Проектирование системы электроснабжения города (стр. 14 из 24)

Компенсирующие трансформаторы и автотрансформаторы вносят погрешность при трансформации токов плеч, что вызывает появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и поэтому не учитывается.

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифференциальной защите трансформаторов при внешних к. з. определяется в основном Iнб.т.т и Iнб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток Iнб.комп вызванный неточностью компенсации неравенства токов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный так небаланса

Iнб = Iнб.т.т + Iнб.рег + Iнб.комп

Величина тока небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов оказывается обычно большей, чем в дифференциальных защитах генераторов и линий, что объясняется наличием дополнительных составляющих в токе небаланса (Iнб.рег и Iпб.комп) и большим абсолютным значением составляющей Iнб.т.т, обусловленной погрешностями трансформаторов тока. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных защит трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипности трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего и низшего напряжения силовых трансформаторов.

Эти конструктивные решения порождают различие магнитных характеристик трансформаторов тока и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности III нам – II нам Определяющей величины Iнб.т.т.

Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых во вводы масляных выключателей (напряжением 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформаторов тока, применяемых на напряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной защиты трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, и значительное различие сопротивлений плеч.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивления соединительных проводов между трансформатором тока и реле и определяется расстоянием от щита управления, где устанавливаются реле, до распределительных устройств, в которых размещаются трансформаторы тока защиты силовых трансформаторов. Очень часто эти расстояния бывают значительными и неодинаковыми по величине.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ложится утроенной нагрузкой на трансформаторы тока, соединенные в треугольник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч трансформаторы тока, соединенные в треугольник оказываются более загруженными, чем вторая группа трансформаторов тока, соединяемая в звезду.

Третья особенность имеет место у трехобмоточных трансформаторов, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки.

В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для различных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты получаются неодинаковыми. Через одну группу протекает суммарный ток к. з., в то время как через две другие группы – лишь часть этого тока (рисунок 4.6).

В результате первые трансформаторы тока намагничиваются сильнее, что вызывает резкое увеличение их намагничивающих таков по сравнению с намагничивающими токами двух остальных групп.

Расчетным путем ток небаланса Iнб.т.т оценивается, так же как и в дифференциальной защите генераторов, по приближенной формуле, предполагающей, что при максимальном значении тока внешнего к. з. Iк.з.макс погрешность трансформаторов тока не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

Iнб.т.т = kодн 0,1 Iкз. макс,

где kодн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему;

kодн = 0,5 ÷ 1, при существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока различие их погрешностей достигает максимального значения, в этом случае kодн принимается равным 1.

С учетом выражений (3) и (4) расчетное значение полного тока небаланса по выражению (2) примет вид:

Iнб = (kодн 0,1 + ΔNрег) Iк.з.макс.

Меры для предупреждения действия защиты от токов небаланса.

Предотвращение работы защиты от токов небаланса достигается выбором тока срабатывания защиты Iср > Iнб.

Очевидно, что данное условие ограничивает чувствительность защиты.

Для обеспечения достаточной чувствительности защиты принимаются меры к понижению величины Iнб. Уменьшение токов небаланса, обусловленных погрешностью трансформаторов тока Iнб.т.т, обеспечивается подбором трансформаторов тока и их вторичной нагрузки таким образом, чтобы они не насыщались при максимальном значении тока сквозного к. з. Для обеспечения этого условия трансформаторы тока и их вторичная нагрузка выбираются по кривым 10%-ной погрешности или по характеристикам намагничивания трансформаторов тока.

Хотя указанные меры и позволяют уменьшить ток небаланса (за счет снижения Iнб.т.т), его значение остается все же большим. В связи с этим для повышения чувствительности дифференциальной защиты и вместе с тем для более надежной отстройки от токов небаланса применяются реле, включенные через быстронасыщающиеся вспомогательные трансформаторы, и реле с торможением.

Токи намагничивания силовых трансформаторов при включении под напряжение.

