Принципиальные схемы релейной защиты

Для трансформаторов в соответствии с ПУЭ должны быть предусмотрены защиты от однофазных замыканий на землю и от многофазных в обмотках и на выводах, в сетях с глухозаземленной нейтралью от витковых замыканий в обмотках, от токов, обусловленных перегрузками и внешними К3, от понижения уровня масла, а также от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, если это необходимо по требованиям безопасности. Виды защит, устанавливаемых на трансформаторах, определяются его мощностью и типом, местом установки, назначением и т.д.

Дифференциальная продольная защита устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений. Действие защиты основано на принципе сравнения токов в начале и конце защищаемого участка (рис. 8.14). Аналогичные защиты применяются на двигателях, генераторах, линиях.

б

Рис. 8.14. Дифференциальная продольная защита трансформатора:

а – схема включения токовых катушек реле; б – схема вторичных цепей реле

а

Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то при нормальном режиме работы и при внешнем КЗ относительно защищаемого участка ток через обмотки реле протекать не будет. При КЗ внутри защищаемой зоны через токовые реле КА1-КЛЗ протечет разность токов двух трансформаторов тока, и при ее значении, равном току срабатывания или больше, произойдет отключение выключателей высокого напряжения QF1 и QF2. Вследствие большой разницы в значениях первичных и вторичных токов печных трансформаторов дифференциальная защита в схеме питания ЭТУ не применяется.

Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений должна быть предусмотрена токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусмотрена дифференциальная защита. Указанные защиты должны действовать на отключение всех выключателей трансформатора. Для трансформаторов мощностью 6,3 MB·А и более, а для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более устанавливается газовая защита от повреждений внутри кожуха и от понижения уровня масла.

Для защиты обмоток трансформатора от сверхтоков при внешних КЗ применяется максимальная токовая защита, которая должна быть отстроена от максимального тока нагрузки в наиболее тяжелом режиме работы трансформатора (самозапуске электродвигателей, допускаемой аварийной перегрузке и т.д.). В схемах защиты трансформаторов большой мощности, где при внешних КЗ посадка напряжения не бывает ниже 0,9-0,95 номинальных напряжений, максимальная токовая защита может выполняться с блокировкой минимального напряжения. Такая комбинированная защита позволяет отстроить максимальную токовую защиту от кратковременных посадок напряжения, поскольку импульс на ее включение дается после срабатывания реле минимального напряжения при напряжениях ниже допустимого.

Защита трансформатора от перегрузки осуществляется максимальным токовым реле, имеющим ограниченно-зависимую характеристику и отстраивающимся по току срабатывания и времени действия. Выдержка времени этой защиты должна быть на ступень больше выдержки времени защиты от сверхтоков при внешних КЗ.

Защита трансформаторов цеховых подстанций зависит от мощности силового трансформатора и типа коммутационных аппаратов по ВН и НН.

Если по ВН трансформатор включен через выключатель высокого напряжения, максимальная токовая защита выполняется с помощью токовых реле прямого (РТМ) или косвенного (РТ-40, РТ-80) действия. Выключатель нагрузки и предохранитель в цепи ВН трансформатора позволяют выполнить все необходимые защиты трансформаторов мощностью до 2500 кВ·А (рис. 8.15).

Наличие автоматического воздушного выключателя на НН дает возможность выполнить с помощью максимального расцепителя защиту от однофазных замыканий на землю (рис. 8.15, а).При глухом присоединении трансформатора к шинам НН защита от однофазных замыканий выполняется с помощью ТТ, включенного в нулевой провод (рис. 8.15, б).

Рис. 8.15. Защита трансформатора, включенного через выключатель

нагрузки и предохранитель

Для воздушных и кабельных линий при любой схеме выполнения сетей должны быть предусмотрены защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю. Защита линий отличается большим многообразием и зависит от напряжения, схемы, категории потребителя. Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к защите линий, является обеспечение селективности, т.е. первоочередное срабатывание плавкого предохранителя, ближайшего к месту повреждения со стороны источника питания. Селективность не исключает возможности срабатывания защит как резервных в случае отказа выключателей смежных поврежденных элементов. В электрических сетях с изолированной нейтралью защиту от многофазных замыканий предусматривают в двухфазном исполнении с включением одного, двух или трех реле в зависимости от требований чувствительности и надежности. Защиту от замыканий на землю в этих сетях выполняют с действием на сигнал, а не на отключение, так как замыкание на землю одной фазы не вызывает нарушения работы потребителей. В сетях, работающих с заземленными нулевыми точками трансформаторов, при междуфазных и однофазных КЗ на землю защита должна действовать на отключение. Обычно электроснабжение промышленного предприятия происходит по одиночным или параллельным линиям с односторонним питанием. В этом случае, как правило, должна устанавливаться токовая защита, выполненная в виде токовой отсечки, максимальная токовая защита с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени, токовая поперечная дифференциальная защита параллельных линий и защита от замыканий на землю.

Максимальные токовые защиты могут быть реализованы с помощью различных технических средств: предохранителей плавкими вставками, электромагнитных и тепловых расцепителей выключателей напряжением до 1 кВ, максимальных реле тока в совокупности с реле времени, промежуточными и указательными реле. В процессе применения предохранителей и в некоторой степени и автоматов основной трудностью при реализации этих защит является обеспечение селективности.

Селективность будет обеспечена, если для предохранителей типа ПК напряжением 6…35 кВ разница в номинальных токах плавких вставок будет не менее одной ступени шкалы номинальных токов плавких вставок, для предохранителей типа СПО и в случае использования разнотипных предохранителей – не менее чем на три ступени. В остальных случаях номинальный ток плавкой вставки должен превышать ток плавкой вставки предохранителя смежного более удаленного от источника предохранителя не менее чем на две ступени. Можно обеспечить селек тивность токовой защиты на плавких предохранителях, согласовывая не номинальные токи плавких вставок, а площади их поперечного сечения. Для параллельных линий, присоединенных к шинам подстанции, через один выключатель Q (рис. 8.17), приме

Защита линий от однофазных замыканий на землю обычно осуществляется максимальными токовыми реле, включаемыми через трансформаторы тока. Наблюдаемое в сетях с изолированной нейтралью при однофазных КЗ на землю повышение фазных напряжений контролируется либо включением трех вольтметров, либо включением реле максимального напряжения. Защита кабельных сетей от однофазных замыканий на землю осуществляется с помощью трансформаторов тока нулевой последовательности, надеваемых прямо на защищаемый кабель (рис. 8.18). В нормальном режиме емкости фаз относительно земли одинаковы между собой, и геометрическая сумма токов равна нулю. То же самое и при междуфазных КЗ. При замыкании на землю одной из фаз через реле защиты будет протекать ток, обусловленный емкостью неповрежденных фаз. При протекающем токе, большем, чем ток срабатывания реле КА, будет дан сигнал. При КЗ защита через быстронасыщающийся трансформатор БНТ сработает на отключение выключателя.