Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.

Схема МТЗ на постоянном оперативном токе. Расчет выдержек времени МТЗ.

МТЗ бывает двух типов: с независимой и ограничено-зависимой выдержкой времени срабатывания.

Основным пусковым органом МТЗ с независимой выдержкой времени является реле РТ-40, а МТЗ с ограниченной выдержкой времени – РТ-80.

Реле РТ-80

Сложное большое реле, которое совмещает в себе токовое, времени и указательное реле. Соответственно защита на этом реле имеет преимущества.

Недостатки: сложное, дорогое, неточное в сравнении с РТ-40.

В этом реле РТ-80 есть два элемента: индукционный элемент, эл.магнитный элемент (отсечка).

Характеристика реле с ограничено – зависимой выдержкой времени.

1а – ограничено-зависимая часть РТ-80.

I_ср.и – ток срабатывания индукционного элемента.

I_ср.эл – ток отсечки.

Характеристика реле с независимой выдержкой времени.

Используется для защиты эл. двигателей, т.к. 1а согласуется с пусковой характеристикой двигателя, поэтому с помощью МТЗ удобно защищать эл. двигатели.

Схема МТЗ на постоянном оперативном токе.

Схема в разнесенном исполнении.

Цепи тока.

Цепи оперативного тока.

Цепь сигнализации

Применяются РТ-40, ЭВ-134, РУ-21, РП-23

Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты.

1. I_вз > I_з.max – при этом условии будет возврат в Q1

2. I_знач = К`_з · I_раб.max

3. I_вз = К_отс · К`_з · I_раб.max

 

К_отс – учитывает неточность расчета, погрешности в работе реле.

Iвз – максимальное значение тока, при котором пусковой орган защиты – реле тока – возвращается в первоначальное состояние.

- коэффициент возврата защиты (< 1 всегда)

4. I_вз = К_в · I_сз

5.

эта формула получена для первичных реле, где I_сз = I_ср

I_кз = I_сз

Схема включения обмоток реле и трансформаторов тока в неполную звезду

для этой схемы.

I_р = I_ср (при КЗ)

6.

приравняв 5 к 6 получим

7.

эта формула для вторичных реле

Возможно произойдет КЗ в т. К1. АПВ включит отключившуюся линию.

8. I_сз > I_зmax

9. I_зmax = К``_з · I_раб.max

10. I_зmax = К_отс · К``_з · I_раб.max

Из 5 и 10 берем большую уставку и выставляем по реле

11.

11. для вторичных реле

К``<sub>з</sub> = К`<sub>з</sub> = 1.5 – 6 К``_з > К`_з

К_в = 0.8 – 0.85 – для вторичных реле косвенного действия

К_отс = 1.2 – 1.3

К_в = 0.65 – 0.7 – для вторичных реле прямого действия

К_отс = 1.5 – 1.8

- коэффициент чувствительности

К_ч ≥ 1.5 – основная зона

К_ч ≥ 1.2 – резервная зона

; ; .

Чем больше К_в < 1, тем больше К_ч.

 

 

Токовая отсечка на линии с двухсторонним питанием.

 

 

l_совм = (l_а + l_в) – l

I_сзА = К_отс ∙ I⁽³⁾_{кз.вн.мах(к2)}

I_сзВ = К_отс ∙ I⁽³⁾_{кз.вн.мах(к1)}

I⁽³⁾_{кз.вн.мах(к2)} > I⁽³⁾_{кз.вн.мах(к1)} → I_сз = I_сзА = I_сзВ = К_отс ∙ I⁽³⁾_{кз.вн.мах(к2)} (1)

или I_сз = К_отс ∙ I_ур.мах (2)

 

Продольные дифференциальные токовые защиты.

Схемы 1,2,3,4 – схемы с циркулирующими токами.

 

 

 

Схемы 5,6 – схемы с уравновешенными напряжениями.

Все схемы нарисованы в однофазном исполнении (реально они трехфазные).

Зона действия защит – от шины до шины. Защита обладает абсолютной селективностью и действует только в своей зоне, ее не нужно согласовывать с другими защитами, не надо отстраивать от др. защит и выдержка времени равна 0. МТНЗ обладает относительной селективностью. КЗ на шинах – вне зоны защиты.

