Защита измерительных трансформаторов тока



Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Энергетическое оборудование электрических подстанций организационно разделяется на два вида устройств:

1. силовые цепи, по которым передается вся мощность транспортируемой энергии;

2. вторичные устройства, позволяющие контролировать происходящие процессы в первичной схеме и управлять ими.

Силовое оборудование располагают на открытых площадках или закрытых распределительных устройствах, а вторичное — на релейных панелях, внутри специальных шкафов или отдельных ячеек.

Промежуточным звеном, выполняющим функцию передачи информации между силовой частью и органами измерения, контроля, защит и управления являются измерительные трансформаторы. Они, как и все подобные устройства, имеют две стороны с разным значением напряжения:

1. высоковольтную, которая соответствует параметрам первичной схемы;

2. низковольтную, позволяющую снизить опасность воздействия силового оборудования на обслуживающий персонал и материальные затраты на создание устройств управления и контроля.

Прилагательное «измерительные» отображает назначение этих электротехнических устройств, поскольку они очень точно моделируют все процессы, происходящие на силовом оборудовании, и разделяются на трансформаторы:

2. напряжения (ТН).

Они работают по общим физическим принципам трансформации, но обладают различным конструктивным исполнением и способами включения в первичную схему.

Как сделаны и работают трансформаторы тока

Принципы работы и устройства

В конструкцию измерительного трансформатора тока заложено преобразование векторных величин токов больших значений, протекающих по первичной схеме, в пропорционально уменьшенные по величине и точно так же направленные вектора во вторичных цепях.

Конструктивно трансформаторы тока, как и любой другой трансформатор, состоит из двух изолированных обмоток, расположенных вокруг общего магнитопровода. Он изготавливается шихтованными металлическими пластинами, для плавки которых используются специальные сорта электротехнических сталей. Это делается для того, чтобы снизить магнитное сопротивление на пути прохождения магнитных потоков, циркулирующих по замкнутому контуру вокруг обмоток и уменьшить потери на вихревые токи.

Трансформатор тока для схем релейных защит и автоматики может иметь не один магнитопровод, а два, отличающиеся количеством пластин и общим объемом используемого железа. Это делается для создания двух типов обмоток, которые могут надежно работать при:

1. номинальных условиях эксплуатации;

2. или при значительных перегрузках, вызванных токами коротких замыканий.

Первые конструкции используются для выполнения измерений, а вторые применяются для подключения защит, отключающих возникающие ненормальные режимы.

Устройство обмоток и клемм подключения

Обмотки трансформаторов тока, рассчитанные и изготовленные на постоянную работу в схеме электроустановки, отвечают требованиям безопасного прохождения тока и его теплового воздействия. Поэтому они выполняются из меди, стали или алюминия с площадью поперечного сечения, исключающей повышенный нагрев.

Поскольку первичный ток всегда больше вторичного, то обмотка для него значительно выделяется своими габаритами, как показано на картинке ниже для правого трансформатора.

На левой и средней конструкции силовой обмотки вообще нет. Вместо нее предусмотрено отверстие в корпусе, через которое пропускается питающий силовой электрический провод или стационарная шина. Такие модели используются, как правило, в электроустановках до 1000 вольт.

На выводах обмоток трансформаторов всегда предусмотрено стационарное крепление для подключения шин и соединительных проводов с помощью болтов и винтовых зажимов. Это одно из ответственных мест, где может быть нарушен электрический контакт, который способен привести к поломкам или нарушениям точной работы измерительной системы. Качеству его затяжки в первичной и вторичной схеме всегда обращается внимание при эксплуатационных проверках.

Клеммы трансформаторов тока маркируются на заводе во время изготовления и обозначаются:

Л1 и Л2 для входа и выхода первичного тока;

И1 и И2 — вторичного.

Эти индексы означают направление навивки витков относительно друг друга и влияют на правильность подключения силовых и моделируемых цепей, характеристику распределения векторов токов по схеме. На них обращают внимание при первичном монтаже трансформаторов или заменах неисправных устройств и даже исследуют различными методиками электрических проверок как до сборок устройств, так и после монтажа.

Количество витков в первичной W1 и вторичной W2 схеме не одинаково, а сильно отличается. Высоковольтные трансформаторы тока обычно имеют всего одну прямую шину, пропущенную сквозь магнитопровод, которая работает в качестве силовой обмотки. Вторичная же катушка имеет большее количество витков, которое влияет на коэффициент трансформации. Его для удобства эксплуатации записывают дробным выражением номинальных величин токов в обеих обмотках.

Например, запись 600/5 на шильдике корпуса означает, что трансформатор предназначен для включения в цепь высоковольтного оборудования с номинальным током 600 ампер, а во вторичной схеме будет трансформироваться только 5.

Каждый измерительный трансформатор тока включается в свою фазу первичной сети. Количество же вторичных обмоток для устройств релейной защиты и автоматики обычно увеличивается для раздельного использования в кернах токовых цепей для:

защит шин и ошиновок.

Такой способ позволяет исключить влияние менее ответственных цепочек на более значимые, упростить их обслуживание и проверки на действующем оборудовании, находящемся под рабочим напряжением.

С целью маркировки выводов таких вторичных обмоток применяют обозначение 1И1, 1И2, 1И3 для начал и 2И1, 2И2, 2И3 — концов.

Каждая модель трансформатора тока рассчитана для работы с определенной величиной высоковольтного напряжения на первичной обмотке. Слой изоляции, расположенный между обмотками и корпусом, должен длительно выдерживать потенциал силовой сети своего класса.

С внешней стороны изоляции высоковольтных трансформаторов тока в зависимости от назначения может применяться:

загустевшие эпоксидные смолы;

некоторые виды пластмасс.

Эти же материалы могут быть дополнены трансформаторной бумагой или маслом для изоляции внутренних пересечений проводов на обмотках и исключения межвитковых замыканий.

Класс точности ТТ

Идеально трансформатор теоретически должен работать точно, без внесения погрешностей. Однако, в реальных конструкциях происходят потери энергии на внутренний нагрев проводов, преодоление магнитного сопротивления, образование вихревых токов.

