Трансформаторов и автотрансформаторов

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ

а) Составляющие тока небаланса

При внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вто­ричных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие не­равенства вторичных токов в реле в указанных режимах появля­ется ток небаланса , который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую I _нб. Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1) Составляющая I _нб.т.т вызывается наличием по­грешностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, пи­тающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих в реле при внешнем к. з.,

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фазе полностью скомпенсировано, получим, что I₁/n_I = I _II/ n _II. С уче­том этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

Выражение (16-176) показывает, что, как и в дифференциаль­ных защитах линий игенераторов, ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической раз­ности намагничивающих токов трансформаторов тока защиты. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной.

2) Составляющая I _нб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового транс­
форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при определен­ных соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса I _нб.рег. Обычно параметры компенси­рующих устройств (w _yили п_а) подбираются для среднего значе­ния N. При отклонении от него на ± ∆ N % появляется ток не­баланса

где I _скв — сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор. Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформато­ров с регулировкой N под нагрузкой ∆ N = ±10 ÷ 15%.

3) Составляющая небаланса, возникающая при неточной компенсации неравенства токов плеч I _{нб.комп,} появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирую­
щих устройств не позволяют подобрать расчетные значения (w _y или п_а), необходимые для полной компенсации.

4) Составляющая, обусловленная наличием тока на­магничивания I _нам у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на рис. 16-23, и вызывает ток I _нб.нам = I _нам трансформатора.

В нормальном режиме I _нам силового трансформатора не пре­вышает 1—5% номинального тока; при к. з. ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с вне­запным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намаг­ничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и к. з. I _нб.нам обычно не учитывается из-за малой вели­чины его.

5) Компенсирующие трансформаторы и автотрансформаторы вносят погрешность при трансформации токов плеч, что вызывает появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и поэтому не учитывается.

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифферен­циальной защите трансформаторов при внешних к. з. определя­ется в основном I _нб.т.т и I _нб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток I _нб._комп, вызван­ный неточностью компенсации неравенства топов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

б) Причины повышенного I _нб в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса в дифференциальных защитах транс­форматоров оказывается обычно большей, чем в дифференциаль­ных защитах генераторов, что объясняется наличием дополнитель­ных составляющих в токе небаланса (I _нб.рег и I _нб._комп) и большим абсолютным значением составляющей I _нб.т.т, обусловленной по­грешностями трансформаторов тока. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных защит трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипности трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего, среднего и низшего напряжения силовых трансформаторов.

Эти конструктивные различия порождают различие магнитных характеристик трансформаторов тока и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности I _IIнам — I_{1 нам}, определяющей величину I _нб.т.т .

Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (напряже­нием 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформато­ров тока, применяемых на напряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной защиты трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, при­соединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока,

и значительное различие сопротивлений плеч.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлении соединительных проводов между трансформатором тока и реле и определяется расстоянием от щита уп­равления, где устанавливаются реле, до распределительных устройств, в которых размещаются трансформаторы тока за­щиты силовых трансформаторов. Очень часто эти расстояния бывают значитель­ными и неодинаковыми по величине.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ло­жится утроенной нагрузкой на транс­форматоры тока, соединенные в треуголь­ник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч трансформаторы тока, соединенные в треугольник, оказываются бо­лее-загруженными, чем вторая группа трансформаторов тока, соединяемая в звезду (см. § 3-7).

Третья особенность имеет место у трехобмоточных транс­форматоров, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки.

В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для раз­личных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты получаются неодинаковыми. Через одну группу (ТIII) протекает суммарный ток к. з., в то время как через две группы (Т1 и ТII) — лишь часть этого тока (рис. 16-24).

В результате первая группа трансформаторов тока ТIII на­магничивается сильнее, что вызывает резкое увеличение их намаг­ничивающих токов по сравнению с намагничивающими токами двух остальных групп.

в) Расчет I _нб

Расчетным путем ток небаланса I _нб.т.т оценивается, так же как и в дифференциальной защите генераторов, по приближенной формуле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з. I _к.макс погрешность трансформаторов тока ε не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где k _одн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему, k _одн= 0,5 ÷ 1; при суще­ственном различии условий работы и конструкций трансформато­ров тока различие их погрешностей достигает максимального зна­чения и тогда k _одн принимается равным 1.

С учетом выражений (16-18) и (16-20) расчетное значение пол­ного тока небаланса по выражению (16-19) примет вид:

г) Меры для предупреждения действия защиты от токов не­баланса

Предотвращение работы защиты от токов небаланса достига­ется выбором тока срабатывания защиты I _ср > I _нб.

Очевидно, что данное условие ограничивает чувствительность защиты.

Для обеспечения достаточной чувствительности защиты при­нимаются меры к понижению величины I _нб. Уменьшение токов небаланса, обусловленных погрешностью трансформаторов тока I _нб.т.т, обеспечивается подбором трансформаторов тока и их вто­ричной нагрузки таким образом, чтобы они не насыщались при максимальном значении тока сквозного к. з. Для обеспечения этого условия трансформаторы тока и их вторичная нагрузка выбираются по кривым предельной кратности или по характеристикам намагничивания трансформаторов тока так, чтобы погрешность трансформаторов тока не превы­шала 10%.

Хотя указанные меры и позволяют уменьшить ток небаланса (за счет снижения I _нб.т.т ), его значение остается все же большим. В связи с этим для повышения чувствительности дифференциаль­ной защиты и вместе с тем для более надежной отстройки от токов небаланса применяются реле, включенные через быстронасыщающиеся вспомогательные трансформаторы, и реле с торможением.

Дата добавления: 2014-12-23