Ток небаланса в дифференциальной защите: Токи небаланса в дифференциальных защитах

Принцип действия продольных защит основан на первом законе Кирхгофа.

Условная схема дифференциальной защиты

Если принять за узел защищаемый объект (рис. 1.1) и фиксировать ток на всех ветвях, связывающих защищаемый объект (узел) с внешней сетью, то при повреждении на отходящей ветви сумма токов, входящих и выходящих из узла, будет равна нулю.

Рис. 1.1. Схема дифференциальной защиты с циркулирующими токами

При повреждении защищаемого объекта (КЗ в узле) сумма токов по ветвям будет равна току короткого замыкания.

По схеме на рис. 1.1 в нормальном нагрузочном режиме и при внешнем коротком замыкании (на исходящей ветви, за трансформатором тока в сторону сети) во вспомогательных проводах, соединяющих вторичные обмотки трансформаторов тока, циркулируют токи, равные вторичным токам ТТ.

Поэтому такое выполнение продольной дифференциальной защиты именуется схемой с циркулирующими токами. Другим вариантом исполнения дифференциального принципа (рис. 1.2) является схема с уравновешенными напряжениями, в которой вторичные обмотки ТТ соединяются между собой последовательно, и в эту же цепь включен реагирующий орган (дифференциальное реле). Считается, что одноименные концы первичной и вторичной обмоток ТТ расположены с одной стороны. Ток в реле будет равен:

(1–1)

где Z – сумма сопротивлений вспомогательных проводов, обмотки реле и обмоток ТТ.

Рис. 1.2. Схема дифференциальной защиты с уравновешенными напряжениями

В нормальном режиме и коротком замыкании вне зоны действия Е1 = Е2 и направлены в противоположные стороны, ток в реле равен нулю.

При повреждении в защищаемой зоне Е1 ≠ Е2, но направлены в одну сторону, ток в реле не равен нулю и, если он превышает ток срабатывания, то защита отключит поврежденный элемент.

В схеме с уравновешенными напряжениями в нормальном режиме и внешних коротких замыканиях токи во вторичных обмотках ТТ отсутствуют, и ТТ работают в режиме холостого хода. Это может привести к недопустимому перегреву ТТ и появлению высоких напряжений во вторичных цепях, поэтому схема с уравновешенными напряжениями со стандартными трансформаторами тока по рис. 1.2 не применяется, обычно устанавливаются специальные промежуточные ТТ. Кроме того, схема требует использования максимально близких по характеристикам ТТ. Таким образом, схема с уравновешенными напряжениями получается более сложной, чем с циркулирующими токами, и поэтому она получила ограниченное применение.

В свою очередь схема с циркулирующими токами может выполняться в двух вариантах: с малым сопротивлением и с большим сопротивлением дифференциальной цепи реле.

Достоинством схемы с малым сопротивлением дифференциального реле является шунтировка измерительных ТТ, что максимально устраняет их влияние друг на друга.

Достоинством схемы с большим сопротивлением дифференциальной цепи является автоматическое загрубление защиты при насыщении какого-либо ТТ при внешнем КЗ, так как в этом случае малое сопротивление ветви намагничивания насыщенного ТТ шунтирует дифференциальную цепь, уменьшая ток (напряжение) небаланса.

Чаще всего схема с большим сопротивлением дифференциальной цепи применяется при выполнении дифференциальных защит шин, где возможно глубокое насыщение ТТ на том присоединении, где произошло внешнее для дифференциальной защиты КЗ и в чувствительных дифференциальных защитах от замыканий на землю. В настоящее время в связи с уменьшением затрат на реализацию сложных алгоритмов при переходе на электронную элементную базу изготовления реле, схема с большим сопротивлением вытесняется защитами с малым сопротивлением дифференциального реле.

При рассмотрении принципа действия дифференциальных защит было принято, что в нагрузочном режиме и в режиме внешнего короткого замыкания ток в дифференциальной цепи равен нулю. Это возможно только в том случае, если вторичные токи ТТ точно равны первичным приведенным токам, т. е.

В действительности в дифференциальной цепи в этих режимах протекает ток, называемый током небаланса.

Определим, из каких составляющих складывается ток небаланса.

Погрешность ТТ в работе диф защиты трансформатора

Эта составляющая тока небаланса характерна для всех дифференциальных защит и вызвана тем, что вторичный ток равен:

(1 – 2)

где I_втор. – вторичный ток ТТ;
I’_перв. – приведенный ко вторичной обмотке первичный ток;
I’_нам. – приведенный ко вторичной обмотке ток намагничивания.
Ток в реле – ток небаланса – равен (для дифференциальной защиты с двумя ветвями):

где I_втор.1, I’_перв.1, I’_нам.1 – вторичный, приведенный первичный и приведенный ток намагничивания ТТ первой ветви;
I_втор.2, I’_перв.2, I’_нам.2 – то же для второй ветви.
При условии, что первичные токи защищаемого объекта равны первичным токам ТТ при внешнем коротком замыкании:
Ток небаланса будет равен:

(1 – 4)

В общем случае ток небаланса равен геометрической сумме токов намагничивания всех ветвей дифференциальной защиты:

(1 – 5)

Для того чтобы выявить влияние нагрузок ТТ и сопротивления дифференциального реле на ток небаланса, составим схему замещения дифференциальной защиты [3]:

Рис. 1. 3. Схема замещения дифференциальной токовой защиты

На рис. 1. 3. введены следующие обозначения:
Z’_перв1, Z’_нам1, Z_втор1 – приведенные сопротивления первичной обмотки и ветви намагничивания,сопротивление вторичной обмотки ТТ первой ветви;
Z’_перв2, Z’_нам2, Z_втор1 – то же для второй ветви;
I’_перв1, I’_нам1, I_втор1 – приведенные первичный ток, ток намагничивания и вторичный ток ТТ первой ветви;
I’_перв2, I’_нам1, I_втор1 – то же для второй ветви;
I_Р, Z_РО – ток в цепи дифференциального реле и сопротивление дифференциального реле;
r_пр1, r_пр2 – сопротивление соединительных проводов от ТТ до дифференциального реле для первой и второй ветви.

Принимая, что все сопротивления по рис. 1. 3 являются линейными элементами и составив для этой схемы уравнения по законам Кирхгофа, получим для I_нб при внешнем КЗ, когда I’_перв1 = I’ _перв2:

(1 – 6)

где Z₂ = Z_втор2 + r_пр2 ; Z₁ = Z_втор1 + r_пр1;
Z’_нам1 • Z’_нам2 = Z’ ²_нам;
Z’_нам1 + Z’_нам2 = 2Z’_нам.
Анализ формулы (1 – 6) показывает, что для снижения тока небаланса необходимо для менее мощных ТТ (имеющих меньшее сопротивление намагничивания) уменьшать внешнюю нагрузку.

К сожалению, для большинства трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник», как раз для менее мощных ТТ, на стороне «звезды» нагрузка должна быть увеличена в три раза за счет соединения ТТ в «треугольник», что приводит к большой погрешности ТТ, к увеличению тока небаланса и соответственно к увеличению тока срабатывания дифференциальной защиты.

В переходных режимах работы токи небаланса могут во много раз превосходить установившиеся значения. Проведенные исследования показали, что переходный ток небаланса может содержать значительную апериодическую составляющую, причем при равенстве сопротивления плеч и идентичности вольт-амперных характеристик ТТ ток небаланса представляет однополярный сигнал.

При неравенстве сопротивления плеч ТТ в токе небаланса появляются отрицательные полуволны [4]. На переходный процесс оказывают значительное влияние постоянные времени первичной и вторичной цепи – с их возрастанием токи небаланса увеличиваются, а сам переходный процесс затягивается.

Для обеспечения правильного функционирования дифференциальной защиты необходимо ток срабатывания защиты отстроить от токов небаланса, вызванных погрешностью ТТ в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания.

Ввиду сложности расчетов для реальных ТТ переходных токов небаланса, ток срабатывания дифференциальных защит выбирают по условию отстройки от установившегося тока небаланса, а учет переходного режима производится введением повышающего коэффициента kпер, который определяет степень конструктивной отстройки дифференциального реле от переходного режима (реле с промежуточными насыщающимися ТТ, реле с время-импульсной схемой и т.д.).

Для дифференциальных защит, в которых объединяются ТТ нескольких сторон защищаемого объекта, ток небаланса, вызванный погрешностями ТТ, определяется в режиме, когда ТТ одной стороны работают с допустимой погрешностью, а ТТ других – без погрешности.

В этом случае разность токов сторон будет протекать в дифференциальной цепи и определять ток небаланса.

Максимальная допустимая полная погрешность ТТ для дифференциальных защит в установившемся режиме максимального тока внешнего КЗ не должна превышать 10%.

Если для дифференциальной защиты используются ТТ одинакового типа, с одним коэффициентом трансформации, работающие примерно в одинаковых условиях, то мало вероятно, чтобы погрешность, с одной стороны, была равна допустимой, а с другой – равна нулю. Для учета таких условий работы ТТ (в формуле определения тока небаланса) вводится коэффициент однотипности ТТ, равный 0,5.

Таким образом, составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью ТТ, определяется:

(1 – 7)

где k_пер – коэффициент, учитывающий переходный режим;
k_одн – коэффициент однотипности ТТ, который принимается равным 1,0 или 0,5 в зависимости от условий работы ТТ;
ε – полная погрешность ТТ в установившемся режиме при расчетном токе внешнего металлического КЗ;
I_{КЗ макс} – максимальное значение тока при установившемся внешнем металлическом КЗ.

Защита с током срабатывания, выбранным по условию отстройки от тока небаланса по (1–7), не обеспечивает требование необходимой чувствительности защиты, поэтому применяют различные способы повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса. Традиционным способом отстройки от токов небаланса является процентное торможение, под которым понимается возрастание тока срабатывания дифференциального реле с увеличением тормозного тока. В качестве тормозного тока можно использовать фазный ток одной или нескольких сторон защиты, полусумму абсолютных значений токов сторон защиты и т.п.

Компенсация угловых сдвигов первичных токов и исключение токов нулевой чувствительности

Для силовых трансформаторов со схемой соединения «звезда−треугольник» между токами высшего и низшего напряжения существует угловой сдвиг с кратностью в 300. Без принятия мер для компенсации этого сдвига потребовалось бы значительное загрубление дифференциальной защиты по току срабатывания. Поэтому угловой сдвиг первичных токов компенсируется соответствующим поворотом вторичных токов на одной из сторон трансформатора.

Первичный поворот токов происходит из-за соединения обмоток трансформатора в «треугольник». Поэтому для компенсации фазовой погрешности трансформаторы тока тоже соединяются в треугольник.

Теоретически безразлично, на какой стороне соединить трансформаторы тока в «треугольник». Однако для силового трансформатора с заземленной нулевой точкой на стороне «звезда» при внешнем повреждении на землю со стороны нейтрали протекают токи нулевой последовательности – нейтраль «генерирует» токи нулевой последовательности. Эти токи трансформируются во вторичную цепь на стороне высшего напряжения, а на стороне «треугольника» в трансформаторах тока эти токи отсутствуют, так как первичные токи нулевой последовательности циркулируют внутри обмотки «треугольника» и не выходят во внешнюю цепь. Таким образом, весь ток нулевой последовательности со стороны «звезды» трансформатора будет протекать в дифференциальную цепь.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты необходимо подавить токи нулевой последовательности в дифференциальной цепи.