За счет этого хоть немного, но нарушается процесс трансформации, что сказывается на точности воспроизводства в масштабе первичных векторов тока их вторичными величинами с отклонениями ориентации в пространстве. Все трансформаторы тока имеют определенную погрешность измерения, которая нормируется процентным выражением отношения абсолютной погрешности к номинальному значению по амплитуде и углу.

Класс точности трансформаторов тока выражается числовыми значениями «0,2», «0,5», «1», «3», «5»,»10».

Трансформаторы с классом 0,2 работают для выполнения особо важных лабораторных замеров. Класс 0,5 предназначен для точных измерений токов, используемых приборами расчетных учетов 1-го уровня в коммерческих целях.

Измерения тока для работы реле и контрольных учетов 2-го уровня производится классом 1. К трансформаторам тока 10-го класса точности подключаются катушки отключения приводов. Они точно работают в режиме коротких замыканий первичной сети.

Схемы включения ТТ

В энергетике в основном применяются трех или черырехпроводные линии электропередач. Для контроля токов, проходящих по ним, используются разные схемы подключения измерительных трансформаторов.

1. Силовое оборудование

На фотографии показан вариант измерения токов трехпроводной силовой цепи 10 киловольт с помощью двух трансформаторов тока.

Здесь видно, что шины присоединения первичных фаз А и С подключены болтовым соединением к выводам трансформаторов тока, а вторичные цепи спрятаны за ограждение и выведены отдельным жгутом проводов в защитной трубе, которая направляется в релейный отсек для подключения цепей на клеммники.

Этот же принцип монтажа применяется и в других схемах высоковольтного оборудования, как показано на фотографии для сети 110 кВ.

Здесь корпуса измерительных трансформаторов смонтированы на высоте с помощью заземленной железобетонной платформы, что требуют правила безопасности. Подключение первичных обмоток к силовым проводам выполнено в рассечку, а все вторичные цепи выведены в рядом расположенный ящик с клеммной сборкой.

Кабельные соединения вторичных токовых цепей защищены от случайного внешнего механического воздействия металлическими чехлами и бетонными плитами.

2. Вторичные обмотки

Как уже отмечено выше, выходные керны трансформаторов тока собираются для работы с измерительными приборами или защитными устройствами. Это влияет на сборку схемы.

Если необходимо контролировать по амперметрам ток нагрузки в каждой фазе, то используется классический вариант подключения — схема полной звезды.

В этом случае каждый прибор показывает величину тока своей фазы с учетом угла между ними. Использование автоматических самописцев в этом режиме наиболее удобно позволяет отображать вид синусоид и строить по ним векторные диаграммы распределения нагрузок.

Часто на отходящих фидерах 6?10 кВ в целях экономии устанавливают не три, а два измерительных трансформатора тока без задействования одной фазы В. Этот случай показан на расположенном выше фото. Он позволяет включить амперметры по схеме неполной звезды.

За счет перераспределения токов на дополнительном приборе получается отобразить векторную сумму фаз А и С, которая противоположно направлена вектору фазы В при симметричном режиме нагрузки сети.

Случай включения двух измерительных трансформаторов тока для контроля линейного тока с помощью реле показан на картинке ниже.

Схема полностью позволяет контролировать симметричную нагрузку и трехфазные короткие замыкания. При возникновении двухфазных КЗ, особенно АВ или ВС, чувствительность такого фильтра сильно занижена.

Распространенная схема контроля токов нулевой последовательности создается подключением измерительных трансформаторов тока в схему полной звезды, а обмотки контрольного реле к объединенному проводу нуля.

Ток, проходящий через обмотку создан сложением всех трех векторов фаз. При симметричном режиме он сбалансирован, а во время возникновения однофазных или двухфазных КЗ происходит выделение в реле составляющей дисбаланс величины.

Особенности эксплуатации измерительных трансформаторов тока и их вторичных цепей

При работе трансформатора тока создается баланс магнитных потоков, образованных токами в первичной и вторичной обмотке. В результате они уравновешены по величине, направлены встречно и компенсируют влияние созданных ЭДС в замкнутых цепях.

Если первичную обмотку разомкнуть, то по ней ток перестанет протекать и все вторичные схемы будут просто обесточены. А вот вторичную цепь при прохождении тока по первичной размыкать нельзя, иначе под действием магнитного потока во вторичной обмотке вырабатывается электродвижущая сила, которая не тратится на протекание тока в замкнутом контуре с малым сопротивлением, а используется в режиме холостого хода.

Это приводит к появлению на разомкнутых контактах высокого потенциала, который достигает несколько киловольт и способен пробить изоляцию вторичных цепей, нарушить работоспособность оборудования, нанести электрические травмы обслуживающему персоналу.

По этой причине все переключения во вторичных цепях трансформаторов тока производят по строго определенной технологии и всегда под надзором контролирующих лиц без разрыва токовых цепей. Для этого используют:

специальные виды клеммников, позволяющие устанавливать дополнительную закоротку на время разрыва выводимого из работы участка;

испытательные токовые блоки с закорачивающими перемычками;

специальные конструкции переключателей.

Регистраторы аварийных процессов

Измерительные приборы делят по виду фиксации параметров при:

номинальном режиме эксплуатации;

возникновении сверхтоков в системе.

Чувствительные элементы регистраторов прямо пропорционально воспринимают поступающий на них сигнал и также отображают его. Если величина тока поступила на их вход с искажением, то эта погрешность будет введена в показания.

По этой причине приборы, предназначенные для измерения аварийных токов, а не номинальных, подключают в керны защит трансформаторов тока, а не измерений.

Об устройстве и принципах работы измерительных трансформаторов напряжения читайте здесь: Измерительные трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты и автоматики

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Защита трансформаторов тока от перенапряжений

Основные защиты силового трансформатора

Трансформаторы и автотрансформаторы конструктивно очень надежны из-за отсутствия движущихся или вращающихся частей. Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны и практически возникают поломки и нарушения нормальной эксплуатации. Следовательно, трансформаторы и автотрансформаторы должны быть оборудованы соответствующей релейной защитой.

Читайте также:  Зарядка на шуруповерт сделать сам

Все основные виды защиты трансформатора можно разделить на две группы:

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов (автотрансформаторов) от повреждений и сигнализации нарушения нормальных режимов работы используются следующие виды защиты:

  • Дифференциальная защита для защиты при повреждении обмоток, вводов и шин трансформаторов (автотрансформаторов)
  • Мгновенное отключение питания для защиты передаточного двигателя (автотрансформатора) в случае повреждения его сборной шины, вводов и части обмотки на стороне источника питания
  • Газовая защита для защиты в случае повреждения внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающегося выделением газа, а также при падении уровня масла.
  • Направленная максимальная токовая или максимальная токовая защита или такая же защита с пуском при пониженном напряжении для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор (автотрансформатор), в случае повреждения как самого трансформатора (автотрансформатора), так и других связанных с ним элементов. Сетевые фильтры срабатывают, как правило, с задержкой.
  • Защита от короткого замыкания на корпус
  • Защита от перегрузки, действующая по сигналу для оповещения обслуживающего персонала или с действием по отключению подстанций без постоянного обслуживающего персонала.
    Кроме того, в некоторых случаях на трансформаторы могут быть установлены другие виды защиты (автотрансформаторы.

Релейная защита трансформатора – это система, состоящая из измерительных и переключающих устройств, которая отключает трансформатор в случае ненормальных условий эксплуатации и в случае ситуаций, приводящих к повреждению.

К аномальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:

  • перегрузка в одну или три фазы, что приводит к увеличению тока, проходящего по обмоткам,
  • замыкание на землю или нейтраль одной или всех клемм трансформатора со стороны высокого или низкого уровня,
  • цепные замыкания внутри обмоток и на стороне отходящих шин,
  • короткие замыкания внутри обмоток трансформатора.

Во всех этих случаях увеличение тока, протекающего по закороченному участку, и снижение напряжения служат сигналом возникновения опасной ситуации.

Ознакомиться с каталогом трансформаторов и другим оборудованием можно в интернет-магазине по ссылке – https://attal.ru/.

Релейная защита должна надежно фиксировать отклонение тока или напряжения и отключать трансформатор или поврежденную секцию.

Из вышеизложенного следует, что защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:

  • отключите трансформатор (автотрансформатор) от всех источников питания, если он поврежден;
  • отключать трансформатор (автотрансформатор) от поврежденной части системы при протекании через него избыточного тока в случае повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором (автотрансформатора), а также в случае повреждения соседнего оборудования и выход из строя его защит или автоматических выключателей;
  • подавать предупредительный сигнал обслуживающему персоналу подстанции (или электростанции) при перегрузке трансформатора (автотрансформатора), выделении газа из масла, падении уровня масла и повышении его температуры.

Защита по максимальному току (МТЗ)


Рис.1 Схема защиты реле максимального тока трансформатора

Максимальная токовая защита трансформатора срабатывает при превышении тока, протекающего через трансформатор (рис. 1). Реле автоматики A0 и A1 срабатывают при токе, превышающем ток короткого замыкания для данной обмотки. Ток измеряется через трансформатор тока, подключенный к двум шинам A и C.

Если на шине B происходит межфазное замыкание, по другим шинам все равно течет большой ток. Одно или два автоматических реле инициируют пусковую цепь таймера T.

для лучшей селективности защиты требуется реле времени: чем ближе трансформатор вдоль линии к источнику питания, тем короче должно быть время срабатывания. Реле времени активирует промежуточное реле через определенный период времени.

L, цепь управления реле отключения YAT. Реле отключения после срабатывания отключает входы и выходы трансформатора от источника и потребителя энергии и блокируется цепями реле времени или промежуточного реле.

Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищены предохранителями со стороны высокого напряжения и предохранителями или автоматическими выключателями со стороны выходных линий низкого напряжения. Ток предохранителя высоковольтного предохранителя выбирается с учетом отстройки от всплесков тока намагничивания при включении силового трансформатора под рабочим напряжением. Имея это в виду, номинальный ток предохранителя.

Основные защиты трансформатора


Любая релейная защита трансформатора направлена ​​на срабатывание в случае повреждения или ненормальной работы этого устройства. Следует отметить, что некоторые из них нацелены на мгновенное отключение в случае аварии, а другие лишь подают предупредительный сигнал персоналу. В свою очередь, персонал уже действует по инструкциям, которые разрабатываются напрямую и индивидуально для каждой схемы электроснабжения и распределительной подстанции. Чтобы узнать, какой тип тревоги возник, параллельно используются сигнальные (мигающие) реле, которые должны быть подписаны согласно правилам.

Для защиты трансформатора используется целый комплекс электромеханических мер и схем, вот основные:

  1. Дифференциальная защита. Защищает от повреждений и коротких замыканий как в обмотках, так и на внешних выводах. Действует только при отключении;
  2. Газовая защита. Защищает от избыточного давления внутри расширительного бачка из-за выброса газа или выброса масла, а также от снижения его уровня ниже определенного критического значения;
  3. Тепловая защита. В основном он организован на тепловых тревогах (ТС), которые посылают сигнал на штатный пульт или включают вентиляторы охлаждения. Этот вид дополнительной защиты действует как предупреждение на начальных этапах возникновения аварийных ситуаций. В этом случае не важен выбор самого транспортного средства, главное правильно выставить диапазон, в котором должен подаваться сигнал. Максимально допустимый нагрев масла – 95 градусов;
  4. Защита от пониженного напряжения. Обеспечивает отключение при падении уровня входного напряжения ниже допустимого. Часто имеет временную задержку, которая позволяет не реагировать на небольшие просадки;
  5. Замыкание на землю. Осуществляется установкой трансформаторов тока в месте соединения корпуса и контура заземления;
  6. Максимальный ток (МТЗ) играет роль защитного механизма как при коротких замыканиях в цепи вторичного тока, так и при больших перегрузках.

