4.1.6 Токовая защита нулевой последовательности трансформатора 10,5/0,4 кВ

Токовая защита нулевой последовательности устанавливается в случае недостаточной чувствительности МТЗ линии W4 при однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ. Обычно эта защита действует на отключение выключателя на стороне ВН трансформатора. При наличии предохрани­теля допускается ее действие на автоматический выключатель, уста­новленный со стороны НН трансформатора. Ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям [4]:

а) отстройка от наибольшего допустимого тока небаланса (при­веден к стороне 0,4 кВ) в нулевом проводе трансформатора Y/Y_о в нормальном режиме, например, для Т4

I_с.з = k_нI_нб= 0,5I_номТ4= 0,523,1/(0,4/10,5) = 343 А;

б) согласование чувствительности при однофазных КЗ на землю на стороне 0,4 кВ с использованием характеристик защитных уст­ройств (предохранители, максимальные расцепители автоматов) электродвигателей и линий 0,4 кВ, не имеющих специальных защит нулевой последовательности;

в) обеспечение достаточной чувствительности при однофазных КЗ на землю на стороне 0,4 кВ в зоне основного действия (k_ч.осн 2,0), а также обеспечение резервирования защитных устройств при­соединений шин 0,4 кВ.

Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором Т4. Расчетный ток в реле при условии металличес­кого КЗ без учета сопротивления питающей энергосистемы до места включения трансформатора Т4:

I⁽¹⁾_К8= 3U_ф/ (2Z_{1 Т4} + Z_{0 Т4}) ,

или, согласно [4],

I⁽¹⁾_К8= U_ф/ (Z⁽¹⁾_Т4),

где 1/3 Z⁽¹⁾_Т4- справочная величина, приведенная к стороне 0,4 кВ; берется из [4] (или Приложение I.), в данном случае ра­вна 0,065 Ом.

Таким образом, ток однофазного КЗ, приведенный к стороне 0,4 кВ, равен:

I_К8= 220 / 0,065 = 3385 А.

Таблица 4.8

Расчет защиты нулевой последовательности трансформаторов 10,5/0,4 кВ

Обозначение расчетного параметра	Значение расчетного параметра
	Т4	Т5	Т6
Номинальный ток на НН, А	577	577	361
Ток срабатывания защиты расчетный, А	289	289	181
Коэффициент трансформации ТТ	300/5	300/5	300/5
Ток срабатывания реле расчетный, А	4,8	4,8	3,0
Тип реле	РТ-40/10	РТ-40/10	РТ-40/6
Уставка реле, А	5,0	5,0	3,0
Ток срабатывания защиты уточненный, А	300	300	180
Сопротивление трансформатора при однофазном КЗ, Ом	0,065	0,065	0,1
Ток однофазного КЗ за трансформатором, А	3385	3385	2200
Коэффициент чувствительности	11,28	11,28	12,2

Защита выполнятся с действием на независимый расцепитель ав­томатического выключателя со стороны НН трансформаторов Т4, Т5, Т6. Схема защиты не приведена.

4.1.7 Расчет уставок защиты понижающих трансформаторов

37 / 10,5 (6,3) кВ

а) Дифференциальная защита от междуфазных КЗ

В качестве основной защиты от междуфазных КЗ на одиночных трансформаторах мощностью 6,3 МВ^.А и больше, согласно [11], уста­навливается дифференциальная продольная токовая защита на основе реле ДЗТ-11. Расчет приведен для трансформатора Т1. Удобнее представлять формулы и расчеты в табличной форме. Вначале рассчи­тываем номинальные параметры трансформатора, трансформаторов тока и вторичные токи в плечах защиты.

Таблица 4.9

Определение вторичных токов в плечах защиты

Наименование расчетного параметра	Численное значение для стороны
	37 кВ	10,5кВ
Первичный номинальный ток трансформатора, А
Коэффициент трансформа-ции трансформатора тока КI
Схема соединения обмоток трансформаторов тока		Y
Вторичный ток в плечах защиты I2, А
Тип трансформатора тока	ТФН-35М	ТПОФ-10
Класс точности ТТ	Д	Д

За основную сторону принимается плечо с большим вторичным током, т.е. сторона высшего напряжения (ВН).