Соединение трансформаторов тока на стороне «звезды» силового трансформатора в «треугольник» обеспечивает, с одной стороны, компенсацию углового сдвига первичных токов и, с другой стороны, отсутствие тока нулевой последовательности в дифференциальной цепи за счет того, что токи нулевой последовательности циркулируют внутри схемы «треугольника» трансформаторов тока.

Следует заметить, что соединение трансформаторов тока в «треугольник» увеличивает нагрузку вторичной цепи в три раза, что может привести к увеличению погрешности трансформаторов тока, необходимости увеличения сечения контрольных кабелей, замены трансформаторов тока и т.д.

В современных цифровых дифференциальных защитах компенсация углового сдвига токов и исключение токов нулевой последовательности обеспечивается программными средствами, что позволяет на всех сторонах силового трансформатора соединять трансформаторы тока в «звезду».

Интересное видео о защите силового трансформатора:

Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ

Для выравнивания вторичных токов с разных сторон силового трансформатора необходимо, чтобы номинальные первичные токи силового трансформатора были равны номинальным первичным токам ТТ, а при соединении ТТ в «треугольник» – номинальный первичный ток ТТ был в √3 раз меньше номинального тока этой стороны силового трансформатора.

ТТ имеют стандартную шкалу номинальных значений, поэтому для выравнивания вторичных токов с разных сторон трансформатора используются промежуточные автотрансформаторы (трансформаторы) или магнитное выравнивание с помощью подключения цепей вторичных токов к разным числам витков.

Однако все эти способы не позволяют точно сбалансировать вторичные токи (невозможность установки дробного числа витков или из-за дискретности отпаек витков обмотки и т.п.), поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Эта составляющая определяется:

(1 – 8 )

где W_расч – расчетное число витков;
W_уст – установленное число витков.
Расчетное число витков определяется по выражению:

(1 – 9)

где W_осн и I_{ном. осн} – число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за основную;
W_расч и I_ном – расчетное число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за неосновную.

Следует отметить, что в современных цифровых реле удается минимизировать эту составляющую тока небаланса (до уровня ≈ 1%).

Регулировка коэффициента трансформации силовых трансформаторов

Выравнивание вторичных токов ТТ производится при одном определенном коэффициенте трансформации силового трансформатора (при номинальном или оптимальном положении регулятора). При изменении положения регулятора напряжения равенство токов (ампер-витков) нарушается.

В дифференциальной цепи появляется еще одна составляющая тока небаланса, которая определяется по формуле:

(1 – 10)

где Δu – относительное максимальное изменение коэффициента силового трансформатора от номинального (оптимального) значения.

Ток намагничивания при работе ДЗТ

Основной особенностью дифференциальных защит трансформаторов является неравенство нулю суммы МДС его обмоток из-за необходимости создания в сердечнике трансформатора основного потока, т.е. отношение токов по сторонам трансформатора не равно отношению числа витков за счет наличия тока намагничивания.

Поэтому в токе небаланса появляется еще одна составляющая – ток намагничивания. В нормальном режиме ток намагничивания не превышает 1 – 2% номинального тока и практически не учитывается при выборе тока срабатывания дифференциальной защиты.

Однако в режимах перевозбуждения его величина может возрасти до значений, соизмеримых с током срабатывания дифференциальной защиты.

Режим перевозбуждения возможен при повышении напряжения обмотки свыше номинального или при снижении частоты, этот режим можно характеризовать краткостью перевозбуждения:

(1 – 11)

где – В_ном, u_ном, f_ном – номинальные значения индукции в сердечнике, напряжения и частоты.
При перевозбуждении увеличиваются потери в трансформаторе на гистерезис и вихревые токи, происходит нагрев до недопустимых температур конструктивных элементов, что приводит к нагреву изоляции и ее повреждению, поэтому режим перевозбуждения должен быть ограничен во времени.

Т а б л и ц а 1-1

Максимальное допустимое время существования режима перевозбуждения [1]

Кроме повышения напряжения или снижения частоты, которые собственно и являются причинами перевозбуждения, этот режим характеризуется появлением в дифференциальном токе пятой, седьмой, а при схеме соединения ТТ дифференциальной защиты «звезда−звезда» еще и третьей гармоник. Так как насыщение сердечников силового трансформатора происходит в оба полупериода, то в токе намагничивания отсутствует постоянная составляющая.

При подаче напряжения на трансформатор или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания ток намагничивания резко возрастает и может достичь значений пяти−восьмикратных от номинального, причем большая часть броска тока намагничивания протекает со стороны подачи напряжения, а в режиме холостого хода весь ток намагничивания проходит со стороны питания, т.е. этот ток будет проходить в дифференциальную цепь.

Поэтому должны быть выявлены признаки, по которым можно отличить бросок тока намагничивания от тока короткого замыкания из-за повреждения трансформатора.

Рассмотрим физические процессы, которые происходят при включении трансформатора на примере однофазного трансформатора (рис. 1. 4). Если в момент включения напряжение питания проходит через нулевое значение, то установившееся значение магнитного потока должно быть близко к максимальному. Магнитный поток в сердечнике трансформатора не может измениться мгновенно, что приводит к возникновению свободной апериодической составляющей потока, величина которой должна быть такой величины, чтобы результирующий магнитный поток был равен нулю или остаточному потоку, если к моменту включения в магнитопроводе существовал остаточный поток. В результате кривая результирующего магнитного потока оказывается смещенной относительно нулевой линии. В пределе через половину периода результирующий магнитный поток может принять двойное значение и более при наличии остаточной индукции с неблагоприятным знаком.

Насыщение магнитопровода и вызывает появление значительных бросков тока намагничивания.

Рис. 1.4. Бросок тока намагничивания однофазного трансформатора

В трехфазных трансформаторах на броски тока намагничивания каждой фазы оказывают влияние магнитные потоки в сердечниках других фаз и обмотки трансформатора, соединенные в «треугольник». В зависимости от момента подачи напряжения, режима нейтрали, групп соединения обмоток трансформатора, (трехстержневой трансформатор или состоит из однофазных трансформаторов) бросок тока намагничивания может быть двух видов.

В первом случае во всех трех фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер, причем в одной фазе бросок тока намагничивания будет максимальным, в двух других – одинаковые и противоположные по знаку первой фазы.

Во втором случае в двух фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер разного знака, а в третьей фазе – периодический характер. Периодический бросок тока намагничивания может достигать двукратного значения номинального тока трансформатора. Идеализированные формы двух видов броска тока намагничивания показаны на рис 1.5, а осциллограмма взятия под напряжение трансформатора с броском тока намагничивания второго вида приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.5. Идеализированные формы бросков тока намагничивания первого и второго вида

Рис. 1.6. Осциллограммы токов намагничивания при взятии под напряжение силового трансформатора

При соединении ТТ дифференциальной защиты в «треугольник» при однополярных бросках тока намагничивания в дифференциальной цепи одной из фаз (где протекает разность токов) может появиться вторичный ток периодического характера.

После насыщения ТТ однополярным броском тока намагничивания во вторичном токе также появляются отрицательные полуволны.

Анализ кривых трехфазного броска тока намагничивания показывает следующие его характерные особенности:

• бросок тока намагничивания, по крайней мере в двух фазах, носит апериодический характер;
• апериодический бросок тока намагничивания в пределах одного периода имеет только один максимум и существенную токовую паузу в то время как ток короткого замыкания – два максимума за период;
• в периодическом броске тока намагничивания имеется бестоковая пауза, меньшая по длительности, чем при апериодическом броске;
• бросок тока намагничивания содержит высшие гармонические составляющие: вторую, третью и т.д., особенно велика доля второй гармоники. Даже в периодическом броске тока намагничивания доля второй гармонической составляющей велика.

К сожалению, при повреждении в зоне действия дифференциальной защиты ток короткого замыкания может иметь (как и при броске тока намагничивания) быстро затухающую апериодическую составляющую.

При насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей первичного тока во вторичном токе появятся четные гармоники. При больших кратностях тока короткого замыкания в режиме глубокого насыщения трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться и паузы. Таким образом, все признаки броска тока намагничивания присущи и вторичному току при больших величинах тока короткого замыкания в зоне работы дифференциальной защиты. Поэтому высокочувствительные дифференциальные защиты трансформаторов, использующие для блокировки один из перечисленных признаков броска тока намагничивания, могут правильно работать только в определенном диапазоне токов.

При токах, когда погрешности трансформаторов тока могут привести (в результате блокировки) к замедлению действия защиты или ее отказу, предусматривается грубая дифференциальная защита, отстроенная по току срабатывания от броска тока намагничивания, так называемая дифференциальная отсечка.

ПУЭ допускает использование дифференциальной отсечки как основной защиты на трансформаторах мощностью до 25 МВ•А. Для дифференциальной отсечки с электромагнитным токовым и выходным промежуточным реле ток срабатывания может быть принят трех–четырехкратным номинального тока трансформатора.

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ — Студопедия.Нет

ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

А) Составляющие тока небаланса

При внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вто­ричных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие не­равенства вторичных токов в реле в указанных режимах появля­ется ток небаланса , который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую I_нб. Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1)      Составляющая I_нб.т.т  вызывается наличием по­грешностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, пи­тающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих в реле при внешнем к. з.,

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фазе полностью скомпенсировано, получим, что I ₁ / n_I = I_II/n_II. С уче­том этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

Выражение (16-176) показывает, что, как и в дифференциаль­ных защитах линий игенераторов,

ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической раз­ ности намагничивающих токов трансформаторов тока защиты. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной.

2)      Составляющая I_нб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового транс­
форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при определен­ных соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса I_нб.рег. Обычно параметры компенси­рующих устройств ( w_yили п_а) подбираются для среднего значе­ния N. При отклонении от него на ± ∆

N% появляется ток не­баланса

где I_скв — сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор. Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформато­ров с регулировкой N под нагрузкой ∆ N = ±10 ÷ 15%.

3) Составляющая небаланса, возникающая при неточной компенсации неравенства токов плеч I_{нб.комп,}  появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирую­
щих устройств не позволяют подобрать расчетные значения (w_y или п_а), необходимые для полной компенсации.

4) Составляющая, обусловленная наличием тока на­магничивания I_нам у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на рис. 16-23, и вызывает ток

I_нб.нам = I_нам трансформатора.

В нормальном режиме I_нам силового трансформатора не пре­вышает 1—5% номинального тока; при к. з. ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с вне­запным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намаг­ничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и к. з. I_нб.нам обычно не учитывается из-за малой вели­чины его.

5) Компенсирующие трансформаторы и автотрансформаторы вносят погрешность при трансформации токов плеч, что вызывает появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и поэтому не учитывается.

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифферен­циальной защите трансформаторов при внешних к. з. определя­ ется в основном I

_нб.т.т  и I_нб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток I_нб._комп, вызван­ ный неточностью компенсации неравенства топов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

б) Причины повышенного I _нб в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса в дифференциальных защитах транс­форматоров оказывается обычно большей, чем в дифференциаль­ных защитах генераторов, что объясняется наличием дополнитель­ных составляющих в токе небаланса (I_нб.рег и I_нб._комп) и большим абсолютным значением составляющей I_нб.т.т, обусловленной по­грешностями трансформаторов тока. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных защит трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипности трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего, среднего и низшего напряжения силовых трансформаторов.