Защита трансформатора дифференциальная

Это одна из самых быстрых и важных защит, необходимых для надежной работы следующих трансформаторов:

  1. На однооперационных понижающих трансформаторах мощностью более 6300 кВА;
  2. При параллельной работе этих устройств мощностью от 4000 кВА и выше. При таком подключении данная защита является гарантией не только быстродействия, но и выборочного отключения одного только поврежденного устройства, а не полного отключения электроэнергии поставленного электрооборудования, что привело к производственным потерям или появлению бракованной продукции;
  3. Если максимальная токовая защита трансформатора не обеспечивает требуемой чувствительности и скорости отключения и может срабатывать с задержкой более одной секунды;
  4. Если трансформаторы меньшей мощности, то применяется обычное отключение питания, подключенное к реле тока.

Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока, а точнее его величины. Сравнение происходит в конце и в начале охраняемой территории. Секция в данном случае является одной из понижающих обмоток. То есть один трансформатор тока установлен на высокой стороне, а другой – на низкой.

На схеме показано соединение трансформаторов ТТ1 и ТТ2, включенных последовательно. Т – реле тока, которое остается неактивным при нормальной работе, когда токи одинаковы, т.е их разность будет равна нулю. При возникновении короткого замыкания в защищаемом участке цепи появится разница токов и реле включится, тем самым отключив трансформатор от сети. Этот тип защиты работает как при междуфазных, так и междуфазных КЗ. Мгновенное срабатывание таких защитных устройств не требует задержек, так как их быстрое срабатывание является его главным положительным фактором. Выбор вставки для работы реле Т должен производиться в электротехнических лабораториях или разработчиками этого оборудования. В каждом конкретном случае уровень тока срабатывания реле можно изменить так, чтобы не было ложных срабатываний.

Принцип действия газовой защиты трансформаторов

Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, показанного на рисунке.

Пузырьки можно увидеть в специальном окошке, когда выходят газы.


Реле представляет собой металлический сосуд, в котором расположены два специальных поплавка. Их нарезают по наклонному трубопроводу. В свою очередь, этот трубопровод представляет собой соединение охлаждающего корпуса с радиатором и расширительного бачка.

Если трансформатор исправен, газовое реле заполнено трансформаторным маслом, а поплавки реле находятся в определенном нерабочем состоянии, так как внутри них есть масло. Поплавки напрямую подключаются к контактной группе, которая имеет сигнал тревоги и предупреждения. В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. Когда масло нагревается, в случае аномального процесса в работе выделяется газ, который, согласно законам физики, естественным образом легче поднимается наверх. На газовом тракте есть газовое реле и его поплавки, которые при подъеме определенного количества газа начинают двигаться, открывая первую ступеньку. При более быстром развитии событий второй поплавок приводится в движение и закрывает вторую ступень, что приводит к остановке. Взяв образец масла и проверив его, а также проведя химический анализ, можно определить характер повреждения.

На практике не каждое срабатывание газового реле приводит к отбору и анализу масла, иногда во время заливки оно может попасть в систему, воздух которой будет увеличиваться во время работы и может заставить эту защиту сработать. Для этого достаточно открыть специальный кран (вентиль), расположенный на корпусе реле, и выпустить воздух. Эта процедура выполняется при первом срабатывании предупредительного поплавка.

Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах. Чаще всего используются разные типы этого устройства РГЧЗ-66, ПГ-22, БФ-50, БФ-80, РЗТ-50, РЗТ-80. Во всех есть смотровое окошко и герметичный корпус.

Газовая защита трансформатора и принцип работы, работать в принципе несложно, просто нужно разобраться в них один раз.

Максимальная токовая защита трансформатора

Основная роль отключающего устройства при повышении критического уровня тока для немасляных трансформаторов и трансформаторов малой мощности – это предохранитель. Этот защитный элемент позволяет персоналу, который не понимает причины отключения, возобновить работу, что может привести к повреждению оборудования или возгоранию. Измерительные трансформаторы напряжения дополнительно комплектуются предохранителями, которые размещаются на подстанциях в отсеках КРУ, как и масляные выключатели. Они предназначены для измерения напряжения в сети 6000 кВ и выше, а также для цепей защиты от повышенного или пониженного напряжения.

Для трансформаторов выбор предохранителей производится исходя из этого соотношения

Я тр. – номинальный ток первичной обмотки трансформатора, в цепи которого он установлен.

Предохранитель – это самый простой способ защитить трансформатор от перегрузки по току.

Пусковой ток максимальной защиты при установке снизу выбирается в соответствии с величиной нагрузки, на которую рассчитан трансформатор. Конечно, при выборе релейной защиты этого устройства также стоит учитывать кратковременные пусковые токи, возникающие при пуске вращающихся электрических машин. В основе работы таких защит лежат трансформаторы тока, вот парочка наиболее распространенных схем подключения.

Существует два уровня (степени) отключения: один может быть отключен перегрузкой, а другой уже работает как отключение максимального тока со значительным увеличением тока в контролируемых цепях, включая короткое замыкание. Цифра 6 указывает на измерительные приборы.

Ниже представлена ​​более продвинутая и подробная схема уже непосредственно с подключением реле в цепи катушек масляного переключателя.

Виды повреждений


Рис. 1. Повреждение трансформаторов

В связи с тем, что трансформатор включается в работу вместе с другими устройствами, любое повреждение в линии электропередачи, в цепях низкого напряжения или внутри резервуара одинаково опасно.

Среди актуальных видов аварий отмечаются:

  • Короткое замыкание между обмотками;
  • Замыкание обмотки на корпус;
  • Межфазные замыкания в линии;
  • Закрытие от поворота к повороту;
  • Повреждение интегрированного оборудования;
  • Перегрев точек подключения, электрических контактов;
  • Обрыв цепи, нарушение целостности точек подключения или обмоток;
  • Нарушение крепления утюга, расшатывание листов при ослаблении шнурков кокетки с последующим перекрытием или разрушением витков.

Принцип работы ограничителя перенапряжений

Защитный эффект ОПН обусловлен тем, что при возникновении опасного перенапряжения для изоляции, из-за высокой нелинейности резисторов через ОПН протекает значительный импульсный ток, в результате чего Значение перенапряжения снижается до безопасного уровня для изоляции защищаемого оборудования.

