Краткие теоретические сведения

Назначение и принцип действия.

Для защиты трансформаторов от коротких замыканий (к.з.) между фазами, к.з. на землю (в сетях с глухозаземленной нейтралью), от замыканий витков обмотки одной фазы, при повреждении вводов и ошиновки трансформаторов широкое распространение получила дифференциальная защита.

При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор Т (рис. 8.1) имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, которые установлены с обеих сторон защищаемого трансформатора. Участок, ограниченный местами установки трансформаторов тока, называется зоной действия дифференциальной защиты.

 

 

Рис. 8.1. Принцип действия дифференциальной защиты:

а) нормальный режим и режим внешних к.з.; б) к.з. в зоне действия защиты

Токовое реле КА включается на разность вторичных токов I ₁ и I ₂ трансформаторов тока. Таким образом, в реле протекает ток (рис. 8.1, а)

 

I_p = I₁ – I₂.

 

Если учесть принятые раньше условия и пренебречь током намагничивания трансформатора Т, то в нормальном режиме работы

 

I_p = I₁ – I₂ = 0.

 

Однако практически в реле КА даже в нормальном режиме работы всегда протекает отличный от нуля ток, называемый током небаланса

 

I_p = I₁ – I₂ = I_нб.

 

Для того, чтобы дифференциальная защита не подействовала ложно, ее ток срабатывания должен быть отстроен (т.е. должен быть больше) от тока небаланса:

 

I_с.з. > I_нб.                                        (8.1)

 

При к.з. в зоне действия защиты направление токов I ₁ и I ₂ изменяется на противоположное (рис.8.1, б): I_p = I ₁ + I ₂.

Сумма I_p = I ₁ + I ₂ есть не что иное, как полный ток к.з. Под влиянием этого тока реле КА срабатывает и подает сигнал на отключение трансформатора с обеих сторон.

Особенности выполнения дифференциальной
защиты трансформатора

Неодинаковые схемы соединения обмоток силового трансформатора.

При неодинаковых схемах соединений обмоток, например, звезда-треугольник, линейные токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми друг относительно друга на некоторый угол. Угловой сдвиг первичных токов может создавать большие токи небаланса в измерительном органе дифференциальной защиты при нормальном режиме работы.

Для компенсации углового сдвига в плечах дифференциальной защиты вторичные обмотки трансформаторов тока со стороны звезда силового трансформатора соединяются в треугольник, а со стороны треугольника – в звезду (рис. 8.2).

Как видно из рис. 8.2, фазные (они же и линейные) токи I_AI, I_BI, I_CI обмотки силового трансформатора, соединенной в звезду, и фазные токи I_A, I_B, I_C обмотки, соединенной в треугольник, не имеют углового сдвига. Однако в месте установки трансформаторов тока ТА2 по их первичным обмоткам протекают линейные токи I_AII, I_BII, I_CII, которые сдвинуты на 330° по часовой стрелке относительно линейных токов I_AI, I_BI, I_CI.

Вторичные токи I_a1, I_в1, I_c1, соответствующие разности которых подаются в реле КА1, КА2, КАЗ, не имеют углового сдвига.

 

 

Рис. 8.2. Токораспределение и векторные диаграммы первичных
и вторичных токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора

 

Токи намагничивания силового трансформатора.

Ток намагничивания обычно протекает только в той обмотке силового трансформатора, которая присоединяется к источнику питания. Этот ток трансформируется во вторичные цепи и может вызвать ложную работу защиты. Однако в нормальном режиме работы у мощных трансформаторов ток намагничивания не превышает
1–5% номинального тока соответствующей обмотки. В режиме установившегося к.з. этот ток уменьшается в связи с уменьшением напряжения. Поэтому в таких режимах его можно не учитывать.

При включении ненагруженного трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения к.з. величина намагничивающего тока, потребляемого трансформатором, резко возрастает и может превышать номинальный ток в 5–8 раз. Для предотвращения ложной работы защиты в этих режимах используется в основном два способа: включение измерительного органа через специальные быстронасыщающиеся промежуточные трансформаторы; загрубление защиты по току срабатывания.

Токи небаланса дифференциальной защиты.

В общем случае в токе небаланса можно выделить три основные составляющие:

 

I_нбТ = I_{нб ТТ} + I_{нб рег.} + I_{нб комп.}                          (8.2)

 

Первая составляющая I_нб.ТТ обусловлена погрешностями (неодинаковыми токами намагничивания) трансформаторов тока. В свою очередь погрешности трансформаторов тока обусловлены несколькими причинами:

а) так как с обеих сторон силового трансформатора устанавливаются разнотипные трансформаторы тока, то они обладают различными характеристиками намагничивания;

б) нагрузка, создаваемая соединительными проводами на трансформаторы тока, соединенных в треугольник, при прочих равных условиях выше нагрузки со стороны звезды;

в) в трехобмоточных трансформаторах кратности токов внешних к.з. неодинаковы, что приводит к неодинаковой величине токов намагничивания групп трансформаторов тока, установленных с разных сторон трехобмоточного трансформатора.

Вторая составлявшая I_нб.рег. появляется при регулировании коэффициента трансформации силового трансформатора. Особенно большую величину она имеет у трансформаторов с РПН.

Третья составляющая I_{нб.комп.} обусловлена неточным выравниванием (компенсацией) вторичных токов плеч дифференциальной защиты. Выравнивание действия вторичных токов плеч защиты необходимо производить по причине несоответствия шкал номинальных токов на высшей и низшей сторонах силового трансформатора шкалам номинальных первичных токов трансформаторов тока. Выравнивание действия вторичных токов производится путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов или путем использования уравнительных обмоток дифференциальных реле.