Краткие теоретические сведения по дифференциальной

  токовой защите трансформаторов.

   В настоящее время дифференциальную токовую защиту понижающих трансформаторов выполняют на реле серий РНТ-560 (типа РНТ-565 и РНТ-566), ДЗТ-10 (типа ДЗТ-11) и ДЗТ-20 (типа ДЗТ-21 и ДЗТ-23). В большинстве случаев реле серии РНТ-560 применяют для защиты трансформаторов мощностью до 25 МВ∙А при отсутствии регулирования напряжения в широких пределах. Для защиты трансформаторов с РПН, как правило, используют реле серии ДЗТ-10 (с НТТ и магнитным торможением током КЗ), поскольку реле серии РНТ-560 не обеспечивают необходимую чувствительность.

   Для защиты трансформаторов и автотрасформаторов большой мощности предусмотрены сложные полупроводниковые реле серии

ДЗТ-20 (типа ДЗТ-21 или ДЗТ-23), позволяющие выполнить дифференциальную защиту более чувствительной, чем с реле серии

ДЗТ-10.

 

   Дифференциальная токовая защита без торможения.

 

   Дифференциальные защиты трансформаторов имеют ряд особенностей:

   1) необходимость отстройки от бросков намагничивающего тока (БНТ), возникающих при включениях трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ в питающей сети;

   2) необходимость отстройки от дополнительного тока небаланса, обусловленного регулированием коэффициента трансформации под нагрузкой (РПН);

   3) необходимость отстройки от дополнительного тока небаланса из-за неточности выравнивания токов в плечах дифференциальной защиты уравнительными обмотками реле РНТ или ДЗТ.

       

   Ток небаланса дифференциальной защиты состоит из трех составляющих:

 

                                                            (2.2.1)

 

   Составляющая  обусловлена разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах защиты.

 

   Первым условием выбора первичного тока срабатывания защиты (фазный первичный ток, при котором срабатывает реле защиты) является отстройка защиты от этого тока небаланса:

 

                     , где                                  (2.2.2)

 - коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности в работе реле, возможные неточности в расчетах и, кроме того, необходимый запас; в расчетах принимают равным 1,3.

   Второе условие выбора тока срабатывания - отстройка от броска намагничивающего тока, возникающего при включении трансформатора под напряжение:

       

                            , где                       (2.2.3)                                             

 - коэффициент, используемый в расчетах при отстройке защиты от БНТ; в расчетах принимается равным 1,3 для реле РНТ; 1,5 для реле ДЗТ-10 и 0,3 для реле ДЗТ-20;

 - коэффициент выгодности, представляющий собой отношение электромагнитной мощности автотрансформатора к проходной (для трансформатора  = 1).

 

   Расчетный максимальный ток небаланса, входящий в выражение (2.2.2), определяется равенством:

 

             , где               (2.2.4)

 

; ;  - составляющие тока небаланса, обусловленные соответственно погрешностями ТТ, регулированием напряжения и неточностью выравнивания плеч защиты.

   Составляющие тока небаланса при внешнем КЗ определяются следующими выражениями:

 

             ;                              (2.2.5)

 

             ;                                           (2.2.6)

 

   ,       (2.2.7)

 

 - начальная периодическая составляющая тока при внешнем трехфазном металлическом КЗ (расчет тока  приведен ниже);

 - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую в токе КЗ; для реле РНТ  = 1;

 - коэффициент однотипности ТТ, установленных в плечах защиты, в расчетах принимается равным 1;

 - относительная полная погрешность ТТ; допускается  = 0,1;

 - относительная величина половины полного диапазона регулирования напряжения;

,  - действительные и расчетные числа витков неосновной выравнивающей стороны обмотки НТТ, определенные по условию баланса МДС при внешнем КЗ.

За основную сторону защиты принимается то плечо, в котором вторичный номинальный ток больше.

 

Расчет дифференциальной защиты начинают с определения номинальных токов силового трансформатора  и  на сторонах высокого и низкого напряжения и выбора трансформаторов тока по номинальному току. При этом необходимо учесть, что ТТ, установленные на стороне обмоток силового трансформатора, соединенных звездой, включаются по схеме треугольника, а установленные на стороне обмоток, соединенных треугольником – включаются по схеме звезды. Этим достигается выравнивание токов плеч по фазе.

