СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

8. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

8.1 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

К релейной защите предъявляются следующие основные требования :

Быстродействие. Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электрической установки, что предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

Селективность. Селективностью называется способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями.

Чувствительность. Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы в данной электрической установке или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено её действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте к.з.

Надёжность. Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключения выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита.

8.2 ВИДЫ ЗАЩИТ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Основными видами повреждений являются многофазные и однофазные КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, а также "пожар стали" магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны многофазные и однофазные КЗ на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания в обмотках. Защита от КЗ выполняется с действием на отключение повреждённого трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.

Основными видами повреждений являются многофазные и однофазные КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, а также "пожар стали" магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны многофазные и однофазные КЗ на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания в обмотках. Защита от КЗ выполняется с действием на отключение повреждённого трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.

Опасным внутренним повреждением является также "пожар стали" магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода, что ведёт к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают местный нагрев стали, ведущий к дальнейшему разрушению изоляции. Защиты, основанные на использовании электрических величин, на этот вид повреждения тоже не реагируют, поэтому возникает необходимость в применении специальной защиты от витковых замыканий и от "пожара стали". Для маслонаполненных трансформаторов такой защитой является газовая, основанная на использовании явлений газообразования. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги при витковых замыканиях и при "пожаре стали". Электрическая дуга возникает и при многофазных коротких замыканиях в обмотках. Поэтому газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора.

Также в трансформаторах могут возникнуть так называемые ненормальные режимы работы, обусловленные внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверхтоки).Длительный перегруз трансформатора недопустим так как в этом режиме выделяется повышенное количество тепла, что неудовлетворительно сказывается на изоляции обмоток.

Длительность допустимой перегрузки регламентируется ПУЭ. При наличии дежурного персонала защита выполняется на сигнал, на подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузки действует на разгрузку или отключение.

Газовая защита, как указывалось выше, основана на использовании явления газообразования в баке повреждённого трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это даёт возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем. Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22 , теперь выпускается более совершенное реле РГЧЗ-66 с чашечкообразными элементами.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых - не реагирование её на повреждения расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателем. Зашита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и в ряде других случаев. Возможны также ложные срабатывания защиты на трасформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью  кВА. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих подстанциях практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

Для защиты цеховых трансформаторов мощностью 100-1600 кВА напряжением выше 6 кВ предусматриваются

максимальная токовая защита

защита от однофазных замыканий на землю со стороны напряжения 0,4 кВ.

Максимальная токовая защита цеховых трансформаторов.

Действующая на отключение масляного выключателя с выдержкой времени максимальная токовая защита, выполняется на реле тока типа РТ-80.

Ток срабатывания реле максимальной токовой защиты выбирается с учетом отстройки от номинального тока, в зависимости от тока срабатывания защиты:

Первичный номинальный ток:Iвн = = 9,2 А.

Трансформаторы тока КТТ = 30/5 -схема соединения трансформаторов тока на разность токов двух фаз;

Вторичный номинальный ток в плечах защиты:

Iвн2 = = 2,7 А.

Ток срабатывания защиты:

IС.З. =  = 18,7 А

где КН = 1,25 –коэффициент надежности для реле РТ-40, при действии защиты на отключение [4].

КВ = 0,8 –коэффициент возврата реле РТ-80 [4].

КСМЗ = 1 –коэффициент самозапуска [4].

1,3 -коэффициент возможной перегрузки в аварийном режиме

Ток срабатывания реле:

По току срабатывания выбирается тип реле:

Выбираем реле РТ – 81/1 [15]

Ток срабатывания реле: IСР = 4…10 А

Уставка срабатывания реле 5,4 А

Уставка по выдержке времени 1 с.

Коэффициент чувствительности:

КЧ ³ 2 – условие ПУЭ выполняется.

Защита от однофазных замыканий на землю со стороны напряжения 0,4 кВ.