Еще одна особенность трансформаторов, влияющая на надежность защит, которую также необходимо учитывать при построении их защит – токи намагничивания силовых трансформаторов при включении под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения внешнего к. з.

Характер изменения токов намагничивания.

При включении силовых трансформаторов под напряжение или при восстановлении на них напряжения после отключения внешнего к. з. в обмотке, питающей трансформатор, возникает резкий бросок тока намагничивания, имеющий затухающий характер (рисунок 4.7). Максимальное значение этого тока в несколько раз превосходит номинальный ток трансформатора.

Резкое возрастание тока намагничивания объясняется насыщением магнитопровода трансформатора. При включении трансформатора под напряжение оно появляется на его обмотке внезапно. Аналогичная картина имеет место на трансформаторе после отключения к. з. при восстановлении напряжения (рисунок 4.8).

Во время к. з. напряжение на трансформаторе понижается в пределе до нуля. После отключения повреждения (точка В) происходит скачкообразное восстановление напряжения на зажимах трансформатора.

В обоих случаях магнитный поток в сердечнике трансформатора устанавливается не сразу. Возникает переходный процесс, сопровождающийся «появлением двух потоков: установившегося Фу и свободного, постепенно затухающего Фсв (рисунок 4.9). Результирующий поток Фт = Фу + Фсв; в начальный момент (t = 0) Фт0 = 0 и поэтому Фсв0 = – Фу0. Во втором полупериоде знаки обоих потоков совпадают и результирующий поток трансформатора достигает максимума Фт.макс.

Установившейся поток Фу отстает от напряжения Uт на 90°, поэтому величина свободного потока Фсв0, а следовательно, и, Фт.макс зависят от фазы Uт и достигают наибольшего значения при включении трансформатора в момент прохождения Uт через нуль. В этом случае без учета затухания Фт.макс = 2Фу. Величина потока Фт.макс может достигать и больших значений, если магнитопровод трансформатора имеет остаточное намагничивание и соответствующий ему поток Фост совпадает по знаку со свободным потоком Фсв. Тогда Фт.макс = (2Фу + Фост) > 2Фу.

При потоках, близких к 2Фу, магнитопровод трансформатора насыщается, что и обусловливает резкий рост (бросок) намагничивающего тока Iнам трансформатора.

Изменение тока Iнам по времени, показанное на рисунке 4.9, характеризуется следующими особенностями:

1. Кривая тока носит асимметричный характер до тех пор, пока Iнам не достигнет установившегося значения.

2. Кривая может быть разложена на апериодическую составляющую и синусоидальные токи различных гармоник. Апериодическая составляющая имеет весьма большое удельное значение.

3. Время затухания токов определяется постоянными трансформатора и сети и может достигать 2–3 сек; чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание.

4. Первоначальный бросок тока может достигать 5–10-кратного значения номинального тока трансформатора.

Кратность броска тока на мощных трансформаторах меньше, чем на маломощных.

Ток намагничивания протекает только по обмотке, включаемой под напряжение (или на которой оно восстанавливается), т. е. так же как протекает ток к. з. при повреждении в трансформаторе, имеющем одностороннее питание. Для предотвращения ложных действий дифференциальной защиты в этих случаях принимаются специальные меры, рассмотренные ниже.

Способы предотвращения работы защиты от бросков тока намагничивания.

Наиболее простым и ранее широко применявшимся являлся способ замедления защиты на время порядка 1 сек. Однако при этом терялось наиболее ценное свойство защиты – ее быстродействие. Применялись и другие, более сложные способы отстройки от токов намагничивания с сохранением быстродействия (блокировки от понижения напряжения, торможение от токов высших гармоник и т. д.).

Опыт эксплуатации показал, что эти способы себя не оправдали; они приводила к усложнению защиты и не давали достаточно надежной отстройки от намагничивающих токов. Поэтому в Советском Союзе указанные способы не рекомендуются к применению.

В настоящее время на территории бывшего СССР самыми распространенными способами отстройки от токов намагничивания являются следующие два: