗ от внутренних повреждений, РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Рассмотрим МТЗ двухобмоточного понижающего трансформатора с односторонним питанием, схема которого приведена на рис. 14.2.

Чтобы включить в зону действия защиты сам трансформатор, РЗ устанавливается со стороны источника питания и должна действовать на отключение выключателя Q1. Токовые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключателя Q2.

На рис. 14.2, а приведена схема РЗ трансформатора, выполненная с двумя токовыми реле KA1 и KA2,которые, сработав, с выдержкой времени одновременно действуют на отключение выключателей Q1 и Q2. При этом в случае внешних КЗ на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение выключателя Q2 резервирует действие выключателя Q1. Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой t ₁на отключение выключателя Q1 со стороны НН, а со второй t ₂= t ₁+Δ t на отключение Q2 со стороны ВН.

Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена на рис. 14.2, в. В случае неотключенного внешнего КЗ на стороне НН МТ3 с выдержкой времени t ₁отключит выключатель Q1,трансформатор при этом останется под напряжением со стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой времени отключит выключатель Q2.

Токовые реле KA1 и KA2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН 110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник (рис. 14.2, а). Такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвращает возможное неселективное ее действие при КЗ на землю в сети 110-220 кВ (в случае когда нейтраль трансформатора заземлена). Защита может действовать при всех видах междуфазных КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Δ. При этом, однако, по сравнению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение чувствительности на 15% при двухфазном КЗ на стороне НН 6-10 кВ. (Пояснение к сказанному см. в учебнике Н.В. Чернобровова, В.А. Семенова «Релейная защита энергетических систем», 1998 г.).

Защита трехобмоточных понижающих трансформаторов.

При внешних КЗ РЗ трехобмоточных трансформаторов должна обеспечивать селективное отключение только той обмотки трансформатора, которая непосредственно питает место повреждения. Так, например, при КЗ на шинах III (рис. 14.3) должен отключаться выключатель Q3,обмотки трансформатора I и II должны остаться в работе.

На трехобмоточных трансформаторах с односторонним питанием (например, от шин I)на обмотках II и III устанавливаются самостоятельные комплекты МТЗ (KA2 и KA3 на рис. 14.3), действующие на соответствующие выключатели. На обмотке I,питающей трансформатор, устанавливается третий комплект МТЗ KA1,предназначенный для отключения трансформатора при КЗ в нем и резервирования МТЗ и выключателей обмоток II и III. Выдержка времени t ₁выбирается больше t ₂и t ₃. Токовые РЗ на сторонах ННи СН выполняются в двухрелейном исполнении и подключаются к ТТ, соединенным по схеме неполной звезды. Для увеличения защищаемой зоны КА2 питается от ТТ, встроенных во втулки 35 кВ СН трансформатора.

На трехобмоточных трансформаторах, имеющих двух- и трехстороннее питание, МТЗ не могут обеспечить селективности во всех случаях КЗ. Так, например, на трансформаторах с двусторонним питанием (со сторон ВН и СН)при КЗ на шинах СН время действия КА2 t ₂должно быть меньше времени действия КА1 t ₁ (рис. 14.3). Однако при соблюдении условия t ₁ >> t ₂ КА2 окажется неселективной с КА1 в случае КЗ на шинах ВН.

Для обеспечения селективности МТЗ на трехобмоточных трансформаторах с двух- и трехсторонним питанием для обеспечения селективности необходимо применять направленные МТЗ.

Однако, учитывая, что вероятность действия МТЗ трансформаторов очень мала, на практике в целях упрощения РЗ допускается применение простых МТЗ. Направленная МТЗ устанавливаеся только на особо ответственных трансформаторах. С целью упрощения допускается не устанавливать МТЗ на одной из сторон трехобмоточного трансформатора, при этом МТЗ выполняют со стороны основного питания с двумя выдержками времени: с меньшей из них эта МТЗ действует на отключение выключателя, не имеющего МТЗ, и с большей - на отключение выключателя со стороны основного питания (ВН).

Газовая защита трансформаторов.

Газовая защита получила широкое распространение в качестве чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рис. 14.4) и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла.

Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора (для ограничения пожара в баке).

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение.

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым срабатывает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, отключая трансформатор.

Газовую защиту обязательно предусматривают для трансформаторов мощностью 6300 кВА и более, однако допускается ее установка и на трансформаторах меньшей мощности. Оперативные цепи газовой защиты на подстанциях 35 – 110/10 кВ подключаются к шинам трансформатора собственных нужд или питаются от предварительно заряженных конденсаторов.

Оценка газовой защиты.

Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения. Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях. Все масляные трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется более совершенная дифференциальная РЗ.