4) идет сравнение I_p по величине и по фазе. При обрыве 1 плеча соединения проводов происходит ложное срабатывание. Контроль соединенных проводов обязателен. В случае выхода из строя группы ТТ идет ложное отключение линии.

Схемы с циркул. I обеспечивают благоприятный режим работы ТТ.

5) I_1I –> E_2I, в режиме согласного включения они вычитаются, I_p=0, ТТ эксплуатируется в режиме близком к хх.

6) ∑ Е, I_p>I_cp, схема срабатывает.

Ток небаланса.

Он является главным камнем преткновения в ДТЗ.

для ДЗ.

I_ср>I_нб – следовательно нужно уменьшать ток небаланса.

I^‌‌I_1I=I_22I+I_номI

I^‌‌I_1I=I_2II+I_номII

I₂^‌‌_I=I^I_2I-I_номI

I₂^‌‌_II=I^I_1II-I_номII

I_p=I_2I-I_2II I_номII- I_номI=I_нб

 

I^‌‌I_1I= I^I_1II

 

1 – хар-ка первой группы ТТ

2 – хар-ка второй группы ТТ

3 – идеальная хар-ка ТТ (линейная, небольшой погрешности).

Ток небаланса – геометрическая разность I_ном.

Чтобы уменьшить ток небаланса нужно выравнять ном. ток по фазе и величине (одинаковые ТТ).

1) применять ТТ насыщающиеся при возм. больших кратностях тока КЗ и Z_погр вторичной (ТТ класса Р) для уменьшения I_ном.

2) Применяют меры для ограничения Е₂: уменьшают Z_погр и увеличивают n_T, в результате понижается кратность первичного тока.

3) Выравнивать нагрузку во вторичных обмотках ТТ в плечах ДЗ Z_Iн=Z_IIн.

Расчет уставок ПДТНЗ

1.

К_ОДНК_а≠1 – реле направленной мощности.

2. - отстройка КА

3. - в сети с большими токами замыкания на землю

I_сз>I_нбмах

Схема 110 кВ и более с заземленной нейтралью. К1: у правого комплекта защиты в зоне каскадного действия: отключается Q3 затем чтобы W1 не вышло нужно выполнение третье условие.

 

Газовая защита

РГ43-66

Основано на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность зависит от характера и размеров повреждения. Газовая защита способна различать степень повреждения и действует на «сигнал» или отключение.

Верхний поплавок – на сигнал, нижний на отключение.

1,2 – Алюминиевые чаши поплавков

3 Ось

4 Подвижный контакт

5 Неподвижный контакт

6 Пружина, удерживающая чашки

7 Пластина

8 Корпус

9 газовое реле

10 трубопровод

11 маслорасширитель

Скорость движения масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с

При этом время срабатывания реле от 0,05 до 0,5 секунд. Уставка по скорости потока – мощностью и характеристиками охлаждения.

Монтаж газовой защиты:

1)Беспрепятственный проход газа в расширитель.

2) Нижний конец маслопровода входящий внутрь маслопровода должен заделываться с внутренней поверхностью крышки встык.

3) Контрольный кабель, для соединения контактов второго реле с панелью защиты, должен иметь бумажную изоляцию.

4) Действие газовой защиты на отключение – с самозадержкой, обеспечивает отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта г.р., обусловленного потоком масла при газообразовании.

Достоинства газовой защиты: Чувствительность, простота, реагирует на все виды повреждения внутри бака, малое время срабатывания, способность отключать трансформатор при понижении уровня масла по любым причинам.

Недостатки газовой защиты: Не реагирует на повреждения вне бака в зоне между трансформаторами и выключателем; может срабатывать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора; начальная стадия виткового замыкания может не реагировать появлению дуги и соответственно газообразованию (любое повреждение внутри бака не самоустраняется).Согласно ПУЭ г.з. обязательна для трансформаторов мощностью более 6300 кВА. Для внутренних подстанций г.з. нужно устанавливать на всех трансформаторах если они допускаются по конструкции, независимо от других защит. Схемы подключения силовых трансформаторов:

в) г) д) – внутрицеховые и городские.

в)г) – применение QW на трансформаторах – упрощает и удешевляет установку. Отключение и включение трансформатора производится QW. (ВНП – 16 и ВНП – 17).

QW – с дугогасительной камерой и номинальным током равным 400 А (для 6кВ), током номинальным равным 200 А (для 10 кВ),для мощности равной 300 МВА. Отличие ВНП - 16 от ВНП – 17 в устройстве автовыключения.

