Замикання однієї фази на землю небезпечно для обмоток, приєднаних до мереж із глухозаземленими нейтралями. У цьому випадку захист повинен відключати трансформатор і при однофазних КЗ у його обмотках на землю. При віткових замиканнях у замкнених витках виникає значний струм, що руйнує ізоляцію і магнитопровід трансформатора, тому такі ушкодження повинні відключатися швидкодіючим захистом.
Небезпечним внутрішнім ушкодженням є також «пожежа стали» магнитопровода, що виникає при порушенні ізоляції між листами магнитопроводу, що веде до збільшення втрат на перемагнічування і вихрові струми. Втрати викликають місцеве нагрівання стали, що веде до подальшого руйнування ізоляції. Захист, заснований на використанні електричних величин, на цей вид ушкодження теж не реагує, тому виникає необхідність у застосуванні спеціального захисту від віткових замикань і від «пожежі стали».
Для обмеження розміру руйнування захист від ушкоджень у трансформаторі повинен діяти швидко. Ушкодження, що супроводжуються великими струмами КЗ, повинні відключатися без витримки часу з t=0,05 – 0,1 с.
Основними причинами ушкоджень є:
1) ушкодження проводів і опор ліній електропередач, викликана їхнім незадовільним станом, ожеледдю, ураганною вітром, танцем проводів і інших причин;
2) помилки персоналу при операціях (відключення роз'єднувачів під навантаженням, включення їх на помилково залишене заземлення і т.п.);
3) порушення ізоляції струмоведучих частин, викликане її старінням, незадовільним станом, перенапругами, механічними ушкодженнями.
КЗ є найбільш небезпечним і тяжким видом ушкодження. При КЗ ЕРС джерела живлення (генератора) замикається «накоротко» через відносно малий опір генераторів, трансформаторів і ліній. Тому в контурі замкнутої накоротко ЕРС виникає великий струм називаний струмом короткого замикання.
Короткі замикання підрозділяються на трифазні, двуфазні й однофазні в залежності від числа фаз, що замкнулися; на замикання з землею і без землі; замикання в одній і двох точках мережі.
При КЗ унаслідок збільшення струму зростає спадання напруги в елементах системи, що приводить до зниження напруги у всіх точках мережі. Найбільше зниження напруги відбувається в місці КЗ і в безпосередній близькості від нього. У точках мережі, вилучених від місця ушкодження, напруга знижується в меншому ступені.
Збільшення струму може викликати ушкодження ізоляції і струмоведучих частин, тому що проходячи по неушкодженому устаткуванню і лініям електропередач струм КЗ нагріває їхній вище припустимої межі.
Зниження напруги при КЗ порушує роботу споживачів і порушує стійкість рівнобіжної роботи генератора. Другий наслідок від зниження напруги може привести до розпаду системи і припиненню живлення всіх її споживачів. Розглянуті наслідки КЗ підтверджують, що вони є важким і небезпечним видом ушкодження, що вимагає швидкого відключення.
Перевантаження устаткування, викликане збільшенням струму сверхномінального значення. Номінальним називається максимальний струм, що допускається для даного устаткування протягом необмеженого часу. Якщо струм, що проходить по устаткуванню, перевищує номінальне значення, то за рахунок виділюваного їм додаткового тепла температура струмоведучих частин і ізоляції через якийсь час перевершує припустиму величину, що приводить до прискореного зносу ізоляції і її ушкодженню. Для попередження ушкодження устаткування при його перевантаження необхідно прийняти міри до розвантаження або відключення устаткування.
Хитання в системах виникають при виході із синхронізму працюючих паралельно генераторів (або електростанцій). При хитаннях у кожній точці системи відбувається періодична зміна («хитання») струму і напруги. Тік у всіх елементах мережі коливається від 0 до максимального значення, у багато разів перевищуючу нормальну величину. Напруга падає від нормального до деякого мінімального значення. Зростання струму викликає нагрівання устаткування, а зменшення напруги порушує роботу всіх споживачів системи.
Підвищення напруги небезпечно для ізоляції. Воно може виникнути при однобічному відключенні або включенні довгих ліній електропередач з великою ємнісною провідністю, а також виникає, як правило, на гідрогенераторах при раптовому відключенні їхнього навантаження.
а) від ненормальних режимів.
Ці захисти, також як і захисту від КЗ, повинні володіти селективністю, достатньою чутливістю і надійністю. Але швидкості дії від цих захистів, як правило не потрібно. Часто ненормальні режими носять короткочасний характер і ліквідуються самі. У таких випадках швидке відключення не тільки не є необхідним, але може завдати шкоди споживачам. Тому відключення устаткування при ненормальному режимі повинне вироблятися тільки тоді, коли настає дійсна небезпека для устаткування, що захищається, тобто в більшості випадків з витримкою часу. У тих випадках, коли усунення ненормальних режимів може зробити черговий персонал, захист від ненормальних режимів може виконуватися з дією тільки на сигнал.
б) від КЗ
Селективність – це здатність захисту відключати при КЗ тільки ушкоджена ділянка мережі. Таким чином, якщо підстанція зв'язана з мережею декількома лініями, то селективне відключення КЗ на одній з ліній дозволяє скоротити зв'язок цієї підстанції з мережею, забезпечивши тим самим безперебійне харчування споживачів. Селективне відключення є основною умовою для забезпечення надійного електропостачання споживачів.
Швидкість дії потрібна для обмеження розмірів руйнування устаткування, підвищення ефективності автоматичного повторного включення ліній і збірних шин, зменшення тривалості зниження напруги в споживачів і збереження стійкості рівнобіжної роботи генераторів, електростанцій і енергосистеми в цілому. Як наближений критерій необхідності застосування швидкодіючих захистів ПУЭ рекомендують визначати залишкова напруга на шинах електростанцій і вузлових підстанцій при трифазних КЗ у цікавлячій нас крапки мережі. Якщо залишкова напруга виходить менше 60% номінального, то для збереження стійкості варто застосовувати швидкодіючий захист.
Чутливість потрібна для того, щоб захист реагував на відхилення від нормального режиму, що виникають при КЗ. Чутливість захисту повинна бути такий, щоб вона діяла при КЗ наприкінці встановленої для неї зони в мінімальному режимі системи і при замиканнях через електричну дугу.
Надійність – це вимога полягає в тому, що захисту повинна безвідмовно працювати при КЗ у межах установленої для неї зони і не повинна працювати неправильно в режимах, при яких її робота не передбачається.
3 Попередній вибір типів захистів застосовано до захищаємого об’єкту
Для трансформаторів потужністю 6,3 МВ-А з напругою на високій стороні 220 кВ низкою 6 кВ повинні бути передбачені пристрої релейного захисту від наступних видів ушкоджень і ненормальних режимів роботи:
- багатофазних КЗ в обмотках і на виводах;
- однофазних коротких замикань на землю в обмотках і на виводах, приєднаних домережі з глухозаземленою нейтралью;
- виткових замикань в обмотках;
- струмів в обмотках, обумовлених зовнішнім КЗ;
- струмів в обмотках, обумовлених перевантаженням:
- зниження рівня олії;
- однофазних замикань на землю на стороні 6 кВ.
Згідно для захисту від ушкоджень на виводах, а також від внутрішніх ушкоджень для трансформаторів потужністю 6,3 МВ-А і вище передбачається подовжній диференціальний струмовий захист без витримки часу. Подовжній диференціальний захист здійснюється з застосуванням реле струму, що володіють поліпшеним відбудуванням від кидків що намагнічує, перехідних і сталих струмів небалансу. Рекомендується використовувати реле з гальмуванням типу ДЗТ-11. Диференціальний захист трансформатора з реле ДЗТ-11 виконується так, щоб при внутрішніх ушкодженнях у трансформаторі гальмування було мінімальним або зовсім було відсутнє. Тому гальмова обмотка реле звичайно підключається до ТС, установленим на стороні НН трансформатора.
Для захисту трансформатора від ушкоджень усередині кожуха від зниження рівня олії згідно передбачений газовий захист, що реагує на утворення газів, що супроводжують ушкодження усередині кожуха трансформатора, у відсіку перемикача відпайок пристрою РПН. У якості реле захисту використовуються газові реле. Цей захист приймається як основний захист трансформатора. Він реагує на всі пошкодження в середині бака трансформатора, міжвіткові, міжфазні замикання та замикання на корпус трансформатора. Принцип дії даного типу захисту засновано на явищі газоутворення в баку пошкодженого трансформатора, інтенсивність якого залежить від вигляду пошкодження, що дає можливість виконати газовий захист, здатний розрівнювати ступень пошкодження та в залежності від цього діяти на сигнал або вимкнення.
Основним елементом газового захисту є газове реле, що встановлюється в трансформаторі, типу ВF-80/Q і реле пристрою РПН RS-1000.
Достоїнства захисту:
1. Висока чутливість;
2. Порівняно невеликий час спрацювання;
3. Простота використання;
4. Здатність захищати трансформатор при недоступному рівні масла по будь-яких причинах.
Недоліки захисту: