Д) Защита от внешних к. З. На землю повышающих трансфор­маторов, работающих с разземленной нейтралью

Для ограничения токов к. з. часть повышающих трансфор­маторов работает с разземленной нейтралью. Для таких транс­форматоров возникает опасность при выделении их па изолированную работу на сеть, имеющую замыкание на землю одной из фаз.

Подобные условия могут возникнуть, если, например, при однофазном к. з. на одной из линий (рис. 16-15, а) ее защита или выключатель откажут в действии. Тогда все присоединения, пи­тающие место к. з. током I₀, отключаются резервными защитами (точки отключения отмечены на чертеже крестиком), а трансфор­матор Т₂ с незаземленной нейтралью останется работать на выделившийся участок сети с повреждением в точке К. Как известно, в такой сети при замыкании на землю возникают опасные перенапряжения, которые могут повредить изоляцию трансформатора.

Для предупреждения этого трансформаторы, работающие с изолированной нейтралью, должны иметь резервную защиту, отключающую их при замыканиях на землю раньше, чем могут отключиться трансформаторы с заземленными нейтралями.

В качестве указанной защиты может применяться:

1) токовая защита нулевой последовательности, установленная на параллельно работающих трансформаторах с заземленной нейтралью.

Для этого на защите нулевой последовательности трансформа­тора Т₁ с заземленной нейтралью предусматриваются две вы­держки времени (рис. 16-15, б). С меньшей выдержкой защита отключает трансформатор Т₂ с разземленной нейтралью, а с боль­шей — трансформатор Т₁ с заземленной нейтралью;

2) защита, реагирующая на появление напряжения U₀ (рис. 16-15, в). Эта защита выполняется с помощью чувствительного реле повышения напряжения Н₀, которое включается на разомкнутый треугольник шинного трансформатора напряжения.

При к. з. на землю в сети защита Н_о приходит в действие и отключает трансформатор с разземленной нейтралью с выдержкой времени меньшей, чем на защитах I₀ трансформаторов с заземлен­ной нейтралью.

Напряжение срабатывания реле Н_о отстраивается от U_нб и согласуется по чувствительности с защитами отходящих линий;

3) Защита обратной последовательности, реагирующая на ток I₂, появляющийся при к. з. на землю.

Полные схемы и другие варианты указанных выше защит, приведены в [Л. 5].

Вопрос 31

Особенности дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов

В дифференциальной защите линий и генераторов первичные токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности (16-116) достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Иное положение имеет место в дифференциальной защите трансфор­маторов. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего к. з. ток трансформатора на стороне низшего напряжения I_II всегда больше тока на стороне высшего напряжения I_1. Их соотношение определяется коэффи­циентом трансформации силового трансформатора согласно (16-10а).

В трансформаторе с соединением обмоток звезда — треуголь­ник и треугольник — звезда токи I₁ и I_II различаются не только по величине, но и по фазе. Угол сдвига фаз зависит от группы соединения обмоток трансформатора. При наиболее распространенной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне треуголь­ника опережает линейный ток со стороны звезды на 30° (рис. 16-20, а). В трансформаторах с соединением обмоток звезда — звезда токи I₁ и I_II или совпадают по фазе (рис. 16-20, б) или сдвинуты на 180^º.

Таким образом, для выполнения условия селективности (16-116) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов I_1В = /n_{тI и} I_IIВ = /n_тII по величине, а при разных схемах соединения обмоток (λ/∆ и ∆/λ) — и по фазе, с тем чтобы посту­пающие в реле токи были равны.

Компенсация сдвига токов и _В по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток трансфор­маторов тока, установленных на стороне звезды силового транс­форматора (рис. 16-21). Соединение в треугольник обмоток транс­форматоров тока должно точно соответствовать соединению в тре­угольник обмоток силового трансформатора.

Трансформаторы тока, расположенные на стороне треуголь­ника силового трансформатора, соединяются в звезду.

На рис. 16-21 изображены векторные диаграммы токов в схеме защиты при нагрузке и внешних трехфазных к. з. Векторы пер­вичных и вторичных токов в трансформаторах тока и силовом трансформаторе показаны на диаграмме совпадающими по фазе.

Из диаграммы следует, что токи в линейных про­водах трансформаторов тока, соединенных в треугольник, I_ав(2), I_вс(2), 1_са(2), сдвигаются относительно соответствующих фазныхтоков во вторичной и первичной обмотках трансформаторов тока на угол 30°. Токи в проводах второй группы трансформаторов тока I_ab(2), I_bc(2), и I_ca(2) совпадают по фазе со своими первичными токами и поэтому сдвинуты по отношению к первичному току звезды силового трансформатора, так же как и токи I_ав(2), I_вс(2), 1_са(2), на угол 30°. В результате этого токи, поступающие в реле, совпадают по фазе.

Соединение одной из групп трансформаторов тока в треуголь­ник обеспечивает компенсацию сдвига фаз между вторичными и первичными токами силового трансформатора не только при симметричной нагрузке и трехфазных к. з., но и при любом несимметричном повреждении или нагрузочном режиме.

Справедливость этого положения наиболее просто доказыва­ется с помощью метода симметричных составляющих. Токи прямой и обратной последовательностей симметричны, и поэтому токораспределение их в схеме защит полностью соответствует токораспределению при трехфазном к. з. (рис. 16-21). Следовательно, соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник, а другой — в звезду обеспечивает компенсацию сдвига фаз пер­вичных токов прямой и обратной последовательностей.

Токи нулевой последовательности появляются в случае к. з. на землю и могут замыкаться только через обмотку трансформа­тора, соединенную в звезду, при условии, что ее нулевая точка заземлена. Проходя по этой обмотке, токи нулевой последова­тельности трансформируются в фазы обмотки, соединенные тре­угольником (рис. 16-22).

В контуре треугольника токи I₀ каждой фазы направлены последовательно и поэтому циркулируют в нем, не выходя за его пределы (рис. 16-22). Это означает, что в дифференциальной за­щите трансформаторов с соединением обмоток звезда — треуголь­ник токи нулевой последовательности протекают только по транс­форматорам тока, установ­ленным со стороны звезды силового трансформатора.

Т акое протекание первич­ных токов равноценно токораспределению при повреж­дении внутри трансформато­ра (при одностороннем пита­нии) и может вызвать непра­вильную работу защиты. Эта опасность устраняется тем, что на стороне звезды сило­вого трансформатора (где протекают первичные токи I₀) трансформаторы тока соеди­няются в треугольник, как показано на рис. 16-22. Тогда токи I₀ трансформируясь на вторичную сторону трансфор­маторов тока, замыкаются в контуре этого треугольника, не по­падая в реле. При соединении трансформаторов тока па стороне звезды силового трансформатора также в звезду токи нулевой последовательности получают возможность замыкаться через реле, что приведет к неправильной работе защиты при однофазных и двухфазных к. з. на землю в сети.

Таким образом, для компенсации сдвига фаз токов силовых трансформаторов, соединенных по схеме λ/∆ или ∆/λ, необхо­димо трансформаторы тока на стороне звезды соединить в тре­угольник, а на стороне треугольника — в звезду.