достоинства: дешевизна.

недостатки: усложненная последовательность коммутации и возможности развития аварий.

При повреждении трансформатора выключатель Q3 (защита), затем на отключение КЗ, создающее исскуственное КЗ. Делее релейная защита отключает Q1 и Q2.

Двухтрансформаторная подстанция.

Ставится автоматическая перемычка (QR3; QS5) и неавтоматическая перемычка (QS3 и QS4). 1) В автоперемычке QR3 – двухстороннего действия. В нормальном состоянии QS5 включён, а QS3 отключён, т.к. режим работы двух линий на одном трансформаторе через перемычку недопустим. При устойчивом КЗ на W1, отключается Q1, затем защита минимального напряжения – Q3 и далее отделитель QR1. Для восстановления к работе Т1, автоматический выключатель QR3 в перемычке и далее выключатель Q3. Таким образом на подстанции оба трансформатора и одно из ответвлений транзитной линии (W2).

Если при включенной перемычке происходит замыкание Т1, то отключается Q1; и соответственно отключается Q2; затем QR3 и далее АПВ на Q2 и две линии в работе. Соблюдение правильности, последовательности включения, отключения достигается специальными блокировками.

2) Схема с ремонтной перемычкой: При повреждении на W1 отключается Q1 и Q3 и действием АВР включается Q5 обеспечивающий питанием от Т2. Если линия выводится в ремонт, то действиями дежурного персонала подстанции QS1 – перемычка и трансформатор 1 под нагрузку выключателем Q3 с последовательным отключением Q5. Для увеличения надёжности работы отделитель и короткозамыкатель открытого исполнения заменяются отделителем и короткозамыкателем с элегазом.

 

Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.

Устройство трансформатора тока

Маркировка концов первичной обмотки ТТ производиться произвольно. За начало вторичной обмотки ТТ принимается тот конец из которого мгновенный ток выходит в нагрузку, в то время как в первичной обмотке ток I₁ направлен от начала к концу.

 

Т-образная схема замещения ТТ.

z`₁ – не влияет на распределение тока, поэтому переходим к сокращенной схеме замещения.

F₁ – F₂ = F_ном

I₁ω₁ – I₂ω₂ = I_номω₁ разделив на ω₂: I`<sub>1</sub> – I<sub>2</sub> = I`_ном следовательно I`<sub>1</sub> = I<sub>2</sub> + I`_ном

 

Если ТТ идеальный I_ном = 0

 

I`₁ = I₂ – это хорошо, но не возможно сделать без I_ном, т.к. он идет на проводку основного магнитного потока, с другой стороны это погрешность, которую надо уменьшать.

- для идеального ТТ

- витковый коэффициент трансформации ТТ

- номинальный коэффициент трансформации ТТ.

Для идеального ТТ n_т = n_в

Векторная диаграмма для ТТ

 

Угол γ определяется потерями в стали трансформатора

Е₂ – опережает Ф на 90°

I₂ – отстает от Е₂ на угол φ, который определяется R и Х нагрузки и вторичной обмотки (z₂ и z_н)

Угол δ – угловая погрешность ТТ

ΔI – токовая погрешность ТТ ΔI = I`₁ – I₂ – арифметическая разность

Геометрическая разность │I_ном│ = │I`₁ – I₂│- полная погрешность ТТ

ƒ_i = - относительная токовая погрешность

ε = - относительная полная погрешность.

Если I₂ опережает I`₁ – то «+» погрешность, если наоборот то «-»

Причиной всех погрешностей является I_ном.

 

Если ƒ_i ≤ 10%, ε ≤ 10%, δ ≤ 7°

I_ном ≤ 0.1I₁

 

Погрешность есть, но мы укладываемся в правильную работу трансформатора. Это правило подтверждается 10% погрешностью.

Z_2н = Z_приб + Z_пров + Z_р + Z_к

 

Z_2н → ∞ следовательно I₂ = 0 – режим ХХ

I`<sub>1</sub> = I`_ном

 

Режим ХХ – режим, запрещенный для ТТ. I_ном – огромен и циркулирует по сердечнику, чем вызывает огромные потери в стали, что приводит к перегреву ТТ. Ф I`_ном вызывает на зажимах вторичной обмотки огромное значение Е₂ (десятки кВ), может произойти пробой вторичной обмотки. На этот случай и предусмотрено заземление вторичной обмотки ТТ.

