Пошаговая инструкция расчета дифференциальной защиты для трансформатора

Присутствует несколько типов защиты трансформатора в зависимости от его технических характеристик и условий использования, требований к общей технике безопасности на производстве или в быту при самостоятельной эксплуатации. Обязательно должен проводится расчет дифференциальной общей защиты трансформатора, ведь только в таком случае можно быть уверенными в надежности и эффективности устройства.

Выбор типа защиты

Трансформаторы и автотрансформаторы, в частности, как относящиеся к одному из подвидов, надежны и конструктивно правильны с точки зрения того, что в них не присутствуют вращающиеся и движущиеся части. Это позволяет избежать внешних ударов и сколов, которые привели бы к повреждению внутренней части.

Также использование блока в качестве основного элемента конструкции позволяет избежать перемещений деталей внутри во время смены положения или передвижения. Но несмотря на это во время эксплуатации нельзя полностью защитить тс от нарушения стабильных режимов работы и внутренних повреждений. Для избежания этой проблемы оборудованию придается специальная релейная защита.

Также в конструкции устройства могут возникать короткие фазовые замыкания. При этом может быть действия между одними фазами, расположенными по соседству, или же между одной или двумя на землю. Также распространены проблемы, касающиеся возникновения коротких замыканий между обмотками с разными напряжениями и между витками одной фазы. Возникают кз и на поверхности шин, на вводах и кабелях.

Безусловно, избавление от замыканий и защита от них потенциально убережет специалистов от получения травм, связанных с токовым импульсом. Но и, кроме этого, по технике безопасности говорится, что защита трансформаторов необходима со стороны оберегания самих механизмов от повреждений, загорания, а окружающих предметов от пожаробезопасной ситуации, которая может возникнуть при поломке.

Выбор средств защиты происходит в зависимости от имеющихся проблем. Но в любом случае трансформатор оснащается определенными кожухами, носящими первичный характер. Остальные средства защиты подбирают, судя по мощности, конструкции и типологии возникающих проблем в устройствах данного типа.

Описание и область применения дифференцииальной токовой защиты

Дифференциальная защита является самой быстродейственной для оборудования. Благодаря ее принципу действия стало возможным применение на любых устройствах, как относящихся к типу обычных силовых тс, так и авто.

Но несмотря на преимущества схемы не универсальны. Имеют место быть не на всех устройствах, а удовлетворяющих таким характеристикам:

• одиночно работающие устройства с показателями мощности от 6300 кВ на А и более;
• функционирующие трансформаторы, расположенные параллельным образом, с мощностными показателями от 400 кВА.

Также используется дифференциальная защита в случае, если мощность устройства около тысяч кВА или может несколько выше, но токовая отсечка, которая также установлена в качестве защитного экрана, не обеспечивает нужного показателя чувствительности. Что касается последнего пункта, то в расчет берут то, что максимальная выдержка должна составлять не больше 1 секунды. Если в данном тс показатель превышен, то берется и дифференциальная защита.

Удобство схемы состоит в том, что она может использоваться при параллельной работе устройств. Если рассматривать обратный принцип работы, то выясняется, что при установке дифференциальной защиты происходит не только быстрое прохождение, но и селективное отключение прибора.

Виды

Несмотря на то, что дифференциальная защита относится к довольно популярному методу защиты трансформаторов применяться везде она не может. Связано это с тем, что распространяется сфера деятельности на устройства с ограниченными показателем мощности.

Токовая отсечка

Если прибор, в том числе и автомобильный трансформатор, работает при мощности выше 6 300 кВ-А (одиночный) или от 4000 кВ-А (параллельные несколько), то единственно удобным и рациональным способом защиты выступает токовая отсечка.

Действие основано целиком на принципах работы токовой отсечки линий. На вводах при коротком замыкании ток существенно больше, чем со стороны нагрузки. Ток срабатывания отсечки подбирается в зависимости от ее работы при коротком замыкании — она не должна сработать.

В формуле учитываются показатели максимального тока, который проходя через входы передается дальше, коэффициент надежности отсечки (выбирается из табличных данных). Учитывают чувствительность — она характеризуется определенным коэффициентом. Этот показатель не менее двойки.