Предполагаем, что при дальнейшем расчете будут учитываться только уравнительные обмотки, без дифференциальной.

Определяется первичный ток небаланса, приведенный к стороне 10,5 кВ, без учета третьей составляющей небаланса, обусловленной отличием расчетных и фактически устанавливаемых витков дифферен­циального реле:

I_нб= I_нб' + I_нб'' = (k_аперk_одн+_U*)I_К6=

= (1 10,1 + 0,1)4810 = 962 A,

где _U*- половина суммарного диапазона регулирования напря­жения на стороне ВН.

Определяется предварительное значение тока срабатывания за­щиты по условию отстройки от броска тока намагничивания, приве­денное к стороне 35 кВ:

I_c.з =k_нI_{ном ВН}= 1,3165 = 215A.

Это условие при использовании реле ДЗТ-11 является единс­твенным, так как наличие торможения в этом реле позволяет в рас­четах тока срабатывания не учитывать ток небаланса (в отличие от расчета на основе реле РНТ-565).

Коэффициент надежности k_н(его называют также коэффициентом отстройки) может быть уточнен по методике [4] или см. п. 3.4.8, б), если не выполняется условие чувствительности. Далее расчет приво­дится в табличной форме: определяется ток срабатывания реле и чи­сло витков основной и неосновной сторон. Рекомендуется начинать расчет со стороны питания силового трансформатора.

Определяется число витков тормозной обмотки реле ДЗТ-11, не­обходимое для обеспечения недействия защиты при внешнем трехфаз­ном КЗ (точка К6);

_т= k_нI_нбw_неосн/ ( I_К6tg) =

= 1,5 107517 / (48100,8) = 7,12 вит,

где tg = 0,8 - тангенс угла наклона касательной на графике тормозной характеристики реле типа ДЗТ-11 [4, 9]. Принимаем бли­жайшее большее число витков тормозной обмотки_т= 8.

Определяем коэффициент чувствительности защиты при КЗ за трансформатором на выводах, когда ток повреждения проходит только через ТТ стороны 35 кВ, и торможение в реле, следовательно, от­сутствует. Значение трехфазного тока при КЗ за трансформатором (точка К6), приведенное к стороне ВН, равно:

I⁽³⁾_{К6 ВН} = I⁽³⁾_{К6 НН} /K_т= 4810 / (37 / 10,5) = 1443 A.

В соответствии с таблицей 1 Приложения 3, для схемы со­единения обмоток ТТ в треугольник расчетный ток в реле при двух­фазном КЗ за трансформатором равен:

I⁽²⁾_р.мин = I⁽²⁾_к/ К_{I ВН} = 1,5I⁽³⁾_к/ К_{I ВН} = 1,51443 / 60 = 36,07 А.

Защита подключается к ТТ типа ТПОФ-10, K_I=300/5.

Коэффициент чувствительности:

k⁽²⁾_ч= 36,07 / 6,2 = 5,82 > 2,0 .

Таблица 4.10

Определение числа витков уравнительных обмоток

Наименование параметра и расчетное выражение	Численные значения
Ток срабатывания реле основной стороны (ВН)
Число витков уравнительной обмотки основной стороны, расчетное, вит.
Число витков с основной стороны, округленное (в меньшую сторону), вит.	16
Число витков уравнительной обмотки не основной стороны, расчетное, вит.
То же, округленное (в ближайшую сторону), вит.	17
Третья составляющая небаланса, приведенная к стороне 10,5 кВ, А
Ток небаланса с учетом третьей составляющей, приведенный к стороне НН, А	962+113=1075

В связи с изменением значения тока небаланса, расчет следует повторить.

б) Максимальная токовая защита Т1 от токов при внешних КЗ

Область внешних КЗ трансформатора находится на стороне НН, включая в первую очередь сборные шины. Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока, протекающего через трансформатор.

