Дифференциальная защита

Поэтому при выполнении дифференциальной защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток трансформаторов тока. 
 
Вторичные обмотки трансформаторов тока 1T, установленных со стороны обмотки ВН трансформатора, соединенной в схему звезды, соединяются в такой же треугольник, как и обмотка НН трансформатора, а вторичные обмотки трансформаторов тока 2Т, установленных со стороны обмотки НН трансформатора, соединенной в схему треугольника, соединяются в такую же звезду, как и обмотка ВН трансформатора. 
 
При таком соединении вторичных обмоток трансформаторов тока, как показано на рис. 9-5, в трансформаторах тока 1T, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединенной в треугольник обмотке НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

При определении коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока в случае соединения одной из групп трансформаторов тока в треугольник необходимо учитывать увеличение в 1,73 раза 

 тока, подходящего со стороны этих трансформаторов тока. 
 
Если принять, что обмотки рассмотренного выше трансформатора соединены по схеме звезда — треугольник, то трансформаторы тока должны быть соединены по схеме рис. 9-5. При этом вторичный ток со стороны обмотки 35 кВ будет равен:

Соответственно разлость вторичных токов при отсутствии промежуточного автотрансформатора тока возрастет до

Поэтому промежуточный автотрансформатор тока при установке его со стороны 6,6 кВ должен иметь коэффициент трансформации

Для уменьшения коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока коэффициент трансформации трансформаторов тока, устанавливаемых со стороны обмотки трансформатора, соединенной в звезду, выбирается по номинальному току обмотки, увеличенному в 1,73 раза. 
 
Так, для рассмотренного выше трансформатора при номинальном токе обмотки 35 кВ, 92,5 А коэффициент трансформации трансформаторов тока выбирается по току 92,5*1,73=160 А и принимается равным 200/5. Тогда вторичный ток трансформаторов тока со стороны 35 кВ будет равен:

При этом коэффициент трансформации промежуточного автотрансформатора тока становится близким к единице и равным при установке его со стороны 6,6 кВ

При таких коэффициентах трансформации промежуточных автотрансформаторов тока их можно вообще не устанавливать. 
 
4. Наличие токов небаланса в схеме дифференциальной защиты

Токи небаланса в схеме дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов имеют место из-за погрешностей трансформаторов тока, из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (автотрансформатора) при регулировании напряжения, из-за неточного выравнивания вторичных токов. 
 
Для отстройки дифференциальной защиты от тока небаланса при сквозном к. з. ее ток срабатывания должен удовлетворять условию

где 

 — коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1,3. 
 
Величина расчетного тока небаланса, определяемая погрешностями трансформаторов тока, вычисляется по формуле:

где 

 — коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при к. з., которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе к. з.; принимается равным 1 для реле, имеющих БНТ с короткозамкнутыми обмотками, и равным 2 для реле без БНТ;   — коэффициент однотипности условий работы трансформаторов тока, принимаемый равным 0,5 в тех случаях, когда трансформаторы тока обтекаются близкими по величине токами, и равным 1 в остальных случаях; f = 0,1 — погрешность трансформаторов тока, удовлетворяющих 10%-ной кратности (см.гл. 3); Iк.з.макс — наибольший ток к. з. при сквозном к. з. 
 
Величина расчетного тока небаланса, определяемая изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формулам: 
 
при регулировании с одной стороны трансформатора (автотрансформатора)

при регулировании с двух сторон трансформатора (автотрансформатора)

где 

 — половина регулировочного диапазона с соответствующей стороны от среднего значения, для которого производится выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N =   10%   = 0,1). 
 
Величина расчетного тока небаланса, определяемая неточным выравниванием вторичных токов, вычисляется по формуле:

где 

—расчетные числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (сторон с меньшим вторичным током);   — принятые числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (ближайшие большие или меньшие целые числа витков); Iк.з.макс — наибольшие значения токов к. з. при сквозном к. з. со стороны, где включены обмотки БНТ с витками   
 
Таким образом, суммарный расчетный ток небаланса определяется как сумма трех составляющих, т. е.

Обычно при расчете дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов) вначале определяется ток небаланса как сумма

Затем после выбора тока срабатывания и определения расчетных чисел витков БНТ реле РНТ определяется дополнительно суммарный ток небаланса по формуле (9-10) и производится уточнение ранее выбранного тока срабатывания.

в) Схемы и расчет дифференциальной защиты

1. Дифференциальная  отсечка

 
 
Дифференциальной отсечкой называется дифференциальная защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточ-ного трансформатора приведена на рис. 9-6. 
 
Ток срабатывания дифференциальной отсечки определяют главным образом условием отстройки от броска намагничивающего тока согласно формуле (9-3), принимая 

 = 3   4. 
 
Броски намагничивающего тока в первый момент включения трансформатора могут иметь большие значения и даже превышать ток срабатывания дифференциальной отсечки, выбранный с указанным коэффициентом надежности отстройки. Однако эти токи очень быстро затухают, что дает возможность отстроиться от них за счет собственного времени действия реле дифференциальной отсечки. Для этого в схеме дифференциальной отсечки применяют выходное промежуточное реле (реле П на рис. 9-6) типа РП-251, которое имеет время срабатывания 0,07—0,08 с.

