Название: Краткая характеристика испытываемой защиты - (автор неизвестен)

Жанр: Технические

Просмотров: 1213


Первичные токи небаланса установившегося режима

 

Приведенный выше материал показывает, что в дифференциальных защитах трансформаторов токи небаланса определяются большим числом факторов, чем в аналогичных защитах других ЗЭ (например, генераторов), и имеют соответственно повышенное значение. В общем случае расчетный ток небаланса () состоит из трех слагаемых, которые для упрощения  складываются арифметически.

 ,                                     (2.1)

где  – слагаемая расчетного тока небаланса, обусловленная погрешностью ТА;  – слагаемая, обусловленная регулированием коэффициента трансформации;  – слагаемая, обусловленная округлением числа витков уравнительной обмотки.

Ток  определяется по выражению

                      ,                                       (2.2)

где  – полная погрешность ТА, при выборе ТА по кривым предельных кратностей принимается равной 0,1;  – коэффициент однотипности ТА, принимается равным 1;  – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ (переходный режим), для реле с НТТ принимается равным 1;  – действующее значение периодической составляющей тока, протекающего через трансформатор при максимальном внешнем трехфазном металлическом КЗ.

Ток  можно определить по выражению

                                          .                                          (2.3)

 

 

(2.4)

 

Расчетное выражение для определения тока  получено на основании (1.10)

Ток небаланса является периодическим, поэтому с помощью НТТ от него отстроиться невозможно. Вместе с тем ток небаланса может достигать значительной величины, превышающей . Если отстроить защиту от периодических токов небаланса путем увеличения тока срабатывания (>), это может привести к недопустимому снижению ее чувствительности. Чтобы обеспечить достаточную чувствительность в минимальных режимах и высокий уровень отстроенности от периодических токов небаланса при внешних КЗ в максимальных режимах, защиту выполняют с торможением. Дифференциальной защитой с торможением называется защита, ток срабатывания которой автоматически возрастает с увеличением специально сформированного тормозного сигнала. Тормозной сигнал формируется из токов в плечах защиты, следовательно, является функцией тока КЗ.

Подпись: Рис. 2.1. Зависимость тока небаланса 
от тока внешнего КЗ (1); зависимость 
тока срабатывания защиты от тормоз-ного сигнала (тормозная характерис-тика) (2); зависимость тока в реле 
от тока внутреннего КЗ (3)
Ток срабатывания защиты с торможением можно определить по

выражению

,           (2.5)

где – начальный ток срабатывания защиты (при полном отсутствии торможения); – коэффициент торможения, который характеризует степень использования тормозного

сигнала.

Необходимо так выбрать , чтобы > в возможном диапазоне токов при КЗ вне зоны защиты. Изложенное можно проиллюстрировать рис. 2.1.

При внутреннем КЗ  определяется точкой пересечения кривых 2 и 3. При этом .

 

Принцип действия реле ДЗТ-11

 

В реле ДЗТ-11 удачно сочетаются свойства НТТ в переходных режимах и принцип торможения в установившемся режиме. НТТ выполнен трехстержневым. На среднем стержне b размещены рабочие обмотки ( и ). На крайних стержнях a и g размещены одинаковые части тормозной обмотки  и и вторичной обмотки НТТ  и (рис.2.2). Реле КА присоединяется к  и  по схеме равновесия ЭДС. Обмотка  подключается к дифференциальной цепи защиты, а обмотка  – в одно из плеч защиты, где, как известно, при внешнем КЗ (точка К на рис. 2.2) протекает ток, пропорциональный току КЗ. Ток, протекающий по , создает магнитный поток , циркулирующий толь ко по крайним a и g стержням. Поток  наводит в частях вторичной обмотки  и  ЭДС, равные по величине и противоположные по направлению; результирующая ЭДС от действия тормозного тока равна нулю.