Читайте также:  23601313 плоскогубцы комбинированные 200мм до 1000в

При нормальной работе ток через разрядник имеет емкостный характер и равен десятым миллиамперам. Однако в случае перенапряжения разрядные резисторы проводят и ограничивают дальнейший скачок перенапряжения до безопасного уровня для изоляции защищенной электрической системы. Когда перенапряжение уменьшается, разрядник возвращается в непроводящее состояние.

Вольт-амперная характеристика разрядника состоит из 3-х участков (рис.5):

  1. – область малых токов;
  2. – область средних токов;
  3. – область сильных токов.

В первой области варисторы работают при рабочем напряжении, не превышающем максимально допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов высокое, через них протекает очень небольшой ток утечки). Варистор переходит в среднетоковый режим при возникновении перенапряжения в сети. При этом на границе областей 1 и 2 происходит изгиб ВАХ, сопротивление варисторов значительно уменьшается, и через них проходит кратковременный импульс тока. Варистор поглощает энергию импульса и рассеивает ее в окружающее пространство в виде тепла. Из-за поглощения энергии импульс перенапряжения резко уменьшается. Третья зона для ограничителя – аварийная, сопротивление варисторов в нем снова резко возрастает.

Осциллограммы перенапряжений, возникающих при переключении взрывчатых веществ без разрядников и с разрядниками, показаны на рис. 7 и рис. 8.


Рис. 7. Колебания перенапряжения при переключении ВВ без ОПН.
Рис. 8. Колебания перенапряжения при коммутации ВВ с ОПН.

Вторая группа мероприятий – усиление изоляции входных цепей; установка емкостных колец и электростатических экранов (емкостная компенсация).

Емкостные кольца представляют собой открытые шайбовидные экраны из металлизированного электрокартона. Эти петли охватывают начало и конец обмотки, тем самым повышая кривую распределения начального напряжения, приближая ее к конечной кривой распределения.

Уменьшение неравномерности начального распределения напряжения и сходимость его с конечным распределением достигается за счет использования в трансформаторах дополнительных электростатических экранов в виде открытых металлических колец (витков), закрывающих начальную часть обмотки и соединенных с ее вводом. Этот экран создает дополнительные контейнеры, через которые загружаются поперечные контейнеры, минуя продольные контейнеры.

В результате начальная кривая распределения напряжения заметно сглаживается и становится почти такой же, как конечная кривая распределения для обмоток с заземленной нейтралью. Трансформаторы с изолированной нейтралью также могут быть оснащены электростатическими экранами, но в этом случае используются специальные импидорные устройства, подключаемые между нейтралью и землей. Это устройство содержит емкость, подключенную параллельно разряднику и реактору, которая во время волновых процессов заземляет нейтраль трансформатора, а на промышленной частоте имеет высокое сопротивление и практически изолирует нейтраль.

Деление защит трансформаторов на основные и резервные

Любое повреждение трансформатора представляет собой потенциальную опасность как для целостности оборудования, так и для надежности всей энергосистемы. Поэтому крайне важно грамотно реконструировать работу защит на местных электростанциях, тяговых и трансформаторных подстанциях, КТП и ТП. Для этого защиту трансформатора условно делят на две категории: основную и резервную.

Основная защита – это автоматика, предназначенная для анализа внутреннего состояния трансформатора (обмоток, железа, дополнительного оборудования). Этот тип охватывает как само устройство, так и соседние шины, кабели и т.д.

Резервная защита покрывает те неисправности, которые возникают вне трансформатора, но могут напрямую повлиять на его проводники и внутренние компоненты. Это всевозможные перегрузки, короткие замыкания и скачки в линиях, на соседних устройствах и т.д.


Рис. 2. Базовая и резервная защита

Разновидности защит и их суть

Все защиты трансформаторов должны быть достаточно быстрыми, чтобы вовремя выключить опасный режим. Так как при сверхбольших электрических величинах это легко приведет к разрушению изоляции, упрочнению металлов, возгоранию и другим неприятным последствиям.

Во избежание перегрузок на трансформаторе устанавливается тот или иной вид защиты. Тип защиты, применяемой на понижающих подстанциях, распределительном оборудовании, определяется местными условиями и характеристиками режима работы.

Продольная дифференциальная защита

Объем защиты от остаточного тока распространяется как на сам силовой трансформатор, так и на окружающие его соединения вплоть до измерителей тока. Нормальным режимом работы каждого трансформатора считается равномерное перераспределение нагрузки между всеми тремя фазами, когда электрический ток в каждой из них примерно одинаков.

Продольная дифференциальная защита сравнивает токовую нагрузку во всех фазах. Поскольку ток примерно одинаковый, их геометрическая сумма должна быть равна нулю. В результате сравнения выясняется, что реальный компонент отсутствует или слишком мал для реакции. Но, как только одна фаза замкнется или сразу между несколькими, токи в них перестанут компенсировать друг друга, и их сумма будет отличаться от нуля, сработает дифференциальное срезание.

Рис. 3. Пример дифференциальной защиты

Релейная

Для предотвращения поломки трансформаторов используется достаточно большое количество релейных защит. Однако особого внимания заслуживает реле контроля уровня масла. Эта типология предусматривает мониторинг состояния изолирующей среды. Конструктивно реле представляет собой поплавок с контактами, который удерживается над контактами цепи срабатывания.

Если аварийный режим приведет к утечкам масла и последующему снижению ниже нормы, после чего может произойти поломка, произойдет отключение. Он может быть размещен в основном баке или иметь резервную релейную защиту в расширителе, которая заранее сигнализирует о начале процесса.

Тепловая

Основой тепловой защиты в трансформаторах является классическая термопара. Его расположение определяется типом устройства, его мощностью и габаритами, поскольку перегрев может привести к нарушению изоляционных свойств, привести к тепловому расширению масла.

К наиболее эффективным местам размещения относятся:

  • в верхней части бака;
  • к розеткам высокого напряжения;
  • в обмотках.

Он состоит из двух фаз: первая включает резервные вентиляторы или другие средства охлаждения. Второй, если первому не удалось восстановить перегрев ниже предельного значения, отключает трансформатор.

