2 Диференціальний захист трансформатора

Для виконання поздовжнього диференціального захисту трансформатора використовується схема із циркулюючими струмами.

Понижувальний трансформатор, на відміну від лінії або генератора, має деякі специфічні особливості, що впливають на виконання його поздовжньої захисту. До таких особливостей ставляться:

наявність кидка струму намагнічування трансформатора при включенні його під напругу або при відновленні напруги після відключення близького к.з.;

нерівність струмів по вторинних обмотках трансформаторів струму;

наявність кутового зрушення вторинних струмів ТА при різних схемах сполуки силових обмоток трансформатора.

Для захисту трансформаторів у нашій країні випускаються спеціальні реле серії РНТ і ДЗТ. Для захисту понижувальних трансформаторів з регулюванням напруги під навантаженням, які встановлюються на тягових підстанціях змінного струму, застосовуються в основному реле типу ДЗТ із трансформаторами, що насичуються, струму (НТТ) і магнітним гальмуванням.

Завданням розрахунку захисту трансформатора є визначення числа витків різних обмоток диференціального реле захисту.

1. По заданій потужності трансформатора знаходимо номінальні струми I_н високої (ВН), середньої(СН) і низкою (НН) сторін трансформатора.

I_вн= = =125,5 А

I_сн= =375 А

I_нн= =525,2 А

Вибираємо типи ТА й визначаємо їх коефіцієнти трансформації. При цьому, з метою підвищення надійності захисту й зменшення повних погрішностей ТА, доцільно застосовувати трохи завищені проти розрахункові значення коефіцієнтів трансформації.

Для U_н=115 кВ

ТВ-110-I-150/5

Первинний струм I_1н=150 А

Вторинний струм I_2н=5 А

n_т=150/5=30

Для U_н=38,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=425 А

I_2н=5 А

n_т=425/5=85

Для Uн=27,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=600 А

I_2н=5 А

n_т=600/5=120

Вибираємо схеми сполуки ТА. Як відомо, для компенсації кутового зрушення струмів ТА з боку зірки обмоток понижувального трансформатора ТА зєднуються в трикутник, а з боку трикутника - у зірку.

Схеми сполуки ТА в диференціальних фотополяриметрів відсіченні трансформаторів.

Знаходимо вторинні номінальні струми в плечах захисту :

,

де k_сх - коефіцієнт схеми (k_сх=1 для сполуки ТА в зірку й k_сх=

для сполуки ТА в трикутник);

n_Т - коефіцієнт трансформації ТА.

А,

А,

А.

2. Виконаємо розрахунки по визначенню максимальних I_кmax і мінімальних I_кmin струмів при трифазному к.з. на стороні тягової й районної обмоток трансформатора. Ці значення струмів к.з. необхідні для відбудування захисту від максимальних струмів небалансу I_нб при зовнішніх к.з. і визначення коефіцієнтів чутливості захистів.

Для визначення зовнішніх струмів к.з. складемо схему заміщення, що включає опір системи Xs і обмоток понижувального трансформатора Xт.

Розрахунок струмів к.з. зробимо при поданні опорів в іменованих одиницях.

Опір системи в максимальному й мінімальному режимах:

, ,

Ом, Ом.

Розрахункова схема заміщення

Визначимо напруги к.з. обмоток трансформатора

Uк вн - сн =17%, Uк вн - нн =10,5%, Uк сн - нн =6%

Uкв=0,5(Uкв - н +U кВ - з - Uкс - н)=0,5(10,5+17 - 6)=10,75%

Uкс=0,5(Uкв - з +Uкс - н - Uкв - н) =0,5(17+6 -10,5)= 6,25%

Uкн=0,5(Uкв - н+Uкс - н - Uкв - с) =0,5(10,5+6 -17)= - 0,25%

Опір обмоток трансформатора, наведені до сторони 110 кВ:

, ,

Ом, Ом, Ом.

Опору до шин 38,5 і 27,5 кВ у максимальному й мінімальному режимах:

Струми к.з., що протікають через трансформатор, у розрахункових режимах, при зовнішньому трифазному к.з. у максимальному режимі роботи системи - на шинах 38,5 і 27,5 кВ:

.

Приводимо до обмотки високої напруги

При внутрішньому трифазному к.з. у мінімальному режимі роботи системи на сторонах 38,5 і 27,5 кВ:

При внутрішньому однофазному к.з. у мінімальному режимі роботи системи на стороні 110 кВ

Для подальших розрахунків вибираємо найбільший струм із двох максимальних струмів к.з Iк.мах=3378А и найменший із двох мінімальних струмів к.з. .

3. Робимо розрахунок для вибору типу реле захисту. Для цього спочатку визначимо первинний струм (на стороні ВН трансформатора) струм спрацьовування захисту.

Першою умовою вибору первинного струму спрацьовування захисту I_сз є відбудування від струму небалансу I_нб:

Icз ? К_З *Iнб,

де Кз - коефіцієнт запасу. Для реле типу РНТ Кз=1,3, а для реле типу ДЗТ Кз=1,5. Орієнтуючись на початку на можливість застосування реле типу

РНТ , беремо Кз=1,3

Визначаємо струм небалансу:

Ка - коефіцієнт, що враховує перехідний режим струмів кз наявність аперіодичної частки). При наявність Нтт Ка=1

Кодн - коефіцієнт однотипності ТА. При різних типах ТА

Кодн=1

Е - припустима відносна погрішність ,Е=0,1

?Uрег - відносна погрішність, обумовлена регулюванням напруга. Приймається рівній половині повного сумарного діапазону регулювання (для трансформаторів ТДТНЕ ?Uри=0,16;

?Fвир - відносна погрішність від неточного вирівнювання струмів плечей захисту внаслідок неможливості точної установки на реле розрахункового числа витків. Тому що число витків поки ще невідомо те ?fвыр =0;

Iк макс. - максимальне значення струму к.з. (на стороні ВН трансформатора) при к.з. на стороні СН або НН.

Другою умовою вибору первинного струму спрацьовування захисту є відбудування від кидка струму намагнічування:

Котс - коефіцієнт відбудування захисту від кидків струму намагнічування. Для реле типу РНТ Котс=1,3 для реле типу ДЗТ Котс =1,5

Орієнтуючись на початку на можливість застосування реле типу РНТ, беремо Котс=1,3.

Iсз=1,3*125,5=163,1 А

Приймаємо за струм спрацьовування Iсз=1142А. По обраному струмі спрацьовування захисту Icз визначається можливість застосування реле типу РНТ. Для цього визначаємо коефіцієнт чутливості захисту Кч^с при двофазному зовнішньому к.з.

Кч⁽²⁾=Iк⁽²⁾хв/Iсз,

Де: Iк мин⁽²⁾ - значення мінімального струму двофазного к.з. наведеного до сторони ВН трансформатора.

Тому що Кч⁽²⁾=1,18<2, то реле типу РНТ використовувати не можна. Вибираємо реле типу ДЗТ-11

4. Визначаємо місце включення гальмової обмотки реле ДЗТ-11. Найкращим варіантом буде включити гальмову обмотку на суму струмів плечей захисту сторін СН і НН трансформатора.

За умовою , де =1,5

Icз=1,5*125.5=188,25 A

По найденому струму I визначається вторинний струм спрацьовування реле.

Iср=(Iсз/n_т)*Кcх=(188,25/30)* =10,9А

5. Визначаємо число витків обмоток реле ДЗТ-11.

Число витків диференціальної (робочої) обмотки дорівнює:

Wg=Fср/Iср,

де Fср - магніторушійна (сила, необхідна для спрацьовування реле. Для ДЗТ-11 Fср=100 А*кручений;

Wg=100/10,9=9,17

(Приймаємо 9 витків)

Розрахункове число витків зрівняльних обмоток визначається з умови зрівноважування сил, що намагнічують, у реле, створюваних мінімальними струмами в диференціальній і зрівняльній обмотці, уважаючи одну з обмоток відключеної (НН), маємо

(Приймаємо 8 витків)

I2сн, I2вн - номінальні вторинні струми сторін ВН і НН трансформатора.

Витки гальмової обмотки в даному вираженні відсутній, тому що вони включаються таким чином, що не створюють струму в реле, а служать тільки для підмагнічування крайніх стрижнів муздрамтеатру, насичуючи їх і перешкоджаючи трансформації струму з робочої обмотки у вторинну. Уважаючи відключеної іншу обмотку (СН), умова рівноваги магнітних сил буде

(Приймаємо 14 витків)

Правильність вибору числа витків обмоток реле ДЗТ-11 може бути наведені за умовою:

Число витків обмотки.

де k_з -коефіцієнт запасу, k_з =1,5;

tg ? - тангенс кута нахилу до осі абсцис із дотичної, проведеної з початку координат до характеристики спрацьовування, що відповідає мінімальному гальмуванню. Для реле ДЗТ-11 tg ? =0,87;

W_разр - розрахункове число витків робочої обмотки. W_разр= W_g;

I_{нб max} - найбільший струм небалансу при трифазному к.з. на одній з сторін СН або НН трансформатора, обумовлений по вираженню з обліком ДFвир. Погрішність від неточного вирівнювання струмів плечей захисту, внаслідок неможливості точної установки на реле розрахункового числа зрівняльних обмоток, визначається для сторін ВН і НН трансформатора по вираженню:

,

де W_{ур расч}, W_{ур вуст} - розрахункове й прийняте до установки на реле число витків зрівняльних обмоток.

Для підстановки у формулу береться найбільше із двох отриманих значень I_{нб max};

I_{k max} - максимальне значення зовнішнього струму к.з. на одній зі сторін СН або ВН трансформатора. У формулу підставляється значення I_{k max} відповідне к.з. на тій стороні трансформатора, для якої береться I_{нб max}.

;

;

.

6. Визначення коефіцієнта чутливості захисту при двофазному к.з.:

де I²к мін - значення мінімального струму двофазного к.з.;

n_твн - коефіцієнт трансформації з боку ВН трансформатора;

Wg - прийняте до установки число витків диференціальної обмотки;

Fср0 - магніторушійна сила спрацьовування реле типу ДЗТ-11 при відсутності гальмування, тобто береться початкова крапка гальмових характеристик реле, Fср0=100А*ВТ;

Кч²=(1345*9,17)/(30*100)=4,035.

Значення k_ч² повинне бути більше або дорівнює 2, що й вийшло.