Для трансформатора Т1 рабочий ток обусловлен током нагрузки Н1, Н2 и суммой номинальных токов трансформаторов Т4, Т5, Т6. Ток срабатывания защиты равен:

Выбираем ТТ типа ТВТ-35/10, К_I= 1000 / 5. Ток срабатывания реле РТ-40 для схемы ТТ, соединенных в треугольник, I_ср=3510 / 200 =5,8А; I_у= 6 А. Выбираем РТ-40/10. Уточняем ток срабатывания защиты: 693 А.

Проверяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:

k⁽²⁾_ч= 0,865I⁽³⁾_K6/I_{с.з Т1} = [0,865  4810 / (35 / 10,5)] / 693 = 2,44 > 1,5.

Выдержка времени защиты должна быть минимальной и согласо­ванной с МТЗ отходящих присоединений:

t_с.з = max ( t_{с.з Н1}; t_{с.з Н2}; t_{с.з W4}) +t = t_{с.з W4}+t = 1 + 0,5 = 1,5 c,

где 0,5 - ступень селективности при согласовании реле РТ-40 и РТВ. Выбираем реле времени постоянного тока ЭВ-122, t_у= 0,25-3,5c, U_ном=110 В, что соответствует параметрам БП-1002.

При отсутствии специальной защиты сборных шин, с целью повы­шения быстродействия МТЗ от внешних КЗ допускается отстраивать ее от быстродействующих защит отходящих присоединений со стороны НН трансформатора.

На карте селективности независимая характеристика времени срабатывания от тока, протекающего через защиту, изображена на основе трех характерных точек: тока срабатывания защиты 693 А; времени срабатывания защиты - 1,5 с; максимального значения тока, ко­торым характеристика ограничена справа, соответствует току КЗ в месте установки защиты (точка К2) 15,92 кА ( приведено к стороне 10,5 кВ ).

в) Максимальная токовая защита трансформатора от перегрузки

Первичный ток срабатывания определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора на стороне, где установлена рассматриваемая защита, по выражению:

I_c.з =I_{ном Т1} =165 = 217A,

где k_н- коэффициент надежности, который, согласно [9, 10], принимается равным 1,05.

При установке защиты на стороне, где предусмотрено регулиро­вание напряжения, в приведенном выражении следует использовать I_раб.max, если он отличается от номинального.

Защита подключена к тем же ТТ, что и защита от внешних КЗ. Ток срабатывания реле РТ-40 равен:

Ток уставки срабатывания I_у= 2,1 А. Принимаем реле РТ-40/6. Уточняем ток срабатывания защиты: 243 А.

Выдержка времени защиты выбирается по условию согласования с последними, наиболее чувствительными ступенями защит от многофаз­ных КЗ предыдущих элементов, присоединенных к шинам низшего нап­ряжения. Кроме того, МТЗ от перегрузки должна быть согласована по времени с МТЗ от внешних КЗ трансформатора и отстроена от вре­мени самозапуска электродвигателей. На подстанциях с дежурным пе­рсоналом защита действует на сигнал. Обычно используется терми­чески устойчивое реле времени с уставкой 6-9 с. Принимаем уставку времени 6с.

Выбираем реле времени постоянного тока ЭВ-133, t_у= 0,25- 9,0 с, U_ном= 110 В, для блока питания БП-1002.

г) Газовая защита

Газовая защита поставляется вместе с трансформатором и рас­чету не подлежит. В связи с недостатками поплавкового газового реле, отечественной промышленностью выпускается реле с чашечковы­ми элементами типа РГЧ3-66. Первая ступень газового реле более чувствительная, чем вторая, и действует на сигнал. Вторая ступень чаше всего действует на отключение.

Схема комплекта защиты трансформатора Т1 приведена на Рис. 31.

Рис. 31. Принципиальная схема релейной защиты понижающего двухобмоточного трансформатора 37/10,5 кВ: а) поясняющая схема; б),в) цепи переменного тока; г) цепи оперативного выпрямленного переменного тока