При внешнем КЗ одновременно с протеканием по рабочей (на рис. 2.2 – ) обмотке НТТ периодических токов небаланса тормозная обмотка обтекается полным током того плеча защиты, на стороне которого предусмотрено торможение (на рис. 2.2 – ). Ток рабочей обмотки  создает в сердечнике НТТ рабочий магнитный поток , направляющийся из среднего сердечника b в крайние  a и g стержни. Поэтому поток  наводит в частях вторичной обмотки  и  ЭДС, совпадающие по фазе и обусловливающие ток реле. Величина и направление ЭДС в частях вторичной обмотки  и  зависит от величины и знака МДС стержней a и g ( и ). Если токи  и  совпадают по фазе, то при выбранном условном направлении этих токов (рис. 2.2) МДС стержней определяются по выражениям

                                   .                                          (2.6)

                                    .                                         (2.7)

 

Рис. 2.2. Принципиальная схема продорльной дифференциальной защиты

трансформатора с реле ДЗТ-11

 

МДС тормозной обмотки такова, что крайние стержни насыщаются

(рис. 2.3). Поэтому, если   значительно больше , то ЭДС в частях вторичной обмотки  и  мало отличаются по величине и остаются противоположными по направлению.

Таким образом, подмагничивание крайних стержней НТТ тормозным током ухудшает условие трансформации тока из первичной (рабочей) обмотки во вторичную и приводит к автоматическому увеличению тока срабатывания, т.е. происходит торможение (магнитное) срабатывания реле. Условием срабатывания реле является примерное равенство МДС рабочей и тормозной обмоток

                                    .                                             (2.8)

 

 

 

 

Рис. 2.3. Кривая зависимости ЭДС в частях вторичной обмотки  и от МДС стержней a и g

 

 

 

 

В условиях срабатывания , поэтому

                                                                                      (2.9)

Следовательно, реле ДЗТ-11 действительно имеет тормозную характеристику.

Следует отметить, что угол сдвига фаз (y) между рабочим и тормозным токами при внешнем КЗ зависит от соотношения составляющих расчетного тока небаланса. При неполном выравнивании токов плеч защиты и  ток  совпадает по фазе с током  и угол y = 0. Ток  , который обусловлен различием токов намагничивания трансформаторов тока, сдвинут по отношению к току  на угол, близкий . В зависимости от угла y можно построить семейство тормозных характеристик.

В справочниках на реле ДЗТ приводятся две тормозные характеристики (рис. 2.4). Верхняя соответствует случаю наибольшего торможения и является расчетной по чувствительности при внутренних КЗ и наличии торможения. Нижняя соответствует случаю наименьшего торможения (y = ) и является расчетной по селективности для отстройки от периодических токов небаланса при внешних КЗ.

 

Рис. 2.4. Тормозные характеристики ДЗТ-11

 

Порядок расчета дифференциальной защиты трансформатора

с реле ДЗТ-11

 

Определяются первичные токи на сторонах высшего и низшего напряжений защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. По этим токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока  и коэффициентов схемы  (таблица).

 

 

Наименование

величины

Обозначение и метод

расчета

Числовые значения

для стороны

Первичные номинальные токи защищаемого трансформатора,  А

 

 

 

Схема соединения трансформаторов тока

 

 

 

Коэффициент схемы

    

 

 

 

Коэффициент трансформации трансформаторов тока

 

     

 

 

Вторичные номинальные токи в плечах защиты, защищаемого трансформатора, А

 

 

 

 

Сторона трансформатора с наибольшим вторичным током в плече защиты называется основной.

Определяется первичный ток срабатывания защиты по условию

отстройки от БТН при включении ненагруженного трансформатора под

напряжение.

                               ,                                            (2.10)

где  – коэффициент, используемый при отстройке защиты от БТН, принимается равным 1,5;  – номинальный ток основной стороны.

