Силовые трансформаторы конструктивно достаточно надежны, благодаря отсутствию вращающихся частей. Однако в процессе эксплуатации возможны и случаются повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Повреждения силовых трансформаторов: витковые замыкания, замыкания на корпус, короткие замыкания обмоток, короткие замыкания на вводах и т. , ненормальные режимы: недопустимые перегрузки, понижение уровня масла, разложение его при перегреве, прохождение токов внешних КЗ.
Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищают предохранителями со стороны высшего напряжения и предохранителями или автоматами со стороны отходящих линий низшего напряжения. Ток плавкой вставки высоковольтного предохранителя выбирается с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении силового трансформатора под рабочее напряжение. С учетом этого номинальный ток предохранителя
Соответствие высоковольтных предохранителей мощности защищаемых ими силовых трансформаторов напряжением 6 — 10 кВ дано в справочниках. Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети. Более совершенна релейная максимально-токовая защита трансформаторов (рис.
Рис. Схема максимально-токовой защиты от перегрузки понижающего двухобмоточного трансформатора с односторонним питанием
Трансформаторы тока ТТ поставлены со стороны высшего напряжения (источника питания). Если бы они были установлены со стороны низшего напряжения (как показано на схеме пунктиром), то защита действовала бы только при повреждениях на шинах 6,6 кВ и присоединенных к ним нагрузкам, так как в этом случае через трансформаторы тока не будут протекать токи короткого замыкания.
При повреждении любой из трех фаз трансформатора ток короткого замыкания пройдет через соответствующий трансформатор тока, замкнет контакты рабочего реле Т, что вызовет срабатывание реле времени В, а через него — промежуточного реле П, оперативный ток приведет в действие катушку отключения КО-1, которая отключит выключатель В1, обесточив защищаемый трансформатор.
Рис. Схема максимально-токовой защиты трансформатора
На рис. 2 изображена схема трансформаторной подстанции, которая со стороны низшего напряжения питает две группы нагрузок. Здесь трансформатор защищен как со стороны высшего, так и со стороны низшего напряжений. Обе секции питаются через самостоятельные выключатели. Для нормальной работы схемы предусматриваются три комплекта максимальной токовой защиты: два из них на стороне низшего и один — на стороне высшего напряжения.
Ток срабатывания защиты, установленной со стороны низшего напряжения, выбирается по нагрузке своей схемы с учетом пусковых токов двигателей, обслуживаемых этой частью схемы. Выдержка времени выбирается по условиям селективности с защитой элементов, присоединенных к данной части схемы. Ток срабатывания защиты, устанавливаемой со стороны высшего напряжения, определяется по суммарной нагрузке обеих секций с учетом пусковых токов электродвигателей, а выдержка — на ступень выше выдержки со стороны низшего напряжения.
Для токовой защиты трехобмоточных трансформаторов недостаточно одного комплекта защитных приборов. Для того чтобы при повреждении в системе одного напряжения отключить только одну обмотку и сохранить трансформатор в работе с двумя другими обмотками, приходится каждую обмотку трансформатора снабжать самостоятельным комплектом максимальной токовой защиты. Ток срабатывания выбирают по нагрузке каждой обмотки. Выдержку времени устанавливают по условию селективности с защитой других элементов в сети данного напряжения.
Обычно силовые трансформаторы допускают значительные перегрузки. Так, трансформатор нормального исполнения допускает двухкратную перегрузку в течение 10 мин. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы дежурный персонал разгрузил трансформатор. Поэтому на трансформаторах мощностью 560 кВА и выше устанавливается защита от перегрузки. На подстанциях с постоянным дежурным персоналом защита действует на сигнал, а на подстанциях без постоянного дежурного персонала защита производит отключение перегруженного трансформатора или части его нагрузки.
Максимально-токовая защита мгновенного действия с ограниченной зоной действия называется токовой отсечкой. Для обеспечения селективности в пределах зоны действия токовая отсечка отстраивается от токов короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора, от пусковых токов электродвигателей, от тока короткого замыкания (КЗ) в конце линии или в начале следующего участка. Характер изменения тока КЗ при удалении места КЗ от источника питания показан на рис.
Рис. Диаграмма токовой защиты
Ток срабатывания отсечки выбирается таким образом, чтобы она не сработала при повреждениях на соседней линии. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального тока короткого замыкания на шинах низшего напряжения.
Зона действия определяется графически, как показано на рис. Вычисляются токи, проходящие при коротких замыканиях в начале (точка 1) и в конце линии (точка 5), а также в точках 2 — 4. Строится кривая изменения тока короткого замыкания в зависимости от удаленности от места питания (кривая 1). Определяется ток срабатывания отсечки, и на том же графике строится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения кривой 1 с прямой 2 определяет конец зоны действия отсечки (заштрихованная часть).
Токовая отсечка может защищать всю линию, на которую включен только один трансформатор, если ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждении на линии низшего напряжения, отходящей от защищаемого трансформатора. Для этого в графике при подсчете следует учитывать максимальный ток короткого замыкания, наблюдаемый на шинах низшего напряжения. При этом токовая отсечка будет надежно защищать линию, шины и часть обмотки высшего напряжения трансформатора.
Схемы отсечек отличаются от схем максимально-токовых защит отсутствием реле времени, вместо которых устанавливаются промежуточные реле. Токовая отсечка защищает только часть линии, поэтому она применяется как дополнительная защита. Использование токовой отсечки дает возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся наибольшими значениями токов КЗ, и снизить выдержки времени максимально-токовой защиты. При сочетании токовой отсечки с максимально-токовой защитой получается ступенчатая по времени токовая защита: первая ступень (отсечка) действует мгновенно, а последующие — с выдержкой времени.
Максимальная токовая защита
В нормальном режиме по линии, в трансформаторе, двигателе течет рабочий ток, значение которого известно и определяется номинальными параметрами.
Однако, порой возникают аварийные, переходные ситуации, когда происходят перерывы питания, вследствие коротких замыканий, самозапуска, перегрузок. Значение тока повышается до величины, которая может привести к нарушению работоспособности электрической сети, выхода из строя электрооборудования.
Чтобы не происходило подобных аварий, необходимо на этапе проектирования предусмотреть методы защиты от переходных токов. Для этого служит релейная защита, а в частности защита от токов короткого замыкания — максимальная токовая защита. Эта защита также относится к токовым, как и токовая отсечка.
На линиях с односторонним питанием МТЗ устанавливается в начале линии со стороны источника питания. Так как сеть может состоять из нескольких линий, то на каждой из них ставят свой комплект защит. При повреждении на одном из участков линии сработает защита этого участка и отключит линию. Защиты других линий отстроены по времени, таким образом соблюдается селективность. Они отключатся, не успев сработать. Время срабатывания увеличивается в направлении от потребителя к системе.
На линиях с двухсторонним питанием защита МТЗ является дополнительной и достижение селективности одними лишь средствами выдержки времени является невозможным. Поэтому в таких сетях применяются направленные защиты.
Классификация МТЗ
Максимальные токовые защиты классифицируются на трехфазные и двухфазные (в зависимости от схемы исполнения), в зависимости от способа питания (с постоянным или переменным опертоком), защиты с зависимой и независимой характеристикой.
Принцип действия максимальной токовой защиты
При достижении током величины уставки подается сигнал на срабатывание реле времени с заданной выдержкой времени. Затем после реле времени сигнал идет на промежуточное реле, которое мгновенно отправляет ток в цепь отключения выключателя.
У зависимых защит выдержка времени задается уставкой на реле, у независимых — выдержка зависит от величины тока. Зависимые защиты проще отстраивать и согласовывать.
Схема защиты МТЗ
На рисунке выше приведена схема максимальной токовой защиты — токовые цепи и цепи управления.
Параметры и расчет максимальной токовой защиты
МТЗ не может совмещать в себе функцию защиты от перегрузки, так как действие МТЗ должно происходить по возможности быстрее, а защита от перегрузки должна действовать, не отключая допустимые кратковременные токи перегрузки или пусковые токи при самозапуске электродвигателей.
- То есть первое условие выбора МТЗ — отстройка от максимального рабочего тока нагрузки
- После срабатывания защиты реле должно вернуться в рабочее положения. Ток возврата должен быть больше максимального рабочего тока, с учетом самозапуска, после предотвращения нарушения снабжения
- Ток срабатывания защиты равен коэффициенту запаса отнесенный к коэффициенту возврата и умноженный на коэффициент запуска и максимальный рабочий ток
- Ток срабатывания реле зависит от коэффициента схемы (зависит от реле), тока срабатывания защиты отнесенных к коэффициенту трансформатора тока
- Чувствительность защиты определяется отношением минимального тока короткого замыкания в конце зоны защиты к току срабатывания защиты
- Ступень времени для согласования выдежек времени зависит от выдержки времени соседней защиты, погрешности замедления реле времени соседней защиты, времени отключения выключателя соседней защиты. Для защит с независимой выдержкой времени это время может быть 0,4-0,5с, для защит с зависимой — 0,6-1с
К достоинствам МТЗ относится их простота и наглядность, надежность, невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести большие выдержки времени вблизи источников питания, хотя именно там токи короткого замыкания должны отключаться быстро.
Максимальная токовая защита является основной в сетях до 10кВ, однако, применение она нашла и в сетях выше 10кВ.
Виды повреждений
Рис. Повреждение трансформаторов
В связи с тем, что трансформатор включается в работу вместе с другими устройствами, любое повреждение в линии электропередачи, в цепях низкого напряжения или внутри резервуара одинаково опасно.
Среди актуальных видов аварий отмечаются:
- Короткое замыкание между обмотками;
- Замыкание обмотки на корпус;
- Межфазные замыкания в линии;
- Закрытие от поворота к повороту;
- Повреждение интегрированного оборудования;
- Перегрев точек подключения, электрических контактов;
- Обрыв цепи, нарушение целостности точек подключения или обмоток;
- Нарушение крепления утюга, расшатывание листов при ослаблении шнурков кокетки с последующим перекрытием или разрушением витков.
Принцип работы ограничителя перенапряжений
Защитный эффект ОПН обусловлен тем, что при возникновении опасного перенапряжения для изоляции, из-за высокой нелинейности резисторов через ОПН протекает значительный импульсный ток, в результате чего Значение перенапряжения снижается до безопасного уровня для изоляции защищаемого оборудования.
При нормальной работе ток через разрядник имеет емкостный характер и равен десятым миллиамперам. Однако в случае перенапряжения разрядные резисторы проводят и ограничивают дальнейший скачок перенапряжения до безопасного уровня для изоляции защищенной электрической системы. Когда перенапряжение уменьшается, разрядник возвращается в непроводящее состояние.
Вольт-амперная характеристика разрядника состоит из 3-х участков (рис. 5):
- – область малых токов;
- – область средних токов;
- – область сильных токов.
В первой области варисторы работают при рабочем напряжении, не превышающем максимально допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов высокое, через них протекает очень небольшой ток утечки). Варистор переходит в среднетоковый режим при возникновении перенапряжения в сети. При этом на границе областей 1 и 2 происходит изгиб ВАХ, сопротивление варисторов значительно уменьшается, и через них проходит кратковременный импульс тока. Варистор поглощает энергию импульса и рассеивает ее в окружающее пространство в виде тепла. Из-за поглощения энергии импульс перенапряжения резко уменьшается. Третья зона для ограничителя – аварийная, сопротивление варисторов в нем снова резко возрастает.
Осциллограммы перенапряжений, возникающих при переключении взрывчатых веществ без разрядников и с разрядниками, показаны на рис. 7 и рис.
Рис. Колебания перенапряжения при переключении ВВ без ОПН. Рис. Колебания перенапряжения при коммутации ВВ с ОПН.
Вторая группа мероприятий – усиление изоляции входных цепей; установка емкостных колец и электростатических экранов (емкостная компенсация).
Емкостные кольца представляют собой открытые шайбовидные экраны из металлизированного электрокартона. Эти петли охватывают начало и конец обмотки, тем самым повышая кривую распределения начального напряжения, приближая ее к конечной кривой распределения.
Уменьшение неравномерности начального распределения напряжения и сходимость его с конечным распределением достигается за счет использования в трансформаторах дополнительных электростатических экранов в виде открытых металлических колец (витков), закрывающих начальную часть обмотки и соединенных с ее вводом. Этот экран создает дополнительные контейнеры, через которые загружаются поперечные контейнеры, минуя продольные контейнеры.
В результате начальная кривая распределения напряжения заметно сглаживается и становится почти такой же, как конечная кривая распределения для обмоток с заземленной нейтралью. Трансформаторы с изолированной нейтралью также могут быть оснащены электростатическими экранами, но в этом случае используются специальные импидорные устройства, подключаемые между нейтралью и землей. Это устройство содержит емкость, подключенную параллельно разряднику и реактору, которая во время волновых процессов заземляет нейтраль трансформатора, а на промышленной частоте имеет высокое сопротивление и практически изолирует нейтраль.
Разновидности защит и их суть
Все защиты трансформаторов должны быть достаточно быстрыми, чтобы вовремя выключить опасный режим. Так как при сверхбольших электрических величинах это легко приведет к разрушению изоляции, упрочнению металлов, возгоранию и другим неприятным последствиям.
Во избежание перегрузок на трансформаторе устанавливается тот или иной вид защиты. Тип защиты, применяемой на понижающих подстанциях, распределительном оборудовании, определяется местными условиями и характеристиками режима работы.
Продольная дифференциальная защита
Объем защиты от остаточного тока распространяется как на сам силовой трансформатор, так и на окружающие его соединения вплоть до измерителей тока. Нормальным режимом работы каждого трансформатора считается равномерное перераспределение нагрузки между всеми тремя фазами, когда электрический ток в каждой из них примерно одинаков.
Продольная дифференциальная защита сравнивает токовую нагрузку во всех фазах. Поскольку ток примерно одинаковый, их геометрическая сумма должна быть равна нулю. В результате сравнения выясняется, что реальный компонент отсутствует или слишком мал для реакции. Но, как только одна фаза замкнется или сразу между несколькими, токи в них перестанут компенсировать друг друга, и их сумма будет отличаться от нуля, сработает дифференциальное срезание.
Рис. Пример дифференциальной защиты
Релейная
Для предотвращения поломки трансформаторов используется достаточно большое количество релейных защит. Однако особого внимания заслуживает реле контроля уровня масла. Эта типология предусматривает мониторинг состояния изолирующей среды. Конструктивно реле представляет собой поплавок с контактами, который удерживается над контактами цепи срабатывания.
Если аварийный режим приведет к утечкам масла и последующему снижению ниже нормы, после чего может произойти поломка, произойдет отключение. Он может быть размещен в основном баке или иметь резервную релейную защиту в расширителе, которая заранее сигнализирует о начале процесса.
Тепловая
Основой тепловой защиты в трансформаторах является классическая термопара. Его расположение определяется типом устройства, его мощностью и габаритами, поскольку перегрев может привести к нарушению изоляционных свойств, привести к тепловому расширению масла.
К наиболее эффективным местам размещения относятся:
- в верхней части бака;
- к розеткам высокого напряжения;
- в обмотках.
Он состоит из двух фаз: первая включает резервные вентиляторы или другие средства охлаждения. Второй, если первому не удалось восстановить перегрев ниже предельного значения, отключает трансформатор.
Токовая отсечка
Рис. Пример отключения электроэнергии
Этот тип защиты используется для отключения любых повреждений, которые могут возникнуть внутри трансформатора. Он расположен на стороне проходного изолятора трансформатора, который должен быть защищен, однако этот эффект распространяется на все обмотки, с которых может подаваться напряжение. Особенностью его применения является схема питания, которая используется в соответствующей линейке.
Таким образом, для трехфазных цепей с изолированной нейтралью отключение тока должно быть двухфазным. А при использовании цепей с глухозаземленной нейтралью необходимо применять защиту в каждом фазном соединении. Когда трансформатор выключен, задержки нет.
Недостатком отсечки является то, что она работает только при больших токах. Поэтому некоторые межфазные, межвитковые замыкания или замыкания на землю в изолированной цепи нейтрали могут остаться незамеченными. На практике это один из самых простых способов отключить трансформатор в аварийном режиме.
Газовая защита
Газовое реле как вид защиты нашло широкое применение в трансформаторах с масляной ванной, где роль диэлектрика, разделяющего токоведущие элементы и заземляющую структуру корпуса, играет трансформаторное масло. При нормальной работе понижающие трансформаторы не подвергаются воздействию диэлектрической жидкости, и масло остается в постоянном физическом состоянии.
Но в случае короткого замыкания между катушками, контакта проводов со сталью или других ситуаций внутри резервуара, горение дуги или нагрев металла приводит к локальному кипению масла. С этого момента начинается выделение газов, которые поднимаются к верхней точке емкости.
Рис. Пример газовой защиты
Для всего бака верхней точкой является расширительный бачок, поэтому в соединительном патрубке между расширителем и баком трансформатора устанавливается газовое реле. Конструктивно газовая заслонка представляет собой поплавок с двумя контактами. При погружении в масло поплавок находится в открытом положении. Как только выделяющиеся газы поднимутся по трубке, поплавок упадет и замкнет контакты, масляный трансформатор отключится.
Струйная защита
Применяется в трансформаторах с первичной и вторичной обмотками на 110, 35, 10, 6, 3,3 кВ, где есть возможность переключать значение напряжения под нагрузкой. Устройство РПН обычно размещается в отдельном резервуаре внутри основного резервуара, который изолирует его от обмоток высокого напряжения. Переключение положений устройства РПН может вызвать как обычные, так и аварийные переключения. Последние приводят к выбросу масла из бака в расширитель.
Для реагирования на такое повреждение устанавливается струйная защита, так как поток масла из устройства РПН активирует датчик дозирования. После этого выключается выключатель, который обесточит обмотки трансформатора.
Максимальная токовая защита
Рис. Пример максимальной токовой защиты
Защита от перегрузки по току используется для работы в ответ на токи короткого замыкания, расположенные в непосредственной близости от источника. Это включает в себя повреждение как обмоток, так и ближайших сборных шин подстанции, окружающего оборудования и т.
На практике различают большое количество вариантов МТЗ:
- От внутренних и внешних коротких замыканий;
- МТЗ с комбинированным пуском напряжения;
- МТЗ с пусковым напряжением и фильтром напряжения обратной последовательности;
- Обратная последовательность совмещена с устройством трехфазного короткого замыкания;
Помимо аварийных режимов, вы можете установить режим защиты от перегрузки по максимальной токовой защите. Для этого рабочий ток устанавливается в определенных пределах. Настройка выбирается на основе максимального значения нагрузки, чтобы выключатель не срабатывал при нормальной работе.
Токовая защита нулевой последовательности
Рис. Пример дифференциальной защиты
Предназначен для защиты трансформатора от возможных коротких замыканий как одной, так и двух фаз на землю. Это ситуации, когда в трехфазной системе нарушена симметрия нагрузки и сумма токов больше не будет равна нулю относительно нулевой точки.
Равновесие системы будет нарушено, что приведет к отключению электроэнергии через определенное время. Это часто сочетается с автоматическим повторным включением, поэтому через несколько секунд автоматический выключатель снова включается, если замыкание разблокировано.
Специальная резервная защита
Специальная резервная защита предназначена для автономного резервирования максимальной токовой защиты в токовых цепях. Его можно использовать как на высокой, так и на низкой стороне трансформатора. Их действие направлено на максимальные первичные и вторичные токи, которые могут возникнуть в непосредственной близости от защищаемого объекта. Работа СРЗ, как правило, имеет задержку по отношению к основным зонам максимальной токовой защиты на стороне 110 – 220 кВ.
Токовая ступенчатая защита
Как и предыдущий вариант, это своего рода защита от сверхтока, в которую встроен ключ последовательности срабатывания для разных обмоток. Он широко используется в цепях, где потребители подключены к источнику с высокими пусковыми токами. Однако чувствительность максимальной защиты имеет дополнительную привязку к напряжению, которая гарантирует блокировку автоматического отключения в случае питания слишком мощной нагрузки, поскольку падение напряжения не достигает установленного предела.
Ступени реконструируются с таким интервалом времени, что воздействие на выключатели нагрузки происходит после основной максимальной токовой защиты.
Защита от минимального напряжения
В случае снижения напряжения питания возможны два сценария: удаленное короткое замыкание, которое распознается другими защитами как большая нагрузка, или подключение слишком большой общей нагрузки. Оба варианта пагубно влияют на работу трансформатора, поэтому как в аварийном режиме, так и в случае перегрузки устанавливается задержка, после которой наступает один из следующих вариантов:
- закрытие аварийного участка;
- отстранение от работы неприоритетных потребителей;
- автоматический розжиг резерва.
Защита печных трансформаторов
Особенности работы и применения резонансного трансформатора Тесла
Эксплуатация печей связана с резким повышением и понижением тока, поэтому здесь не рекомендуется дифференциальная защита, только газовая и тепловая. Нагревательные элементы таких печей могут работать от пониженного напряжения 220-660 Вольт. Чаще всего здесь используются специальные трансформаторы для электропечей. Конечно, речь идет о печах для плавки металла, а не для приготовления пищи. В них режимы плавки меняются как напряжением питания, так и величиной тока дуги. Печные трансформаторы должны быть оснащены защитой от перегрузки и короткого замыкания. Защита от перегрузки устанавливается на стороне низкого напряжения, а трансформаторы тока для мгновенного срабатывания – на стороне высокого напряжения. В этом случае настройка реле настраивается таким образом, чтобы оно не отключалось при нормальной работе от короткого замыкания, так как они работают в этом режиме и при некоторых коротких замыканиях, не должно происходить отключения, а только подъем электродов.
В любом случае в заключение хотелось бы подчеркнуть, что последствия нештатных режимов работы трансформатора, а значит, и стоимость последующего ремонта, зависят от наладки и правильной эксплуатации.
Защита трансформатора дифференциальная
Это одна из самых быстрых и важных защит, необходимых для надежной работы следующих трансформаторов:
- На однооперационных понижающих трансформаторах мощностью более 6300 кВА;
- При параллельной работе этих устройств мощностью от 4000 кВА и выше. При таком подключении данная защита является гарантией не только быстродействия, но и выборочного отключения одного только поврежденного устройства, а не полного отключения электроэнергии поставленного электрооборудования, что привело к производственным потерям или появлению бракованной продукции;
- Если максимальная токовая защита трансформатора не обеспечивает требуемой чувствительности и скорости отключения и может срабатывать с задержкой более одной секунды;
- Если трансформаторы меньшей мощности, то применяется обычное отключение питания, подключенное к реле тока.
а – нормальная работа, б – при возникновении короткого замыкания между обмотками.
Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока, а точнее его величины. Сравнение происходит в конце и в начале охраняемой территории. Секция в данном случае является одной из понижающих обмоток. То есть один трансформатор тока установлен на высокой стороне, а другой – на низкой.
На схеме показано соединение трансформаторов ТТ1 и ТТ2, включенных последовательно. Т – реле тока, которое остается неактивным при нормальной работе, когда токи одинаковы, т. е их разность будет равна нулю. При возникновении короткого замыкания в защищаемом участке цепи появится разница токов и реле включится, тем самым отключив трансформатор от сети. Этот тип защиты работает как при междуфазных, так и междуфазных КЗ. Мгновенное срабатывание таких защитных устройств не требует задержек, так как их быстрое срабатывание является его главным положительным фактором. Выбор вставки для работы реле Т должен производиться в электротехнических лабораториях или разработчиками этого оборудования. В каждом конкретном случае уровень тока срабатывания реле можно изменить так, чтобы не было ложных срабатываний.
Принцип действия газовой защиты трансформаторов
Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, показанного на рисунке.
Пузырьки можно увидеть в специальном окошке, когда выходят газы.
Реле представляет собой металлический сосуд с двумя специальными поплавками. Их нарезают по наклонному трубопроводу. В свою очередь, этот трубопровод представляет собой соединение охлаждающего корпуса с радиатором и расширительного бачка.
