![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Вопрос 27
- •Вопрос 28
- •Вопрос 29
- •Вопрос 30
- •Д) Защита от внешних к. З. На землю повышающих трансформаторов, работающих с разземленной нейтралью
- •Вопрос 31
- •Вопрос 32
- •Вопрос 34
- •Вопрос 35
- •Вопрос 36
- •Вопрос 37
- •Вопрос 39
- •Вопрос 40 41
- •Вопрос 42
- •Вопрос 43
- •Вопрос 44
- •19.2. Дифференциальная защита шин
Вопрос 30
. ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
а) Общие положения
Защита от внешних к. з. служит для отключения трансформатора при к. з. на сборных шинах или на отходящих от нее присоединениях (рис. 16-4), если защиты или выключатели этих элементов отказали в работе.
Одновременно защита от внешних к. з. используется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако по условиям селективности защита от внешних к. з. должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной защиты от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную защиту от внутренних повреждений, защита от внешних к. з. служит резервом к этой защите на случай ее отказа или вывода из работы.
Наиболее простой защитой от внешних к. з. является токовая максимальная защита. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные токовые максимальные защиты с пуском (блокировкой) по напряжению или же токовые защиты обратной и нулевой последовательностей.
П
онизительные
трансформаторы, к которым относятся
трансформаторы, питающие потребителей,
в большинстве случаев
защищаются с помощью максимальной
защиты. При внешних
к. з. по этим трансформаторам проходит
ток к. з. от всех генераторов системы
(рис. 16-4, а).
Поэтому
кратность тока к. з. получается
обычно значительной и достаточной для
действия максимальной защиты. При
недостаточной
чувствительности простой;
максимальной защиты устанавливаются
более чувствительные защиты:
максимальная защита с пуском по
напряжению и защита обратной
последовательности. Возможно применение
дистанционных защит, реагирующих
на Z
=f
(φр).
Повышающие трансформаторы, устанавливаемые на электростанциях, находятся в худших условиях.
Применение на этих трансформаторах максимальной токовой защиты в большинстве случаев оказывается невозможным из-за недостаточной чувствительности последней при к. з. на стороне высшего напряжения.
В этом случае величина тока к. з. Ik, проходящего через защиту (рис. 16-4, б), определяется мощностью генераторов электростанции, которая соизмерима с мощностью повысительного трансформатора, и поэтому кратность тока к. з. получается небольшой, а чувствительность защиты — недостаточной.
В связи с этим для защиты повысительных трансформаторов от внешних к. з. применяются более чувствительные защиты: защита, реагирующая на ток обратной последовательности; токовая защита нулевой последовательности и максимальная защита с пуском по напряжению. В зарубежной практике применяются и дистанционные защиты.
б) Токовые максимальные защиты трансформаторов
Защита двухобмоточных понизительных трансформаторов. Схема подобной защиты трансформатора с односторонним питанием приведена на рис. 16-5. Защита устанавливается со стороны источника питания с тем, чтобы включить в ее зону действия сам трансформатор.
Для
расширения зоны, действия максимальной
токовой защиты трансформаторы
тока располагаются у выключателя.
На
двухобмоточных трансформаторах с
односторонним питанием
(рис. 16-5) защита должна действовать на
выключатель В1
со
стороны, источника питания. Однако по
соображениям надежности
целесообразно воздействовать
на оба выключателя:
В1
и
В2,
с
тем чтобы при
внешних к. з. один выключатель
резервировался вторым.
Схема
соединений трансформаторов
тока и реле максимальной
токовой защиты должна
обеспечивать работу защиты
при всех возможных видах
к; з. В сети с глухо-заземленной нейтралью
защита
выполняется по трехфазной
схеме, а в сети с изолированной
нейтралью— по схеме неполной звезды.
Схема
с одним реле, включенным на
разность токов двух фазу
на
трансформаторах с соединением
обмоток; звезда— треугольник не
рекомендуется к применению,
так
как защита в этом случае не действует
при некоторых
видах двухфазных к. з. на стороне
треугольника (см.
