Вакуумные выключатели для защиты трансформаторов

Как выполняется защита силовых трансформаторов

13 января 2012 в 14:00

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

1. многофазных замыканий в обмотках и на их выводах,
2. внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках и «пожара стали» магнитопровода),
3. однофазных замыканий на землю,
4. сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями,
5. сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна),
6. понижения уровня масла.

При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже — выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.

Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 кВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.

На рабочих и резервных трансформаторах собственных нужд тепловых электростанций применяется продольная дифзащита, при мощности 4000 кВА допускается токовая отсечка.

Наиболее простой схемой выполнения продольной дифзащиты является дифференциальная токовая отсечка, которая применяется в случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности. Если это условие не выполняется, в продольной дифзащите используют реле типа РНТ.

Реле РНТ имеют насыщающиеся трансформаторы (НТ), обеспечивающие снижение токов, обусловленных бросками тока намагничивания, и токов небаланса, возникающих во время переходного процесса при внешних коротких замыканиях, и компенсирующие неравенство вторичных токов трансформаторов тока.

На трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками, когда вследствие больших токов небаланса в реле при внешних коротких замыканиях защита с насыщающимися трансформаторами не обеспечивает требуемой чувствительности, предусматривается дифзащита с торможением и установкой реле типа ДЗТ или их заменяющими.

Предварительно защита рассчитывается для случая применения реле без торможения. Если она оказывается недостаточно чувствительной, применяют реле с минимальным числом тормозных обмоток, обеспечивающих требуемую чувствительность. Ток срабатывания продольной дифзащиты должен быть отстроен от токов намагничивания и токов небаланса.

Релейная защита силовых трансформаторов

К ненормальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:

• перегрузка по одной или трем фазам, приводящим к повышению тока, проходящего через обмотки,
• замыкание на землю или на нейтраль одного или всех выводов трансформатора с высокой или низкой стороны,
• межфазные замыкания внутри обмоток и со стороны выводящих шин,
• замыкания внутри обмоток трансформатора.

Во всех этих случаях сигналом возникновения опасной ситуации служат повышение проходящего через короткозамкнутый участок тока и понижение напряжения.

Релейная защита должна надежно зафиксировать отклонение тока или напряжения и отключить трансформатор или поврежденный участок.

Для этих целей служат несколько видов релейных защит.

Защита по максимальному току (МТЗ)

– срабатывает при превышении тока, проходящего через трансформатор (Рис. 1). Реле автоматики А₀ и А₁ срабатывают при токе, превышающем ток короткого замыкания для данной обмотки. Измерение тока осуществляется через трансформатор тока, включенного на две шины А и С.

При наличии межфазного замыкания на шине В через другие шины все равно протекает большой ток. Одно или два реле автоматики запускают цепь запуска реле времени Т.

Задержка реле времени требуется для лучшей селективности защиты – чем ближе трансформатор по линии к источнику энергии, тем меньшее должно быть время срабатывания. Реле времени через определенный промежуток времени запускает промежуточное реле

L, управляющей цепью реле отключения YAT. Реле отключения после срабатывания отключает входы и выходы трансформатора от источника и потребителя энергии и блокируется по цепям либо реле времени, либо промежуточного реле.

Разновидностью МТЗ является защита по току отсечки.

При удалении трансформатора по линии от источника энергии ток короткого замыкания становится меньшим из-за потерь на сопротивление.

Вместе с тем задержка по времени для МТЗ не позволяет быстро отключить трансформатор при внутренних межфазных замыканиях, приводящих к выходу трансформатора из строя. Конструктивно защита по токовой отсечке (Рис. 2) отличается от МТЗ отсутствием реле времени. Селективность реле достигается подбором тока срабатывания реле автоматики. Данный ток должен быть равным току КЗ на защищаемом участке.

Релейная защита силовых трансформаторов

Рис.3

Срабатывание МТЗ по току обладает недостаточной чувствительностью в некоторых случаях, например при защите повышающего трансформатора. В данном случае защита запускается по напряжению (Рис. 3). Трансформаторы напряжения включенные между фазовых шин управляют работой реле автоматики А₀ и А₁. Срабатывание этих реле происходит при понижении порога напряжения короткого замыкания. Алгоритм работы аналогичен МТЗ, но сторона подключения – всегда источник энергии.

Для отключения трансформатора при однофазных и многофазных замыканий на землю служит защита от токов нулевой последовательности.

Для эффективно заземленных схем(Рис. 4 слева) трансформатор тока автоматики включается непосредственно на нейтраль. Превышение тока по нулевому проводу запускает через реле автоматики А реле времени Т, которое спустя некоторое время включает промежуточное реле L и устройство отключения YAT.

Для остальных случаев защита нулевой последовательности выполняется аналогично МТЗ, только трансформаторы тока подключаются одним выводом к заземлению (Рис.4 справа).

Релейная защита должна удовлетворять нескольким требованиям. КЗ на одном участке не должно приводить к отключению всей цепи электроснабжения и осуществляться с минимальным временем. Измерительные цепи должны обеспечивать надежное срабатывание при заданных значениях тока или напряжения в защищаемых линиях.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Деление защит трансформаторов на основные и резервные

Любой вид повреждения в трансформаторе несет потенциальную опасность, как целостности оборудования, так и надежности работы всей энергосистемы. Поэтому крайне важно грамотно отстраивать работу защит на электростанциях, тяговых и трансформаторных подстанциях, местных КТП и ТП. Для этой цели защита трансформатора условно подразделяется на две категории – основную и резервную.

Основная защита – это такой вид автоматики, который направлен на анализ внутреннего состояния трансформатора (обмоток, железа, дополнительного оборудования). Данный тип охватывает как само устройство, так и прилегающие к нему шины, провода и т.д.

Резервная защита охватывает те нарушения в работе, которые происходят за пределами трансформатора, но могут непосредственно повлиять на его проводники и внутренние элементы. Это всевозможные перегрузки, замыкания и перенапряжения в линиях, на смежных устройствах и т.д.

Рис. 2. Основные и резервные защиты

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

1 Тема от evdbor 2014-07-29 13:45:06

• evdbor
• Модератор
• На форуме

• Зарегистрирован: 2011-01-07
• Сообщений: 1,739
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Тема: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Уважаемые коллеги.
В «Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей, 1981» рекомендуется выбирать ток плавкой вставки примерно равным двукратному номинальному току трансформатора, согласно «Сборника директивных материалов по эксплуатации энергосистем (Электротехническая часть), Минэнерrо СССР, 1978.
Iном.вс = 2Iном.тр
У М.А. Шабада в таблице 3-1 для трансформатора 630 кВА, 10 кВ рекомендуется вставка 80А, что соответствует упомянутому соотношению.
http://leg.co.ua/knigi/rzia/zaschita-tr … tey-8.html

В руках сейчас держу проект, где трансформатор ТСЗ-1600/10 защищен предохранителями 100А.
Номинал вставки в этом случае равен номинальному току трансформатора.
Как правило, трансформаторы 1000 кВА и мощнее защищаются выключателями с полноценной РЗА.
Необходимо выдать соответствующие замечания по сему проекту.
Сборник директивных материалов 1978 года в сети не нашел.

Имеются ли более современные нормативные документы по выбору предохранителей ВН, или может быть найдется Сборник 1978 год?
Есть ли в НТД ограничения по мощности трансформатора защищенного предохранителями?

2 Ответ от Сергей89 2014-07-29 19:55:54

• Сергей89
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-11
• Сообщений: 737
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Что-то мне подсказывает, что расчёт защит трансформатора всё расставит по своим местам. В том числе и расчёт защиты от однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ с учётом дуги. Вряд ли удастся обеспечить защиту трансформатора 1 МВА предохранителями с учётом всех требований ПУЭ.

3 Ответ от evdbor 2014-07-29 20:12:10 (2014-07-29 20:12:28 отредактировано evdbor)

• evdbor
• Модератор
• На форуме

• Зарегистрирован: 2011-01-07
• Сообщений: 1,739
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Расчета защит, карт селективности в проекте нет. В упомянутой книге М.А. Шабад ссылается на Сборник директивных материалов 1978 г. В типовых проектах РТП 70-х годов трансформаторы 1000 кВА включались через МВ. С появлением ВВ стали включать через них и трансформаторы 630 кВА. Хочется все-таки найти нормативный документ, аналогичный указанному сборнику.

4 Ответ от Сергей89 2014-07-29 20:21:03

• Сергей89
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-11
• Сообщений: 737
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Расчета защит, карт селективности в проекте нет

А как тогда можно сказать с уверенностью, надо что-нибудь, кроме предохранителя, или нет?
Отсутствие результатов расчёта в проекте — это недостаток, из-за которого проект не может быть принят.