Эти конструктивные различия порождают различие магнитных характеристик трансформаторов тока и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности I_IIнам — I _1нам, определяющей величину I_нб.т.т .

Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (напряже­нием 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформато­ров тока, применяемых на напряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной защиты трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, при­соединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока,

и значительное различие сопротивлений плеч.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлении соединительных проводов между трансформатором тока и реле и определяется расстоянием от щита уп­равления, где устанавливаются реле, до распределительных устройств, в которых размещаются трансформаторы тока за­щиты силовых трансформаторов. Очень часто эти расстояния бывают значитель­ными и неодинаковыми по величине.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ло­жится утроенной нагрузкой на транс­форматоры тока, соединенные в треуголь­ник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч трансформаторы тока, соединенные в треугольник, оказываются бо­лее-загруженными, чем вторая группа трансформаторов тока, соединяемая в звезду (см. § 3-7).

Третья особенность имеет место у трехобмоточных транс­форматоров, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки.

В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для раз­личных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты получаются неодинаковыми. Через одну группу

(Т III ) протекает суммарный ток к. з., в то время как через две группы (Т1 и Т II ) — лишь часть этого тока (рис. 16-24).

В результате первая группа трансформаторов тока Т III на­магничивается сильнее, что вызывает резкое увеличение их намаг­ничивающих токов по сравнению с намагничивающими токами двух остальных групп.

в) Расчет I_нб

Расчетным путем ток небаланса I_нб.т.т  оценивается, так же как и в дифференциальной защите генераторов, по приближенной формуле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з. I_к.макс погрешность трансформаторов тока ε не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где k_одн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему,

k_одн= 0,5 ÷ 1; при суще­ственном различии условий работы и конструкций трансформато­ров тока различие их погрешностей достигает максимального зна­чения и тогда k_одн принимается равным 1.

С учетом выражений (16-18) и (16-20) расчетное значение пол­ного тока небаланса по выражению (16-19) примет вид:

г) Меры для предупреждения действия защиты от токов не­ баланса

Предотвращение работы защиты от токов небаланса достига­ется выбором тока срабатывания защиты I_ср > I_нб.

Очевидно, что данное условие ограничивает чувствительность защиты.

Для обеспечения достаточной чувствительности защиты при­нимаются меры к понижению величины I_нб. Уменьшение токов небаланса, обусловленных погрешностью трансформаторов тока

I_нб.т.т, обеспечивается подбором трансформаторов тока и их вто­ ричной нагрузки таким образом, чтобы они не насыщались при максимальном значении тока сквозного к. з. Для обеспечения этого условия трансформаторы тока и их вторичная нагрузка выбираются по кривым предельной кратности или по характеристикам намагничивания трансформаторов тока так, чтобы погрешность трансформаторов тока не превы­шала 10%.

Хотя указанные меры и позволяют уменьшить ток небаланса (за счет снижения I_нб.т.т ), его значение остается все же большим. В связи с этим для повышения чувствительности дифференциаль­ной защиты и вместе с тем для более надежной отстройки от токов небаланса применяются реле, включенные через быстронасыщающиеся вспомогательные трансформаторы, и реле с торможением.

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ — Студопедия

а) Составляющие тока небаланса’

При внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вторичных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие не­равенства вторичных токов в реле в указанных режимах появля­ется ток небаланса

/нб=/1в-/пв, (18-17)

который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием Намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую 1_ас Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1) Составляющая /нб.т.т вызывается наличием по­
грешностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, пи­
тающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания раз­
ность вторичных токов, проходящих в реле при внешнем к. 3.,

(1б-17а)

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фаао полностью скомпенсировано, получим, что 1\1п\ — Тц/пц- С уче­том этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

(16-176)

Выражение (16-176) показывает, что, как и в дифференциаль­ных защитах линий и генераторов, ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической рои-ности намагничивающих токов трансформаторов тона ио/цити. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую поличипу и является основной.

2) Составляющая /_нб.рег появляется при иимоиеиии
(регулировании) коэффициента трансформации N СИЛОВОГО транс­
форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при о и р о д о лон­ных соотношениях токов обмоток СИЛОВЫХ трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса /_Нб.рег- Обычно параметры компенси­рующих устройств (w_Y или п_а) подбираются для среднего .значе­ния N. При отклонении от него на ±Д N% появляется ток не­баланса

(16-18)

где /_Скв — сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор. Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформато­ров с регулировкой N под нагрузкой А N = ±10 ■*• 15%.

9.2.4. Токи небаланса в дифференциальной защите

9.2.4.1. Общие сведенья

При внешних КЗ и нагрузке обеспечить полный баланс вторичных токов, поступающих в реле не удается:

I_нб = I₁ – I₂(9.5.)

В общем случае ток небаланса можно разложить на ряд составляющих:

I_нб = I_нб.ТА + I_нб.рег+ I_нб.ком+ I_нб.нам(9.6.)

где: I_нб.ТА– ток небаланса из-за погрешностей трансформаторов тока;

I_нб.рег– погрешность при изменении коэффициента трансформацииNсилового трансформатора;

I_нб.ком– ток небаланса из-за неточности компенсации токов в плечах защиты;

I_нб.нам– составляющая, вызванная наличием тока намагничиванияI_наму силового трансформатора.

Составляющая I_нб.ТАимеет наибольшую величину и является основной:

I_нб.ТА = I_IIнам – I_Iнам(9.7.)

где: I_Iнам,I_IIнам— токи намагничивания трансформаторов тока.

I_нб.рег— Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогательного автотрансформатора, обеспечивается при определенном значении коэффициента трансформации силового трансформатораN. Этот коэффициент может изменяться, особенно значительно у силовых трансформаторов оснащенных РПН. Обычно параметры компенсирующих устройств подбираются для среднего значенияN. При отклонении от него наNпоявляется ток небаланса:

(9.8.)

где: I_скв— сквозной ток, протекающий через трансформатор.

I_нб.ком— Появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирующих устройств не позволяют подобрать расчетные значения_yилиn_a, необходимые для полной компенсации.

I_нб.нам— Ток намагничиванияI_намсилового трансформатора нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора:

I_нб.нам = I_нам(9.9.)

В нормальном режиме I_намсоставляет 1–5% отI_ном. Ток намагничивания резко возрастает при увеличении напряжения на трансформаторе, при КЗ ток намагничивания резко уменьшается.

9.2.4.2. Причины повышенного тока небаланса в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса достигает значительной величины у трансформаторов с РПН, из-за составляющей — I_нб.рег.

Из-за конструктивных ограничений часто бывает значительна составляющая I_нб.ком.

Особенна велика составляющая I_нб.ТА– причины этого:

1. Конструктивная разнотипность трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего и низшего напряжения силовых трансформаторов. Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (U_НОМ= 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформаторов тока, применяемых на напряжении 10 и 6 кВ.

2. Большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока и значительным различием сопротивлений плеч.

3. У трех обмоточных трансформаторов, кратность токов при внешних КЗ для различных групп трансформаторов тока получаются неодинаковыми. Через одну группу протекает суммарный ток КЗ, через две другие лишь часть этого тока. В результате группа ТА3 (см. рис. 9.2.6.) будет намагничиваться сильнее, токи намагничивания этих трансформаторов увеличатся.

Рис. 9.2.6.

9.2.4.3. Расчет тока небаланса

Ток небаланса оценивается по приближенной формуле, исходя из предположения, что при максимальном токе короткого замыкания, погрешность трансформаторов тока не превышает 10%:

I_нб.ТА = k_одн 0,1 I_к.макс(9.10.)

где: k_одн— коэффициент однотипности, учитывающий различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему;k_одн= 0,5–1. При существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока —k_одн= 1.

Значение полного тока небаланса:

(9.11.)

Ток небаланса в реле дифференциальной защиты с циркулирующими токами — Студопедия

 

Из схем замещения измерительных трансформаторов тока (см. рис. 1.2)

İ_2I = İ’_1I – İ’_намI , İ_2II = İ’_1II – İ’_намII .

Поэтому при нормальной работе и внешних коротких замыканий ток в реле дифференциальной защиты

İ_р = İ_нб = İ_2I – İ_2II = İ’_намII — İ’_намI .                            (10.2)

Таким образом, ток небаланса определяется токами намагни­чивания, которые для любых двух трансформаторов тока неодина­ковы вследствие неидентичности их характеристик намагничивания (рис. 10.2, а). С увеличением первичного тока разница в токах на­магничивания, а следовательно, и ток небаланса возрастают. Для выбора тока срабатывания защиты необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних коротких замы­каниях.

Определение тока небаланса расчетным путем представляет значительную трудность. Известные методы расчета максимального расчетного тока небаланса I_{нб.рсч.max} основаны на предварительном определе­нии токов намагничивания [11]. Значи­тельный ток намагничивания при пере­ходных процессах во вторичных цепях трансформатора тока обусловлен нали­чием в токе к.з. плохо трансформируе­мой апериодической составляющей (рис. 10.2,6, кривая 1). Он почти полностью замыкается через ветвь намагничивания, увеличивая этим ток намагничивания и насыщая сердечник трансформатора. Это ухудшает, в свою очередь, трансформа­цию периодической составляющей тока к.з., вследствие чего ток намагничивания еще более возрастает. Поэтому наиболь­шие токи небаланса в схеме дифферен­циальной защиты возникают в случае, если повреждение возникает в момент, когда апериодическая составляющая име­ет наибольшее значение. Скорость изменения апериодической со­ставляющей зависит от постоянной времени T₁ первичной цепи. С увеличением T₁ продолжительность существования апериодичес­кого тока возрастает. Это приводит к росту тока намагничивания. При повреждении в различных точках системы постоянная време­ни может изменяться в широких пределах, в среднем ее можно принять равной T₁=0,01÷0,1 с.

Рис. 10.2. Характеристики и ток намагничивания транс­форматоров дифференци­альной защиты

 

Наряду с апериодической составляющей на ток намагничивания влияют значение и знак остаточной индукции сердечника. При на­личии остаточной индукции ток намагничивания в переходных про­цессах может сильно возрасти при совпадении остаточной индук­ции по знаку с индукцией, вызванной апериодической составляю­щей тока к.з. Остаточная индукция уменьшается во времени очень медленно. Поэтому при определении токов небаланса необходимо учитывать остаточную индукцию, которая может возникать в ре­зультате работы трубчатых разрядников, отключения короткого замыкания и т.п.

Расчеты, подтвержденные опытными данными, показывают, что при переходных процессах максимальные значения токов намагни­чивания и небаланса могут приближаться к амплитудным качаниям тока к.з. и возникают спустя несколько периодов после начала короткого замыкания (рис. 10.2, б, кривая 2). Запаздывание объясняется возникновением переходного процесса в замкнутой вторичной цепи трансформаторов тока. Переходный процесс со­провождается появлением свободной апериодической составляю­щей, которая затухает с постоянной времени T₂ вторичной цепи, превосходящей T₁ .