§ 3-6, ж, рис. 3-17).
Схема
неполной звезды но сравнению с трехфазной
имеет меньшую
чувствительность при к. з. за трансформатором
с соединением
обмоток звезда—треугольник. Так,
например если защита
установлена на фазах А
и
С
звезды
(рис. 16-6), то при к.з.
между фазами α и b
на
стороне треугольника (рис. 16-6) в
реле защиты протекает лишь половина
полного тока к. з. Для повышения
чувствительности защиты можно
устанавливать третье реле
в общем проводе трансформаторов тока,
в котором (см. рис.
16-6) в этом случае проходит сумма токов
поврежденных фаз:
Выбор уставок. Ток с раба т ы в а н и я максимальной токовой защиты выбирается исходя из условия, что защита от к. з. не должна действовать при п е ре г р у з к а х, не требующих быстрого отключения трансформатора.
М
а к с и м а л ь н ы й ток
нагрузки,
от которого необходимо
отстроить защиту, обычно определяется
из рассмотрения
двух режимов: отключение
параллельно работающего трансформатора
или автоматическое
подключение нагрузки при
действии АВР (рис, 16-7). Оставшийся в
работе трансформатор
перегружается в первом случае
вдвое (Iнаг.макс
= 2Iном.т),
а
во втором (рис. 16-7) ток перегрузки
- равен сумме тока I1
трансформатора
Т1
и
тока подключившейся
нагрузки I2,
т. е. Iраб
= I1
+
I2
где
I2
— установившийся
ток подключившейся
нагрузки. В первый момент после
переключения нагрузки ее
ток превышает установившееся
значение за счет самозапуска оставшихся
в ра,боте двигателей.
Оценивая это увеличение коэффициентом
к3,
характеризующим
кратность токов самозапуска к току /2,
получаем, что
максимальный ток трансформатора при
действии АВР равен: Iнаг.макс
=
I1
+
k3
I2.
Аналогичным
образам определяется максимальный
ток нагрузки и в других подобных случаях.
В общем случае
с учетом самозапуска двигателей при
восстановлении напряжения
после отключения к. з. в сети или после
успешного действия
АПВ максимальный
расчетный ток
нагрузки
Iнаг.макс
=
k3Iраб.макс,
где Iраб.макс,—установившееся
значение максимального
тока нагрузки в условиях нормальной
работы; к3
—
, коэффициент
самозапуска, учитывающий увеличение
Iраб.макс
в результате самозапуска двигателей,
оставшихся в работе при понижении
или исчезновении
напряжения во время к. з. или бестоковой
паузы АПВ либо АВР.
Ток срабатывания находится из условия возврата реле при Iнаг.макс как и для всех максимальных защит (см. § 4-5), по выражению
Коэффициент чувствительности при к. з. в конце второго участка находится по формуле кч = Iк.мин/Iс.з. Величина кч не должна быть меньше 1,3.
Если чувствительность максимальной защиты оказывается неудовлетворительной, то применяются другие более чувствительные защиты, рассмотренные ниже.
Выдержка времени выбирается из условий селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени tл защит присоединений, питающихся от трансформатора, т. е.
Выдержка времени максимальной токовой защиты с ограниченно зависимой характеристикой выбирается, исходя из условия (16-5) в предположении, что ток в реле равен току к. з., проходящему через трансформатор в случае повреждения в начале линии, питаемой трансформатором., Защиту с ограниченно зависимой характеристикой следует применять в тех случаях, когда посредством ее удается ускорить отключение повреждения в трансформаторе или на шинах.
Защита трехобмоточных понизительных трансформаторов. При внешних к. з. защита трехобмоточных трансформаторов (рис. 16-8) должна обеспечивать селективное отключение только той обмотки трансформатора, которая непосредственно питает место повреждения. Так, например, при коротком замыкании на шинах III (рис. 16-8) должен отключиться выключатель В8, а обмотки трансформатора I и II должны остаться в работе.