Не знаю насчёт предохранителей ПКТ, но иностранные предохранители для трансформаторов 1000 кВА точно есть. По-моему, прежде всего, надо потребовать от проектировщиков расчёт, хотя бы черновик.

5 Ответ от evdbor 2014-07-29 20:42:39

• evdbor
• Модератор
• На форуме

• Зарегистрирован: 2011-01-07
• Сообщений: 1,739
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Не знаю насчёт предохранителей ПКТ

В проекте именно ПКТ103-10-100-12,5.
И еще один момент. Как такой предохранитель отстроен от броска тока намагничивания?
Имеются импортные предохранители с более пологой ампер-секундной характеристикой. Селективность с 0,4 кВ обеспечивается, но при этом возникают проблемы согласования с защитами питающего центра с независимыми характеристиками, например, на реле РТ-40.

6 Ответ от Сергей89 2014-07-29 21:01:04 (2014-07-29 21:26:42 отредактировано Сергей89)

• Сергей89
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-11
• Сообщений: 737
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Как такой предохранитель отстроен от броска тока намагничивания?

На первый взгляд, по характеристике, отстроен.

7 Ответ от Novik 2014-07-30 02:52:59

• Novik
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-02-14
• Сообщений: 412
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

Что указано в ТЗ на проектирование, то проектанты и делают. Что ставить на стороне 10кВ — не принципиально. За Ваши деньги — любые шаньги. Если у заказчика есть деньги, то можно и на трансформатор 25кВ*А поставить вакуумный выключатель со своей РЗ. МТЗ (в том числе) отсраивается от максимального рабочего тока, а он на сегодняшний день может быть маленьким (мощность трансформатора взята на вырост). В далекие советские годы на нашем заводе стояло порядка 100 трансформаторов мощностью 1600 и 2500кВ*А. С высокой стороны они имели выключатели нагрузки с предохранителями. На питающих кабелях стояли маслян с полноценной РЗ.

8 Ответ от Волшебник 2014-07-30 03:22:39

• 
• Волшебник
• Участник
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2014-06-05
• Сообщений: 840

Re: Защита с трансформаторов предохранителями на стороне 10 кВ

В руках сейчас держу проект, где трансформатор ТСЗ-1600/10 защищен предохранителями 100А.
Номинал вставки в этом случае равен номинальному току трансформатора.
Как правило, трансформаторы 1000 кВА и мощнее защищаются выключателями с полноценной РЗА.
Необходимо выдать соответствующие замечания по сему проекту.
Сборник директивных материалов 1978 года в сети не нашел.

Имеются ли более современные нормативные документы по выбору предохранителей ВН, или может быть найдется Сборник 1978 год?
Есть ли в НТД ограничения по мощности трансформатора защищенного предохранителями?

Я думаю найти НТД по выбору предохранителей — предприятие с малой вероятностью успеха. По опыту поиска документов могу сказать — что если документ не выложен в сети — найти его задача трудновыполнимая. Только если повезет и найдется человек с таким «эксклюзивным документом»

Поэтому, я как релейщик, действовал бы другим путем

Я бы написал бы замечания о неправильном выборе Fu (а в вашем примере он выбран неправильно) и обосновал бы их с помощью других НТД

1. Ток на стороне ВН трансформатора 1600 кВА, 10 кВ — I ном ВН = 92, 4 А

2. Сухие трансформаторы (в примере ТСЗ) согласно НТД допускают перегрузку 1.2

НТП ЭПП-94 Проектирование электроснабжения промышленных предприятий

6.4.6. Для сухих трансформаторов предельное значение коэффициента допустимой перегрузки трансформатора следует принимать равным 1,2.

Следовательно по режимы работы возможна (в ходе эксплуатации докинут нагрузку) перегрузка с током 92,4 х 1,2 = 111 А.

3. Возможный ток нагрузки больше номинального тока Fu : 111 > 100 А — предохранитель сработает ложно (пускай и через значительное время — около 2 часов — кратность 1,1)

4. В замечании написал бы следующее:

«Номинальный ток предохранителей (плавких вставок) выбирается из условий несрабатывания при допустимых перегрузках трансформатора и при работе трансформатора в режиме холостого хода (отстройка от бросков тока намагничивания, которые в течение небольшого промежутка времени могут в несколько раз превосходить номинальный ток трансформатора).»