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле следует выбирать с учетом тока небаланса переходного процесса по выражению

 

I_ср = k_зап I_{нб.рсч.max}                                                     (10.3)      

 

При определении тока небаланса исходят из того, что трансфор­маторы тока в схеме выбраны так, что полная погрешность не пре­вышает ε=10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности тока к.з. (см. § 1.1). Погрешности двух трансформато­ров тока имеют одинаковые знаки (см. рис. 10.2, а), поэтому ток небаланса, равный согласно (10.2) разности токов намагничива­ния, определяется погрешностью, меньшей каждой из погрешнос­тей в отдельности, что учитывается при расчетах коэффициентом однотипности k_одн=0,5÷1,0. Влияние апериодической составляю­щей тока к.з. на ток небаланса учитывают коэффициентом k_ап; для момента времени t = 0 принимают k_ап = 2,0. Поэтому ток

 

 I_{нб.рсч.max} = (ε /100) k_ап k_одн I⁽³⁾_{к.вн max} / K_{I .}                   (10.4)

 

Для дифференциальной защиты коэффициент чувствительности, представляющий собой отношение минимального значения тока в точке короткого замыкания I_к.min при повреждении в зоне к току срабатывания защиты I_c.з , должен быть не менее двух.

Одним из способов повышения чувствительности защиты явля­ется отстройка от переходных значений тока небаланса по време­ни. Однако этот способ не может считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать прин­ципиальное свойство дифференциальной защиты — ее быстроту действия.

 

Токи небаланса в дифференциальной защите — Студопедия

Ток срабатывания защиты зависит от тока небаланса, поэтому необходим его правильный учет.

Ток небаланса через вторичные токи с учетом погрешности:

,

При внешнем к.з. , поэтому

Погрешность ТА вызвана наличием тока намагничивания. Ток небаланса равен разности токов намагничивания. Поэтому для снижения тока небаланса необходимо выравнивать токи намагничивания по величине и фазе.

Ток намагничивания зависит от магнитной индукции, которая в свою очередь пропорциональна э.д.с.

Из характеристик видно, что ток небаланса будет равен нулю при полном совпадении характеристик.

Ток небаланса увеличивается при возрастании магнитной индукции, которая растет с увеличением первичного тока и вторичной нагрузки. Кроме того, ток небаланса резко возрастает при насыщении трансформаторов тока.

Для предотвращения насыщения ТА:

1. Применяют ТА класса Д, которые насыщаются при значительно больших кратностях, чем ТА класса 0,5.

2. Снижают магнитную индукцию. Для этого снижают вторичную э.д.с. Е_В путем увеличения коэффициента трансформации К_ТА и снижения его вторичной нагрузки Z_H (путем замены материала или увеличения сечения соединительных проводов).

.

Токи намагничивания и токи небаланса резко возрастают в первый момент к.з. Из-за плохой трансформации во вторичную цепь апериодической составляющей тока к.з. значительная часть этой составляющей идет на намагничивание сердечника. Трансформатор насыщается, что приводит к ухудшению условий трансформации периодической составляющей и увеличению ее доли, которая идет на намагничивание.

11. Как рассчитать ток небаланса в дифференциальной защите

трансформатора?

Вследствие неравенства вторичных токов в реле в указанных режимах появляется ток небаланса , который может вызвать неправильную работу защиты. Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов то-ка; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; неполной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вносящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую Iнб. Составляющая Iнб.т.т вызывается наличием погрешностей) трансформаторов тока, питающих защиту.

;

Составляющая Iнб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового трансформатора или автотрансформатора.

;

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифференциальной защите трансформаторов при внешних к. з. определяется в основном Iнб.т.т и Iнб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток Iнб.комп, вызванный неточностью компенсации неравенства топов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

Расчетным путем ток небаланса Iнб.т.т оценивается по приближенной формуле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з. Iк.макс погрешность трансформаторов тока ε не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где kодн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему, kодн = 0,5 ÷ 1; при существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока различие их погрешностей достигает максимального значения и тогда kодн принимается равным 1.

С учетом всех вышеуказанных расчетное значение полного тока небаланса примет вид:

12. Принцип действия электромеханических реле, понятие коэффициента

Возврата.

На рисунке представленаосновная разновидность конструкций электромагнитных реле. Конструкция содержит электромагнит 1, состоящий из стального сердечника и обмотки, стальной подвижный якорь 2, несущий подвижный контакт 3, неподвижные контакты 4 и противодействующую пружину 5.

Проходящий по обмотке электромагнита ток Iр создает намагничивающую силу (н. с.) Ipwp, под действием которой возникает магнитный поток Ф, замыкающийся через сердечник электромагнита 1, воздушный зазор и якорь 2. Якорь намагничивается и в результате этого притягивается к полюсу электромагнита. Переместившись в конечное положение, якорь своим подвижным контактом 3 замыкает неподвижные контакты реле 4. Начальное положение якоря ограничивается упором 6.

Током возврата реле Iвоз называется наибольший ток в реле, при котором якорь реле возвращается в начальное положен и е.

13. Особенности работы реле на переменном токе рп-25

Промежуточное реле РП-25 применяется в схемах защиты и автоматики на переменном оперативном токе. Схема внутренних соединений аналогична реле РП – 23.

Рисунок 1 – Схема внутреннего соединения реле серии РП – 25

Технические характеристики

реле промежуточный ремонт регулировка

Реле выпускается на номинальное напряжение 100, 127 или 220 В, номинальная частота 50 Гц.

Диапазон рабочих температур составляет –20 ÷ +40 °С.Напряжение срабатывания реле не превышает 85% Uном, напряжение возврата – не менее 3% Uном.Время срабатывания реле при номинальном напряжении не более 0,06 с.

При изменении частоты на ±3 Гц от номинального значения напряжение срабатывания изменяется не более чем на ±10%, а напряжение возврата не более чем на ±15% значения, измеренного при частоте 50 Гц.При изменении температуры окружающего воздуха в диапазоне –20 ÷ +40 °С отклонение напряжения срабатывания может находиться в пределах ±15%, напряжение возврата – в пределах ±60%, а время срабатывания – в пределах ±70% значения, измеренного при температуре +20° С.

Мощность, потребляемая катушкой реле при номинальном напряжении и притянутом якоре, не более 6 Вт.Реле длительно выдерживает напряжение 110% Uном, при притянутом якоре.

Механизм реле выдерживает без отказа в работе 100 000 срабатываний, контакты реле – 10 000 срабатываний с предельной электрической нагрузкой.

Электромагнит клапанного типа состоит из шихтованного сердечника 1 с катушкой 2 и якоря 4, смонтированных на скобе 7. Для снижения вибраций якоря полюс сердечника у рабочего зазора расщеплен и снабжен короткозамкнутым витком 3.

Сердечник крепится к скобе болтами 5, отверстия для болтов имеют увеличенный диаметр, что обеспечивает возможность регулировки взаимного положения сердечника и якоря.

К якорю приклепан хвостовик 8, передающий усилие электромагнита на колодку 9 подвижной контактной системы. Якорь вращается на оси, проходящей через скобу 7 и хвостовик 8.

Ось удерживается от выпадания П-образной пружиной 6 с выдавленными углублениями, фиксирующими ее положение.

Реле выпускаются с четырьмя замыкающими и одним размыкающим контактами. Перестановкой (поворотом на 180°) угольников неподвижных контактов можно получить еще несколько комбинаций замыкающих и размыкающих контактов:

— два размыкающих и три замыкающих;

— три размыкающих и два замыкающих;

— четыре размыкающих и один замыкающий.

Электромагнит переменного тока сообщает подвижной контактной системе значительно большее ускорение. При переделке замыкающих контактов на размыкающие и отсутствии ограничения прогиба контактной пружины снизу пружины подвижных контактов при срабатывании реле из-за большого прогиба при ударе о нижний упор работают в очень тяжелых условиях. Поэтому не рекомендуется применение реле с числом размыкающих контактов, большим двух. Переделка в этом случае производится поворотом на 180° контактных угольников на зажимах 5 и 6 и удалением второго сверху контактного мостика.

3 Основные причины ложного дифференциального тока в трансформаторе

Дифференциальный ток

Некоторые явления могут вызывать протекание значительного дифференциального тока, когда неисправности нет, и этих дифференциальных токов, как правило, достаточно, чтобы вызвать отключение дифференциального реле в процентах.

3 Основные причины ложного дифференциального тока в трансформаторе Схема защиты дифференциального силового трансформатора

Однако в этих ситуациях дифференциальная защита не должна отключать систему, поскольку она не является внутренней неисправностью трансформатора.

Такие явления могут быть вызваны нелинейностями в сердечнике трансформатора. Некоторые из этих ситуаций рассматриваются ниже //

1. Пусковые токи
2. Условия перевозбуждения
3. Трансформатор тока насыщения

1. Пусковые токи

Пусковой ток намагничивания в трансформаторах возникает в результате любого резкого изменения напряжения намагничивания. Хотя обычно рассматривается как результат подачи напряжения на трансформатор, намагничивание может быть также вызвано //

• Возникновение внешней неисправности
• Восстановление напряжения после устранения внешней неисправности
• Изменение характера неисправности (например, когда замыкание фазы на землю превращается в замыкание фазы на землю)
• Синфазная синхронизация подключенного генератора

Пример пускового тока после операции повторного включения , измеренной на выключателе распределительной подстанции.

Рисунок 3 — Пример пускового тока, измеренного на подстанции (много распределительных трансформаторов вместе)

Так как намагничивающая ветвь , представляющая сердечник, выглядит как шунтирующий элемент в эквивалентной цепи трансформатора, ток намагничивания нарушает баланс между токами на клеммах трансформатора, и поэтому дифференциальное реле воспринимает его как «ложный» дифференциал текущий

Однако реле должно оставаться стабильным в условиях пускового тока.Кроме того, с точки зрения срока службы трансформатора, отключение в пусковых условиях составляет , что является очень нежелательной ситуацией ! Прерывание тока чисто индуктивного характера создает высокое перенапряжение, которое может поставить под угрозу изоляцию трансформатора и стать косвенной причиной внутренней неисправности).

Ниже обобщены основные характеристики пусковых токов //

• Обычно содержит смещение постоянного тока, нечетные гармоники и четные гармоники.
• Обычно состоит из униполярных или биполярных импульсов, разделенных интервалами очень низких значений тока.
• Пиковые значения униполярных импульсов пускового тока уменьшаются очень медленно.
• Постоянная времени обычно намного больше, чем у экспоненциально затухающего смещения постоянного тока токов повреждения.
• Содержание второй гармоники начинается с низкого значения и увеличивается с уменьшением пускового тока.

Подробнее о практических соображениях пускового тока трансформатора //

Подробнее

Вернуться к ситуациям ↑

2.Условия перевозбуждения

Слишком большое возбуждение трансформатора может привести к ненужной работе дифференциальных реле трансформатора . Такая ситуация может возникнуть на генерирующих установках, когда генератор, подключенный к единице, отделен при экспорте VAR. Результирующий внезапный рост напряжения на обмотках единичного трансформатора, вызванный потерей нагрузки VAR, может привести к превышению номинального напряжения на герц и, следовательно, к событию перевозбуждения .

Это также может произойти в системах передачи , где большая реактивная нагрузка отключается от трансформатора, а первичная обмотка остается под напряжением .

Когда первичная обмотка трансформатора перевозбуждена и приводится в насыщение, кажется, что в первичную обмотку трансформатора поступает больше энергии, чем из вторичной обмотки. Дифференциальное реле со своими входами, питаемыми от правильно выбранных трансформаторов тока, чтобы приспособить отношение и сдвиг фазы, будет воспринимать это как разницу тока между первичной и вторичной обмотками и, следовательно, будет работать.

