Особенности дифференциальной защиты трансформатора

1)Назначение и принцип действия диф. защиты

Для защиты трансформатора отКЗ между фазами, на землю и от замыкания витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита.В соответствии с принципом действия этой защиты ТТ устанавливают с обеих сторон трансформатора. Их вторичные обмотки соединяют так, чтобы при нагрузке и внешних КЗ в реле протекала разность вторичных токов I_p = I_IВ- I_IIВ. Тогда при КЗ в зоне защиты ток в реле равен I_p = I_IВ+I_IIВ. и если он больше тока срабатывания реле, то реле приходит в действие. Для того что бы диф защита не срабатывала про нагрузке и внешних КЗ необходимо уравновесить вторичные токи, так что бы в этих случаях ток в реле отсутствовалI_p = I_{I В} - I_{II В.} =0. (1)

2) Особенности диф. защиты.

Первичные токи обмоток трансформаторов не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.В режиме нагрузки и внешнего КЗ ток на стороне низшего напряжения всегда больше тока на стороне высшего напряжения их соотношение определяется коэффициентом трансформации. Таким образом, для выполнения условия селективности (1) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов как по величине так и по фазе с тем что бы поступающие в реле токи были равны.

2.1.) Компенсация сдвигов токов по фазе:

Осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток ТТ, установленных на стороне звезды силового транс-а рис 1.

Соединение в треугольник обмоток ТТ должно в точности соответствовать соединению в треугольник силового транс-а.

ТТ расположенные на стороне треугольника силового транс-а, соединяют в звезду.

Из диаграмм рис.1 следует, что токи в линейных проводах ТТ соединенных в треугольник I_АВ(2)I_ВС(2) I_СА(2) сдвигаются относительно соответствющих фазных токов во вторичной и первичной обмотках ТТ на угол 30⁰. Токи в проводах второй группы ТТ I_ав(2)I_вс(2) I_са(2) совпадают по фазе со своими первичными токами и поэтому так же сдвинуты на 30⁰ к первичному току звезды силового транс-а.

Токи прямой и обратной последовательностей симметричны, и поэтому токораспределение их в системе защит полностью соответствует токораспределению при трехфазном КЗ. Следовательно, соединение одной из групп ТТ в треугольник, а другой в звезду обеспечивает компенсацию сдвига фаз первичные токов прямой и обратной последовательностей.

Токи нулевой последовательности появляются в случае КЗ 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 в треугольник и продолжают циркулировать в нем не выходя за его пределы, так как токи нулевой последовательности каждой фазы направлены последовательно. Это значит что в диф защите транс-в с соединением обмоток звезда треугольник токи нулевой последовательности протекают только по ТТ установленным со стороны звезды силового транс-а.Такое протекание первичных токов может вызвать неправильную работу защиты. Устраняется это тем что на стороне звезды силового транс-а (где протекают первичные токи I₀) ТТ соединяются в треугольник, тогда токи трансформируются на вторичную обмотку ТТ , замыкаются в контуре этого треугольника не попадая в реле.

Таким образом для компенсации сдвига фаз токов транс-ов, соединенных по схеме звезда треугольник необходимо ТТ на стороне звезды силового транс-ра соединять в треугольник, а на стороне треугольника в звезду.

2.2.)Компенсация неравенства первичных токов силовых транс-ов достигается подбором коэффициента трансформации n_TIn_TIIТТдиф. защиты и параметров специально установленных для этой цели трансформаторов (рис2).

Коэффициенты трансформации выбираются с тем что бы вторичные токи в ТТ(плечах защиты) были равны при КЗ и внешних нагрузках.

При соединении обмоток силового транс-а звезда/звезда:I_I/n_TI=I_II/n_TII, отсюда найдем что для обеспечения равенства вторичных токов ТТ защиты должны

удовлетворять условию:n_TII/n_TI= I_II/I_I=N,гдеN- коэффициент транс-иисилового транс-а.

При соединении обмоток силового транс-а звезда/треугольник:

Найденный таким образом n_TI,обеспечивающее равенство вторичных токов в плечах защиты, как правило получается нестандартным. Поэтому используют стандартные трансформаторы с ближайшим к расчетному значению коэффициентом транс-ии, а компенсацию оставшегося неравенства осуществляется с помощью выравнивающих транс-в ТК. ТК состоит из 3х первичных обмоток. Обмотки w_у1 и w_у2 включаются в плечи защиты, а обмотки w_д (диф-ая) по диф. схеме на разность токов вторичных обмоток ТТ. Вторичная обмотка w₂ питает диф. реле РД. Число витков подбирается так что бы геометрическая сумма намагничивающих сил всех трах обмоток в условиях сквозного тока была равна 0

При выполнении этого условия результирующая н.с. и магнитный поток в магнитопроводе ТК отсутствует, поэтому ток в диф. реле равен нулю.