Токовая отсечка


Рис. 4. Пример отключения электроэнергии

Этот тип защиты используется для отключения любых повреждений, которые могут возникнуть внутри трансформатора. Он расположен на стороне проходного изолятора трансформатора, который должен быть защищен, однако этот эффект распространяется на все обмотки, с которых может подаваться напряжение. Особенностью его применения является схема питания, которая используется в соответствующей линейке.

Таким образом, для трехфазных цепей с изолированной нейтралью отключение тока должно быть двухфазным. А при использовании цепей с глухозаземленной нейтралью необходимо применять защиту в каждом фазном соединении. Когда трансформатор выключен, задержки нет.

Недостатком отсечки является то, что она работает только при больших токах. Поэтому некоторые межфазные, межвитковые замыкания или замыкания на землю в изолированной цепи нейтрали могут остаться незамеченными. На практике это один из самых простых способов отключить трансформатор в аварийном режиме.

Газовая защита

Газовое реле как вид защиты нашло широкое применение в трансформаторах с масляной ванной, где роль диэлектрика, разделяющего токоведущие элементы и заземляющую структуру корпуса, играет трансформаторное масло. При нормальной работе понижающие трансформаторы не подвергаются воздействию диэлектрической жидкости, и масло остается в постоянном физическом состоянии.

Но в случае короткого замыкания между катушками, контакта проводов со сталью или других ситуаций внутри резервуара, горение дуги или нагрев металла приводит к локальному кипению масла. С этого момента начинается выделение газов, которые поднимаются к верхней точке емкости.


Рис. 5. Пример газовой защиты

Для всего бака верхней точкой является расширительный бачок, поэтому в соединительном патрубке между расширителем и баком трансформатора устанавливается газовое реле. Конструктивно газовая заслонка представляет собой поплавок с двумя контактами. При погружении в масло поплавок находится в открытом положении. Как только выделяющиеся газы поднимутся по трубке, поплавок упадет и замкнет контакты, масляный трансформатор отключится.

Струйная защита

Применяется в трансформаторах с первичной и вторичной обмотками на 110, 35, 10, 6, 3,3 кВ, где есть возможность переключать значение напряжения под нагрузкой. Устройство РПН обычно размещается в отдельном резервуаре внутри основного резервуара, который изолирует его от обмоток высокого напряжения. Переключение положений устройства РПН может вызвать как обычные, так и аварийные переключения. Последние приводят к выбросу масла из бака в расширитель.

Для реагирования на такое повреждение устанавливается струйная защита, так как поток масла из устройства РПН активирует датчик дозирования. После этого выключается выключатель, который обесточит обмотки трансформатора.

Максимальная токовая защита


Рис. 6. Пример максимальной токовой защиты

Защита от перегрузки по току используется для работы в ответ на токи короткого замыкания, расположенные в непосредственной близости от источника. Это включает в себя повреждение как обмоток, так и ближайших сборных шин подстанции, окружающего оборудования и т.д.

На практике различают большое количество вариантов МТЗ:

  • От внутренних и внешних коротких замыканий;
  • МТЗ с комбинированным пуском напряжения;
  • МТЗ с пусковым напряжением и фильтром напряжения обратной последовательности;
  • Обратная последовательность совмещена с устройством трехфазного короткого замыкания;

Помимо аварийных режимов, вы можете установить режим защиты от перегрузки по максимальной токовой защите. Для этого рабочий ток устанавливается в определенных пределах. Настройка выбирается на основе максимального значения нагрузки, чтобы выключатель не срабатывал при нормальной работе.

Токовая защита нулевой последовательности


Рис. 7. Пример дифференциальной защиты

Предназначен для защиты трансформатора от возможных коротких замыканий как одной, так и двух фаз на землю. Это ситуации, когда в трехфазной системе нарушена симметрия нагрузки и сумма токов больше не будет равна нулю относительно нулевой точки.

Равновесие системы будет нарушено, что приведет к отключению электроэнергии через определенное время. Это часто сочетается с автоматическим повторным включением, поэтому через несколько секунд автоматический выключатель снова включается, если замыкание разблокировано.

Специальная резервная защита

Специальная резервная защита предназначена для автономного резервирования максимальной токовой защиты в токовых цепях. Его можно использовать как на высокой, так и на низкой стороне трансформатора. Их действие направлено на максимальные первичные и вторичные токи, которые могут возникнуть в непосредственной близости от защищаемого объекта. Работа СРЗ, как правило, имеет задержку по отношению к основным зонам максимальной токовой защиты на стороне 110 – 220 кВ.

Токовая ступенчатая защита

Как и предыдущий вариант, это своего рода защита от сверхтока, в которую встроен ключ последовательности срабатывания для разных обмоток. Он широко используется в цепях, где потребители подключены к источнику с высокими пусковыми токами. Однако чувствительность максимальной защиты имеет дополнительную привязку к напряжению, которая гарантирует блокировку автоматического отключения в случае питания слишком мощной нагрузки, поскольку падение напряжения не достигает установленного предела.

Ступени реконструируются с таким интервалом времени, что воздействие на выключатели нагрузки происходит после основной максимальной токовой защиты.

Защита от минимального напряжения

В случае снижения напряжения питания возможны два сценария: удаленное короткое замыкание, которое распознается другими защитами как большая нагрузка, или подключение слишком большой общей нагрузки. Оба варианта пагубно влияют на работу трансформатора, поэтому как в аварийном режиме, так и в случае перегрузки устанавливается задержка, после которой наступает один из следующих вариантов:

  • закрытие аварийного участка;
  • отстранение от работы неприоритетных потребителей;
  • автоматический розжиг резерва.

Защита печных трансформаторов

Особенности работы и применения резонансного трансформатора Тесла

Эксплуатация печей связана с резким повышением и понижением тока, поэтому здесь не рекомендуется дифференциальная защита, только газовая и тепловая. Нагревательные элементы таких печей могут работать от пониженного напряжения 220-660 Вольт. Чаще всего здесь используются специальные трансформаторы для электропечей. Конечно, речь идет о печах для плавки металла, а не для приготовления пищи. В них режимы плавки меняются как напряжением питания, так и величиной тока дуги. Печные трансформаторы должны быть оснащены защитой от перегрузки и короткого замыкания.Защита от перегрузки устанавливается на стороне низкого напряжения, а трансформаторы тока для мгновенного срабатывания – на стороне высокого напряжения. В этом случае настройка реле настраивается таким образом, чтобы оно не отключалось при нормальной работе от короткого замыкания, так как они работают в этом режиме и при некоторых коротких замыканиях, не должно происходить отключения, а только подъем электродов.