На трехобмоточных трансформаторах с односторонним питанием (например, от шин I) на обмотках II и III устанавливаются самостоятельные комплекты максимальной защиты, действующие на соответствующие выключатели (рис. 16-8). На обмотке 7, питающей трансформатор, устанавливается третий комплект защиты, предназначенный для отключения трансформатора при к. з. в нем и резервирования защит и выключателей обмоток II и III . Выдержка времени tI выбирается больше t2 и t3.
На трехобмоточных трансформаторах, имеющих двустороннее и трехстороннее питание, максимальная токовая защита не может обеспечить селективности. Так, например, если со стороны обмоток 1 и 2 (рис. 16-9) подключены источники питания, то при к. з. на шинах II время действия t2 должно быть меньше t1, но тогда при к. з. на шинах / защита 2 окажется неселективной.
Для получения селективности защиту 2 необходимо выполнить направленной (рис. 16-9), так чтобы она действовала только при к. з., на шинах II с t2 < t1. При к. з. на шинах I или III защита 2 должна работать помимо реле направления мощности (как максимальная токовая защита) с выдержкой t2 >t1 и t3 (рис. 16-9).
Таким образом, на трансформаторах с двух- и трехсторонним питанием для обеспечения селективности необходимо применять направленные защиты.
Следует, однако, иметь в виду, что при наличии защиты шин и устройств резервирования отказа выключателей на присоединениях, питающихся от шин (см. гл. 20), вероятность работы максимальных защит трансформатора очень мала. Поэтому на практике в целях упрощения защиты допускается применение простых токовых защит, особенно если на защищаемом трансформаторе имеются АПВ или АВР. Направленная защита устанавливается только на особо ответственных трансформаторах.
С целью упрощения защиты по «Правилам электротехнических установок» допускается не устанавливать защиты на одной из сторон трехобмоточного трансформатора, при этом выполняют защиту со стороны основного питания с двумя выдержками времени; с меньшей из них эта защита действует на отключение выключателя, не имеющего защиты от сверхтоков.
в) Токовая защита обратной последовательности
Защита реагирует на ток обратной последовательности, появляющийся при несимметричных к. з. внешних и в трансформаторе. Схема защиты показана на рис. 16-10. Защита состоит из токового реле Т2, включенного через фильтр обратной последовательности Ф2, и реле времени В, обеспечивающего необходимую выдержку времени.
Ток срабатывания защиты I2с.з выбирается в общем случае, исходя из двух условий [Л. 5]:
отстройки защиты от тока небаланса фильтра Ф2 при максимальной нагрузке трансформатора:
согласования по чувствительности
с защитами присоединений, отходящих от шин, на которые включен трансформатор:
где I2расч — ток I2, проходящий по трансформатору в условиях несимметричного к. з., при котором защита рассматриваемого присоединения находится на грани срабатывания.
Определение I2расч дано в [Л. 6]. Анализ показывает, что при Iс.з =(0,5 ÷ 0,7)Iном трансформатора условия (16-6) и (16-7) обычно выполняются.
Отсюда следует, что чувствительность защиты обратной последовательности при несимметричных к. з. получается значительно большей, чем у максимальной защиты, у которой Iс.з > Iном.
На трехобмоточных повышающих трансформаторах, имеющих питание с двух или трех сторон, для обеспечения селективности при несимметричных внешних к. з. необходимо применять направленную защиту с органом направления мощности, реагирующим на мощность обратной последовательности.
Защита обратной: последовательности реагирует только на двухфазные и однофазные к. з., поэтому она обычно дополняется приставкой от трехфазных к. з. Последняя выполняется, как и на генераторах (§ 15-5), в виде однофазной максимальной защиты с блокировкой по напряжению (реле Т и Н на рис. 16-10).
Защита I2 может применяться и на понизительных трансформаторах.
