Защита трансформаторов. Токовые защиты трансформаторов. Газовая защита трансформаторов

Основные виды повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах. Защита трансформаторов плавкими предохранителями. Токовая отсечка и максимальная токовая защита. Основные методы выбора уставок токовых защит. Принципы исполнения реагирующих элементов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Лекция № 9

Защита трансформаторов. Токовые защиты трансформаторов. Газовая защита трансформаторов

9.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов, виды защит от них

Силовые трансформаторы являются основным видом оборудования подстанций, от исправности которых зависит надёжность электроснабжения потребителей и поэтому должны иметь набор защит, исключающих (уменьшающих) развитие аварий при возникновении аварийных ситуаций.

Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

- короткие замыкания (КЗ) между фазами,

- замыкания одной или двух фаз на землю,

- витковые замыкания и замыкания между обмотками разных напряжений,

-повреждение магнитопровода, приводящие к нагреву.

На вводах трансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут возникать КЗ между фазами и на землю.

К нарушениям нормальных режимов работы трансформаторов относятся:

- прохождения через трансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов,

- перегрузка,

-выделение газов из масла,

-понижение уровня масла и повышение его температуры.

В соответствии с этим и в зависимости от мощности трансформатора, условий их работы, категории потребителя и т.д. применяются следующие типы защиты:

дифференциальная - для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов (будут рассмотрены в следующей лекции);

токовая отсечка мгновенного действия или плавкий предохранитель - для защиты трансформатора при повреждениях ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания;

газовая - для защиты при повреждениях внутри бака маслонаполненного трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла от сверхтоков, проходящих через трансформатор при повреждении как самого трансформатора, так и других связанных с ним элементов максимальная токовая или максимальная токовая направленная защита, реагирующая на фазные токи, а также на токи нулевой и обратной последовательностей;

максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения, дистанционная защита;

защита от перегрузок и др.

Согласно «Правилам устройства системы электроснабжения железных дорог Российской Федерации (п.7.11,7.12.)» для силового понижающего трансформатора тяговой подстанции предусматриваются следующие виды защит:

-газовая;

-дифференциальная токовая;

-максимальная токовая защита (МТЗ) со стороны питающего напряжения;

-от перегрузки;

-от перегрева масла.

Защита трансформаторов плавкими предохранителями

В сетях напряжением 6-10кВ и даже 35кВ в качестве основной защиты трансформаторов мощностью до 1000кВА широко используется плавкие предохранители. Обычно они устанавливаются вместе с выключателем нагрузки. Резервирует действия плавкого предохранителя газовая защита.

Для предотвращения срабатывания предохранителя в нормальном режиме и при бросках тока намагничивания трансформатора плавкую вставку предохранителя выбирают с номинальным током

IВС.НОМ?(1,5…2)IТР.НОМ

где IТР.НОМ - номинальный ток трансформатора.

Токовая отсечка

Если плавкий предохранитель по своей отключающей способности и другим причинам не проходит в качестве защиты от КЗ и больших перегрузок, то на одиночно работающих трансформаторах мощностью до 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью менее 4000 кВА для этих целей используется токовая отсечка. Однако она не является полноценной, так как, реагируя только на большие токи повреждения, охватывает своей зоной действия лишь часть трансформатора. Резервирует отсечку максимальная токовая и газовая защиты. Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется с использованием реле прямого действия РТМ, реле РТ-40 или электромагнитного элемента реле РТ-80.

Уставка отсечки

IСЗ =КОТС*IК.МАКС(3)

где КОТС - коэффициент отстройки,

КОТС=1,3…1,4 (РТ-40); КОТС=1,5…1,6 (РТ-80);

КОТС=1,8…2 (РТМ);

IК.МАКС(3) - максимальный ток КЗ при повреждении на выводах трансформатора со стороны нагрузки. Кроме того, отсечка отстраивается от броска тока намагничивания IНАМ при включении трансформатора:

IСЗ>IНАМ; согласно опыту эксплуатации принимается

IСЗ =(3…5)МIТР.НОМ

Чувствительность отсечки оценивается отношением:

, (9.1)

где IК.МИН(2) - ток двухфазного КЗ у места установки защиты в режиме минимального питания. Отсечка в сочетании с максимальной токовой и газовой защитами обеспечивает хорошую защиту трансформаторов указанных выше мощностей.