Газовый

Еще один распространенный способ защиты — газовый. Применяется на различным виде оборудования, но только если присутствует масляное охлаждение с расширителями. Они обязательны с технологической точки зрения для работы таких устройств:

• трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6 300 кВА и больше;
• оборудование с мощностью от 1000 до 4000 кВА, которые не оснащены отсечками и дифференциальной защитой;
• приборы с указанными выше показаниями, которые обладают характеристикой максимальной токовой защиты от 1 секунды и более.

Если на трансформаторе со средними мощностными показателями установлена уже другая защита, например, дифференциальная или отсечки, то использование газовой не нужно. Но если устройство работает внутри цеха, его мощность превышает 630, то обязательна газовая защита, даже если другие виды.

От сверхтоков

Используется и методика защиты тс от сверхтоков. Она отключает источники подачи электроэнергии, если наблюдаются повреждения внутренней части механизма, в том числе и выключателей, шин.

Перегрузка обычно симметричная, для ограждения от ее используют максимальную токовую защиту по одной фазе. Если оборудование располагается в обслуживаемом помещении, то выдержка действия на сигнал, в не обслуживаемых — на разгрузку или отключение. Тип установки зависит от количества обмоток. Для двух обмоточных они находятся со стороны основного питания, а для трех обмоточных — на стороне обмотки, где нет питания, и со стороны питания. В случае эксплуатации варианты с трехсторонним питанием используется сразу три прибора на всех сторонах.

Дополнительные трансформаторы тока требуются для защиты от замыканий на корпусе. Он вставляется в заземляющую шину между контуром и корпусом. При этом включается токовое рыле на вторичке.

Обратить внимание стоит на то, что механизм защиты выбирается в зависимости от конструктивных особенностей. Определяющими являются и характеристики мощности, силы тока.

Блоками БМРЗ

Дифференциальную используют в качестве основной быстродействующей. Они необходима для защиты выводов, внутренней конструктивной части. Подключение к блоку БМРЗ происходит по схеме звезда. При этом не учитываются группы и схемы соединения.

Главное, чтоб устройство обеспечивало подачу вторичных токов с положительным направлением (в сторону прибора, для ограждения от короткого замыкания которого они предназначены). Двухфазное подключение делается только в том случае, если в треугольнике нужно подать общий токовый импульс фаз А и С в противофазе. Обратить внимание следует на то, что:

• первичные токи не совпадают по фазе, значения их не равны в модуле;
• угол сдвига в зависимости от вариации соединения первички и вторички;
• различия коэффициентов приводят к усилению неодинаковости вторичных токов;
• ограниченное использование промежуточных приборов достигается благодаря выравниванию;
• компенсация поворота фазы достигается благодаря перекосу треугольника.

 

Если короткое замыкание внешнее, то ток проходит только по фазам, соединенным по звезде. Если обмотка в типе треугольник, то токи перемещаются по периметру фигуры, при этом на фазах их нет. Токи нулевой последовательности не учитываются при расчетах.

В блоках ДМРЗ есть два вида защиты: ДТО и ДЗТ. Первый останавливают на показатель усиления небаланса в режиме кз, но в любом случае он не всегда приравнивается по коэффициенту чувствительности. Для обеспечения этой цели используют ДЗТ, который срабатывает, когда наблюдается ток торможения.

Расчет производится программным образом, при этом учитываются собственные токи трансформатора. Ток намагничивания есть только в принимающей напряжение обмотке. Блок ставится раздельно для любого контура. В некоторых случаях эффективней перекрестное блокирование.

Выбор первичных ТТ и ПТН блоков БМРЗ

Используемые ТТ обязаны быть соответствующими требованиями по релейной защите. Отдельно рассматриваются вопросы температурной устойчивости. Проводятся расчеты таких показателей:

• максимальный фазный ток, протекающий через устройство;
• минимальный фазный ток;
• номинальные коэффициенты тока;
• рабочий ток средний.

Принимают в расчет среднее знание погрешности максимальной 0,1, если кратность тока не более номинальной, такие же условия к нагрузке. Погрешность минимальная 0,5.