г) Токовая защита нулевой последовательности
Защита реагирует на ток I0, появляющийся в трансформаторе при внешних к. з. (однофазных и двухфазных на землю) и к. з. в трансформаторе. Она применяется на повышающих трансформаторах и устанавливается со стороны обмотки высшего и среднего напряжения, если последние соединены по схеме звезды и работают с глухозаземленной нулевой точкой. Защита имеет два варианта исполнения, показанные на рис. 16-11, а и б. В обоих случаях защита состоит из токового реле Т0, включенного на ток нулевой последовательности I0.
В схеме на рис. 16-11, а ток 3I0 получается от трехтрансформаторного фильтра нулевой последовательности, а в схеме рис. 16-11, б — от трансформатора тока, включенного в провод, связывающий нейтраль трансформатора с землей. Вторая схема проще и охватывает своей зоной действия обмотки звезды силового трансформатора. Благодаря указанным преимуществам она рекомендуется к применению.
Для обеспечения селективности защита выполняется с реле времени В.
Уставки защиты. Ток срабатывания защиты, включенной на ток в заземляющем проводе трансформатора (рис. 16-11, б), выбирают, исходя из двух условий:
1) Для соблюдения селективности защита трансформатора должна быть согласована по чувствительности с защитами нулевой последовательности линий, отходящих от шин электростанции А (рис. 16-11, в).
2) Защита должна надежно действовать при однофазных и двухфазных к. з. в конце наиболее длинной линии, отходящей от шин А.
По первому условию
На трехобмоточных трансформаторах (рис. 16-12), имеющих две обмотки (// и ///) с заземленными нейтралями, защиты нулевой последовательности выполняются направленными, что необходимо для обеспечения селективности.
Защита на автотрансформаторах. На выполнение этой защиты влияют особенности автотрансформаторов, и она поэтому имеет некоторые отличия от трансформаторной защиты:
1. У автотрансформаторов заземляются концы обмоток среднего напряжения, являющиеся общей частью обмотки автотрансформатора. Как указывалось, по общей части обмотки
протекают встречно направленные токи высшего и среднего напряжения (рис. 16-2, б).
При к. з. на землю (рис. 16-13) в сети одного напряжения (например, в точке К) в заземляющем проводе течет ток 3 I0 = 3 I0С — 3 I0в. Этот ток получается меньше своих составляющих и может оказаться недостаточным для надежной работы защиты. Поэтому защита нулевой последовательности в заземляющем проводе автотрансформатора не устанавливается, ее включают на трехтрансформаторный фильтр I0, устанавливаемый со стороны выводов высшего и среднего напряжения. При таком исполнении она реагирует на полные токи 3 I0 высшего и среднего напряжения, т. е. на 3I0В и 3I0С соответственно.
В связи с этим возникает необходимость в согласовании выдержек времени защит нулевой последовательности на выводах высшего и среднего напряжения автотрансформатора. Для обеспечения селективности эти защиты выполняются направленными (рис. 16-14), так чтобы каждая из них действовала только при к. з. в сети своего напряжения.
3. Поскольку наличие автотрансформаторной связи между сетями высшего и среднего напряжения приводит к необходимости согласования выдержек времени защит, реагирующих на ток I0, в сетях одного напряжения с защитами сетей другого напряжения, это увеличивает число ступеней и вызывает повышение выдержек времени на защитах. Для их уменьшения защиты нулевой последовательности на автотрансформаторах рекомендуется выполнять двух-ступе н чат ыми и направленными (рис. 16-14). Первая ступень осуществляется в виде отсечки с t = 0,5 с. Она отстраивается от быстродействующих защит присоединений, отходящих от шин. Вторая ступень выполняется как чувствительная защита, полностью резервирующая защиту следующего участка сети.
Т
ок
срабатывания
защиты
должен
отстраиваться
от тока небаланса, возникающего в
трех-
трансформаторном
фильтре I0
при междуфазных к. з.,
и согласовываться по чувствительности
с
защитами отходящих линий согласно
(16-86).
Ток небаланса определяется так же, как и в аналогичной защите линий (см. гл. 8).