Далее привел вы выкладки п. 1-3

далее написал бы фразу:
» Требуется заменить выбранный ранее предохранитель на предохранитель с номинальным током, который не вызовет ложное срабатывание при при допустимых перегрузках трансформатора и при работе трансформатора в режиме холостого ход (отстройка от бросков тока намагничивания). По опыту многолетней эксплуатации трансформаторов 10 кВ при выборе рекомендуется пользоваться следующей таблицей выбора предохранителей: «

Вставил бы таблицу из Шабада

Далее написал бы фразу: «По таблице номинальный ток предохранителя для трансформатора 1600 кВА рекомендуется определить эмпирическим путем с коэффициентом номинального ряда мощностей 1,6. «

ИМХО — я бы действовал таким образом
Предохранитель для Т 1600 кВА должен быть не менее 200 А.

Критерии выбора автоматического выключателя

Выбор автоматических выключателей определяется электрическими характеристиками электроустановки, условиями эксплуатации, нагрузками и необходимостью дистанционного управления (в зависимости от типа планируемой телекоммуникационной сети).

Выбор автоматического выключателя производится с учетом:

• электрических характеристик электроустановки, для которой предназначен этот автоматический выключатель;
• условий его эксплуатации: температуры окружающей среды, размещения в здании подстанции или корпусе распределительного щита, климатических условий и др.;
• требований к включающей и отключающей способности при коротких замыканиях, эксплуатационных требований: селективного отключения, требований к дистанционному управлению и индикации и соответствующим вспомогательным контактам, дополнительным расцепителям, соединениям;
• правил устройства электроустановок, в частности требований в отношении обеспечения защиты людей;
• характеристик нагрузки, например электродвигателей, люминесцентного освещения, разделительных трансформаторов низкого напряжения.

Следующие замечания относятся к выбору низковольтного автоматического выключателя для использования в распределительных системах.

Силовые трансформаторы

В силовых трансформаторах кроме наличия газового реле, которое реагирует на газообразование и движение масла в сторону расширителя, присутствуют также реле струйного типа. Предназначение названных реле — защита контакторов маслонаполненных переключателей ответвлений трансформаторов от повреждений, которые могут возникать из-за слишком быстрого потока масла, следующего из бака контактора в расширитель.

Также стоит сказать о том, что газовая защита силовых трансформаторов срабатывает даже при самых незначительных повреждениях, то есть даже при малой интенсивности образования газов и при малой скорости движения масла. Кстати, электрическая защита струйного реле не способна уловить такие мелкие нарушения.

Как выглядит и где находится в трансформаторе

Прессостат является реле в трансформаторной станции с тремя стержнями, которые характеризуются наличием обмоток. Исполнительный орган — это выходной токовый прессостат.

На последнем стержне трансформаторной станции расположены выводы вторичной обмотки, к которым подключается термостат. На среднем стержне 2-3 первичные обмотки, которые связаны с трансформаторными токами. Для устройства характерно наличие дополнительных короткозамкнутых обмоток, с помощью которых гасится апериодическая составляющая.

Обратите внимание! Чтобы настроить пресосстат, переключают количество витков в первичной обмотке, в результате чего в магнитопроводе добиваются равенства магнитных потоков.

Токи срабатывания выходного термостата и требуемое торможение при переходном процессе выставляются методом изменения сопротивлений резисторов в компенсирующей и выходной цепи.

Защита генератора

РТН применяется для обеспечения полноценной работы РЗА силовой трансформаторной станции. При подключении к электросети в их сердечнике сразу же наблюдается возникновение мощных намагничивающих токов. При их быстром затухании создается прецедент для защиты двигателя. Это объясняется тем, что мощность на намагничивание остается в трансформаторной станции по типу тора.

Отстройка от намагничивающих токов обеспечивается благодаря устройству РТН. Быстрое намагничивание сердечника трансформаторной станции наблюдается при резком броске тока, в результате чего прессостат не реагирует на подобное явление. Если прессостат устанавливается на мощное сквозное КЗ, то оно может сработать при воздействии токов небаланса.

Дифференциальная охрана предназначена для полноценного функционирования электрической сети. Она обеспечивает регулировку токов и выключение при их нарушении. Не стоит пренебрегать этим устройством во благо безопасности.