Дифференциальная токовая защита с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока. Принцип действия НТТ. Расчёт тока срабатывания. Реле РНТ-565. Реле ДЗТ-11.

Основным элементом реле является насыщающийся трансформатор. Обозначение TLAT.

Насыщающийся трансформатор тока TLAT содержит трехстержневой ферромагнитный сердечник. Воздействую­щая величина (ток I₁) поступает в первичную обмотку w₁а к вто­ричной w₂подключается измерительное максимальное реле тока КА. Характеристика I_p=f{I₁) насыщающегося трансформатора зависит от характера изменения тока I₁. Если ток I1 cинусоидальный, то маг­нитная индукция в сердечнике изменяется в широких пределах —Bmax<=B<=Bmax. Указанному изменению индукции пропорционально среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток Iр в реле. В этом случае НТТ действует как обычный трансформатор тока. Апериодическая слагающая насыщает магнитопровод и изменяет режим работы НТТ.

На рисунке показан случай, ког­да ток iбр (бросок тока намагничивания включаемого силового трансформатора) из-за апериодической слагающей полностью смещен относительно оси времени. Прохождение такого тока по обмотке w1НТТ сопровождается изменением индукции только в пределах +BS>=B>=+Br. Поэтому среднее значение ЭДС вторич­ной обмотки и ток в реле получаются намного меньшими, несмот­ря на то что ток Iбр.max>Im1. Обмотки wK' и wK" предусмотрены для усиления действия апериодической слагающей.

Насыщающиеся трансфор­маторы тока, применяемые в реле, отличаются от рассмотренных НТТ числом первичных обмоток. На магнитопроводе НТТ ре­ле РНТ-565 кроме основной рабочей обмотки Wраб(w₁) размещены до­полнительные обмотки. У реле РНТ-565 они используются как уравнительные Wур I и WурII при неравенстве сравниваемых токов. Обмотки Wраб, Wур I и WурII выполнены секциони­рованными с отводами для возможности дискретного изменения параметров реле. Во всех обмотках НТТ, кроме вторичной w₂, предусмотрено пере­ключение чисел витков для изменения уставок срабатывания реле.

Принципиальная схема защиты трансформатора с ТLАТ в однофазном изображении

Реле РНТ-565 применяются в том случае, если чувствительность токовой от­сечки недостаточна. При этом требуемую чувствительность защита имеет обычно на двухобмоточных трансформаторах мощностью менее 25 МВА.

Предварительное определение то­ка срабатывания выполняется по двум условиям

1. По условию отстройки от броска тока намагничивания:

I_c.з.>=1,3_.*I_т.ном.

2. По условию отстройки от максимального первичного тока небаланса.

При этом учитывается, что для защиты с НТТ коэффициент k_ап=1,0, а составляющая тока небаланса Df_вр в первом приближе­нии не учитывается благодаря соответствующему выбору числа витков уравнительных обмоток НТТ,

Принимается большее из двух полученных значений тока срабаты­вания и производится предварительная проверка чувствительности.

Расчетным по чувствительности является двухфазное к. з. на стороне низшего напряжения в минимальном режиме работы пи­тающей системы и при максимальном сопротивлении защищаемого трансформатора.

Если это условие обеспечивается, то расчет параметров защиты продолжают. Выбирают схему сое­динения трансформаторов тока и их коэффициенты трансформа­ции, определяют число витков дифференциальной Wдиф (Wраб) и уравнительных W_УРI и W_УРII обмоток исходя из принятого значения тока срабатывания, магнитодвижущей силы срабатывания Fc.р. и условия полного выравнивания

В ряде случаев чувствительность защиты с реле РНТ может оказаться недостаточной. В таких случаях диф­ференциальная защита выполняется посредством реле с торможе­нием.

3. Дифференциальная токовая защита на основе реле с магнит­ным торможением.

Для дифференциальной защи­ты трансформаторов выпускаются реле с магнитным торможением типа ДЗТ-11.В реле ДЗТ-11 используется НТТ с дополнительной обмоткой управления, которая называется тормозной обмоткой. Обмотка управления предназначена для изменения характеристики НТТ. Дополнительный ток Iу, протекающий по обмотке управления изменяет степень намагничивания НТТ. С увеличением тока Iу, степень намагничивания увеличивается. Ток небаланса, протекающий по обмотке реле при переходном процессе уменьшается.

Ток срабатывания защиты c реле ДЗТ-11 зависит от числа витков и значения то­ка тормозной обмотки. От­стройка от бросков тока намагничивания достигается выбором тока Iс.з min по условию

I_c.з.>=k_отс.*I_т.ном. (1).

Коэффициент отстройки k_отс принимается рав­ным 1,5, так как реле ДЗТ-11 имеет худшие, чем реле РНТ, пара­метры в отношении отстройки от неустановившихся токов из-за отсутствия в НТТ реле короткозамкнутой обмотки. Далее расчет витков НТТ реле и максимального первичного тока небаланса I_{нб.рсч max1} выполняется, как и для реле РНТ. Дополнением к этому расчету является вы­бор числа витков тормозной обмотки Wтрм, обеспечивающих от­стройку от I_{нб.рсч max1}.