Действующая на отключение масляного выключателя (со стороны 6 кВ) и вводного автоматического выключателя (со стороны 0,4 кВ) без выдержки времени защита, выполняется на реле тока типа РТ-40 подключенного к трансформатору тока типа Т-0,66 на нулевом проводе при прямом присоединении силового трансформатора с глухозаземленной нейтралью к шинопроводу.

В нормальном режиме ток к нейтрали трансформатора близок нулю. При однофазном замыканий на землю со стороны напряжения 0,4 кВ ток короткого замыкания будет протекать через поврежденную фазу и нулевой проводник к нейтрали трансформатора, что в свою очередь вызовет срабатывание токового реле и приведет в отключению выключателей.

Защита на стороне 0,4 кВ автоматическим выключателем

В электроустановках напряжением до 1 кВ широко применяются автоматические воздушные выключатели, выпускаемые в одно-, двух- и трёх полюсном исполнении, постоянного и переменного тока. Автоматические выключатели снабжают специальным устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты для этого используют электромагнитные и тепловые реле. Эти реле называют расцепителями.

Выбор автоматических выключателей.

Существуют следующие требования к выбору автоматических выключателей:

Номинальное напряжение выключателя недолжно быть ниже напряжения сети;

Отключающая способность должна быть рассчитана на максимальные токи К.З, проходящие по защищаемому элементу:

Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчётного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу:

Iном.рас. > Iрасч.

Автоматический выключатель недолжен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки замедленного срабатывания регулируемых расцепителей: Iном.рас > (1,1 – 1,3) Iрасч

Sном =100 кВА Uвн = 6 кВ Uнн = 0,4 кВ

 А

Выбираем автоматический выключатель марки: ВА 53-37 Uном = 400 В

Iном = 160 А Iрасц. = 5Iном tср = 0,3 с I(3)к.з = 26,2 кА

Для трансформаторов напряжением выше 6 кВ предусматриваются устройства релейной защиты, действующие при:

повреждениях внутри баков маслонаполненных трансформаторов (газовое реле, реагирующие на образование газов внутри трансформатора, работает как на сигнал, так и на отключение);

многофазных замыканиях на выводах и в обмотках, витковых замыканиях в обмотках, однофазных замыканиях на землю (дифференциальная защита) понижении уровня масла

Исходные данные:

Uвн = 220 кВ;Uнн = 6 кВ;Sт = 40000 кВА;

Защита от многофазных К.З. трансформаторе и на его выводах.

Для трансформаторов мощностью Sт >6,3 МВА устанавливается дифференциальная защита без выдержки времени, с включением реле по схеме соединения трансформаторов тока обратной соединению обмоток силового трансформатора.

Защита выполняется на базе реле типа ДЗТ-11.

1.Для напряжения 220 кВ:

Первичный номинальный ток:

Iвн = = 100,4 А.

Трансформаторы тока КТТ = 100/5 -схема соединения трансформаторов тока D;

Вторичный номинальный ток в плечах защиты:

Iвн2 = = 8,7 А.

2.Для напряжения 6 кВ:

Первичный номинальный ток:

Iнн = = 3666,4 А.

Трансформаторы тока КТТ = 4000/5 -схема соединения трансформаторов тока неполная Y;

Вторичный номинальный ток в плечах защиты:

Iнн2 = = 4,6 А

3.Ток срабатывания защиты:

Iсз =Кн ∙ Iвн =1,5 ∙ 100,4 = 150,6 А

где Кн =1,5 –коэффициент надежности.

4.Ток срабатывания реле на не основной стороне:

Iср.не осн. == 13,04 А

5.Число витков обмотки не основной стороны:

Wне осн. == 7,67 витка

Принимаем Wнеосн. =8 витков

где FСР = 100 А –магнитодвижущая сила срабатывания реле при отсутствии торможения [15].