Настройка определяется программой, если при макс. значения тока ПТН не получается подобрать, то выбирают вариант с кратность тока первички в 10 процентов от погрешности и не более 20 процентов.

Дифференциальная токовая отсечка

ДТО влияет на настройку оборудования и обеспечения защиты разных конструктивных узлов. В частности, отстройка обеспечивается от:

• БТН;
• тока небаланса.

Макс значение принимается из двух возможных для срабатывания отсечки. Выбирается стандартно показатель на уровне четырех или пяти номинальных коэффициентов.

При расчете тока небаланса понимаются во внимания многие характеристики, в том числе и коэффициент отстройки, коэффициент погрешности ТТ при переходе, периодичность тока фазы внешнего давления, максимальное значение погрешности и минимальное, относительные погрешности и токи распределения.

Токовая дифзащита с торможением

Дифференциальная защита вычисляется аналогичны образом. Относительные погрешности определяются как половины диапазона регулирования. Крайние коэффициенты понимают только в том случае, если это не влияет на характеристики чувствительности.

Условия торможения будут различаться в зависимости от того, какое тс используется. Если речь идет о двухобмоточном, то коэффициенты погрешности не учитывают, их принимают равными единицы. Обязательно рассматривают схему соединения обмоток и элементов, только в таком случае возможно правильно подсчитать схемы.

Общие принципы выбора уставок ДЗТ

Когда требуется уменьшить составляющую небаланса используют блоки БМРЗ с отдельными характеристиками. К числу таких относят учет положения прибора. Выделяют типы:

• грубые;
• чувствительные.

К первому типу установки относят все усредненные регулятивные положения (до половины отклонения). При чувствительных выбирают вариации с отклонениями не более 5 процентов от изначального показателя. Чувствительность увеличивается, если снижать ток при расчете положения трансформатора.

Принцип выбора состоит в поиске верной группы переключения. Условия пользования блоками приведены в инструкциях к устройствам. Современные варианты переключаются автоматически, при этом блок сам ответственен на подачу сигнала. Важно провести такие действия как установку первичного тока, установку сигнала небаланса.

Выбор уставки начального тока срабатывания ДЗТ

На этот этапе важной характеристикой становятся условия отстройки. Они вычисляются от максимального показателя тока небаланса при включенной нагрузке. Учет происходит в режимах двух переключателей. Один раз проверяются данные по грубому, а второй по чувствительному типу. После проводится суммирование показателей и вычисляется среднестатистическое.

Показатели тока меняются в зависимости от количества слоев обмотки. Для двухобмоточных или трехобмоточных вариантов будут разными показатели тока.

Выбор уставки коэффициента торможения второго участка, характеристики

Этот коэффициент вычисляется по формулам условий отстройки в зависимости от тока небаланса номинального, который появляется при токе торможения в окончании последнего участка.

Учитывается тип чувствительности установки — расчеты проводятся дважды. Грубыми принимают в том случае, если регуляции напряжения в источники не происходит и не имеет никакого влияния. Обычно для расчетов принимается значение равное минимальному для ввода.

Выбор уставки коэффициента торможением третьего участка, характеристики

Здесь учитываются условия отстройки срабатывания от тока небаланса при условиях максимальных показателей кз. Для вычисления необходимы данные о коэффициенте увеличения погрешности (он принимается стандартно равным 2,5), фазном токе, максимальной погрешности, номинальном вторичном токовом импульсе.

Проверка чувствительности ДЗТ

Чувствительность вычисляется на выводах, когда функционирование ведется в привычном режиме на ответвлении. По стандартам коэффициент не должен превышать двух. Но в ряде случаев снижение невозможно по техническим причинам. Значение принимается равным 1,5 или около того, если:

• мощностные характеристики на выводах низшего тс меньше 800 мва;
• если не происходит питание одной из сторон;
• при включении под напряжение с одной стороны;
• в режиме короткого замыкания за реактором.

Если присутствуют другие защитные механизмы, то ее допустимо не использовать. Все внимание уделяется коэффициенту чувствительности и по его особенностям судят о возможности исключения прибора. Расчет коэффициента проводится в случае, если минеральное значение небаланса более десятой доли единицы.