Общая оценка дифференциальных защит трансформаторов. Дифференциальные защиты обеспечивают быстрое и селективное отключение повреждений в зоне, охватываемой трансформаторами тока. Рекомендуется применять дифференциальную защиту на оди­ночно работающих трансформаторах мощностью Рт>=6,3 МВ-А и на трансформаторах мощностью Рт>=4 МВ-А, работающих парал­лельно. Дифференциальная защита устанавливается также на трансформаторах мощностью Рт=:1 ...4 МВ-А в том случае, если: токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени tс.з.>>0,5 с; трансформатор установлен в районе, подверженном земле­трясениям.

При выборе схемы дифференциальной защиты необходимо прежде всего рассмотреть возможность применения наиболее про­стой из дифференциальных защит — дифференциальной токовой отсечки. Только в случае ее недостаточной чувствительности сле­дует использовать реле РНТ. Защиты с реле, имеющими торможе­ние, наиболее сложны, и их применение оправдано только невоз­можностью отстройки защиты без торможения от установившихся значений максимального тока небаланса при внешних коротких за­мыканиях.

Дифференциальная токовая защита имеет тот недостаток, что может отказать из-за недостаточной чувствительности при внут­ренних коротких замыканиях, например витковых. Это вызывает необходимость устанавливать наряду с дифференциальной и газо­вую защиту.

Построить векторную диаграмму напряжений для сетей до 110 кВ, расчет режима по данным начала сети.

Продольная составляющая паде­ния напряжения ∆U₁₂^К = BC^'- это проекция падения на­пряжения на действительную ось или на U₁. Поперечная составляющая падения напряжения δU₁₂^К = AC^' - это про­екция падения напряжения на мнимую ось. Один и тот же вектор падения напряжения AB ^→ проектируется на различ­ные оси. Поэтому

∆U₁₂^Н ≠ ∆U₁₂^К , δU₁₂^Н ≠ δU₁₂^К

Если выразить ток в линии через известные в данном случае мощность в начале продольной ветви линии S₁₂^Н и U₁ то получим выражения:

∆U₁₂^Н= Р₁₂^Н r₁₂ + Q₁₂^Н x₁₂/U₂ (3.35)

jδU₁₂^Н = (Р₁₂^Н x₁₂ - Q₁₂^Н r₁₂)/U₂ (3.36)

Напряжение в конце линии.

U₂ = U₁ - ∆U₁₂^Н - jδU₁₂^Н (3.37)

где U₁ известно; ∆U₁₂^Н, jδU₁₂^Н определяются из (3.35), (3.36).

Модуль и фаза U₂ равны

U₂ = √ (U₁ - ∆U₁₂^Н)² + (δU₁₂^Н)²

tgδ= δU₁₂^Н/(U₁ + ∆U₁₂^Н)

Определение напряжения в конце линии по данным на­чала по выражениям (3.37), а также (3.35), (3.36).

Векторная диаграмма. Напряжение U_ф1, определится как геометрическая сумма век­торов напряжения конца линии U_ф2 и падения напряжения ∆U_ф, вызванного током I_Лв сопротивлениях R и X линии

U_ф1 = U_ф2 + ∆U_ф, где

∆U_ф = I_Л(R + jX) = (l_B2 + I₂)(R + jX) = l_B2(R + jX) + I₂(R + jX)= ∆U_ф0 + ∆U_ф2.

Полное падение напряжения в нагруженной линии, как видно из формулы, складывается из падения напряжения при хо­лостом ходе линии ∆U_ф0, вызванного током I_В2, и падения напря­жения ∆U_ф2, от тока нагрузки /₂.

Переходя к графическому решению (рис. 10-7), вначале опре­деляем падение напряжения в линии при холостом ходе линии от тока /_В2 и затем к полученному результату геометрически прибавляем падение напряжения в ней от тока нагрузки /₂.

У конца вектора U_ф2 строим треугольник abc падения напряже­ния в активном и индуктивном сопротивлениях от тока /_B2. Скла­дывая геометрически вектор полного падения напряжения ас с вектором U_Ф2, получаем вектор напряжения в начале линии при холостом ходе U_ф01. Затем, пристраивая к концу этого вектора треугольник cde падения напряжения в сопротивлениях R и X от тока нагрузки /₂, получаем искомый вектор напряжения в начале линии при нагрузке, т. е. U_ф1.

Таким образом, вектор полного падения напряжения от тока I_Лв сопротивлениях линии R и X будет равен ae, а его продольная и Iпоперечная составляющие соответственно ∆U_ф = af и δU_Ф = ef. Искомый вектор тока в начале линии /₁ находим геометрическим сложением вектора /_л и вектора емкостного тока /_В| = U_ф1В/2, «отложенного от точки 0 перпендикулярно вектору напряжения U_ф1. Искомый угол сдвига фаз φ₁ между векторами U_ф1 и I₁ показан на диаграмме.