Это было бы нежелательной операцией, , поскольку не было бы никакой внутренней неисправности , с текущим дисбалансом, созданным из условия перевозбуждения.

Поскольку перевозбуждение проявляется с образованием нечетных гармоник, и поскольку третья гармоника (и другие тройки) могут быть эффективно подавлены в обмотках Δ трансформатора, то пятая гармоника может использоваться как ограничивающая или блокирующая величина в дифференциальном реле. для того, чтобы провести различие между чрезмерным возбуждением и неисправным состоянием.

SIPROTEC 4 7UT6 Реле дифференциальной защиты для трансформаторов — Подключение дифференциальной защиты трансформатора с высоким импедансом REF (I7) и измерением тока нейтрали на I8

Вернуться к ситуациям ↑

3.Трансформатор тока насыщения

Влияние насыщения ТТ на дифференциальную защиту трансформатора является обоюдоострым. Хотя ограничение в процентах уменьшает влияние несбалансированного дифференциального тока, в случае внешних неисправностей результирующий дифференциальный ток, который может иметь очень высокую величину , может привести к срабатыванию реле «мужской» !

При внутренних неисправностях гармоники, возникающие в результате насыщения ТТ, могут задержать работу дифференциальных реле, имеющих ограничение по гармонике.

Вернуться к ситуациям ↑

Ссылка // Схема дифференциальной защиты трансформатора с алгоритмом обнаружения внутренних неисправностей с использованием логики блокировки удержания второй и пятой гармоник — Уахди Дрис, Фараг. М. Эльмарейми и Рекина Фуад

,

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать

Дифференциальная защита

Хотя в настоящее время дифференциальная защита достигается численно, для понимания принципов дифференциальной защиты полезно проанализировать повсеместное электромеханическое реле.

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понять (на фото: реле защиты SIPROTEC)

На рисунке 1 показана простая схема дифференциальной защиты, также известная как схема Merz-Price .

В этой простой схеме мы можем предположить, что при нормальных условиях работы ток, поступающий в защищаемое оборудование , равен (или, в случае трансформатора, пропорциональному) его выходному току. В этом примере мы будем предполагать, что токи входа и выхода равны. Автоматический выключатель с обеих сторон защищаемого оборудования управляется реле максимального тока.

Рисунок 1 — Простая дифференциальная защита (щелкните, чтобы развернуть схему)

Трансформаторы тока идентичных типов и коэффициентов оборотов установлены с обеих сторон оборудования.Эти трансформаторы тока индуцируют одинаковые вторичные токи, потому что их первичные токи идентичны и имеют одинаковое соотношение витков.

При простом рассмотрении диаграммы ясно видно, что при этих обстоятельствах через реле не будет протекать ток утечки, поэтому сигналы отключения не будут генерироваться.

… и когда происходит сбой

Рассмотрим неисправность , внутреннюю для оборудования . Через ток протекает большой ток, поэтому ток, выходящий из оборудования, быстро уменьшается, что приводит к уменьшению вторичного тока в CT B .Это приведет к протеканию тока через реле, величина которого будет достаточна для отключения автоматических выключателей.

Теперь рассмотрим внешнюю неисправность на F , как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Простая дифференциальная защита с внешней неисправностью

Вы можете видеть, что в этом случае ток, выходящий из оборудования, хотя и большой, все равно совпадает с током, поступающим в него, поэтому реле не отключается. Это именно то, что нам нужно , потому что внешние неисправности оборудования находятся в другой защитной зоне и защищены в другой схеме.

Если защищаемое оборудование представляет собой, например, шину или обмотку генератора, ясно, что ток на выходе такой же, как и ток на входе. Однако, если оборудование представляет собой трансформатор, в котором коэффициент витков не равен единице, входящий ток будет отличаться от выходящего тока.

В этом случае трансформаторы тока должны быть сбалансированы с эквивалентным дифференциалом отношения витков.

Дифференциальная схема создает четко определенную защитную зону , охватывающую все между двумя трансформаторами тока .Любая неисправность, существующая в этой защитной зоне, рассматривается как внутренняя неисправность, тогда как любая неисправность, существующая вне этой защитной зоны, является внешней неисправностью.

Поэтому дифференциальная схема должна быть способна реагировать на наименьшие внутренние неисправности, но ограничиваться наибольшими внешними неисправностями.

На практике этого трудно достичь — особенно при очень больших неисправностях из-за неидеальной природы трансформаторов тока, используемых для измерения токов.Термин, используемый для определения способности системы справляться с этими недостатками, называется «Устойчивость к неисправностям» .

В современных IED-устройствах (интеллектуальных электронных устройствах) ток в трансформаторах тока напрямую не управляет рабочей катушкой, которая отключает автоматические выключатели, поэтому возможности подключения не такие, как показано в этом примере. В действительности токи от трансформаторов тока просто вводятся в устройство IED, где они дискретизируются и оцифровываются.

Затем дифференциальная операция выполняется программным обеспечением IED.

Базовая дифференциально-трансформаторная теория (ВИДЕО)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанций Майкла Дж. Бергстрома

,

10 схем обнаружения дисбаланса для удаления неисправной конденсаторной батареи из системы

Схемы обнаружения и защиты дисбаланса

Основной целью схемы обнаружения дисбаланса является удаление конденсаторной батареи из системы в случае сбоя и срабатывания предохранителя. Это предотвратит повреждение перенапряжения на оставшихся конденсаторных блоках в группе, где происходит операция.

10 схем обнаружения дисбаланса для удаления неисправной конденсаторной батареи из системы (на фото: компенсация реактивной мощности среднего напряжения; кредит: avalon.RS)

Удаление конденсаторной батареи в таком случае защищает от ситуации, которая может быть немедленно вредной для конденсаторных блоков или связанного с ними оборудования.

Давайте рассмотрим, как происходит дисбаланс на примере и опишем десять схем обнаружения:

0. Общие сведения об обнаружении дисбаланса

Схемы дисбаланса для заземленных конденсаторных батарей :

1. Реле дисбаланса для заземленных конденсаторных батарей
2. Суммирование промежуточного напряжения точки отвода
3. Дифференциальная защита по нейтральному току (заземленные конденсаторные батареи)
4. Метод дифференциальной защиты по напряжению для заземленных конденсаторных батарей

Схемы дисбаланса для незаземленных конденсаторных батарей :

5. Защита от дисбаланса нейтрального напряжения с использованием незаземленных конденсаторных батарей
6. Способ защиты от дисбаланса нейтрального напряжения с использованием емкостного делителя напряжения
7. Метод определения дисбаланса нейтрального напряжения с использованием трех PT
8. Способ обнаружения дисбаланса нейтрального тока для незаземленных конденсаторных конденсаторных батарей
9. Способ защиты от нейтрального напряжения для незаземленных соединенных конденсаторных батарей
10. Способ защиты от несимметрии нейтральных напряжений для незаземленных конденсаторных батарей с разделенными звеньями

1.Общее об обнаружении дисбаланса

Рассмотрим подключение конденсатора, показанное на рисунке 0. Когда все четыре конденсатора находятся в рабочем состоянии, напряжение на каждом устройстве будет V / 2. Если один из предохранителей разомкнут, то напряжение на верхней ветви составляет 2-3 В, а на нижней ветви — 1-3 В.

Такое увеличение напряжения в любом конденсаторном блоке составляет , недопустимо .

Дисбаланс в напряжении должен быть обнаружен , и устройство должно быть изолировано , прежде чем произойдет значительный ущерб.

Существует много методов обнаружения дисбалансов в конденсаторных батареях, но нет практического метода, который обеспечивал бы защиту при всех возможных условиях.

Рисунок 0 — Открытый предохранитель и распределение напряжения в последовательной группе

Все схемы обнаружения дисбаланса настроены для подачи сигнала тревоги при первоначальном сбое в банке. При последующих критических сбоях, когда возникают разрушительные перенапряжения, банк будет отключен от линии.

Типичные схемы обнаружения, связанные с заземленными и незаземленными контактами , обсуждаются ниже.Так как соединенные треугольником банки используются так редко, а необоснованные тройные банки служат той же цели, конфигурации дельты не оцениваются.

Выход из строя одного или нескольких конденсаторных блоков в банке вызывает дисбаланс напряжения. Дисбаланс в конденсаторных батареях определяется на основании следующих соображений:

• Реле дисбаланса должно подать сигнал тревоги о перенапряжении 5% или менее и отключить банк от перенапряжения, превышающего 10% от номинального напряжения.
• Реле дисбаланса должно иметь задержку по времени, чтобы минимизировать повреждение из-за дугового разряда между конденсаторными блоками.Кроме того, задержка должна быть достаточно короткой, чтобы
  не повредили датчики, такие как трансформатор напряжения или трансформатор тока.
• Реле дисбаланса должно иметь задержку по времени, чтобы избежать ложных срабатываний из-за броска , замыканий на землю, молнии и переключения оборудования вблизи . 0,5 секундная задержка должна быть достаточной для большинства применений.

Схемы дисбаланса для заземленных систем:

1. Реле дисбаланса для заземленных конденсаторных батарей

На рисунке 2 показана схема заземленного конденсатора с реле тока нейтрали.

Рисунок 1 — Измерение нейтрального тока с использованием трансформатора тока

Для заземленного ряда сортов или каждого типа заземленного разделенного набора разрядов допустимое количество единиц, которое можно удалить из одной последовательной группы, учитывая максимальное % V _R для остальных единиц, можно рассчитать с помощью следующая формула [1]:

Если F является дробным, используйте следующее меньшее целое число. Затем реле настраивается для подачи сигнала тревоги при отказе F единиц .Ток между нейтралью и землей I _N и уставка реле при потере F единиц для этой схемы определяется по следующей формуле [2]:

Реле также будет настроено на отключение банка при потере F + 1 единиц . Ток между нейтралью и землей и настройку реле можно определить с помощью F + 1 вместо F.

Процент перенапряжения для любого количества устройств, удаленных из группы последовательностей, можно определить по следующей формуле [3]:

где:

• В _ph = приложенное напряжение от линии к нейтрали [кВ]
• В _с = Номинальное напряжение конденсаторных блоков [кВ]
• В _R = Напряжение на оставшихся блоках в группе [%]
• F = Единицы, удаленные из одной группы серии
• I _N = Нейтральный ток к земле [A]
• I _U = Номинальный ток одной единицы [A]
• S = Количество групп рядов на фазу
• N = Количество параллельных блоков в одной группе последовательностей
• F = Количество единиц, удаленных из одной группы серий

Типичная схема защиты от несимметрии состоит из трансформатора тока с вторичной обмоткой 5 А, использующей нагрузку 10–25 Ом , подключенного к реле напряжения с задержкой по времени с помощью подходящих фильтров.

Преимуществами этой схемы являются:

1. Конденсаторная батарея содержит в два раза больше параллельных блоков в последовательной группе по сравнению с двойной радиальной батареей для данного размера кВАр, что снижает перенапряжение, наблюдаемое оставшимися единицами в группе в случае срабатывания предохранителя.
2. Для этого банка может потребоваться меньше площади подстанции и соединений, чем для двойного Уай банка.
3. Относительно недорогая схема защиты.