Число витков первичной обмотки НТТ, соответствующее току срабатывания защиты, определяется по выражению

                           ,                                                (2.11)

где  – минимальная МДС срабатывания реле, для реле ДЗТ-11 при отсутствии торможения равна 100 А; – ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне, определяется приведением тока  ко вторичным цепям трансформаторов тока основной стороны по выражению

                                                                    (2.12)

Принимаемое число витков , что соответствует току срабатывания защиты

                                                                         (2.13)

По выражению (1.10) определяется расчетное число витков уравнительной обмотки. Токи в плечах защиты определены и введены в таблицу. Округление числа витков уравнительной обмотки до целого производится в ближайшую сторону.

Определяются первичные максимальные токи КЗ, проходящие через защищаемый трансформатор при внешних трехфазных КЗ на его сторонах (точки К1 и К4 на рисунке к разд. 3) и минимальные токи при КЗ в зоне действия защиты (точки К2 и К3).

Выбирается сторона, к трансформаторам тока которой наиболее целесообразно присоединить тормозную обмотку НТТ. Выбор стороны должен производиться таким образом, чтобы обеспечить возможно большую чувствительность защиты [4]. На понижающих двухобмоточных трансформаторах – это сторона нисшего напряжения, а на повышающих – высшего напряжения.

Определяется необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле по тормозной характеристике, соответствующей минимальному торможению (кривая II на рис. 2.4). Для упрощения расчета тормозная характеристика заменяется касательной к ней, проведенной из начала координат, а в расчет вводится тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс ().

Несрабатывание защиты при внешнем КЗ будет обеспечено, если удовлетворяется неравенство

                            ,                                     (2.14)

где  и  – соответственно первичный ток небаланса, определенный по (2.1), и первичный тормозной ток при КЗ, расчетном для выбора числа витков тормозной обмотки;  – число витков рабочей обмотки НТТ реле на стороне, к которой присоединена тормозная обмотка, при этом учитывается фактическое число витков, если рассматриваемая сторона является основной, и расчетное число витков, если рассматриваемая сторона является неосновной;  – коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, принимают равным 1,5;  может приниматься равным 0,75 (рис. 2.4).

Определяются коэффициенты чувствительности при металлических КЗ разных видов на выводах защищаемого трансформатора в расчетных по чувствительности режимах работы подстанции и питающей системы.

Для защиты понижающего двухобмоточного трансформатора с односторонним питанием коэффициент чувствительности можно определить по

выражению

                                      ,                                      (2.15)

где  – минимальное значение периодической составляющей тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне, приведенного к стороне питания;  – ток срабатывания защиты, приведенный к стороне питания;  – коэффициент схемы, который определяется видом повреждения (m), схемой соединения трансформаторов тока защиты со стороны источника питания и схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора;  – то же, но симметричного режима.

В соответствии с ПУЭ требуется обеспечить наименьший  примерно 2.

В том случае когда имеется торможение (по тормозной обмотке протекает ток при КЗ в защищаемой зоне), коэффициент чувствительности вычисляется по выражению

                                           ,                                        (2.16)

где  – рабочая МДС НТТ реле при рассматриваемом металлическом КЗ;  – МДС срабатывания реле в условиях, когда защита находится на грани срабатывания при рассматриваемом КЗ, но не металлическом, а через переходное сопротивление.

Рабочая МДС определяется по выражению

                                      ,                              (2.17)

где  – число витков рабочей обмотки НТТ реле, используемого на

стороне n; – ток, подводимый к рабочей обмотке НТТ реле с числом витков  при рассматриваемом КЗ.

МДС срабатывания определяется по тормозной характеристике реле, соответствующей максимальному торможению (кривая I на рис. 2.4) следующим образом: определяется тормозная МДС НТТ реле как

                                            ,                                     (2.18)

где  – тормозной ток, подводимый к тормозной обмотке () реле; на плоскость (рис. 2.4) наносится точка, соответствующая , определенной по (2.17) и , определенной по (2.18) (точка А); проводится прямая, соединяющая эту точку с началом координат (прямая ОА на рис. 2.4) Рабочая МДС, которая соответствует точке пересечения этой прямой с тормозной характеристикой I (точка А΄ на рис. 2.4), и является МДС срабатывания .