Ток срабатывания дифференциальной отсечки определяется также условием отстройки от токов небаланса, который вычисляется по формуле (9-11). Из двух значений тока срабатывания принимается большее. В тех случаях, когда погрешность трансформаторов тока не превышает 10%, определяющим является условие (9-3). 
 
Основным достоинством дифференциальной отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является большой ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной. 
 
Чувствительность дифференциальной отсечки характеризуется коэффициентом чувствительности

где Iк.з.мин — минимальный ток к. з. при повреждениях в зоне действия дифференциальной отсечки; Iс.з— ток срабатывания дифференциальной отсечки. 
 
Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух.

2. Дифференциальная  защита с реле РНТ-565

Принципиальные схемы дифференциальной защиты с реле РНТ-565 (см. гл. 3) приведены на рис. 9-7 и 9-8. 
 
Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или к. з. ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать число витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов трансформаторов тока и установить необходимый ток срабатывания. 
 
При выполнении дифференциальной защиты двухобмо-точного трансформатора (рис. 9-7) цепи от трансформаторов тока с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов трансформаторов тока можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов. 
 
Расчет дифференциальной защиты производится в следующей последовательности: 
 
1) Определяется ток срабатывания защиты по первому условию по формуле (9-3), при коэффициенте надежности отстройки, 

 
 
Определяется расчетный ток небаланса   по формуле (9-11) и ток срабатывания по второму условию по формуле (9-5). Принимается большее значение тока срабатывания защиты Iс з.

2) Определяются первичные  токи для всех обмоток защищаемого  трансформатора (автотрансформатора), соответствующие номинальной мощности  наиболее мощной обмотки трансформатора  или проходной мощности автотрансформатора  при среднем положении устройства  регулирования напряжения, и вторичные  токи в плечах дифференциальной  защиты. 
 
3) Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным током:

 
 
где nT1— коэффициент трансформации трансформаторов тока с большим вторичным током. 
 
4) Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, которая называется основной:

где 

 —суммарное число витков рабочей и первой уравнительной обмоток с основной стороны; 100 — намагничивающая сила срабатывания реле РНТ-565, А.

В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков принимается ближайшее меньшее к 

 значение, которое может быть установлено на рабочей и первой уравнительной обмотках в сумме или на одной из этих обмоток полностью. Таким образом, установленное число витков с основной стороны в общем случае равно:

5) Определяется расчетное  число витков со стороны с  меньшим вторичным током, которая  называется неосновной, из условия, чтобы при прохождении через  трансформатор сквозного тока  ток во вторичной обмотке В был равен нулю. Это условие выполняется, когда равен нулю суммарный магнитный поток в сердечнике БНТ, что имеет место при равенстве нулю магнитодвижущих сил, создаваемых его обмотками, т. е. при условии

В соответствии с имеющимися отпайками для регулирования числа витков второй уравнительной обмотки принимается ближайшее меньшее или большее значение, которое может быть установлено на этой обмотке, 

 
 
6) После расчета чисел витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется по формуле (9-9) ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов, и суммарный расчетный ток небаланса по формуле (9-10). Затем по формуле (9-5) вновь определяется ток срабатывания дифференциальной защиты, и если он получился больше определенного в п. 1, то необходимо вновь пересчитать числа витков обмоток БНТ. Расчет повторяется до тех пор, пока ток срабатывания, определенный с учетом Iз.нб.расч станет равным или меньше тока срабатывания, определенного предыдущим расчетом. 
 
7) Определяется коэффициент чувствительности при к. з. в зоне дифференциальной защиты при условиях, когда ток к. з. Iк.з.мин имеет наименьшее значение. В соответствии с рекомендациями [Л. 76] коэффициент чувствительности можно определять (упрощенно) по полному току к. з., отнесенному к основной стороне по формуле:

где Iср1 — вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне и определяемый по формуле (9-13);

Здесь Iк.з.мин — полный ток в месте к. з. в минимальном режиме. 
 
Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух. 
 
При выполнении дифференциальной защиты трехобмо-точного трансформатора или автотрансформатора вначале аналогично предыдущему определяются первичные токи со всех сторон, соответствующие номинальной мощности наиболее мощной обмотки трансформатора или проходной мощности автотрансформатора, определяются вторичные токи в соответствующих плечах дифференциальной защиты и выявляется сторона с большим током. 
 
Трансформаторы тока стороны с большим вторичным током, которая также называется основной (например, обмотка III на рис. 9-8), присоединяются непосредственно к рабочей обмотке Р, а трансформаторы тока двух других неосновных сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2. 
 
Расчет дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора (автотрансформатора) производится в следующей последовательности: 
 
1) Определяются токи срабатывания защиты по первому и второму условиям по формулам (9-3) и (9-5) соответственно. При этом расчетный ток небаланса 

 определяется по формуле (9-11). По результатам расчетов принимается большее значение тока срабатывания I с.з. 
 
2) Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне по формуле (9-13). 
 
3) Определяется расчетное число витков рабочей обмотки по формуле (9-14). В соответствии с имеющимися отпайками для регулирования числа витков рабочей обмотки принимается ближайшее меньшее к   значение    
 
4) Определяются числа витков уравнительных обмоток исходя из условия равенства нулю суммарного магнитного потока в сердечнике БНТ аналогично двухобмоточному трансформатору. 
 
Так, если отключена обмотка II, то указанному условию удовлетворяет равенство