Газовая защита трансформатора

Все трансформаторы мощностью от 1МВА должны быть оборудованы газовой защитой. Газовая защита должна защищать трансформатор от внутренних повреждений, к которым относят:

– витковые замыкания в обмотках ВН и НН;

– пожар стали;

– утечка масла из бака.

Принцип работы газовой защиты основан на контроле разложения трансформаторного масла под действием повышенной температуры на газы (газогенерирование). Повышенная температура появляется локально при витковых замыканиях или при пожаре стали. Это место сильно разогревается и масло газогенерирует. Газы будут стремиться попасть в расширительный бак, проходя через корпус газовое реле. Скапливаясь в корпусе газового реле, вызывают повышенное давление и снижение уровня масла, что приводит к опрокидыванию чашек и срабатыванию газового реле (рис. 27).

Газовое реле – это механическое реле с двумя парами контактов.

Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение. Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем. Реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 изображенными на Рис. 27.

Рис. 27. Газовое реле защиты трансформатора

а – место установки газового реле; б – конструкция

 

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме, при наличии масла в кожухе реле, чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка, и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании, поток масла и газа действует на лопасть 7, которая действует вместе с нижней чашкой на общий контакт отключения трансформатора. Уставки по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с, – определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора. Время срабатывания реле t_cp =0,05...0,5c.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа BF80/Q.

В схеме защиты на переменном оперативном токе, изображенной на рисунке 28, самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL.

 

Рис. 28. Принципиальная схема газовой защиты трансформатора не переменном оперативном токе

 

Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q1.2 выключателя Q1.

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Пример расчета защиты высоковольтного асинхронного электродвигателя

Выбрать типы защит и определить их уставки электродвигателя гидронасоса по данным: U_Д.ном = 6 кВ; Р_Д.ном = 400 кВт; I_Д.ном = 48,4 А; k_П = 5,1; ТТ с n_Т = 150/5 установлены на фазах А и С; ток трехфазного к.з. на шинах распределительного устройства собственных нужд (РУСН) I_к^{(3 )} = 13000 А; ток замыкания на землю в РУСН I_з. < 10 А.

Решение. По технологии работы двигатель является неответственным. Согласно ПУЭ на таких электродвигателях мощностью менее 2000 кВт применяют однорелейную двухфазную токовую защиту без выдержки времени (отсечку), отстроенную по току от токов самозапуска, и защиту от перегрузки, отстроенную от токов самозапуска по времени (Рис. 29, а). Кроме того, при токе замыкания на землю более 10 A применяют токовую защиту нулевой последовательности без выдержки времени, состоящую из трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗЛ и реле типа РТ-40/0,2, РТЗ-51 (реле 1, 2 Рис. 29). Однолинейная схема защиты (токовая отсечка) включается на разность вторичных токов (обычно фаз А и С).

Рис. 29. Схемы соединений ТТ и реле защит электродвигателей:

а) - однорелейная двухфазная; б) – двухрелейная двухфазная.

1- реле РТ 10/0,2 (РТЗ-51); 2- реле РТ 40/2; 3,4 – реле РТ 90 или РТ 40

 

Если однорелейная схема отсечки двигателей мощностью менее 2000 кВт не обеспечивает требуемый по ПУЭ коэффициент чувствительности k_ч =2, то применяют двухфазную двухрелейную схему «неполная звезда», которая чувствительнее в раз. Первичный ток срабатывания защиты отстраивается от пускового тока электродвигателя и определяются по выражению:

, (2.1)

где k_Н =1,8 – для реле серии РТ-80 и k_Н =1,4– для реле серии РТ-40;

k_П – коэффициент пуска электродвигателя;

– номинальный ток двигателя.

Вторичный ток срабатывания определяется по выражению:

, (2.2)

где - коэффициент трансформации трансформаторов тока,

при включении реле на разность токов двух фаз ТТ (Рис. 38, а) и

при включении реле на токи фаз ТТ (Рис. 29, б).

Коэффициент чувствительности защиты для однорелейной схемы определяется при двухфазном к.з. на выводах электродвигателя между фазами А и В или В и С, при которых ток в реле в 2 раза меньше, чем при к.з. между фазами А и С, по выражению:

, (2.3)

Для двухрелейной схемы токи в обоих реле при к.з. между любыми двумя фазами одинаковы.

Из (2.2) и (2.3) следует, что при двухфазной двухрелейной схеме защита в раз чувствительнее, поэтому по ПУЭ ее требуется применять на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от I_Д.ном по выражению:

, (2.4)

где k_Н =1,2 и k_в =0,8 – коэффициенты надежности и возврата реле соответственно.

Из (2.2) и (2.4) определяем выражение для вычисления тока срабатывания реле перегрузки

, (2.5)

Выдержка времени защиты от перегрузки при схеме с реле серии РТ-90 принимается 16с в независимой части, и если его недостаточно, то устанавливают еще дополнительное реле времени типа ЭВ-144 со шкалой 0-20с.

При схеме с независимой характеристикой выдержки времени принимают реле типа ЭВ - 144 или типа Е -513 со шкалой 6 - 60с, в зависимости от времени пуска или самозапуска двигателей.

Для заданного электродвигателя проверим возможность применения однорелейной схемы с реле типа РТ- 90.

Первичный ток срабатывания отсечки определяем по (2.1):

Вторичный ток срабатывания элемента отсеки в реле определяем по (2.2):

Коэффициент чувствительности вычисляем по (2.3):

Ток срабатывания индукционного элемента реле РТ-90 с выдержкой времени от перегрузки определяем по (2.5) (электромагнитная отсечка):

Принимаем реле типа РТ-90/2 с уставками I_ср =4,5 А и выдержкой времени в независимой части характеристики 16 с.

Кратность отсечки к уставке индукционного элемента:

По каталогу разброс тока срабатывания отсечки примерно 30%.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузки не определяется, поскольку она не предназначена для действия при к.з.

Опыт эксплуатации показал неправильное (излишнее) срабатывание отсечки в реле серии РТ-90, установленных в шкафах КРУ, от сотрясений при операциях с выключателями соседних шкафов. Поэтому в последнее время защита от перегрузки электродвигателей собственных нужд выполняется с независимой выдержкой времени посредством реле тока РТ- 40 и реле времени ЭВ - 144 для двигателей с временем пуска или самозапуска более 20 с.

Так как рассматриваемый двигатель неответственный, то предусматриваем его отключение от первой ступени защиты минимального напряжения: и t = 0,5с.

Защиту от замыканий на землю не предусматриваем, исходя из того, что для двигателей 6 кВ мене 2000 кВт при токе I_з. менее 10 А по ПУЭ она не устанавливается.

 

 

Рис. 30. Цифровая защита асинхронного двигателя 6-10 кВ SPAC 802-01

ПРИЛОЖЕНИЕ IV

Контрольные вопросы

Для самоконтроля и проверки остаточных знаний предлагаются тестовые вопросы. Из 22 вопросов при правильных ответах уровень знаний можно оценить:

– «удовлетворительно» – не менее 13 правильных ответов;

– «хорошо» – не менее 17 правильных ответов;

– «отлично» – не менее 20 правильных ответов.

В 1. Выбрать выдержки времени максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой характеристикой срабатывания реле для схемы:

 

 

1) t_ср1=t_ср2=t_ср3;

2) t_ср1>t_ср2>t_ср3;

3) t_ср1<t_ср2<t_ср3;

4) t_ср1=t_ср2=t_ср3=0.

 

Рис. 1

 

 

В 2. Для измерительной схемы МТЗ (Рис. 2) при номинальном первичном токе I_ном назовите величину тока в обратном проводе.

 

1) I_об =0;

2) I_об =5 А;

3) ;

4) .

 

 

Рис. 2

 

 

В3. В каких сетях применяется измерительная схема токовых защит (Рис. 3) с включением трансформаторов тока на разность токов?

1) В сетях с изолированной нейтралью;

2) В сетях с глухозаземлен-ной нейтралью;

3) В сетях, где силовой трансформатор имеет соединения обмоток Y/Δ.

Рис. 3

В4. Назовите величину тока через реле (Рис. 3) при номинальном первичном токе I_ном.

1) I_р =02) I_р =5 А 3) I_р =10 А 4)

В5. Назовите величину тока срабатывания для токовой отсечки, (Рис.4).

 

1) ;

2) ;

3) .

 

 

Рис. 4

В6. Какой характеристикой срабатывания обладают электромагнитные реле тока типа РТ- 40 и РСТ-11, (t_ср= f (I_р))?

Рис. 5

В7. Статические реле тока РСТ-14 и реле напряжения РСН -17. Как изменяют величину срабатывания I_ср (U_ср) этих реле?

1) Изменяя величину τ дифференцирующей цепи RC на выходе компаратора;

2) Изменяя коэффициент трансформации входных трансформаторов (TAL; TVL);

3) Изменяя величину опорного напряжения U_оп на входе компаратора;

В8. Когда работает реле мощности KW в схемах релейной защиты (рис. 6)?

