Особенности, влияющие на выполнение ДЗТ.

1. Наличие намагничивающего тока, проходящего по трансформатору только со стороны источника питания. Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно 1,5% номинального тока трансформатора и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении ненагруженного трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения КЗ. В этих случаях в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в начальный момент времени в 5-8 раз превышает номинальный ток трансформатора, но быстро, в течение времени менее 1с, затухает до значения равного 5…10% номинального тока трансформатора. Для предотвращения ложного срабатывания ДЗТ от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения намагничивающего тока, т. е.

(17.2)

Бросок тока зависит от конструкции трансформатора, момента его включения под напряжение. Поэтому при рacчетах ДЗТ ток срабатывания определяется по формуле:

(17.3)

где I_ном – номинальный ток обмотки, имеющей наибольшую мощность;

К_н – коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1…4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме дифференциальной защиты; для ЦР К _н= 0,2…0,5.

2. Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ. Поскольку у трансформаторов токи со стороны обмоток высшего, среднего и низшего напряжений не равны, то ТТ, выбираемые по номинальным токам обмоток, имеют разные коэффициенты трансформации и различное конструктивное исполнение и поэтому они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов, как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается ТТ, номинальный ток которого является ближайшим большим по отношению номинальному току обмотки трансформатора. Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах ДЗТ в дифференциальном реле при номинальной нагрузке трансформатора проходит ток небаланса, равный:

(17.4)

При сквозном КЗ этот ток возрастает пропорционально току КЗ, а также увеличивается вследствие возрастания погрешностей ТТ, имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие ДЗТ. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ ДЗТ, производится выравнивание этих токов путем использования специальных уравнительных обмоток дифференциальных реле. В цифровых реле такое выравнивание производится математическим путем, т.е. вводится масштабный коэффициент.

Рис. 17.3. Токи и векторные диаграммы токов в схеме ДЗТ с соединением обмоток по схеме звезда-треугольник, поясняющие принцип компенсации углового сдвига

 

3. Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например звезда-треугольник (Υ / ∆ - 11), токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и токи со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми относительно друг друга на угол 30^о. Угловой сдвиг токов создает небаланс в реле ДЗТ, который нельзя компенсировать подбором витков. Компенсация углового сдвига производится путем специального соединением вторичных обмоток ТТ. Для этого на стороне звезды ТТ соединяются в треугольник, а на стороне треугольника – в звезду (рис. 17.3). При таком соединении вторичных обмоток ТТ, в трансформаторах тока ТА1, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединенной в треугольник обмотке ННтрансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов.

В цифровых дифференциальных защитах получают разность фазных токов математическим путем. У таких защит ТТ со всех сторон соединяются в звезду, а группа соединений трансформатора и полярность ТТ вводится в реле в виде уставки. Соединение в звезду выгоднее в части величины нагрузки на ТТ (при соединении вторичных обмоток ТТ тока в треугольник нагрузка на ТТ вырастает в 3 раза).

Соединение ТТ в треугольник на стороне ВН трансформатора, где первичные обмотки соединены в звезду, имеет и преимущество. Если нейтраль на стороне ВН трансформатора заземлена, то при замыкании на землю в питающей линии протекает ток от заземленной нейтрали к месту КЗ. При соединении трансформаторов тока в звезду протекает несбалансированный ток нулевой последовательности, который может вызвать ложную работу МТЗ трансформатора. При схеме соединения ТТ в треугольник ток нулевой последовательности замыкается внутри треугольника и в реле не попадает. Однако чувствительность МТЗ при соединении ТТ в треугольник меньше, чем при соединении в звезду на 15%.

Состояние нейтрали соединенной в звезду обмотки трансформатора не влияет на работу ДЗТ. Цифровые защиты исключают влияние тока нулевой последовательности математическим путем, поэтому ТТ на стороне ВН соединяются в звезду.

17.7.Выбор уставок дифференциальной защиты трансформатора производится по 2 условиям:

· отстройка от тока намагничивания,

· отстройка от тока небаланса.

Ток намагничивания трансформатора протекает только по первичной обмотке трансформатора. В схеме ДЗТ он не компенсируется и ДЗТ должна отстраиваться от него для исключения ложной работы при включении трансформатора. Отстройка производится по формуле (17.3).

Коэффициент надежности К_н определяется в основном типом примененного реле и наличием в нем специальных мер отстройки от броска тока намагничивания.

Учет тока небаланса при выборе уставок дифференциальной защиты. Токи небаланса в схеме ДЗТ имеют место вследствие погрешностей ТТ из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (при регулировании напряжения) и неточного выравнивания вторичных токов.

Для отстройки ДЗТ от тока небаланса при внешнем КЗ ток ее срабатывания должен удовлетворять условию:

(17.5)

где k_н – коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1,3.

Суммарный расчетный ток небаланса состоит из этих трех составляющих

(17.6)

Первая составляющая расчетного тока небаланса определяется погрешностями ТТ и вычисляется по формуле:

(17.7)

где: Ка –коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ; Ка принимается равным 1 для реле, имеющих БНТ с короткозамкнутыми обмотками или других средств отстройки от переходных процессов при КЗ и Ка = 2 для реле без таких средств, для микропроцессорных защит принимают Ка = 1.

Кодн – коэффициент однотипности условий работы ТТ, принимаемый равным 0,5 в тех случаях, когда ТТ однотипны и равным 1- в остальных случаях;

ε = 0,1 – погрешность ТТ (10 %);

I _КЗmax – наибольший ток при внешнем КЗ.

Вторая составляющая тока небаланса определяется изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения регулятором РПН, вычисляется по формуле при регулировании на одной стороне трансформатора

(17.8)

где ∆ N – половина регулировочного диапазона, для которого производится выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N = ± 17%,∆ N = 0,17).

Третья составляющая расчетного тока небаланса определяется неточностью выравнивания вторичных токов и вычисляется по формуле:

(17.9)

где – расчетные числа витков выравнивающих обмоток трансформаторов реле для не основных сторон (сторон с меньшим вторичным током);

– принятые числа витков обмоток;

– наибольшие токи КЗ соответствующих сторон.

Для двухобмоточного трансформатора формула упрощается:

(17.10)

для стороны трансформатора принятой за основную.

Обычно при расчете ДЗТ вначале определяется ток небаланса как сумма первых двух составляющих:

(17.11)

Затем после выбора тока срабатывания и определения расчетных чисел витков определяется дополнительно суммарный ток небаланса по формуле (17.11).