Защита трансформаторов от сверхтоков является резервной, предназначенной для отключения их от источников питания как при повреждениях трансформаторов и отказе основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказе его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформаторов от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

Резервные защиты от междуфазных повреждений имеют несколько вариантов исполнения:

1) МТЗ без пуска по напряжению;

2) МТЗ с комбинированным пуском по напряжению;

3) МТЗ обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ.

Резервные защиты от замыкания на землю выполняются в виде токовой защиты нулевой последовательности.

В данной лекции рассмотрим все виды защит, кроме дифференциальной.

К выполнению перечисленных видов защит предъявляются следующие требования:

-газовая: двухступенчатая (первая действует на сигнал, а вторая на отключение);

- МТЗ на стороне ВН: должна отключать силовой трансформатор со стороны ВН. СН, НН с необходимой чувствительностью;

-защита от перегрузки: должна отстраиваться от номинального тока нагрузки (с учётом коэффициента надёжности, коэффициента возврата реле) с выдержкой времени 9с.;

-защита от перегрева масла: должна работать на включение обдува вентилятора при превышении 70% номинального тока нагрузки (с учётом коэффициента надёжности и коэффициента возврата реле) с выдержкой времени 9с.

С учётом этих требований строятся различные виды защит:

-защита от повреждений: осуществляется такими видами защит, как токовая отсечка, дифференциальная и газовая защита;

-защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ (в т.ч. с блокировкой по минимальному напряжению), ДЗ, токовых защит нулевой и обратной последовательностей;

-защита от перегрузок, не являющихся такими опасными, как, например, токи КЗ, действует или сигнал (при наличии дежурного персонала) или (при отсутствии дежурного персонала) защита должна действовать на включение вентилятора обдува, разгрузку или отключение при помощи релейной защиты.

9.2 Примеры токовых защит трансформаторов

9.2.1Токовая отсечка (ТО)

Принцип действия ТО был рассмотрен выше.

Здесь рассматривается ТО в токовых защитах трансформаторов.

Напомним, что токовая отсечка - это максимальная токовая защита (МТЗ) с ограниченной зоной действия (как правило, без выдержки времени), но может иметь в некоторых случаях выдержку времени.

В отличие от МТЗ, селективность ТО обеспечивается не выдержкой времени, а выбором зоны её действия величиной тока срабатывания и основан на том, что величина тока КЗ убывает при удалении места КЗ от источника питания.

Токовая отсечка наиболее простая и быстродействующая защита от повреждений в трансформаторе. Принцип действия ТО основан на большом различии в токах КЗ на первичной и вторичной сторонах трансформатора. Реагируя только на большие токи КЗ, ТО имеет ограниченную зону действия (ошиновка, вводы, первичная обмотка трансформатора). ТО устанавливается со стороны питания, но при КЗ воздействует на выключатели со стороны высшего и низшего напряжения. ТО применяют для двухобмоточных трансформаторов, не оборудованных дифференциальной защитой. Как правило, ТО применяется совместно с МТЗ. В таких схемах ТО срабатывает без выдержки времени (собственное время срабатывания) при больших токах КЗ , а МТЗ - при меньшем токе . Поэтому ТО защищает от повреждений внутри трансформатора (витковые замыкания, на землю), а МТЗ - от повреждений во вторичной обмотке или на шинах низкого напряжения.

Достоинством отсечки является её простота и быстродействие и в сочетании с МТЗ и газовой защитой.

9.2.2 Максимальная токовая защита (МТЗ)

МТЗ применяется для защиты силовых трансформаторов от внешних и внутренних КЗ и защищает первичную и вторичную обмотки. Она является относительно медленнодействующей, так как имеет всегда выдержку времени. Применяется в качестве основной для маломощных трансформаторов. Если трансформатор снабжён отдельной быстродействующей защитой от внутренних повреждений, то МТЗ используется для защиты от внешних КЗ и в качестве резервной на случай выхода из стр...