Погрешности здесь огромные, т.к. I_ном большой. На случай пробоя вторичные обмотки тоже заземляют.

 

Режим КЗ

Z_2н = 0, I`₁ → I₂, I_ном → 0

Погрешность min, самый благоприятный режим работы ТТ.

Параметры, влияющие на уменьшение I_ном ТТ.

I_ном состоит из активной и реактивной составляющей:

 

I_ан – потери на гистерезис и на вихревые токи.

Магнитопровод ТТ выполнен из шихтованной стали, имеющей активные потери. Для уменьшения реактивной составляющей нужно уменьшить поток Ф.

 

L – длина сердечника ТТ

Q – поперечное сечение

μ – магнитная проницаемость стали сердечника

 

Чтобы уменьшить R_н надо:

1. уменьшить длину.

2. увеличить поперечное сечение

3. взять сталь с высокой магнитной проницаемостью.

Следовательно для уменьшения погрешности нужно ограничить величину магнитного потока, не допуская насыщения магнитного потока.

 

Нужно эксплуатировать ТТ до т. перегиба графика намагничивания, потому что за т. перегиба идет резкое увеличение I_ном ТТ, а значит и погрешность.

 

Для уменьшения Ф нужно:

1. уменьшить Z_2н

2. увеличить кратность первичного тока , I₁ – ток проход. линий по защищаемому элементу.

I_1ном – номинальный первичный ток ТТ.

 

Для уменьшения погрешности ТТ I_ном должен иметь минимальную величину и работать в прямолинейной части своей характеристики намагничивания.

Это условие обеспечивается:

1.Правильным выбором нагрузки, включенную во вторичную обмотку ТТ (Z_2н).

2.Уменьшение величины I₂ за счет увеличения кратности первичного тока I, что достигается выбором соответствующего коэффициента трансформации n_т.

3.Совершенствование конструктивных параметров ТТ.

I_кз = i_a + i_n

i_а – сильно намагниченный сердечник. Следовательно в переходных режимах ТТ работает с большой погрешностью. Это особенно актуально для быстродействующих защит, которые начинают действовать до того как затухнет апериодическая составляющая I_кз.

Классы точности ТТ

0,2 – точные эл. приборы.

0,5 – счетчики контроля эл. энергии.

1 – все остальные технические приборы.

3 – для релейной защиты.

10 – для релейной защиты.

При I₁ > 1,2I_1ном погрешности ТТ выходят за пределы данного класса, следовательно для РЗ точных ТТ нет.

Класс точности не может служить основанием для выбора ТТ РЗ.

Выбор ТТ для РЗ.

В справочниках можно найти кривые предельной кратности ТТ, которые мы хотим поставить в РЗ.

В паспорте указываются:

1. Кривые предельной кратности.

2. Номинальный предел кратности.

3. Типовые кривые намагничивания.

К₁₀ – 10 % погрешность.

Z_2доп – допустимая вторичная нагрузка

К_10ном – номинальная предельная кратность

Везде на кривой ТТ будет работать в режиме 10 % погрешности.

Типовые кривые намагничивания и параметры ТТ:

1. Номинальное число витков w₁.

2. Средняя длина магнитного пути

3. Сечение сердечника

4. Сопротивление вторичной обмотки

5.

Условия выбора ТТ:

1. U_тт > U_{раб.уст}.

2. I_1ном ≥ I_{раб.мах.уст}

3. ТТ должен обладать термической стойкостью.

4. Эл. динамическая стойкость

5. Номинальный предел кратности К₁₀ =

где К_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую I_кз.

α – учитывает несовпадение типовой характеристики намагничивания

с характеристикой намагничивания того ТТ, который мы ставим в РЗ.

К_а = 2 – для быстродействующих защит

К_а = 1,5 – для менее быстродействующих защит

К_а = 1 – для медленнодействующих защит или для РЗ включенных через БНТ (НТТ)

К₁₀ > К_10мах то ТТ подходит.

Если нет, то нужно выбирать дв. ТТ с другим пределом кратности, большим коэффициентом трансформации n_т, последовательно включить ТТ.

Для эл. измерительных приборов выбор такой же, кроме нахождения К_10мах

; Если , то ТТ подходит.