11. Защита трансформаторов напряжением 6... 10/0,4 кВ

Основными видами повреждений трансформаторов напряжени­ем 6... 10/0,4 кВ и мощностью 100... 2500 кВ • А являются следующие:

междуфазные КЗ в обмотках и на их выводах;

однофазные замыкания: на землю и между витками одной фазы;

внутренние повреждения, называемые «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между лис­тами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают нагрев стали, ведущий к разрушению изоляции.

Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присое­диненных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна отключить трансформатор. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие катушки, защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая

защита имеется в сети.

При витковых замыканиях в замкнувшихся витках возникает ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора. Поэто­му такие повреждения должны отключаться быстродействующей защитой. Но, поскольку значения этих токов относительно неболь­шие при малом числе замкнувшихся витков, в настоящее время нельзя использовать для этой цели имеющиеся защиты.

Для масляных трансформаторов защитой от внутренних повреж­дений является газовая защита, дополненная токовой отсечкой.

Ненормальными режимами являются следующие:

внешние КЗ, при которых через обмотки трансформатора могут проходить токи, превышающие номинальные, что приводит к на­греву изоляции обмоток и ее старению и повреждению.

Рис. 12. Схема защиты трансформатора напряжением 6... 10/0,4 кВ:

КА1 КТ1 - МТЗ от перегрузки; КА2, КАЗ - то же от междуфазных КЗ; КА4, КА5, КА6, КТ2 - МТЗ от внешних КЗ; КА 7, КТЗ - МТЗ нулевой последовательности от однофаз­ных КЗ; 1 - на сигнал; 2 - к приборам

недопустимое понижение уровня масла в трансформаторе, ко­торое может произойти при повреждении бака трансформатора.

На подстанциях с трансформаторами напряжением 6... 10 / 0,4 кВ обычно устанавливают максимальную токовую защиту, защиту от однофазных замыканий на землю, газовую защиту для трансфор­маторов мощностью от 400 кВ • А и выше.

На рис. 20.12 приведена полная схема защиты цехового транс­форматора, питающегося от радиальной кабельной линии с глухим присоединением трансформатора на стороне первичного напряже­ния. На головном участке кабельной линии имеется выкатной вы­ключатель Q, на стороне вторичного напряжения 0,4 кВ имеется автоматический выключатель QF.

Реле КА1, КТ2 - однофазная одно-релейная МТЗ трансформато­ра от перегрузки, действующая на сигнал;

реле КА2, КАЗ- двухфазная двухрелейная защита ТО без выдер­жки времени, установленная со стороны питания, от междуфазных КЗ в трансформаторе, действующая на его отключение;

реле КА4, КА5, КА б - двухфазная трехрелейная МТЗ трансфор­матора от внешних КЗ, установленная со стороны питания (реле КА4, КА5 включены на фазные токи, реле КА6 - на сумму фазных токов для повышения надежности срабатывания защиты);

реле КА7- МТЗ нулевой последовательности, установленная в ней­трали трансформатора, от однофазных КЗ в цепи напряжением 0,4 кВ;

реле KSG - газовая защита масляного трансформатора, реагиру­ющая на витковые замыкания, пробои изоляции на корпус и на по­нижение уровня масла, но не реагирующая на КЗ на выводах транс­форматора.

Газовая защита осуществляется газовым реле типа ПГЗ-22 (рис.13). Повреждения внутри трансформатора, вызванные витковыми и междуфазными замыканиями, сопровождаются выделением газа и понижением уровня масла в трансформаторе. При всех видах повреждений газы, образовавшиеся в результате разложения масла и изоля­ции проводов, направляются через га­зовое реле, установленное на трубопро­воде, соединяющем бак трансформато­ра с расширителем, и вытесняют масло из камеры реле в расширитель. В ре­зультате этого уровень масла в газовом реле понижается, установленные по­плавки 1 опускаются, а прикрепленные к ней колбочки 3 с ртутными контактами поворачиваются. При этом действует предупреждающий сигнал.

Рис. 13. Устройство газово­го реле поплавкового типа

При бурном газообразовании сопровождающемся течением струи масла под давлением поворачивается, поплавок и колбочка с контактами 2. Последние, замыкаясь, действуют через промежуточные и указательные реле на отключение.

В четырехпроводной системе со стороны 0,4 кВ однофазные КЗ на землю и замыкание фазы на нулевой провод сопровожда­ются значительными токами повреждения и представляют опас­ность для трансформатора. Поэтому защита при указанных по­вреждениях на стороне низкого напряжения трансформатора должна действовать на отключение. Цеховой трансформатор со схемой соединения обмоток звезда - звезда с заземленной нейт­ралью рассчитан на продолжительный ток загрузки нейтрали не более 25% номинального тока обмотки НН I_{HOM.T HH.} При этом на одной из фаз ток не должен превышать номинальное значе­ние более чем на 5%. Поэтому ток срабатывания реле выбирают по условию

, (10)

где k_ПЕР - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора; k_I -коэффициент трансформации трансформатора тока; k_OTC = 1,1... 1,2;

k_B - коэффициент возврата.

Выдержка времени защиты согласуется с временем действия за­щит отходящих линий. Чувствительность защиты проверяется по минимальному току однофазного КЗ в сети напряжением 0,4 кВ:

(11)

где U_Ф - фазное напряжение сети; Z_Т - полное сопротивление транс­форматора; Z_П - полное сопротивление петли фаза-нуль (см. гл. 10). Чувствительность считается достаточной, если k_Ч> 1,5.

При повреждении в сети напряжением до 1 кВ трансформатора со схемой соединения треугольник - звезда с заземленной нейтра­лью токи однофазного и трехфазного КЗ имеют значения одного порядка и повреждения должны отключаться защитой от внешних КЗ трансформатора.

Ток срабатывания ТО от междуфазных КЗ выбирается по условию

(12)

где Iпо - максимальный ток внешнего трехфазного КЗ, определяемый при повреждениях на шинах НН за трансформатором; k_OTC= 1,2... 2,0.

Токовая отсечка без выдержки времени обычно оказывается от­строенной от бросков тока намагничивания трансформатора.

Ток срабатывания МТЗ от перегрузки выбирается по условию

(13)

где I_HOM.T.BH - номинальный ток обмотки ВН; k_OTC 1.05; K_I - коэф­фициент трансформации трансформатора тока; k_B - коэффициент

возврата.

Выдержка времени принимается на ступень избирательности больше, чем время срабатывания защиты от внешних КЗ. Вместо выбора каждого типа защиты в отдельности часто выбирают ком­плектные устройства защиты трансформатора, в том числе микро­процессорные.