Если трансформатор исправен, газовое реле заполнено трансформаторным маслом, а поплавки реле находятся в определенном нерабочем состоянии, так как внутри них есть масло. Поплавки напрямую подключаются к контактной группе, которая имеет сигнал тревоги и предупреждения. В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. Когда масло нагревается, в случае аномального процесса в работе выделяется газ, который, согласно законам физики, естественным образом легче поднимается наверх. На газовом тракте есть газовое реле и его поплавки, которые при подъеме определенного количества газа начинают двигаться, открывая первую ступеньку. При более быстром развитии событий второй поплавок приводится в движение и закрывает вторую ступень, что приводит к остановке. Взяв образец масла и проверив его, а также проведя химический анализ, можно определить характер повреждения.
На практике не каждое срабатывание газового реле приводит к отбору и анализу масла, иногда во время заливки оно может попасть в систему, воздух которой будет увеличиваться во время работы и может заставить эту защиту сработать. Для этого достаточно открыть специальный кран (вентиль), расположенный на корпусе реле, и выпустить воздух. Эта процедура выполняется при первом срабатывании предупредительного поплавка.
Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах. Чаще всего используются разные типы этого устройства РГЧЗ-66, ПГ-22, БФ-50, БФ-80, РЗТ-50, РЗТ-80. Во всех есть смотровое окошко и герметичный корпус.
Газовая защита трансформатора и принцип работы, работать в принципе несложно, просто нужно разобраться в них один раз.
Максимальная токовая защита трансформатора
Основная роль отключающего устройства при повышении критического уровня тока для немасляных трансформаторов и трансформаторов малой мощности – это предохранитель. Этот защитный элемент позволяет персоналу, который не понимает причины отключения, возобновить работу, что может привести к повреждению оборудования или возгоранию. Измерительные трансформаторы напряжения дополнительно комплектуются предохранителями, которые размещаются на подстанциях в отсеках КРУ, как и масляные выключатели. Они предназначены для измерения напряжения в сети 6000 кВ и выше, а также для цепей защиты от повышенного или пониженного напряжения.
Для трансформаторов выбор предохранителей производится исходя из этого соотношения
Iвс – ток предохранителя;Я тр. – номинальный ток первичной обмотки трансформатора, в цепи которого он установлен.
Предохранитель – это самый простой способ защитить трансформатор от перегрузки по току.
Пусковой ток максимальной защиты при установке снизу выбирается в соответствии с величиной нагрузки, на которую рассчитан трансформатор. Конечно, при выборе релейной защиты этого устройства также стоит учитывать кратковременные пусковые токи, возникающие при пуске вращающихся электрических машин. В основе работы таких защит лежат трансформаторы тока, вот парочка наиболее распространенных схем подключения.
Существует два уровня (степени) отключения: один может быть отключен перегрузкой, а другой уже работает как отключение максимального тока со значительным увеличением тока в контролируемых цепях, включая короткое замыкание. Цифра 6 указывает на измерительные приборы.
Ниже представлена более продвинутая и подробная схема уже непосредственно с подключением реле в цепи катушек масляного переключателя.
Индивидуальная защита от непереключения фаз выключателей стороны среднего и высшего напряжения АТ
Защита выполняется только на автоматических выключателях с фазным управлением.
Назначение защиты – исключить режим обрыва фазы, возникающий при включении автоматического выключателя в одной или двух фазах.
Защита действует при отключении трех фаз выключателя, который должен быть включен.
Задержка времени защиты (0,15 0,25 сек) выбирается исходя из условия отключения по разности времени включения фаз выключателя.
Мероприятия для защиты обмоток от перенапряжений
Внешняя и внутренняя защита используются для защиты обмоток трансформатора от перенапряжения.
Первая группа мер, внешняя защита, – это использование заземленных кабелей и разрядников для защиты от перенапряжения (SPD). Эти меры позволяют ограничить амплитуду волн напряжения, приходящих на трансформатор. Хотя ПУЭ также указывает на использование клапанных разрядников в качестве защитных мер, в настоящее время они все еще в значительной степени заменены разрядниками из-за преимуществ последних.
Основная активная часть разрядника (рис. 3) состоит из набора варисторов, соединенных последовательно и образующих так называемую «колонну». В зависимости от требуемых характеристик ловушки и ее конструкции ловушка может состоять из колонны или ряда колонн, соединенных последовательно или параллельно. Различие между материалом варистора разрядника для защиты от перенапряжения и материалом резистора для разрядников с клапаном заключается в том, что нелинейные резисторы разрядников для защиты от перенапряжений имеют большую полосу пропускания, а также сильно нелинейную характеристику напряжения тока (VAC). , Благодаря этому можно постоянно и безопасно найти ОПН под напряжением, что гарантирует высокий уровень защиты электрооборудования. Эти качества позволили исключить искровые разрядники из конструкции разрядника.
Материал нелинейных резисторов разрядника состоит в основном из оксида и оболочки в виде глифталевой эмали, что увеличивает КПД варистора. В процессе производства оксид цинка смешивают с оксидами других металлов. Варисторы из оксида цинка представляют собой систему, состоящую из последовательно и параллельно соединенных p – n переходов. Именно эти p – n-переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.
Рис. Разгрузочное устройство
Разрядник представляет собой конструкцию колонны варисторов, заключенных в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярной резины (в случае полимерной изоляции устройства), или колонну варисторов, прижатых к боковой поверхности волоконной трубки стекло, расположенное внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции). В разрядниках с полимерной изоляцией пространство между трубкой из стекловолокна и варисторной стойкой заполнено низкомолекулярной резиной, а сама трубка имеет ряд отверстий, рассчитанных на обеспечение взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ОПН с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах шины располагаются уплотнительные резиновые мембраны и уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливаются специальные крышки со сливными отверстиями. На крышке разрядника есть контактный болт для подключения к сборной шине. Ловушка оснащена заземленной опорной пластиной. Внутренняя стекловолоконная трубка, мембраны и крышки гарантируют взрывозащищенную конструкцию от прохождения токов короткого замыкания.
Характеристики различных модификаций разрядника показаны на рис.
Вольт-амперная характеристика разрядника представлена на рис.
Внешний вид разрядников различной конструкции представлен на рис.
