Дифференциальная защита трансформаторов

Трансформаторы (электротрансформаторы) играют важную роль в системе электроснабжения потребителей на пути от электростанций до конечных электроустановок. Они представляют собой электромагнитные устройства, включающие в себя магнитопровод и несколько обмоток, физически связанных между собой явлениями электромагнетизма и электромагнитной индукции. Предназначение трансформаторов заключается в повышении или понижении электрического напряжения или тока.

Как и все элементы электрической сети, трансформаторы, в случае возникновения аварийных ситуаций, нуждаются в защите. Одним из видов такого рода средств обеспечения безопасной работы выступает релейная дифференциальная защита. Её самыми важными достоинствами являются:

  • быстродействие, исключающее специально предусмотренную выдержку времени;
  • абсолютная селективность – целенаправленное воздействие на пребывающий в аварийном режиме участок сети, при котором остальные сетевые объекты остаются в работе.

Как работает дифференциальная защита трансформатора

Ответ необходимо искать в самом понятии «дифференциальная» («диф. защита»), обозначающим разницу (неодинаковость) каких-либо факторов или параметров между собой. В случае дифференциальной защиты трансформатора (продольной по своей сути) в качестве этих параметров выступают токи вторичных обмоток трансформаторов тока. Трансформаторы тока устанавливаются в начале и в конце защищаемого участка. К примеру, на высшей и низшей сторонах силового трансформатора.

Схема подключения токового реле, выступающего здесь в роли исполнительного механизма, собрана таким образом, что разница токов вторичных обмоток (величина тока, протекающего через обмотку токового реле, далее именуемая просто «величина»), поступающая на его обмотку, является сигналом для срабатывания вышеназванного реле.

При нормальном режиме работы трансформатора токи направлены встречно друг к другу и величина равна нулю. При аварийном режиме токи сонаправлены, и величина становится достаточной для срабатывания токового реле, которое тут же выдаст сигнал на отключение повреждённого элемента цепи. В этом и заключается теоретическая суть работы дифзащиты трансформатора.

На практике всё обстоит немного иначе:

  • Величина отличается от нуля даже в случае нормальной работы трансформатора. Так как имеет место протекание тока небаланса, в следствии разности технических параметров трансформаторов тока, воздействия намагничивающего тока, индуцируемого в обмотках трансформатора, а также соединения первичной и вторичной обмоток защищаемого трансформатора различными способами (звездой и треугольником). Правда, последняя проблема разрешима с помощью установки микропроцессорных устройств, вносящих необходимую корректировку.
  • Дифференциальная защита способна осуществлять защиту трансформатора лишь при возникновении междуфазного короткого замыкания, межвиткового короткого замыкания и в случае замыкания фаз на землю. При внешних коротких замыканиях она бесполезна, а также способна производить ненужные отключения при разрывах соединений вторичных цепей.
  • Областью действия дифзащиты охвачено место установки трансформаторов тока, включающее в себя ошиновки СН (среднего напряжения) и НН (низкого напряжения), а также место присоединения ТСН (трансформатора собственных нужд) к мосту НН.
  • Дифференциальная защита реальных объектов требует точной и тщательной настройки с целью исключения случаев ложного срабатывания.

Где используется?

Дифференциальная защита нашла своё практическое применение в качестве наиболее важной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Однако вследствие целого ряда недостатков:

  • сложности и дороговизны изготовления;
  • необходимости создания помехозащищённой линии для защиты сигналов, поступающих от трансформаторов тока на токовое реле;
  • потребности в принятии целого ряда мер для уменьшения тока небаланса

данный вид релейной защиты находит использование лишь:

  • для трансформаторов или автотрансформаторов мощностью от 6300 кВА и выше, работающих одиночно;
  • для трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно;
  • для трансформаторов мощностью 1000 кВА и выше в том случае, если токовая отсечка не обеспечивает нужной чувствительности во время короткого замыкания на выводах высокого напряжения, а выдержка срабатывания максимальной токовой защиты свыше 0,5 сек.

Дифференциальная защита на базе реле РНТ

Реле с насыщающим трансформатором тока (НТТ) и электромагнитным реле выполнены по схеме циркулирующих токов. При этом в функции НТТ входят:

  • защита от ложного срабатывания реле под воздействием тока небаланса, скачок которого происходит во время переходных процессов;
  • компенсация разницы вторичных токов в плечах дифференциальной защиты, обусловленной конструктивными особенностями измеряющих устройств и внешними воздействиями.

Конструкция НТТ: трёхстержневой магнитопровод с удвоенным сечением среднего стержня по сравнению с крайними. На среднем стержне намотаны первичные обмотки; на среднем и правом – обмотки замкнутого контура; на левом стержне – вторичная обмотка, воздействующая на исполнительный орган. Всё это заключено в единый корпус, включающий в себя кожух и цоколь.

Срабатывание защиты (под воздействием тока короткого замыкания) происходит по достижении в стержнях заданной величины индукции: 0,4 Тл для правого и среднего стержней и 1,2 Тл для левого стержня.

Дифференциальная защита на базе реле ДЗТ

В тех случаях, когда отстройка от периодической составляющей токов небаланса во время коротких замыканий слишком велика, что приводит к росту порога чувствительности, на смену реле серии ДНТ приходят реле серии ДЗТ. В основу их работы положен принцип магнитного торможения, реализованный на базе насыщающегося трансформатора тока, но уже без короткозамкнутой обмотки.

Отсутствие короткозамкнутой обмотки компенсируется повышенным коэффициентом отстройки от переходных токов вследствие небаланса и бросков тока намагничивания. Конструктивно в данном случае вокруг магнитопровода среднего стержня намотаны первичные обмотки, вокруг левого и правого – катушки вторичной и тормозной обмоток. Часть витков вторичной обмотки питает исполнительный орган, получающий сигнал при возникновении коротких замыканий путём электромагнитных преобразований в системе НТТ.

Микропроцессорные терминалы дифференциальной защиты

Бесконечно долго функционировать система дифференциальной защиты трансформатора, базирующаяся на электромеханических устройствах (а именно таковые были рассмотрены выше), не может. Всё возрастающие требования к безопасной работе электроэнергетических устройств давно уже находят своё воплощение на базе микропроцессорной техники. Техники, позволяющей формировать комплексную защиту на базе функционирования терминалов высочайшего качества, созданных ведущими мировыми и российскими производителями.

Последнее слово в развитии систем дифференциальной защиты трансформаторов ещё не сказано. Релейная защита, как один из важнейших элементов безопасной работы энергосистем, подвержена постоянным изменениям. Она жадно впитывает в себя наиболее перспективные достижения как в области производства новой электрической аппаратуры, так и в области создания и функционирования современных интеллектуальных систем управления.

А значит, находится на самом пике технического прогресса. Тем более что востребованность создания новых разработок в области дифференциальной и целого ряда иных защит трансформаторов, предназначенных для индивидуального применения, становится всё более актуальной.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 2018)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты