Область применения и принцип действия

Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается не на всех трансформаторах (автотрансформаторах), а лишь в следующих случаях [Л. 41]:

1) на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВ *А и выше;

2) на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4 000 кВ *А и выше;

3) на трансформаторах мощностью 1 000 кВ*А и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.

При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рис. 9-1.

 

Если параллельно работающие трансформаторы T1 и Т2 имеют только максимальные токовые защиты, то при повреждении, например, в точке К на вводах низшего напряжения трансформатора T1 подействуют максимальные токовые защиты обоих трансформаторов, а так как их выдержки времени одинаковы, отключатся оба трансформатора.

Дифференциальная защита, действующая без выдержки времени, обеспечивает в рассмотренном случае отключение только поврежденного трансформатора. Для выполнения дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора) устанавливаются трансформаторы тока со стороны всех его обмоток, как показано на рис. 9-2 для двухобмоточного трансформатора. Вторичные обмотки соединяются в дифференциальную схему и параллельно к ним подключается токовое реле. Аналогично выполняется дифференциальная защита автотрансформатора.

При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые трансформаторы тока с обеих сторон.

При принятых выше условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малую величину, можно считать, что первичные токи равны II= III и, следовательно, вторичные токи I1 = I2. С учетом этого

Таким образом, если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и трансформаторы тока имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или тока сквозного к. з. ток в реле дифференциальной защиты трансформатора отсутствует. Следовательно, дифференциальная защита трансформатора, так же как дифференциальная защита линий, на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик трансформаторов тока вторичные токи не равны и поэтому в реле проходит ток небаланса, т. е.

Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока.

При к. з. в трансформаторе или любом другом месте между трансформаторами тока направление токов III и I2 изменится на противоположное, как показано на рис. 9-2, б. При этом ток в реле станет равным

Таким образом, при к. з. в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток к. з., деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.

Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов)

1. Наличие намагничивающего тока, проходящего только со стороны источника питания

Даже в том случае, когда трансформатор (автотрансформатор) имеет коэффициент трансформации, равный единице, и одинаковое соединение обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на величину намагничивающего тока.

Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно 1—5% номинального тока трансформатора (автотрансформатора) и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока набаланса.

Иные явления происходят при включении холостого трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения к. з.

В этих случаях в обмотке трансформатора (автотрансформатора) со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, величина которого в первый момент времени в 5—8 раз превышает номинальный ток трансформатора (автотрансформатора), но быстро в течение времени порядка 1 с затухает до величины порядка 20% номинального тока.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения намагничивающего тока.

Величина Iнам.макс зависит от конструкции трансформатора (автотрансформатора), момента его включения под напряжение и ряда других условий, трудно поддающихся учету. Поэтому при практических расчетах дифференциальной защиты ток срабатывания определяется на основании опыта эксплуатации и специальных испытаний по формуле

Установка величины тока срабатывания больше максимального значения намагничивающего тока — не единственный способ отстройки от бросков намагничивающего тока. Ранее довольно широко применялись дифференциальные защиты трансформаторов с током срабатывания, меньшим номинального тока защищаемого трансформатора, но с выдержкой времени порядка 0,5—0,8 с. За это время, как указывалось выше, намагничивающий ток затухает и токовые реле дифференциальной защиты возвращаются в исходное положение еще до истечения указанной выдержки времени. В настоящее время дифференциальная защита с выдержкой времени не применяется. Наличие выдержки времени ухудшает защиту самого трансформатора (автотрансформатора), увеличивая размеры повреждений, а также приводит к необходимости повышения выдержек времени защиты линий для обеспечения селективности их действия с дифференциальной защитой трансформаторов.

Некоторые иностранные фирмы выпускали реле для дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов), снабженные специальными блокирующими устройствами для отстройки от бросков намагничивающего тока. Однако из-за сложности и недостаточной надежности такие реле распространения не получили.

 

Контрольные вопросы

1 Область применения дифференциальной защиты.

2 Принцип действия и зона действия дифференциальной защиты.

3 Какие типы реле применяются для дифференциальной защиты?

4 В чём отличие РНТ от ДЗТ?

 

Лекция №7
Защита электрических машин

Цель: Изучить основные типы защит применяемые для защиты электрических машин.

План

7.1 Защита электродвигателей напряжением до 1000В

7.2 Защита электродвигателей напряжением свыше 1000В.