Выбор уставки сигнализации небаланса

Критерии выбираются таким образом, чтоб коэффициент находится в разумных границах. Учитываются показатели коэффициента отстройки (вкладываются дополнительные 10-20 процентов), а также максимум по временным показателям резервов.

Выбор уставок ДЗТ при наличии ТСН в зоне защиты

Коэффициент в таком случае будет равен 1,5. Учитывают периодичность протекания тока по фазам и показатели нормального тока, который подается на первичную обмотку трансформатора. Дополнительно рассматривают данные о рабочем токе, который возникает в режиме нагрузки.

Выбор уставок блокирования ДЗТ при возникновении БТН

Необходимо учитывать все вышеизложенные инструкции, но, кроме этого, инструкции дополнены другими пунктами. Среди них:

• перекрестную блокировку применять только в случаях, если того требуют особенности группы соединения обмоток;
• если возможно проследить причины отключения тс и устранить их, то блокирование крест-накрест не используется;
• если выявленная причина — недопустимое значение ИПБ для проведения блока, то повторно включают оборудование.

Уставка во времени — около одной секунды для оборудования средней и малой мощности, для больших величин стандартно 2 секунды.

Требования к оформлению результатов расчета

Предъявляются определенные требования к оформлению порядка расчетов. Это позволяет проводить вычисления понятно для других радиолюбителей и специалистов, которые будут использовать информацию позже, если этого потребует ситуация.

Выдается специальный бланк задания. Если речь идет о крупном производстве, то этим вопросом занимаются уполномоченные сотрудники. Если расчет производится самостоятельно, то рекомендуется скачать образцы в интернет. Бланк включает в себя информацию об установках и ключах. Специалисты обязуются руководствоваться схематическими решениями, которые представлены в конкретной инструкции.

Примеры расчета

Двухобмоточный трансформатор

Начинается решение задачи с выяснения показателя от броска тока намагничивания и от тока небаланса. Первый равен произведению коэффициента отстройки на данные о номинальном токе тс. Значение второго тоже произведение из коэффициента запаса и тока небаланса.

Рассчитывается отрицательное положение тока, а ток небаланса включает в себя данные о всех. Учитываются коэффициенты апериодической составляющий и однотипности, трехфазного кз. Далее вычисляется:

• ток срабатывания реле;
• число витков обмотки ВН;
• число витков НН;
• коэффициент чувствительности защиты.

Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН

Устройство с расщеплением обмотки низкого напряжения рассматривается как два двухобмоточные. При этом обязательным условием является их питание из общей сети.

Данные вносятся в общую схему, расчет проводится по идентичному алгоритму с предыдущим. Исключение составляет лишь последние этапы, когда проводится обозначение числа витков и влияние на это нагрузки.

Трехобмоточный силовой трансформатор

Расчет дифференциальной защиты тс с тремя обмотками будет немного дольше, так как проводится вычленение коэффициентов для каждой схемы. Алгоритм действий такой:

• определение первичных номинальных токов для ВН, СН и НН;
• определение вторичных номинальных токов, учитывая тип соединения;
• выбор рабочих ответвлений;
• вычисление расчетного коэффициента небаланса устройства, используя табличные данные;
• определение диф тока срабатывания;
• чувствительность тормозного показателя.

На последнем этапе определяется, выполняются ли условия сопоставления тока срабатывания в зависимости от приложенной нагрузки. Должно быть более двух.

На понижающих трансформаторах

Понижающие трансформаторы также нуждаются в диф. защите, что и другого типа. Расчет ведется аналогичным образом, то есть сначала вычисляются токи, небаланс, проверяются коэффициенты.

Важно обращать внимание на подключенные нагрузки и их мощностные показатели. При расчете понижающего оборудования — это обязательное условие.

Анализ защиты в программе Fastview

Программа Fastview предназначены для отображения данных с осциллограммы, которые были записаны в специальном формате. Платформа способна проводить расчеты и предоставлять аналитические данные на векторной, частотной диаграммах. Специалист может собрать полученные данные и внести их в форму. Программа сама рассчитает по коэффициентам и данным константы параметры и представит результат в нужном виде. Fastview доступна для скачивания в интернет бесплатно.