Недостатками этой схемы являются:

1. Чувствителен к дисбалансу системы, что является существенным фактором для крупных банков.
2. Чувствителен к тройным гармоникам и обычно требует наличия схемы фильтра.
3. Не будет действовать, если во всех фазах имеется аналогичный сбой.
4. Невозможно определить фазу неисправного конденсаторного блока.

Вернуться к содержанию ↑

2. Суммирование промежуточного напряжения точки отвода (заземленные конденсаторные батареи)

На рисунке 2 показана схема защиты от дисбаланса для заземленной конденсаторной батареи с использованием напряжений точки отвода конденсатора.Любой дисбаланс в конденсаторных устройствах вызовет дисбаланс напряжений в точках отвода.

Рисунок 2 — Обнаружение дисбаланса с использованием суммирования промежуточного напряжения точки отвода в заземленной конденсаторной батарее

Результирующее напряжение в открытой дельте обеспечивает индикацию дисбаланса. Изменения величины тока нейтрали и напряжения определяются уравнениями 2 и 3 выше.

Вернуться к содержанию ↑

3. Дифференциальная защита по нейтральному току (заземленные конденсаторные батареи)

В этой схеме, показанной на рисунке 3, нейтрали двух секций заземлены через отдельные трансформаторы тока .

Вторичные трансформаторы ТТ подключены к реле максимального тока, что делает его нечувствительным к любым внешним условиям, которые могут повлиять на обе секции конденсаторной батареи.

Рисунок 3 — Обнаружение дисбаланса в заземленной конденсаторной батарее с двумя трансформаторами тока

Преимуществами этой схемы являются:

1. Схема не чувствительна к дисбалансу системы и чувствительна при обнаружении отключений конденсаторных блоков даже на очень больших конденсаторных батареях.
2. Гармонические токи не влияют на эту схему.
3. Для очень больших банков с более чем одной последовательной группой количество энергии в конденсаторах будет уменьшаться. Это снизит нагрузку на предохранители и может
   снизить стоимость предохранителей.

Путем разделения звездочки на две секции количество параллельных блоков в последовательной группе уменьшается, тем самым увеличивая перенапряжения на оставшихся блоках в последовательной группе в случае срабатывания предохранителя.

Конденсаторному блоку двойного типа требуется больше подстанции и соединений.Сбалансированный отказ в каждом звене не дает никаких указаний в этой схеме.

Вернуться к содержанию ↑

4. Метод дифференциальной защиты по напряжению для заземленных конденсаторных батарей

В этой схеме, показанной на рисунке 4, два выходных трехфазных трансформатора напряжения сравниваются в дифференциальном реле . Потеря конденсаторного блока в каждой фазе может быть обнаружена независимо.

Напряжение нулевой последовательности присутствует во время дисбаланса в батарее шунтирующих конденсаторов

Рисунок 4 — Метод прогнозирования разности напряжений для заземленной конденсаторной батареи

Преимуществами этой схемы являются:

1. Конденсаторная батарея содержит в два раза больше параллельных блоков на последовательную группу по сравнению с разделенной цепью.Перенапряжения, наблюдаемые остальными устройствами в группе в случае срабатывания предохранителя, будут меньше.
2. Эта конденсаторная батарея может потребовать меньшую площадь подстанции.
3. Эта схема менее чувствительна к дисбалансу системы. Чувствителен к обнаружению неисправностей в последовательных конденсаторах.

Основным ограничением этой схемы является то, что количество требуемых СТ составляет шесть, и также требуются обширные соединения.

Обнаружение дисбаланса в незаземленных конденсаторных батареях

Для обнаружения дисбаланса в незаземленных конденсаторных батареях используются датчики трансформатора напряжения или тока вместе с соответствующими реле во вторичной цепи.Представлены шесть различных схем обнаружения дисбаланса в незаземленных конденсаторных цепях.

Вернуться к содержанию ↑

Схемы дисбаланса для незаземленных систем:

5. Защита от дисбаланса нейтрального напряжения с использованием незаземленных конденсаторных батарей

Используя трансформатор напряжения, подключенный между нейтралью и землей, любое смещение напряжения нейтрали из-за отказа конденсаторного блока определяется (см. Рисунок 5).

Рисунок 5 — Защита от дисбаланса нейтрального напряжения для незаземленной конденсаторной батареи с использованием СТ

Сдвиг нейтрального напряжения (VNS) из-за потери отдельного конденсаторного блока можно рассчитать как:

, где F — количество единиц, удаленных из одной группы серий. Процентное перенапряжение для любого количества устройств, удаленных из группы последовательностей, определяется как:

Схема защиты от дисбаланса состоит из реле напряжения с задержкой по времени и фильтром третьей гармоники, подключенным через вторичную обмотку ПТ.Потенциальный трансформатор может быть трансформатором напряжения или емкостным устройством.

Трансформатор напряжения для этого применения должен быть рассчитан на полное напряжение системы, поскольку при определенных операциях переключения можно ожидать, что напряжение нейтрали поднимется выше номинального напряжения.

Преимуществами этой схемы являются:

1. Конденсаторная батарея содержит в два раза больше параллельных блоков на последовательную группу по сравнению с разделенной цепью. Перенапряжения, наблюдаемые остальными устройствами в группе в случае срабатывания предохранителя, будут меньше.
   2. Эта конденсаторная батарея может потребовать меньше площади подстанции и подключения в цепи питания.
   3. Эта схема менее чувствительна к дисбалансу системы.

Вернуться к содержанию ↑

6. Способ защиты от несимметрии нейтральных напряжений для незаземленных конденсаторных батарей с использованием емкостного делителя напряжения

Эта схема аналогична схеме PT, показанной выше (см. Рисунок 6). Обычное обратное реле напряжения времени подключается через заземленный концевой конденсатор.

Заземленный конденсатор представляет собой низковольтную единицу, 2400 В или менее, рассчитанную для обеспечения требуемого напряжения дисбаланса реле. В случае разомкнутой фазы напряжение в реле нейтрали превышает номинальное значение кратковременного действия, и необходимо использовать ограничитель .

Схема 6 имеет те же преимущества и недостатки, что и Схема 5.

Рисунок 6 — Защита от дисбаланса нейтрального напряжения для незаземленной конденсаторной батареи с использованием делителя напряжения на конденсаторе

Вернуться к содержанию ↑

7.Метод обнаружения дисбаланса нейтральных напряжений для незаземленных конденсаторных батарей с использованием трех PT

Эта схема показана на рисунке 7. Эта схема защиты использует три линии для нейтрализации ПТ с вторичной обмоткой, подключенной в разорванной дельте, и реле перенапряжения.

Эта схема имеет преимущества, аналогичные схеме 5. Эта схема чувствительна к тройным гармоникам и является дорогой.

Рисунок 7 — Суммирование напряжений между линией и нейтралью с дополнительной защитой от перенапряжения между линией и нейтралью с использованием трех СТ

Вернуться к содержанию ↑

8.Метод обнаружения дисбаланса нейтрального тока для незаземленных конденсаторных конденсаторных батарей

Эта схема показана на рисунке 8. В этой схеме защиты трансформатор тока используется в нейтральной цепи для определения несбалансированного тока.

Реле максимального тока может использоваться для подачи сигнала тревоги или отключения.

Рисунок 8 — Заземленная конденсаторная батарея с разделенными звеньями; метод обнаружения дисбаланса с использованием нейтрального тока

Преимущества этой схемы:

1. Схема не чувствительна к дисбалансу системы.
2. Схема чувствительна к обнаружению отключений конденсаторного блока и не подвержена воздействию гармонических токов.
3. Эта схема содержит только один ТТ и реле.

Недостатки этой схемы:

1. Недостатки этой схемы — увеличение перенапряжений на единицу, поскольку в группе последовательных устройств меньше параллельных блоков.
2. Схема требует большей площади подстанции по сравнению с конденсаторной батареей, подключенной по схеме Wye.

Вернуться к содержанию ↑

9. Способ защиты от нейтрального напряжения для незаземленных соединенных конденсаторных батарей

Схема этой схемы показана на рисунке 9.

Эта схема аналогична схеме 8. Датчик представляет собой PT. Эта схема не чувствительна к дисбалансу системы, но она чувствительна к отключению оборудования и является относительно недорогой. Раскол может потребовать больше площади подстанции.

Рисунок 9 — Заземленная конденсаторная батарея с разделенными звеньями; метод обнаружения дисбаланса с использованием PT

Вернуться к содержанию ↑

10.Способ защиты от дисбаланса нейтральных напряжений для заземленных конденсаторных батарей с разделенными звеньями

Схема этой схемы показана на рисунке 10. Реле 59N. Эта схема не чувствительна к дисбалансу системы, но она чувствительна к простоям устройства и относительно недорогая.

Рис. 10 — Заземленная конденсаторная батарея с разделенными звеньями; метод обнаружения дисбаланса с использованием метода определения нейтрального напряжения

10.1 Защита от перенапряжения и пониженного напряжения

Реле для перенапряжения и пониженного напряжения обозначены как:

• 59 для защиты от перенапряжения
• 27 для защиты от пониженного напряжения

Эти реле обычно настроены на согласование с характеристиками системы и с батареями шунтирующих конденсаторов в системе.Отключение при повышенном напряжении обычно происходит при 110% номинального напряжения. Отключение по низкому напряжению установлено на уровне 0,95 от номинального напряжения.

В определенных обстоятельствах реле пониженного напряжения используются для отключения конденсаторных батарей при повторном включении системы.

Вернуться к содержанию ↑

10.2 Реле перепада напряжения

Реле перепада напряжения обозначено как реле 60 несимметрии напряжения или тока, которое работает с заданной разностью.

Эти реле сравнивают напряжение на всей батарее конденсаторов с напряжением в средней точке батареи для каждой фазы. Если один из конденсаторных блоков утерян, соотношение двух напряжений изменится. Изменение напряжения будет пропорционально изменению полного сопротивления в конденсаторной батарее.

Дифференциальные реле напряжения настроены на аварийный сигнал при изменении коэффициента напряжения более 0,7%, но менее 1% и будут срабатывать при изменении коэффициента напряжения более 2%.

Рисунок 11 — Дифференциальная схема напряжения для заземленной однолинейной SCB

Вернуться к содержанию ↑

10.3 реле обнаружения напряжения

Реле обнаружения напряжения используют среднее напряжение и обозначены как 59–1 / S и 59–2 / S реле повышенного напряжения . Эти реле настроены на сигнализацию для выхода одного конденсаторного блока и отключат автоматический выключатель для двух конденсаторов выхода .

Вернуться к содержанию ↑

10.4 Реле нейтрального напряжения

Реле напряжения нейтрали измеряют напряжения, развиваемые током нейтрали через батарею конденсаторов, и обозначаются как реле защиты от перенапряжения 59–1 / P и 59–2 / P .

Реле нейтрального напряжения должны фильтровать гармоники, а только напряжение из-за основной частоты будет использоваться для работы реле . Потеря одного конденсатора указывается сигналом тревоги.

Потеря двух конденсаторных блоков указывает на то, что батарея конденсаторов была отключена.

Вернуться к содержанию ↑

Источник // Система питания от конденсаторов от Рамасами Натараджана (Покупка в твердом переплете от Amazon)

,

Реле защиты силового трансформатора (перегрузка по току, замыкание на землю и дифференциал)

Методы защиты трансформатора

Проблемы, связанные с повышением температуры трансформатора выше предполагаемой максимальной температуры окружающей среды, требуют некоторых средств защиты. Давайте подведем итоги проблем и возможных форм защиты трансформатора, которые могут быть использованы.

