Трансформаторов. Защиты, реагирующие на величину тока

В процессе эксплуатации в обмотках трансформаторов могут возникать КЗ между фазами, замыкание одной или двух фаз на землю, замыкание между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений. На вводах трансформаторов и автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях могут также возникать КЗ между фазами и на землю. В эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся: прохождение через трансформатор или автотрансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов, перегрузка, выделение из масла горючих газов, понижение уровня масла, повышение его температуры. В зависимости от опасности повреждения для нарушения нормального режима трансформатора, защита, фиксирующая нарушение, действует на сигнал, разгрузку или отключение транс-форматора.

По количеству обмоток трансформаторы делятся на двух и трехобмоточные. Весьма час-то используются трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой – для уменьшения токов КЗ, вместо одной вторичной обмотки на полную мощность, наматываются 2, или даже 3 обмотки НН меньшей мощности.

Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются в схему звезды (Υ) или треугольника (∆). В схеме звезды кроме фазных выводов обычно выводится нейтраль. Вывод нейтрали либо заземляется наглухо, либо заземляется через разрядник или дугогасящий реактор в сетях с компенсированной нейтралью. Иногда вывод нейтрали остается незаземленным.

Каждая пара обмоток трансформатора образует группу соединения, основные из них: Υ /Υ -12, Υ /∆ -11. Кроме схемы соединения, в названии группы указывается число, показывающее сдвиг напряжения (или тока) по фазе между вторичной и первичной обмотками. Число, показывающее сдвиг по фазе вторичной обмотки соответствует положению часовой стрелки (низшее напряжение) относительно минутной (высшее напряжение) установившейся в положении 12 часов. Наиболее часто используется группа Υ /Υ –12, в этой группе вторичное напряжение совпадает по фазе с первичным – часовая и минутная стрелки на 12 часов, или Υ /∆ –11 – часовая стрелка находится в положении 11 часов, а минутная – на 12. Вторичное напряжение опережает первичное на угол 300.

Трансформаторы могут присоединяться к сети с помощью:

• выключателей;

• плавких предохранителей или открытых плавких вставок;

• автоматических отделителей или выключателей нагрузки, предназначенных для отключения трансформатора в бестоковую паузу.

Трансформаторы защищают от внутренних повреждений, сопровождающихся многофазными или однофазными к.з., «пожаром стали» и ненормальных режимов. «Пожар стали» образуется в результате местного го перегрева магнитопровода вихревыми токами при его повреждениях. Однофазные замыкания делятся на замыкания обмоток на землю и замыкания между нитками одной фазы. для защиты от внутренних к. повреждений применяют, главным образом, токовую отсечку, газовую и дифференциальную защиты.

К ненормальным режимам от перегрузки, понижение уровня масла. При внешних, коротких замыканиях через обмотки трансформатора протекают большие токи, которые могут во много раз превышать номинальный ток трансформатора и этому опасны для него. Внешние к.з. (сверхтоки) сопровождаются снижением напряжения в сети за трансформатором. для защиты от таких к.з. применяют, как правило, максимальную токовую защиту, максимальную токовую защиту с блокировкой (пуском) минимального напряжения, токовую защиту нулевой последовательности и защиту ратной последовательности.

Перегрузки трансформатора обусловливаются режимами работы электроприемников и не сопровождаются обычно существенным напряжения в сети. По условиям нагрева масляные трансформаторы даже при токе в 2 раза выше номинального могут оставаться в работе до 10 мин. для защиты от перегрузки используется обычно максимальная токовая защита с выдержкой времени.

Понижение уровня масла может произойти при образовании течи в баке, сильных снижениях температуры окружающего пространства. П недостаточном уровне масла ухудшаются условия охлаждения обмоток, что может стать причиной повреждения трансформатора.

Существенное влияние на работу защиты оказывают переходные процессы в трансформаторах. Они могут вызывать неправильные действия защиты как в нормальных, так ин аварийных режимах. Ток к.з. содержит периодическую и апериодическую составляющие и апериодическую составляющие. Наибольшего значения апериодическая составляющая достигает, если момент короткого совпадает с переходом кривой напряжения через нуль. Через полупериод амплитуда тока к.з. достигает максимума (ударный ток), который превышает амплитуду установившегося тока к.з. в 1, 3-1, 8 раза. Апериодическая составляющая в токе к.з. затухает за 3-5 периодов В трехфазных трансформаторах при к.з. наибольшая апериодическая составляющая возникает только в одной фазе; в двух других она значительно меньше или вообще отсутствует.

Включение трансформатора под напряжение или восстановление на нем напряжения после отключения внешнего к.з. сопровождается броском ока намагничивания. Ток намагничивания протекает только по первичной обмотке трансформатора. При включении трансформатора в момент прохождения напряжения через нуль в магнитопроводе возникают установившийся (периодический) и свободный (апериодический) магнитные потоки. Их сумма достигает через полпериода (без учета затухания) двойной амплитуды периодической составляющей, а с учетом остаточного намагничивания магнитопровода — и еще больших значений. Магнитопровод при этом насыщается, что и является причиной большого броска тока намагничивания (рис. 1).

Рис. 1. Осциллограмма тока включения трансформаторов

Амплитуда броска намагничивающего тока может в 6-8 раз превышает амплитуду номинального тока, однако, она, как правило, меньше периодической составляющей тока внешнего к.з. Намагничивающий ток может содержать значительную апериодическую составляющую, которая затухает значительно медленнее, чем при к.з. (2-3 с). В кривой тока намагничивания имеется большое содержание высших гармоник, особенно второй (17-43%). По этим причинам кривая намагничивающего тока, особенно в первые периоды, может оказаться смещенной в одну сторону по отношению к оси времени. В трехфазных трансформаторах наибольший бросок тока намагничивания возникает только в одной фазе, в двух других фазах амплитуда меньше, а апериодическая составляющая может отсутствовать. При броске намагничивающего тока с большой апериодической в двух фазах первичной обмотки трансформатора в третьей - может возникнуть бросок периодического тока. Амплитуды послед достигают примерно 1/3 амплитуды апериодического намагничиваю тока и могут превысить номинальный ток более чем в два раза.

Для трансформаторов и автотрансформаторов предусматривается защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов:

- многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

- однофазных замыканий на землю в обмотках и на выводах при гдухо заземленной нейтрали;

- витковых замыканий в обмотках;

- сверхтоков внешних к.з.;

- сверхтоков перегрузки;

- понижения уровня масла.

Для трансформаторов в сетях с изолированной нейтралью, трансформаторов и автотрансформаторов 220 кВ и выше, в том сверхвысоких напряжений, предусматриваются защиты и от других режимов.

Требования к выполнению защиты трансформаторов

Согласно ПУЭ, для трансформатора требуются следующие защиты:

− Защита от внутренних повреждений для трансформаторов менее 4 МВА – максимальная защита и токовая отсечка, для трансформаторов большей мощности –дифференциальная защита.

− Защита от повреждения внутри бака трансформатора или РПН – газовая защита транс-форматора и устройства РПН с действием на сигнал и отключение.

− Защита от внешних коротких замыканий – максимальная защита с блокировкой по напряжению или без нее. Она же используется как резервная защита трансформаторов от внутренних повреждений.

− Защита от однофазных коротких замыканий на сторонах трансформатора с глухозаземленной нейтралью.

− Защита от перегрузки с действием на сигнал. В ряде случаев, на ТП без обслуживающего персонала, защита от перегрузки выполняется с действием на разгрузку или на отключение.

Кроме непосредственно защит, требуются дополнительные токовые органы, например для автоматики охлаждения, блокировки РПН.