Рис. 6

1) При к.з. в точке К₁;

2) При к.з. в точке К₂;

3) При к.з. в точке К₃.

 

В9. Укажите как определяется ток срабатывания для продольной дифференциальной защиты (рис. 7).

 

 

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

Рис. 7

 

 

В10. Укажите характеристику срабатывания реле сопротивления на комплексной плоскости при сравнении двух электрических величин вида U_I=K_II · U_р и U_II=K_I · I_р.

Рис. 8

В11. Как определяется ток срабатывания для МТЗ ЛЭП?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

 

Рис. 9

 

В12. На что влияет в работе дифференциальной защиты схема соединения обмоток силового трансформатора – Y/Δ, гр. 11 (рис. 10)?

 

 

1) На величину тока i₂₁;

2) На величину тока i₂₂;

3) На быстродействие защиты;

4) На величину тока небаланса I_нб.

 

Рис. 10

В13. Что понимают под током небаланса I_нб при расчете продольной дифференциальной защиты силового трансформатора (Рис. 10)?

1) Ток i₂₁ в плече дифференциальной защиты; I_нб=i₂₁;

2) Ток i₂₂ в плече дифференциальной защиты; I_нб=i₂₂;

3) Сумма токов в плечах дифференциальной защиты ;

4) Разность токов в плечах дифференциальной защиты .

В14. Назначение тормозной обмотки W_Т в реле типа ДЗТ-11:

1) Замедлять срабатывание реле;

2) Ускорять срабатывание реле;

3) Поднасыщать крайние стержни БНТ для ослабления трансформации I_нб в рабочую обмотку W_раб.

В15. Укажите характеристику срабатывания ДЗТ-11 (Рис. 11).

 

 

1) 1;

2) 2;

3) 3;

4) 4.

 

 

Рис. 11

 

 

В16. Почему при автоматическом гашении магнитного поля генератора (АГП), прежде, чем отключить обмотку возбуждения генератора (ОВГ), ее нужно первоначально закоротить на добавочное сопротивление R_доб (Рис. 12)?

1) Для устойчивости синхронного генератора; 2) Для более быстрого отключения генератора из работы; 3) Для быстрого гашения магнитного поля генератора; 4) Для исключения пробоя обмотки возбуждения от ЭДС самоиндукции при гашении магнитного поля. Рис. 12

В17. Какой основной признак используется для автоматического повторного включения (АПВ) элементом СЭС?

1) Исчезновение напряжения в шинах;

2) Понижение напряжения в ЛЭП ниже определенного;

3) Возникновение к.з. в элементе СЭС;

4) Возникновение несоответствия положения ключа управления и выключателя.

В18. Чем отличается АПВ сложных сетей от АПВ радиальных (простых) электрических сетей?

1) Большей величиной времени начала действия АПВ (t_АПВ1);

2) Меньшей величиной времени начала действия АПВ (t_АПВ1);

3) Схема АПВ радиальной линии имеет двукратное действие, а АПВ сложной линии – однократное;

4) В схеме АПВ сложной линии, на одной из сторон, имеется реле контроля синхронизма.

В19. Как определяется ток срабатывания для токовой отсечки (защиты) высоковольтного асинхронного двигателя (Рис. 13)?

 

 

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

 

 

Рис. 13

В20. Назначение аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в структурной схеме микропроцессорной защиты (рис. 14).

Рис. 14

1) Для усиления параметра (тока, напряжения) на входе микропроцессора (МП);

2) Для согласования электрических параметров (тока, напряжения) между частотным фильтром (ЧФ) и микропроцессором (МП);

3) Для преобразования аналоговых (мгновенных) значений синусоидального тока (напряжения), контролируемых в защищенной цепи, в цифровую величину и подача их на вход микропроцессора.

В21. Назначение микропроцессора (МП) в структурной схеме (Рис. 14).

1) Для суммирования (вычитания) цифровых величин тока (напряжения);

2) Для выполнения логических операций (И, ИЛИ, НЕ);

3) Для выполнения функций релейной защиты, представленных в виде алгоритмов действия ее измерительных и логических органов (по заданной программе).

В22. Назначение цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) в структурной схеме микропроцессорной защиты (Рис. 14)?

1) Для усиления цифровых сигналов на выходе МП;

2) Для согласования выходных сигналов с МП и исполнительной частью РЗ;

3) Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый (напряжение), поступающего на исполнительный орган РЗ (промежуточные реле), действующего на выключатель.