Рис. Характеристики различных модификаций разрядника. Рис. Вольт-амперная характеристика ОПН. Рис. Внешний вид различных моделей разрядников
Защита от неполнофазного режима на стороне 330 кВ (750) АТ (ЗНР-330)
Цель защиты – исключить режим обрыва фазы, который возникает при отключении высоковольтного выключателя 330 кВ и трехфазном отключении от второго высоковольтного выключателя 330 кВ.
Защита, как правило, действует на отключение АТ со всех сторон.
Задержка ZNR-330 на 0,3 секунды больше, чем задержка для индивидуальной защиты от непереключения фаз выключателя.
На АТ-750 кВ устройство КИВ-750 используется для контроля состояния изоляции вводов ВН 750 кВ.
Принцип действия прибора заключается в измерении геометрической суммы токов, протекающих под действием рабочего напряжения через изоляцию трехфазных вводов на 750 кВ.
При соответствующей изоляции геометрическая сумма токов, поступающих в реле типа КИВ, близка к нулю. При частичном повреждении изоляции ввода одной из фаз возникает дисбаланс токов, фиксируемый защитой.
Прибор типа КИВ имеет измерительный элемент для оперативного контроля и секционирующий элемент.
Разъединяющий элемент отключает АКПП со всех сторон.
Защита от перегрузки
В качестве такой защиты установлена максимальная токовая защита, которая срабатывает с задержкой сигнала в случае перегрузки по току любой обмотки трансформатора.
Видео: Релейная защита. Вводная лекция
Что такое релейная защита, для чего она нужна. Основные характеристики, которыми должна обладать релейная защита.
Оценка необходимости установки ОПН
На современных трансформаторных подстанциях, как внутренних, так и независимых, напряжение от внешнего источника электроэнергии подается на трансформатор через высоковольтный выключатель (HVDC). Одним из компонентов распределительного щита является вакуумный силовой выключатель (ВВ). При наличии взрывчатых веществ, как описано выше, могут возникнуть перенапряжения с последующим повреждением обмоток.
Однако в последнее время основные производители электрического оборудования, такие как Shneider Electric, Eaton, предлагают небольшие распределительные устройства (РУ), которые включают коммутационное оборудование, лишенное недостатков, присущих вакуумным выключателям, описанным выше.
Гашение электрической дуги в распределительном щите производства Shneider Electric, ячейка RM6 осуществляется по принципу самовдува в газе SF6, что практически исключает прерывание тока и, как следствие, не приводит к перенапряжениям. Те здесь проблема решается с использованием газа SF6.
Компания Eaton в своем инновационном оборудовании Xiria решила проблему компактного распределительного устройства, улучшив конструкцию вакуумного выключателя. Здесь устранение обрыва тока достигается разделением дуги на несколько разрядов с низкой энергией.
По заявлению обоих производителей кратность коммутационных перенапряжений не превышает 1,4. И это совершенно безопасно для обмоток трансформатора.
Следовательно, можно сказать, что при использовании малогабаритных КРУЭ Shneider Electric, RM6 и Xiria установка ОПН для защиты обмоток от перенапряжения не требуется.
������������ ������� ������ (���)
������� �������� ���. ����� �� �������� ����������� ��������� ������������� ��, � ����� ��������� ����������� ������ ������ ���������������� �������� ������ ���������� ���� (��������� ���������), ������� ���������� ����������� ������ ���� ��������.
�� ���. �1 ������� ������� �������� ���.
� ���� ��� ����� ������������� ���� �� ���������� ���, ���������� �� ����������� �������� (����� W). ��� ���������� ��������� ���� �������� ������ �� ���������, �� ����� ��� ������������� � ��������� ������� ������������� ��������, ������ ��������� � �������� ����������� Q. �������� ����, ��� ������� ���������� ������������ ������, ���������� ����� ������������.
������ ����������� ��� �������� ���������� ��������� ������� ������������� ����������� � ���������� ����.
��������� ��������� � ����� � ���� �������� �� ������ �������� ��������� ����������� ������ ����� ��������, ��� ��� �������� �������� �� ������ �� ������������ ��������, �� � �� ��������� � ��� ������������� ���������. �� ���. �2 �������� ����� �����������, ��������� �� ��� ��������������� ����������� ��������.
��� �� � ����� � �������� I� �������� �� ��������� ������� � � ����� ����������� ��� �� ������������ ������� I, ��� � �� ������������� �������� II � III. ���� �������� �������� ��� ������������, �� ��������� ��� ���� ��� ��������. � ���������� ������ �������� ����� ��������� �� ������ �����������, �� � �� ����������� ������� �����������, ��� �����������. ���������� ���������� ������ ����� ����� ����� ���� � ��� ������, ���� ��������� ��� ������� ������� � �������� ����������� ��������� � ����� ����������� Q1.
������ ����������� ��� �������� ��������������� ��� �������������. ��� ������ �������� ����������� ������ ����� ��������� ����� ������������, ������������ � ����������� � ��������� �������. ����� ������������ ������ �� ������� ������������� ��������� �� ����������� �� ����������� � �������� �������. � ������������� ������� ��� ������� �� ���� �������: ���������, ������� �������� ������ �� � ���������� ���� ������, � ������������ ������ (����� �������� �������), ������� ��������� �������� ������ ��� ����������� �������������.
� �������� �������� ������� ��� ������������ ���� ���������� ���� (������������ ������� ����), � � �������� ������������ ������ � ���� �������. ������� ���� ����� ���, �� � 80, �� � 90 �������� � ���� ��� ������. ������� ���, ����������� � ������� ���� ����, ���������� ��� � ��������� ��������������� ������� ������������. ��� ������������� � �������� �������� ������� ��� ������� ���� ����������� �������� ���� �� � 40 ��� �� � 520 �������� ������� �������� ���������� ���� ������� ���� �� ��� ���. ����� ������������ ���, ����������� � ������� ���� ����, �� ������� �� ���� ��, ��� ��� ���� ������� ����������� � ����� � ��� �� ������������� �� ��� �������� ������������. ������ ������ ���� ���������� ��� � ����������� ��������������� ������� ������������.