Методы защиты силовых трансформаторов и схемы реле

Особенности защиты трансформатора зависят от области применения и важности силового трансформатора.

Это нормально для современного реле, чтобы обеспечить все необходимые функции защиты в одном пакете, в отличие от электромеханических типов, которые потребовали бы нескольких реле в комплекте с соединениями и более высокой общей нагрузкой ТТ.

Таблица 1 — Типы неисправностей трансформаторов / методы защиты

№	Тип ошибки	Защита используется
1.	Первичная обмотка, фаза-фаза, неисправность	Дифференциал; Перегрузки по току
2.	Первичная обмотка фаза-замыкание на землю	Дифференциал; Перегрузки по току
3.	Вторичная обмотка фаза-фаза неисправность	Дифференциал
4.	Вторичная обмотка фаза-замыкание на землю	Дифференциал; Ограниченная замыкание на землю (REF)
5.	Межвитковая неисправность	Дифференциал; Бухгольц
6.	Core Fault	Дифференциал; Бухгольц
7.	Масляный бак Fault	Дифференциал; Бухгольц; Танк Земля
8.	Переполнение	Переполнение
9.	перегрев	Thermal

В следующих разделах этой статьи более подробно описываются отдельные методы защиты. Обратите внимание, что комбинированный дифференциал и REF, избыточный поток, резервуар-земля и защита от нефти / газа описаны в следующей части этой статьи.

Содержание:

1. Защита от перегрузки по току трансформатора
   1. Предохранители
   2. Реле максимального тока
2. Ограниченная защита от замыканий на землю (REF)
3. Дифференциальная защита
   1. Основные положения
   2. Номинальные первичные трансформаторы тока
   3. Фазовая коррекция
   4. Фильтрация токов нулевой последовательности
   5. Коэффициент коррекции
   6. Настройка смещения
   7. Трансформаторы с несколькими обмотками
4. Как сохранить дифференциальную защиту в условиях намагничивания
   1. Время задержки
   2. Гармоническая сдержанность
   3. Блокировка обнаружения бросков — Техника обнаружения пробелов

1.Защита от сверхтоков трансформатора

Предохранители

могут адекватно защищать небольшие трансформаторы, но более крупные требуют защиты от перегрузки по току с использованием реле и CB, поскольку предохранители не имеют требуемой отключающей способности.

1.1 Предохранители

Предохранители

обычно защищают небольшие распределительные трансформаторы, как правило, до номиналов 1MVA при распределительных напряжениях. Во многих случаях автоматический выключатель не предусмотрен, что делает защиту предохранителей единственным доступным средством автоматической изоляции.

Предохранитель должен иметь номинальное значение намного выше максимального тока нагрузки трансформатора, чтобы выдерживать кратковременные перегрузки, которые могут возникнуть. Кроме того, предохранители должны выдерживать пусковые токи намагничивания, возникающие при подаче питания на силовые трансформаторы.

Предохранители с высокой разрывной способностью (HRC) , хотя они очень быстры в работе с большими токами повреждения, чрезвычайно медленны с токами, которые в три раза превышают их номинальное значение. Из этого следует, что такие предохранители мало что сделают для защиты трансформатора, служа только для защиты системы путем отключения неисправного трансформатора после того, как отказ достигнет продвинутой стадии.

В таблице 1 приведены типичные номиналы предохранителей для использования с трансформаторами 11 кВ.

Таблица 2 — Типичные номиналы предохранителей для использования с распределительными трансформаторами

Рейтинг трансформаторов		Предохранитель
кВА	Ток полной нагрузки (A)	Номинальный Ток (А)	Время работы при 3 × Рейтинг (ы)
100	5,25	16	3.0
200	10,5	25	3,0
315	15,8	36	10,0
500	26,2	50	20,0
1000	52,5	90	30,0

Эта таблица должна рассматриваться только как типичный пример. Существенные различия существуют во временных характеристиках различных типов предохранителей HRC.Кроме того, классификация с защитой на вторичной стороне не рассматривалась.

Рисунок 1 — Предохранители HRC

Вернуться к содержанию ↑

1.2 Реле максимального тока

С появлением кольцевых главных блоков, включающих элегазовые выключатели и изоляторы, защита распределительных трансформаторов теперь может быть обеспечена с помощью отключений по току .

Например, отключение, управляемое предохранителями ограничения времени, подключенными к вторичным обмоткам встроенных трансформаторов тока) или реле, подключенными к трансформаторам тока, расположенным на первичной стороне трансформатора.

Реле максимального тока

также используются на больших трансформаторах, оснащенных стандартным управлением выключателя.

Улучшение защиты достигается двумя способами: Избегаются чрезмерные задержки предохранителя HRC для более низких токов короткого замыкания, и в дополнение к функции максимального тока предусмотрен элемент отключения по замыканию на землю. Характеристика временной задержки должна быть выбрана, чтобы отличать защиту цепи на вторичной стороне.

Часто предусмотрен высокоточный мгновенный релейный элемент , причем текущая настройка выбирается так, чтобы избежать операции для вторичного короткого замыкания.

Это позволяет высокоскоростное устранение коротких замыканий первичного терминала .

Рисунок 1 — Схема реле максимального тока с ТТ, в том числе 50 / 51N

Вернуться к содержанию ↑

2. Ограниченная защита от замыканий на землю (REF)

Обычная защита от замыкания на землю с использованием элементов максимального тока не обеспечивает адекватную защиту обмоток трансформатора. Это особенно относится к обмотке, соединенной звездой, с заземленной нейтралью.

Степень защиты значительно улучшена за счет применения ограниченной защиты от замыканий на землю (или защиты REF). Это схема защиты устройства для одной обмотки трансформатора. Это может быть с высоким импедансом типа , как показано на рисунке 4, или с низким импедансом типа .

Для высокоимпедансного типа остаточный ток трех линейных трансформаторов тока сбалансирован с выходом трансформатора тока в нейтральном проводнике.В смещенной версии с низким импедансом трехфазные токи и ток нейтрали становятся входами смещения для дифференциального элемента.

Система работает для неисправностей в области между трансформаторами тока, то есть для неисправностей в рассматриваемой обмотке звезды. Система остается стабильной для всех неисправностей за пределами этой зоны
.

Рисунок 3 — Ограниченная защита от замыканий на землю для обмотки звезды

Повышение эффективности защиты достигается не только за счет использования мгновенного реле с низкой уставкой , но также и потому, что весь ток повреждения измеряется , а не только преобразованным компонентом в первичной обмотке ВН (если обмотка звезды является вторичной обмоткой). ).

Следовательно, хотя предполагаемый уровень тока уменьшается, так как положения повреждения постепенно приближаются к нейтральному концу обмотки, закон квадрата, управляющий током первичной линии, неприменим, и при низкой эффективной настройке большой процент обмотки может быть покрытым

Ограниченная защита от замыкания на землю часто применяется, даже когда нейтраль надежно заземлена. Поскольку ток короткого замыкания остается на высоком значении даже до последнего витка обмотки (рисунок 4), получается практически полное покрытие для замыканий на землю.

Это улучшение по сравнению с характеристиками систем, которые не измеряют ток нейтрального проводника.

Рисунок 4 — Ток замыкания на землю в заземленной сопротивлением обмотке звезды

Защита от замыкания на землю, применяемая к треугольной обмотке звезды с заземлением треугольника, неотъемлемо ограничена, поскольку компоненты нулевой последовательности не могут передаваться через трансформатор на другие обмотки.

Обе обмотки трансформатора могут быть защищены отдельно с ограниченной защитой от замыканий на землю, тем самым обеспечивая высокоскоростную защиту от замыканий на землю для всего трансформатора с помощью относительно простого оборудования.

Используется реле с высоким импедансом, , обеспечивающее быструю работу и стабильность фазового повреждения .

Вернуться к содержанию ↑

3. Дифференциальная защита

Описанные выше схемы ограниченного замыкания на землю полностью зависят от принципа Кирхгофа, согласно которому сумма токов, протекающих в проводящую сеть, равна нулю.

Дифференциальная система может быть устроена , чтобы покрыть весь трансформатор . Это возможно из-за высокой эффективности работы трансформатора и близкой эквивалентности ампер-витков, развиваемых на первичной и вторичной обмотках.

На рисунке 5 показан принцип. Трансформаторы тока на первичной и вторичной сторонах соединены в систему циркуляции тока.

Рисунок 5 — Принцип дифференциальной защиты трансформатора

3.1 Основные соображения по дифференциальной защите трансформатора

При применении принципов дифференциальной защиты к трансформаторам необходимо принимать во внимание различные соображения.

К ним относятся:

1. Поправка на возможный сдвиг фаз через обмотки трансформатора (поправка фаз)
2. Влияние различных устройств заземления и обмотки (фильтрация токов нулевой последовательности)
3. Поправка на возможный разбаланс сигналов от трансформаторов тока по обе стороны обмоток (поправка на отношение)
4. Эффект намагничивания при начальной подаче питания
5. Возможное возникновение избыточного потока

В традиционных дифференциальных схемах трансформаторов требованиям для коррекции соотношения фаз и коэффициентов соответствовало применение внешних промежуточных трансформаторов тока (ИКТ) , в качестве вторичной копии соединений главной обмотки или треугольное соединение основных трансформаторов тока для обеспечения только фазовая коррекция.Цифровые цифровые реле

вместо этого реализуют коррекцию соотношения и фазы в программном обеспечении реле, что позволяет учитывать большинство комбинаций обмоток трансформатора независимо от соединений обмоток первичных трансформаторов тока.

Это исключает дополнительные требования к пространству и стоимости аппаратных средств, вставляющих ТТ .

Вернуться к содержанию ↑

3.2 Номинальные первичные трансформаторы тока линии

Трансформаторы тока линии имеют первичные номиналы, выбранные приблизительно равными номинальным токам обмоток трансформатора, к которым они применяются.Первичные рейтинги, как правило, ограничиваются рейтингами доступных CT с стандартным соотношением.

Вернуться к содержанию ↑

3.3 фазовая коррекция

Для правильной работы дифференциальной защиты трансформатора необходимо, чтобы первичных и вторичных токов трансформатора, измеренных реле, находились в фазе . Если трансформатор подключен треугольник / звезда, как показано на рисунке 6, сбалансированный трехфазный сквозной ток подвергается изменению фазы на 30 °.

Если не исправить, эта разность фаз приведет к тому, что реле воспримет сквозной ток как несбалансированный ток повреждения, и приведет к срабатыванию реле.Фазовая коррекция должна быть реализована.

Рисунок 6 — Дифференциальная защита для двухобмоточного трансформатора треугольник / звезда

Электромеханические и статические реле используют соответствующие соединения CT / ICT, чтобы гарантировать, что первичный и вторичный токи, подаваемые на реле, находятся в фазе.

Для цифровых и числовых реле обычно используют линейные трансформаторы тока, соединенные звездой, на всех обмотках трансформатора и компенсируют смещение фазы обмотки в программном обеспечении.

В зависимости от конструкции реле, единственными данными, требуемыми в таких обстоятельствах, может быть обозначение группы векторов трансформатора.Фазовая компенсация выполняется автоматически.

Необходимо соблюдать осторожность, если такое реле используется для замены существующего электромеханического или статического реле , так как ТТ первичной и вторичной линии могут не иметь одинаковую конфигурацию обмотки .