Читайте также:  Внешний источник питания для шуруповерта

В любом случае в заключение хотелось бы подчеркнуть, что последствия нештатных режимов работы трансформатора, а значит, и стоимость последующего ремонта, зависят от наладки и правильной эксплуатации.

Защита трансформатора дифференциальная

Это одна из самых быстрых и важных защит, необходимых для надежной работы следующих трансформаторов:

  1. На однооперационных понижающих трансформаторах мощностью более 6300 кВА;
  2. При параллельной работе этих устройств мощностью от 4000 кВА и выше. При таком подключении данная защита является гарантией не только быстродействия, но и выборочного отключения одного только поврежденного устройства, а не полного отключения электроэнергии поставленного электрооборудования, что привело к производственным потерям или появлению бракованной продукции;
  3. Если максимальная токовая защита трансформатора не обеспечивает требуемой чувствительности и скорости отключения и может срабатывать с задержкой более одной секунды;
  4. Если трансформаторы меньшей мощности, то применяется обычное отключение питания, подключенное к реле тока.

а – нормальная работа, б – при возникновении короткого замыкания между обмотками.

Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока, а точнее его величины. Сравнение происходит в конце и в начале охраняемой территории. Секция в данном случае является одной из понижающих обмоток. То есть один трансформатор тока установлен на высокой стороне, а другой – на низкой.

На схеме показано соединение трансформаторов ТТ1 и ТТ2, включенных последовательно. Т – реле тока, которое остается неактивным при нормальной работе, когда токи одинаковы, т.е их разность будет равна нулю. При возникновении короткого замыкания в защищаемом участке цепи появится разница токов и реле включится, тем самым отключив трансформатор от сети. Этот тип защиты работает как при междуфазных, так и междуфазных КЗ. Мгновенное срабатывание таких защитных устройств не требует задержек, так как их быстрое срабатывание является его главным положительным фактором. Выбор вставки для работы реле Т должен производиться в электротехнических лабораториях или разработчиками этого оборудования. В каждом конкретном случае уровень тока срабатывания реле можно изменить так, чтобы не было ложных срабатываний.

Принцип действия газовой защиты трансформаторов

Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, показанного на рисунке.

Пузырьки можно увидеть в специальном окошке, когда выходят газы.

Реле представляет собой металлический сосуд с двумя специальными поплавками. Их нарезают по наклонному трубопроводу. В свою очередь, этот трубопровод представляет собой соединение охлаждающего корпуса с радиатором и расширительного бачка.

Если трансформатор исправен, газовое реле заполнено трансформаторным маслом, а поплавки реле находятся в определенном нерабочем состоянии, так как внутри них есть масло. Поплавки напрямую подключаются к контактной группе, которая имеет сигнал тревоги и предупреждения. В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. Когда масло нагревается, в случае аномального процесса в работе выделяется газ, который, согласно законам физики, естественным образом легче поднимается наверх. На газовом тракте есть газовое реле и его поплавки, которые при подъеме определенного количества газа начинают двигаться, открывая первую ступеньку. При более быстром развитии событий второй поплавок приводится в движение и закрывает вторую ступень, что приводит к остановке. Взяв образец масла и проверив его, а также проведя химический анализ, можно определить характер повреждения.

На практике не каждое срабатывание газового реле приводит к отбору и анализу масла, иногда во время заливки оно может попасть в систему, воздух которой будет увеличиваться во время работы и может заставить эту защиту сработать. Для этого достаточно открыть специальный кран (вентиль), расположенный на корпусе реле, и выпустить воздух. Эта процедура выполняется при первом срабатывании предупредительного поплавка.

Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах. Чаще всего используются разные типы этого устройства РГЧЗ-66, ПГ-22, БФ-50, БФ-80, РЗТ-50, РЗТ-80. Во всех есть смотровое окошко и герметичный корпус.

Газовая защита трансформатора и принцип работы, работать в принципе несложно, просто нужно разобраться в них один раз.

Максимальная токовая защита трансформатора

Основная роль отключающего устройства при повышении критического уровня тока для немасляных трансформаторов и трансформаторов малой мощности – это предохранитель. Этот защитный элемент позволяет персоналу, который не понимает причины отключения, возобновить работу, что может привести к повреждению оборудования или возгоранию. Измерительные трансформаторы напряжения дополнительно комплектуются предохранителями, которые размещаются на подстанциях в отсеках КРУ, как и масляные выключатели. Они предназначены для измерения напряжения в сети 6000 кВ и выше, а также для цепей защиты от повышенного или пониженного напряжения.

Для трансформаторов выбор предохранителей производится исходя из этого соотношения

Я тр. – номинальный ток первичной обмотки трансформатора, в цепи которого он установлен.

Предохранитель – это самый простой способ защитить трансформатор от перегрузки по току.

Пусковой ток максимальной защиты при установке снизу выбирается в соответствии с величиной нагрузки, на которую рассчитан трансформатор. Конечно, при выборе релейной защиты этого устройства также стоит учитывать кратковременные пусковые токи, возникающие при пуске вращающихся электрических машин. В основе работы таких защит лежат трансформаторы тока, вот парочка наиболее распространенных схем подключения.

Существует два уровня (степени) отключения: один может быть отключен перегрузкой, а другой уже работает как отключение максимального тока со значительным увеличением тока в контролируемых цепях, включая короткое замыкание. Цифра 6 указывает на измерительные приборы.

Ниже представлена ​​более продвинутая и подробная схема уже непосредственно с подключением реле в цепи катушек масляного переключателя.

Индивидуальная защита от непереключения фаз выключате­лей стороны среднего и высшего напряжения АТ

Защита выполняется только на автоматических выключателях с фазным управлением.

Назначение защиты – исключить режим обрыва фазы, возникающий при включении автоматического выключателя в одной или двух фазах.