��� �������� �������� ������� � ������� ������� � ������� ������ ����������� ��� ������ �����������, ���������������, ����������������� � ����� ��������������� � �������������, � � ���� ������� � � ������������� ��������.
���������� ���. ��� �� �������� �� ��������� ������� � ����� ��. �������, ��� ����� � ��������� ������� ����������� ������, ��� ������ ����, ��� ����������� � ������� ������ �������� � ��������.
�� ���. �3 �������� ����� ���������� ��� ��� ������ ����������� ��������������.
���� ��� ������ �������������� �� � ������ ��� ���������� �� ������� ������� ��, �. �� ������� ��������� ������� �, �� � ���� ������ ������: ������, ����� � ������� ��������������, ����������� Q2, ���� ������� ���������� �2. ���� �� � ��� ���������� �� ������� ������� ��, �� � ���� ������ �������� ������ Q2 � ���� �2. ������� ��� ������� ������������� �� ������� ��������� ������� � �� ����������� ����� � ����.
����� ��������� ��� ������� ����� �� ����� ���������� ���������������� ��� �����������. �� ���. �4 �������� ����� ���������� ��� �������� ����� � ������������������� ������� ����������.
�� ���������� � ������� ��� ��������� �����: �� ����� W1 �������� ���������� �1 � ����� ����������������� �, � �� ����� W2 � ���������� �2 � ���������� � � ��������������� �. ��� ������ ����� �� ��� �� ������� ���������� � ��������������� ��� 1 � ��� 2. �� ���������������� � ���������� �1 ��������� ������ ����� �� �������������, �. �� ������ � ���� ������ ��� 1, � ������ ������ ������������ ���������� ������ �� ����� ��������, ����� ������������, Q ��� Q1, ����� �������� ���������������� ��� ��� �����������.
� ������ ������� �� ���������� �2 ���� � ����� ��������� ��� ������ ��������������� ��� �� ����� �� ������� ��������� �������, ��� � �� ���� ��������� �������������������, ������������ � ����� ������� ����������.
�� ���. �5 ������� ������ ���������� ��� � ���������� ���� � ������������� �������� �� �������������� � ������������ G1 � G2. ��� ������ ����������������� � �� ������ �� ��� ��������������� ��� � ��������� �� ���������� ����� ������������ Q1.
�� ������������� ��������������� ���, ��� �������, ��������������� �� ������� ������ �������. ������ II �� ������� �� �������� ���� �1 �, ����� ����, ����� ����������� ��� ����������� ���������������� � �������, ���� ������� ��� ������ I ��� ����������� Q1. ����� �������, ������ II ����� ��� ���������� ������� � ��������, � ������� ������ ���� �1, � �������������, � ������� ������ ���������������� �. � ������������ � ���� ������ II �������� �������� ��� ��� �1 � ��������� ��� ���������������� �.
����������� ������� ��������� ������ IV � ��������� ��� �������� ���������� �2 � ����� W2. ������ III �� ������� �� �������� �������� ��� �2 � ��������� ��� ��� �1 � �2. ����, �������� ������� ������ III, ���������� �� ��������� ����� II � IV, �� ��� �����������, ��������, �� ����� �1 ����� ����������� ������������� �� ������ III � ��� ���� ����� ����������� ��� �1 ��������� ��� ���������� ������������� ���� �2 � ����� W2, ��� �����������. ����������� ����� ������������� ������ � ��� ����������� �� ����� �2.
�� ����� W1 ������ VI ����� ������������� ������ �� ������� ��������� ������� � ��������� �� ���������� ����������� Q6. ��� ������ ����� �������� ��� ����� W1 � ��� �3, � ��� �� ��������� ��� �2 � ����� W3. ��������� ������ ������ �� ����� ����� ����� ������ ���������� � ������������, ������� ����������� � ���, ��� ����� ������������ ������ VI � ���������� ����� W1������������ Q6 �������� ������ ��������, ��� ��������� ����������� � �� ����� W1 ��� �� ����� �3. �� �1 ������ VII ���������� ���������� ������ �� ������� �� � ��������� �� ���������� Q7, ������� ����� �������� ������� ��� �1 � ��� �4, � ����� ��������� ������� ��� ����� W1,W4. ��������� ��������� ��� VIII ��������������� �� ����������� G1, G2. ��� �������� �������� ������� ��� ����������� � ��� �5, � ����� ��������� ������� ��� �1 � ����� W5.
����� ��������� �������� ������� ���.
��������� ����� ������� ��������� ��� �� ��� ������� ����. �� ���. �6 �������� ��������� ����� ��������� �������� ���� ���.
��������� ������� �� ���������� � ���� �, �,� ����������� ��������, � ��������� ����������� � ������. � ������� ��������� ������� ���������� ����, ������� ������� ����������� ����� � ������. �������, ����������� ������ ��������� ������� �� � ���� ���������� �������, � ������, ����������� ������� ����� � ������� ����������� ��������.
� ���� ��������� ����� �������� ��� �� ���, ��� � �� ��������� �������� ��:
Ip = I2
������� ����������� �����, �������������� ����� ��������� ���� � ���� � ���� �� ��������� �������� ��, ����� �������:
kCX = IP/I2 = 1.
��������� ����� ��������� �� ��� ���� ����������� � ���������� ��, ���� ��� ���� ������ ����������������. ���������� ���� ����� � ������������ ������� ���������� ������������ � �������������� ������� ���������, ��� � ������ ����. ����������� ��������� ����� �������� ����� ����������� �������������� �������� ��� ��������� �� ����� ������ ��� � ���� ������ ���� � ������������� ���������. ���� ������ ����� ���������� �������� �������, �� ������������ ����������� ��� �����. � �� �� ����� �� �������� ������ ���� � ������������� ��������� ���������� ��������� ������ ���� ����� ��������� �� �����. �������� ���������� ���������� � ��, ��� � ���� � ������������� ��������� ���������� �� �� ������, � � ���� � ���������� ��������� ��� ������ �� ���������� �� ����������� ����������� ������ � �������� ����, ����������� �� ������ ���� ������� ������������������, �������� ����� ����� ������������ ����������.
���������� ����� � ����������� �� � �������� ������. ��������������� ���������� ����� ������� ��������� ���� �� � ���� ��� ��� ���� � ����������� �� ������� ����������.