 

Номинальные первичные токи трансформаторов тока выбирают таким образом, чтобы токи плеч дифференциальной защиты (вторичные токи) были близки по величине друг к другу. На стороне звезды номинальный первичный ток ТТ должен быть в 1,5 ÷ 2 раза больше номинального фазного тока защищаемого трансформатора. Это необходимо по той причине, что трансформаторы тока, соединенные в треугольник, при подключении к ним дифференциальных реле оказываются в √3 раз больше нагружены, чем ТТ противоположной стороны. Запас по номинальному первичному току дает им возможность работать с меньшими погрешностями.

 

После определения вторичных номинальных токов в плечах

дифференциальной защиты по большему току выбирают основную сторону и находят для нее ток срабатывания реле:

 

                     , где                             (2.2.8)

 

 - ток срабатывания защиты, выбранный большим из выражений (2.2.2) и (2.2.3) и приведенный к основной стороне;

 - коэффициент схемы для трансформаторов тока, установленных на основной стороне;

 - коэффициент трансформации трансформаторов тока основной стороны.

 

   В дальнейшем расчете для определения  необходимо рассчитать составляющие тока небаланса по формулам (2.2.5), (2.2.6), (2.2.7). Для определения , ,   требуется рассчитать максимальный ток трехфазного КЗ .

Кроме того, для определения третьей составляющей  необходимо иметь числа витков обмоток НТТ неосновной стороны. Но так как числа витков   и  неизвестны, расчет ведут предварительно без , а затем определяют витки и повторно выполняют уточненный расчет.

Можно также принять  = 0,05, определить , числа витков НТТ на основной и неосновной сторонах защиты. Затем уточняют значение , используя выражение (2.2.7), и полученное значение  сравнивают с принятой ранее величиной =0,05. При ≤ 0,05расчеты по уточнению  заканчивают. В противном случае производят уточняющий расчет  с учетом нового значения  и уточняют числа витков.

 

   Максимальный ток, протекающий по первичной обмотке (в фазе) защищаемого трансформатора при КЗ между тремя фазами на шинах низкого напряжения с учетом РПН, определяется из выражения:

 

             , где                (2.2.9)

 

 - номинальное напряжение на шинах ВН;

 - сопротивление системы в максимальном режиме работы;

 - минимальное сопротивление трансформатора, которое с учетом регулирования напряжения определяют из выражения:

       

, где (2.2.10)

 

 - минимальное напряжение КЗ трансформатора, приводится в процентах от ;

 - среднее напряжение сети со стороны первичной обмотки в кВ;

 - относительная величина половины полного диапазона регулирования;

 - номинальная мощность трансформатора, МВ∙А.

 

   После расчета тока срабатывания реле  по формуле (2.2.8) определяют числа витков обмотки НТТ, подключаемой к ТТ основной стороны:

                    , где                                    (2.2.11)

 

 - МДС срабатывания дифференциального реле (РНТ, ДЗТ-11), равная (100±5)А.

 

   При определении числа витков на основной стороне выбирают меньшее целое ближайшее к расчетному число витков . (Например, пусть  =12,65, тогда принимают =12 виткам, и это число витков набирается с помощью коммутатора реле). В качестве основной обычно используют рабочую (дифференциальную) обмотку реле, реже – одну из уравнительных или рабочую и уравнительную, соединенные последовательно. Возможен вариант использования двух уравнительных обмоток (без рабочей). При этом непременным условием правильности подключения обмоток НТТ к трансформаторам тока является равенство нулю результирующей МДС в НТТ при сквозном токе через защищаемый трансформатор.

 

   Определяют число витков НТТ для неосновной стороны из условия баланса МДС в нормальном режиме:

 

                     , где                  (2.2.12)

 

 и  - вторичные номинальные токи в плечах защиты.

Принимается ближайшее целое (меньшее или большее) число витков на неосновной стороне .

   Определяется составляющая тока небаланса  по соотношению (2.2.7) и уточняется ток небаланса  по формуле (2.2.4) с учетом полученного .

   Получив уточненное значение  необходимо вновь рассчитать ток срабатывания защиты  (2.2.2) и ток срабатывания реле  (2.2.8). Затем следует определить  (2.2.11), принять целое число  и по выражению (2.2.12) определить  и принять целое число .

   Получив окончательные значения  и , следует выбрать схему включения реле РНТ-565 и определить числа витков рабочей  и уравнительной  обмоток. Если ТТ основной стороны подключить к рабочей обмотке с числом витков , то ТТ неосновной стороны следует подключить к последовательно соединенным рабочей и уравнительной обмоткам. При этом на уравнительной обмотке следует набрать число витков

                                               (2.2.13)