Фазовая компенсация и соответствующий ввод данных реле требуют более детального рассмотрения в таких обстоятельствах.

Редко, доступные средства компенсации фазы не могут приспособить соединение обмотки трансформатора, и в таких случаях должны использоваться промежуточные трансформаторы тока.

Вернуться к содержанию ↑

3.4 Фильтрация токов нулевой последовательности

Важно обеспечить некоторую форму фильтрации нулевой последовательности, где обмотка трансформатора может передавать ток нулевой последовательности на внешнее замыкание на землю. Это сделано для того, чтобы защита от замыкания на землю не рассматривалась защитой трансформатора как внутризонная неисправность.

Это достигается за счет использования соединенных треугольником ТТ линий или промежуточных ТТ для более старых реле , и, следовательно, соединение обмотки линии и / или промежуточных ТТ должно учитывать это, в дополнение к любой необходимой фазовой компенсации.

Для цифровых и числовых реле необходимая фильтрация применяется в программном обеспечении реле. В таблице 3 приведены требования к компенсации фазы и фильтрации нулевой последовательности.

Таблица 3 — Соединения ТТ для силовых трансформаторов различных векторных групп

Подключение трансформатора		Transformer Shift	Циферблат Вектор	Требуется фазовая компенсация	HV Фильтрация нулевой последовательности	LV Zero Sequence Filtering
гг0		0 °	0	0 °	да	да
Zd0					да
Dz0						да
дд0
Yz1	Zy1	−30 °	1	30 °	да	да
Yd1					да
Dy1						да
Yy6		-180 °	1	180 °	да	да
Zd6					да
Dz6						да
дд6
Yz11	Zy11	30 °	11	−30 °	да	да
Yd11					да
Dy11						да
гг.	YZH	(В / 12) × 360 °	час ‘ч’	— (В / 12) × 360 °	да	да
YdH	ZdH				да
Дж.	DyH					да
ДДХ

Вернуться к содержанию ↑

3.5 Поправка коэффициента

Для правильной работы дифференциального элемента необходимо, чтобы токи в дифференциальном элементе уравновешивались под нагрузкой и в условиях неисправности.

Поскольку коэффициенты трансформатора тока первичной и вторичной линий могут не точно соответствовать номинальным токам обмоток трансформатора, цифровые / цифровые реле снабжены коэффициентами коррекции коэффициентов для каждого из входов трансформатора тока.

Поправочные коэффициенты могут автоматически рассчитываться с помощью реле на основании информации о коэффициентах ТТ линии и номинальной мощности MVA трансформатора .Однако, если используются промежуточные ТТ, коррекция соотношения может оказаться не такой простой задачей, и может потребоваться учесть фактор √3, если задействованы треугольники ТТ или ИКТ.

Если трансформатор оснащен устройством РПН, линейные коэффициенты ТТ и поправочные коэффициенты обычно выбираются для достижения баланса тока на среднем отводе трансформатора.

Необходимо обеспечить , чтобы несоответствие тока из-за не номинальной операции отвода не вызывало ложную операцию .

Вернуться к содержанию ↑

3,6 Настройка смещения

Смещение применяется к дифференциальной защите трансформатора по тем же причинам, что и любая схема защиты блока — для обеспечения устойчивости к внешним неисправностям, позволяя чувствительным настройкам обнаруживать внутренние неисправности.

Ситуация немного усложняется, если присутствует устройство РПН.

При линейных коэффициентах CT / ICT и поправочных коэффициентах, настроенных для достижения баланса тока при номинальном отводе , не номинальный отвод может рассматриваться дифференциальной защитой как внутренняя неисправность.Выбирая минимальное смещение, превышающее сумму максимального отвода трансформатора и возможных ошибок ТТ, можно избежать неправильной работы по этой причине.

В некоторых реле используется характеристика смещения с тремя секциями , как показано на рисунке 7.

Первая секция установлена ​​выше, чем ток намагничивания трансформатора. Вторая секция настроена так, чтобы учитывать не номинальные настройки отводов, в то время как третья имеет больший наклон смещения, начинающийся значительно выше номинального тока, чтобы удовлетворить тяжелые условия сквозной неисправности.

Рисунок 7 — Типичная характеристика смещения

Вернуться к содержанию ↑

3.7 Трансформаторы с несколькими обмотками

Принцип защиты устройства остается в силе для системы, имеющей более двух подключений, поэтому трансформатор с тремя или более обмотками все еще может быть защищен применением вышеуказанных принципов.

Если силовой трансформатор имеет только одну из трех своих обмоток, подключенных к источнику питания, с двумя другими обмотками, питающими нагрузки, можно использовать реле только с двумя наборами входов ТТ, подключенными, как показано на рисунке 8 (а).Отдельные токи нагрузки суммируются во вторичных цепях ТТ и будут уравновешиваться с током подачи на стороне питания.

Показанные схемы являются однофазными для простоты.

Рисунок 8a — Устройства дифференциальной защиты для трехобмоточного трансформатора (один источник питания)

Если существует более одного источника подачи тока повреждения, в схеме на рисунке 8 (а) существует опасность циркуляции тока между двумя параллельными наборами трансформаторов тока без какого-либо смещения.

Поэтому важно, чтобы реле использовалось с отдельными входами ТТ для двух вторичных устройств — Рисунок 8 (b).

Рисунок 8b — Устройства дифференциальной защиты для трехобмоточного трансформатора (три источника питания)

Когда третья обмотка состоит из треугольника , соединенного треугольником, без соединений, выведенных , трансформатор может рассматриваться как двухобмоточный трансформатор в целях защиты и защищен, как показано на рисунке 8 (с).

Рисунок 8c — Устройства дифференциальной защиты для трехобмоточного трансформатора с ненагруженным треугольником

Вернуться к содержанию ↑

4.Как сохранить дифференциальную защиту в условиях намагничивания?

Явление намагничивания создает ток на входе обмотки под напряжением, которая не имеет эквивалента на других обмотках . Таким образом, весь пусковой ток возникает как дисбаланс, а дифференциальная защита не может отличить его от тока из-за внутренней неисправности.

Настройка смещения не эффективна, и увеличение настройки защиты до значения, которое могло бы избежать срабатывания, сделало бы защиту малой ценностью.

Поэтому необходимо использовать методы задержки, ограничения или блокировки дифференциального элемента для предотвращения неправильной работы защиты .

Вернуться к содержанию ↑

4.1 Задержка

Поскольку явление носит переходный характер, стабильность можно поддерживать, обеспечивая небольшую задержку по времени. Однако, поскольку эта временная задержка также задерживает работу реле в случае сбоя, возникающего при включении, , метод больше не используется .

Вернуться к содержанию ↑

4.2 Гармоническая сдержанность

Пусковой ток, хотя в целом напоминающий ток повреждения в зоне, сильно отличается при сравнении сигналов . Разницу в формах волны можно использовать для различения условий.

Как указывалось ранее, пусковой ток содержит все гармонические порядки, но не все они одинаково подходят для обеспечения смещения.

На практике используется только вторая гармоника. Этот компонент присутствует во всех пусковых сигналах. Это типично для сигналов, в которых последовательные части полупериода не повторяются с изменением полярности, но в которых зеркальное отражение симметрии может быть найдено относительно определенных ординат.

Доля второй гармоники несколько варьируется в зависимости от степени насыщения сердечника, но всегда присутствует, пока существует однонаправленный компонент потока. Количество варьируется в зависимости от факторов в конструкции трансформатора.

Нормальные токи короткого замыкания не содержат второй или других четных гармоник, а также искаженные токи, протекающие в катушках с насыщенным железным сердечником в установившемся режиме.
Выходной ток трансформатора тока, который запитывается до насыщения в установившемся режиме, будет содержать нечетные гармоники, но даже не гармоники.

Однако , если трансформатор тока будет насыщен переходной составляющей тока повреждения , результирующее насыщение не будет симметричным, и даже гармоники будут введены в выходной ток. Это может иметь преимущество в улучшении характеристик стабильности дифференциального реле сквозной неисправности.

Поэтому вторая гармоника является привлекательной основой для стабилизирующего смещения от пусковых эффектов, но необходимо позаботиться о том, чтобы трансформаторы тока были достаточно большими, чтобы гармоники, создаваемые переходным насыщением, не задерживали нормальную работу реле.Дифференциальный ток пропускается через фильтр, который извлекает вторую гармонику.

Этот компонент затем применяется для получения ограничивающего количества, достаточного для преодоления рабочей тенденции из-за всего пускового тока, который протекает в рабочей цепи.

Таким образом, может быть получена чувствительная и высокоскоростная система .

Вернуться к содержанию ↑

4.3 Блокировка обнаружения бросков — Техника обнаружения пробелов

Другая особенность, которая характеризует пусковой ток, видна на рисунке 9, где две осциллограммы (с) и (d) имеют периоды в цикле, где ток равен нулю.

Минимальная продолжительность этого нулевого периода теоретически составляет одну четверть цикла и легко определяется простым таймером T1, который установлен в 1/4f секунды .

Рисунок 9 — Пусковой намагничивающий трансформатор

На рисунке 10 показана схема в виде блок-схемы. Таймер T1 выдает выходной сигнал, только если ток равен нулю в течение раз, превышающих 1/4f секунды . Он сбрасывается, когда мгновенное значение дифференциального тока превышает заданное значение.

Рисунок 10 — Структурная схема, демонстрирующая принцип обнаружения зазора формы волны

Поскольку ноль в пусковом токе возникает в конце цикла, необходимо задержать работу дифференциального реле на 1 / f секунд , чтобы гарантировать, что условие нуля может быть обнаружено, если оно присутствует. Это достигается с помощью второго таймера T2 , который удерживается сброшенным посредством выхода из таймера T1 .

Когда ток не течет в течение времени, превышающего 1/4f секунды , таймер T2 удерживается сброшенным, а дифференциальное реле, которым могут управлять эти таймеры, блокируется.Когда дифференциальный ток, превышающий уставку реле, протекает, таймер T1 сбрасывается, а таймер T2 истекает, чтобы выдать сигнал отключения за 1 / f секунд . Если дифференциальный ток является характеристикой пускового тока трансформатора, таймер T2 будет сбрасываться при каждом цикле, и сигнал отключения блокируется.

Некоторые числовые реле могут использовать комбинацию методов ограничения гармоник и обнаружения зазора для обнаружения намагничивания пуска .

Вернуться к содержанию ↑

Продолжайте читать следующую часть:

Реле защиты силового трансформатора (комбинированный дифференциал / REF, избыточный поток, земля-резервуар и нефть / газ)

5. Комбинированные схемы дифференциального и ограниченного замыкания на землю
   1. Применение, когда заземляющий трансформатор подключен в защищенной зоне.
6. Защита от переполнения
7. Резервуар заземления
8. Защитные устройства для нефти и газа
   1. Устройства сброса давления масла
   2. Реле внезапного повышения давления
   3. защита Бухгольца

Источник // Руководство по защите и автоматизации сети от (ранее) Alstom Grid, теперь General Electric

,

No related posts.

0 comments on “Ток небаланса в дифференциальной защите: Токи небаланса в дифференциальных защитах”

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Comment *

Name *

Email *

Website

Hit enter to search or ESC to close Поиск »

Рубрики

2019 © Все права защищены. Карта сайта