�� ���. �7 �������� ���������� ������������ �����, ������� �������� ���������� ����������.
����� ��������� �� ��� ���� ����������� ��, �� ��������� �� ����������� �� �� ���� �����, ����� �� ����� ���� ������������ ��� ������ �� ���������� ��. ����������� ����� ����� ����� �������.
���������������� ���������� ����� ����� �������� ���������� �������� ����, ����������� � ����������� ������ (���. �8). � ����������� ������� �������� �������������� ����� ������ �����
N = a + c.
��� � ����������� ������� ����� �� �������� ����, ����������� �� ����, �� ������� ��. ������� �������������� ���� ����� ����� � 2 ���� ������� ����������������, ��� ���� ��� � � �.
�� ���. �9 �������� ���������� ������������ ����� � ����������� �� �� �������� ����� ���� ���. ��� ����� �������� ����������, ��� ��� ������� ��������� ���� �� � ������ ������ ����. ��������� ������� �� ���������� � ��� ���� ����������� ��������, � ��������� ������� ����������� �� �������� �����. � ������ ���������� ��������� ������� ������������ ������� �������� ����. ��� ����� �������������� �������� ��������� �����.
����������� ����� �� ���. �9 ����������:
����� �� ����������� ������������ ����� �������� � ��������� ���������������� ��� ������ ����� ��:
��������� �� � Ip(3) = 1,73I2;
���������� �� � Ip(2) = 2I2.
������ ������ ������������ ����������� ����� �������� ����� � �������� ��� ����� �� ��� ��������� ����� ���������� �� �� ��������������� � ����������� ������� ������ � �����������. ��� ���������� �� ����� ������ �� ������� ������������ ���� � ���� �� ����� �� ������� ������ ����� �� �������� � ����� ���������� �����������. ������� ��� � ���� ����� ����. ��� ����� ����������� � �������� ��� ������ �����������������.
��� ������������ �������� ������� ���� ��� ���������� �����, ����� ���������� ���������� ��������� �������:
-������ �� ������ ��������� � �������� ��� ����������� �� ����������� �������� ������������� ���� ��������;
��� ���������� ������� ������� ��� ������������ ������ ���� ������ ������������� ���� ��������. ������ ���������� ������ ����� ���������� ������������ ��� ����, ����� ������ ����������� �� ������������� ���� ��������. ��� ��������� ������� ��������� �������� ������� ��� �� ������������� ���� �������� ���������� ��������� ������ I, ������������� �� ���������� �1 �� ����� W1(���. �10. ), ����� ��� ��������, ���������� �� ����� W1 � ������ ����� ����� �������� ���������� �2 � �3, ����� ������������ ��������. ��� ������������� �� � ����� � �� ����� W2 ��� �� �������� �� ��������� ������� � ����� �� ��� �� ����������� �����, ��� � �� ����� W1. ��� ���� ������ � �������� ������ II, ������������� �� ����������� �����, � ������ I �� ����� W1, ��������� ������� ���������������. ����� ���������� ����������� ����� W2 ��� �� ����������� � �� ����� W1 ����� ����� ��������� ������������ ��� ��������. ��� ���� ����� �������� ������������� ���� �������� ����� ����������� ��������� ��� � ����������� ������ �� ���� ����, ��� ��� �������������� ���������� ����� ���������� �� ���������� ���������� �����������������, ������� ��� ���� ���������� ���������� (��������) ����. � ���� �������� �������� ������� ���� ������ I, ����������� � ������ ������������� ��, ������ ��������� � �������� ��������� �� ����, ��� ������� �������� ������� ������, ��� �������������� ������ � ��� ������, ���� ��� �������� �������� ������� ���� ����� ������ ������������� ���� �������� ��������������� ������. ���������� ���� �������� � ���������� ����������� ����������������� ����������� ������������� ����������� k�.
����� �������, ��� ���������� ������� ������� ����������, �����
= kHk�IH, max, ��� � kH ����������� ��������� ���������.
��������, ��� ��� �������� � ��� ������������ ������� ����� ����� ������������� �������� ��������� �������
kB = I�. /I�.
������ ��� �������� �������
= kBIc.
kBI�. = kHk�IH, max.
������ ������� ������������� ������� ��� ������� ���� ������������ �������� ������� ���� ���:
, ��� kH ��������� ������ 1,1 � 1,25: k� ���������� 2 -3.
��������� ��� ������������, �. ������� �������� ������� ����, ��������� �� �������:
, ��� �1 � ����������� ������������� ��; k�� � ����������� �����, ������ 1 ��� ���� ���������� � ������ � �������� ������ � 1,73 ��� ���� ���������� �� � ����������� � �� �������� ����� ���� ���.
��� ����������� ������������� ���� �������� ���������� �������� �� �������� ������, �� �������� ������� ������ ������������. ��� ������ ������������ ����� � �������� ������������� ���� �������� �� ������ ����� ��������� ��������� ������������ �������� ����� ����� � ���, ����� ��� ��������� ���������� ����� �� ��� ������ �� ����������� �� ����������.
��� ������ ����������� ���������� ��������������� ������������ ��� ���������� � ������ ������������� ���������� ���������� ����������� ���������������.
��� ������ ���� ������������ ���������� ��������� ����������� �����������, ���� �� ����������, �� ��������� ������ 4 ����������� ����� ����������� ������������.
����� ����������� ���� ������������ ������ ����������� ���������� ������� � �������� �������, ������� ������������ �������������� ���������������� �������� ������ � ������, ����� ���� �� ����� ����������� �������� (Ik, min).
k�=Ik, min. /I�.
��� ������� k� ������, ���������� �� �������� ����� ���� ���, ����������� ��� �� ������������ ��� ���������� �� ����� ������, �� ����� �� ������� ��� ��, ��� ��� � ���� ������ ����� ���� ������ �������� ������� ��� ��. ��� ������� k� ��� ������ �� �� ��������������� � ����������� ������� ������ � ����������� ����������� ��� �� ������������ ��� ���������� ��, ����� � ����� � �� �������� ���, � 2 ���� �������, ��� � ���� ��� ��.