Защита действует при отключении трех фаз выключателя, который должен быть включен.

Задержка времени защиты (0,15 0,25 сек) выбирается исходя из условия отключения по разности времени включения фаз выключателя.

Мероприятия для защиты обмоток от перенапряжений

Внешняя и внутренняя защита используются для защиты обмоток трансформатора от перенапряжения.

Первая группа мер, внешняя защита, – это использование заземленных кабелей и разрядников для защиты от перенапряжения (SPD). Эти меры позволяют ограничить амплитуду волн напряжения, приходящих на трансформатор. Хотя ПУЭ также указывает на использование клапанных разрядников в качестве защитных мер, в настоящее время они все еще в значительной степени заменены разрядниками из-за преимуществ последних.

Основная активная часть разрядника (рис. 3) состоит из набора варисторов, соединенных последовательно и образующих так называемую «колонну». В зависимости от требуемых характеристик ловушки и ее конструкции ловушка может состоять из колонны или ряда колонн, соединенных последовательно или параллельно. Различие между материалом варистора разрядника для защиты от перенапряжения и материалом резистора для разрядников с клапаном заключается в том, что нелинейные резисторы разрядников для защиты от перенапряжений имеют большую полосу пропускания, а также сильно нелинейную характеристику напряжения тока (VAC)., Благодаря этому можно постоянно и безопасно найти ОПН под напряжением, что гарантирует высокий уровень защиты электрооборудования. Эти качества позволили исключить искровые разрядники из конструкции разрядника.

Материал нелинейных резисторов разрядника состоит в основном из оксида и оболочки в виде глифталевой эмали, что увеличивает КПД варистора. В процессе производства оксид цинка смешивают с оксидами других металлов. Варисторы из оксида цинка представляют собой систему, состоящую из последовательно и параллельно соединенных p – n переходов. Именно эти p – n-переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.


Рис. 3. Разгрузочное устройство

Разрядник представляет собой конструкцию колонны варисторов, заключенных в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярной резины (в случае полимерной изоляции устройства), или колонну варисторов, прижатых к боковой поверхности волоконной трубки стекло, расположенное внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции). В разрядниках с полимерной изоляцией пространство между трубкой из стекловолокна и варисторной стойкой заполнено низкомолекулярной резиной, а сама трубка имеет ряд отверстий, рассчитанных на обеспечение взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ОПН с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах шины располагаются уплотнительные резиновые мембраны и уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливаются специальные крышки со сливными отверстиями. На крышке разрядника есть контактный болт для подключения к сборной шине. Ловушка оснащена заземленной опорной пластиной. Внутренняя стекловолоконная трубка, мембраны и крышки гарантируют взрывозащищенную конструкцию от прохождения токов короткого замыкания.

Характеристики различных модификаций разрядника показаны на рис.4.

Вольт-амперная характеристика разрядника представлена ​​на рис.5.

Внешний вид разрядников различной конструкции представлен на рис.6.


Рис. 4. Характеристики различных модификаций разрядника.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика ОПН.
Рис. 6. Внешний вид различных моделей разрядников

Защита от неполнофазного режима на стороне 330 кВ (750) АТ (ЗНР-330)

Цель защиты – исключить режим обрыва фазы, который возникает при отключении высоковольтного выключателя 330 кВ и трехфазном отключении от второго высоковольтного выключателя 330 кВ.

Защита, как правило, действует на отключение АТ со всех сторон.

Задержка ZNR-330 на 0,3 секунды больше, чем задержка для индивидуальной защиты от непереключения фаз выключателя.

На АТ-750 кВ устройство КИВ-750 используется для контроля состояния изоляции вводов ВН 750 кВ.

Принцип действия прибора заключается в измерении геометрической суммы токов, протекающих под действием рабочего напряжения через изоляцию трехфазных вводов на 750 кВ.

При соответствующей изоляции геометрическая сумма токов, поступающих в реле типа КИВ, близка к нулю. При частичном повреждении изоляции ввода одной из фаз возникает дисбаланс токов, фиксируемый защитой.

Прибор типа КИВ имеет измерительный элемент для оперативного контроля и секционирующий элемент.

Разъединяющий элемент отключает АКПП со всех сторон.

Защита от перегрузки

В качестве такой защиты установлена ​​максимальная токовая защита, которая срабатывает с задержкой сигнала в случае перегрузки по току любой обмотки трансформатора.

Видео: Релейная защита. Вводная лекция

Что такое релейная защита, для чего она нужна. Основные характеристики, которыми должна обладать релейная защита.

Оценка необходимости установки ОПН

На современных трансформаторных подстанциях, как внутренних, так и независимых, напряжение от внешнего источника электроэнергии подается на трансформатор через высоковольтный выключатель (HVDC). Одним из компонентов распределительного щита является вакуумный силовой выключатель (ВВ). При наличии взрывчатых веществ, как описано выше, могут возникнуть перенапряжения с последующим повреждением обмоток.

Однако в последнее время основные производители электрического оборудования, такие как Shneider Electric, Eaton, предлагают небольшие распределительные устройства (РУ), которые включают коммутационное оборудование, лишенное недостатков, присущих вакуумным выключателям, описанным выше.

Гашение электрической дуги в распределительном щите производства Shneider Electric, ячейка RM6 осуществляется по принципу самовдува в газе SF6, что практически исключает прерывание тока и, как следствие, не приводит к перенапряжениям. Те здесь проблема решается с использованием газа SF6.

Компания Eaton в своем инновационном оборудовании Xiria решила проблему компактного распределительного устройства, улучшив конструкцию вакуумного выключателя. Здесь устранение обрыва тока достигается разделением дуги на несколько разрядов с низкой энергией.

По заявлению обоих производителей кратность коммутационных перенапряжений не превышает 1,4. И это совершенно безопасно для обмоток трансформатора.

Следовательно, можно сказать, что при использовании малогабаритных КРУЭ Shneider Electric, RM6 и Xiria установка ОПН для защиты обмоток от перенапряжения не требуется.

Источник

Оцените статью
toolgir.ru
Adblock
detector