6.Ток срабатывания реле на не основной стороне при Wне осн :

Iср.не осн. == 12,5 А

7.Число витков обмотки основной стороны:

Wосн. == 15,1 витка

Принимаем Wосн. =15 витков

8.Первичный расчетный ток небаланса для определения витков тормозной обмотки:

Iнб =(e + Uрпн%+ )∙ Iк = (0.1 + 0.16 + ) ∙ 323,2 =86,2 А

где e = 0,1 –относительное значение тока намагничивания

Uрпн% = 0,16 –половина суммарного диапазона регулирования под напряжением

Iк = 323,2 А – периодическая составляющая при внешнем коротком замыкании, приведенная к напряжению обмотки высшего напряжения

9.Число витков тормозной обмотки :

Wтор. == 8,1 витка

Принимаем ближайшее большее Wтор. = 8 витка

где tga = 0,75 –тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной тормозной характеристики.

10.  Коэффициент чувствительности :

Кч = = 1,86

КЧ ³ 1,5 – условие ПУЭ выполняется.

Максимальная токовая защита трансформаторов.

Дополнительно к дифференциальной защите устанавливается действующая на отключение с выдержкой времени максимальная токовая защита, выполненная на реле тока типа РТ-40 и реле времени типа ЭВ-100.

Ток срабатывания реле максимальной токовой защиты выбирается с учетом отстройки от номинального тока, в зависимости от тока срабатывания защиты:

1.Для стороны напряжения 220 кВ:

Ток срабатывания защиты:

IС.З. =  = 191,9 А

где КН = 1,25 –коэффициент надежности для реле РТ-40, при действии защиты на отключение [4].

КВ = 0,85 –коэффициент возврата реле РТ-40 [4].

КСМЗ = 1 –коэффициент самозапуска [4].

1,3 -коэффициент, учитывающий возможную перегрузку при аварии

Ток срабатывания реле:

По току срабатывания выбирается тип реле:

Выбираем реле РТ – 40/20 [15]

Ток срабатывания реле: IСР = 5…20 А

Уставка срабатывания реле 16,6 А (обмотки соединены параллельно).

Выбираем реле ЭВ – 134 [16]

Пределы уставок: t = 0,5…9 с

Уставка по выдержке времени 1 с.

Коэффициент чувствительности:

КЧ ³ 1,5 – условие ПУЭ выполняется.

2.Для стороны напряжения 6 кВ:

Ток срабатывания защиты:

IС.З. =  = 7009,3 А

Ток срабатывания реле:

По току срабатывания выбирается тип реле:

Выбираем реле РТ – 40/10 [15]

Ток срабатывания реле: IСР = 2,5…10 А

Уставка срабатывания реле 8,76 А (обмотки соединены параллельно).

Выбираем реле ЭВ – 134 [16]

Пределы уставок: t = 0,5…9 с

Уставка по выдержке времени 0,5 с.

Коэффициент чувствительности:

КЧ ³ 1,5 – условие ПУЭ выполняется.

Газовая защита

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. основанная на использовании явлений газообразования. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги при витковых замыканиях и при "пожаре стали". Электрическая дуга возникает и при многофазных коротких замыканиях в обмотках. Поэтому газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора.

Также в трансформаторах могут возникнуть так называемые ненормальные режимы работы, обусловленные внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверхтоки).Длительный перегруз трансформатора недопустим так как в этом режиме выделяется повышенное количество тепла, что неудовлетворительно сказывается на изоляции обмоток.

Длительность допустимой перегрузки регламентируется ПУЭ. При наличии дежурного персонала защита выполняется на сигнал, на подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузки действует на разгрузку или отключение.

Газовая защита, как указывалось выше, основана на использовании явления газообразования в баке повреждённого трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это даёт возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем. Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22 , теперь выпускается более совершенное реле РГЧЗ-66 с чашечкообразными элементами.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых - не реагирование её на повреждения расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателем. Зашита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и в ряде других случаев. Возможны также ложные срабатывания защиты на трасформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью  кВА. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих подстанциях практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.