Расчет дифференциальной защиты трансформаторов, выполненной на реле с НТТ, реле РСТ-23.

Дифференциальные защиты понижающих трансформаторов выполняются на реле типов РСТ23-1, РСТ23-2 и РСТ23-6 (для применения на подстанциях с постоянным оперативным током, и с переменным оперативным током). Источником переменного оперативного тока являются трансформаторы тока питающей стороны силового трансформатора. Эти типы реле (для краткости в дальнейшем будем называть их РСТ-23) можно использовать также и для защиты мощных электродвигателей, генераторов и синхронных компенсаторов.

В силовых трансформаторах наиболее опасными видами повреждений наряду с междуфазными короткими замыканиями (КЗ) являются витковые замыкания, которые могут сопровождаться значительными разрушениями обмоток. Газовая защита, выполняющая функцию защиты от витковых замыканий, имеет большое время срабатывания, она часто действует лишь на сигнал, так как возможны ее ложные и излишние срабатывания.

Реле РСТ-23 имеют значительно меньшие габариты, проще и дешевле. Минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты, выполненной на реле РСТ-23, равен 0,5 I_ном трансформатора, что обеспечивает в большинстве случаев достаточную чувствительность защиты к витковым замыканиям в трансформаторах средней мощности.

Реле РСТ-23 выполнено на номинальный ток 5 А, подключение его к трансформаторам тока с вторичным током 1 А не предусмотрено.

На рис. 1 приведена упрощенная структурная схема дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РСТ-23.

Реле содержит реальное дифференцирующее (корректирующее) звено, выполненное на трансреакторе ТАV, выпрямительный мост VSI, фильтр нижних частот Ф, компаратор К, элемент задержки на срабатывание В и выходное реле КL. Кроме того, для отстройки от установившихся токов небаланса при внешних КЗ в реле использовано так называемое «процентное» торможение от токов плеч защиты. На рис. 1 схема, обеспечивающая торможение, содержит промежуточный трансформатор тока ТLA, первичная обмотка которого WТ (тормозная обмотка) обтекается током плеча защиты, выпрямительный мост VS2 и сглаживающее звено С.

Рис. 1. Структурная схема одной фазы дифференциальной защиты трансформатора

РАСЧЕТ УСТАВОК ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

Расчет дифференциальной защиты трансформатора, выполненной с реле РСТ-23, производится в следующем порядке:

1. Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности.

,

где Sном – номинальная трехфазная мощность защищаемого трансформатора;

Uном – номинальное напряжение рассматриваемой стороны защищаемого трансформатора в соответствии с его паспорт-ными данными.

По номинальным токам производится выбор ТТ сторон и схемы соединения их. ТТ проверяют по утяжеленному режиму с учетом перегрузочной способности. Номинальный вторичный ток ТТ равен 5 А. Коэффициент трансформации ТТ КI определяют как отношение номинальных токов.

2. Определяются номинальные вторичные токи в плечах защиты.

Сторона трансформатора с наибольшим вторичным током в плече защиты называется основной. Расчеты весьма упрощаются, если основная сторона является стороной основного питания.

3. Выбираются стороны, к ТТ которых наиболее целесообразно присоединить тормозные обмотки: на двухобмоточных трансформаторах – к ТТ, установленным на стороне низшего напряжения; на трехобмоточных трансформаторах – к ТТ, установленным на сторонах среднего и низшего напряжений.

4. Определяется первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от БТН при включении ненагруженного трансформатора под напряжение и токов небаланса переходного процесса

Iсзmin ≥ К Iном,                                                                         

где К – коэффициент, используемый при отстройке защиты от БТН, принимается равным 0,5 . Iном – номинальный ток транс-форматора основной стороны.

5. Определяется ориентировочное значение первичного тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса при сквозном токе Iрасч.max , равном току начала торможения (Iт.нач.), без учета составляющей тока небаланса I^IIIнб

Iсзmin ≥ Кн Iнб.расч,                                                                          

6. Определяется число витков рабочей обмотки ТАV, соответствующее минимальному току срабатывания Iсз.min для основной стороны

где Fср – выбранная МДС срабатывания реле; Iср.min – ток срабатывания реле, определяется приведением тока Iсзmin ко вторичным цепям ТТ основной стороны.

7. Определяются числа витков первичных обмоток ТАV, соответствующие току срабатывания защиты Iсзmin, для других (неосновных) сторон защищаемого трансформатора по условию равенства нулю результирующей МДС первичных обмоток ТАV при нагрузочном режиме и внешних КЗ (при неучете небаланса). Это обеспечивается при равенстве МДС всех сторон в условиях прохождения по ним одной и той же мощности защищаемого трансформатора.

I_осн.в . W_{раб.осн} = I_I.в W_I.расч = I_II.в W _{II расч},

где Iосн.в, II.в и III.в – вторичные токи в плечах защиты для ос-новной и неосновных сторон, соответствующие номинальной мощности трансформатора; Wраб.осн – принятое число витков рабочей обмотки ТАV для основной стороны (Wраб.осн ≤ Wраб.осн..расч).

Рассчитанные витки набираются отпайками обмоток Wp, WУ1 и WУ2 при помощи перемычек на плате реле.

8. С учетом составляющей тока небаланса I^III_нб определяется первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса и при необходимости уточняется выбранная МДС срабатывания при неизменном числе витков Wраб.осн.

9. Определяется коэффициент торможения КТ.

10. Определяется величина тока ограничения торможения I_ТГ, при котором происходит переход тормозной характеристики на второй горизонтальный участок. Этот участок исключается при одностороннем питании защищаемого трансформатора. При питании трансформатора с других сторон ток ограничения торможения должен быть больше максимальной величины тока в тормозной обмотке при внешнем трехфазном КЗ на этой питающей стороне.

11. Определяется коэффициент чувствительности защи-ты.

, ,                                            (2.16)

где I(m)kmin – минимальное значение периодической состав-ляющей тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне , приведенного к стороне основного питания; Iсз.min – минимальный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения, приведенный к стороне основного питания; К(m)сх – коэффициент схемы, определяется видом повреждения (m), схемой соединения ТТ защиты на стороне основного питания и схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора; К(3)сх – коэффициент схемы в симметричном режиме для ТТ стороны основного питания.

Как правило, чувствительность защиты при Iсз = 0,5 Iном обеспечивается с большим запасом. Поэтому необходимость в ее расчете возникает в особых случаях, когда при КЗ в защищаемой зоне токи весьма малы.