Что такое дифференциальная защита трансформатора
Дифференциальная защита
Назначение: защита электрических объектов от токов аварий, возникающих внутри контролируемой зоны с абсолютной степенью селективности без выдержки времени.
Принцип работы дифференциальной зашиты
Измерительным комплексом работает дифференциальный орган, состоящий из трансформаторов тока и реле, постоянно отслеживающих направление токов на различных участках и срабатывающих при их изменениях.
В номинальном, рабочем режиме ток нагрузки протекает от генераторонго конца к потребителям и по всей линии имеет одно направление. Его отслеживают и учитывают измерительные реле. Если на контролируемом участке возникает короткое замыкание, то токи начинают его подпитывать со всех сторон. На конце линии потребителя ток меняет направление на противоположное.
Это учитывается дифференциальным органом: он срабатывает и запускает логическую схему защит на отключение. Диф защиты работают по двум различным принципам:
Она используется для линий электропередач. Измерительные трансформаторы тока и реле устанавливаются по концам линии на разных подстанциях. Токовые цепи соединяются протяженными кабельными линиями.
У продольной диф защиты измерительное токовое реле подключают так, чтобы вектора токов, приходящие от измерительных трансформаторов, подавались на обмотку встречно. В этом случае при номинальном рабочем режиме или возникновении внешнего КЗ вне контролируемой зоны вектора токов будут взаимно компенсироваться и уничтожаться на обмотке. Поводов для срабатывания не будет.
При возникновении КЗ внутри линии через обмотку токового реле начинают протекать токи. Оно срабатывает.
Более перспективные высокочастотные дифференциальные защиты (ДФЗ, БЧБ и др.) используют этот же принцип, но связь между концами линий для сравнения направлений токов на них осуществляется по каналам связи за счет передачи высокочастотных импульсов.
Ее создают для объектов, расположенных на одной подстанции, например, силовых трансформаторов, блоков двигателей, генераторов и др.
Измерительные трансформаторы тока работают на одной подстанции, но на разных присоединениях защищаемого объекта. Обмотка токового реле также подключается встречно к направлению векторов токов линий. В остальном поперечная дифференциальная защита повторяет принцип работы продольной.
Подробнее различные виды дифференциальных защит рассмотрены тут:
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Дифференциальная защита трансформаторов
Дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты трансформаторов при повреждениях их обмоток, на вводах и ошиновке. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается лишь на одиночно работающих трансформаторах 6300 кВА и выше, на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает защитное действие, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.
Дифференциальная защита основана на принципе сравнения величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.
Действие дифференциальной защиты поясняется рис.1. С обеих сторон трансформатора устанавливаются трансформаторы тока TT1 и ТТ2, вторичные обмотки которых включены последовательно. Параллельно им подключается токовое реле Т. Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то в нормальном режиме, а также при внешнем коротком замыкании токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет равна нулю, ток через обмотку токового реле Т протекать не будет, следовательно, защита действовать не будет.
При коротком замыкании в трансформаторе и в любой точке защищаемой зоны, например в обмотке трансформатора, по обмотке реле Т будет протекать ток, и если его величина будет равна току срабатывания реле или больше его, то реле сработает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет двустороннее отключение поврежденного участка. Эта система будет действовать при междуфазных и межвитковых замыканиях.
Рис. 1. Дифференциальная защита трансформатора: а — токораспределение при нормальном режиме, б — то же при коротком замыкании в трансформаторе
Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи.
Рис. 2. Дифференциальная защита двух параллельно работающих трансформаторов
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Как выполняется защита силовых трансформаторов
Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:
1) многофазных замыканий в обмотках и на их выводах,
2) внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках и «пожара стали» магнитопровода),
3) однофазных замыканий на землю,
4) сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями,
5) сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна),
6) понижения уровня масла.
При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.
Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.
Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.
Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.
Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже — выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.
Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 кВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.
На рабочих и резервных трансформаторах собственных нужд тепловых электростанций применяется продольная дифзащита, при мощности 4000 кВА допускается токовая отсечка.
Предварительно защита рассчитывается для случая применения реле без торможения. Если она оказывается недостаточно чувствительной, применяют реле с минимальным числом тормозных обмоток, обеспечивающих требуемую чувствительность. Ток срабатывания продольной дифзащиты должен быть отстроен от токов намагничивания и токов небаланса.
Защита силовых трансформаторов от внутренних повреждений
Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители, и осуществляется с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле. Газовая защита является единственной защитой трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали.
Допускается действие газовой защиты па сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах, имеющих дифзащиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также на внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от коротких замыканий со стороны источника питания.
Защита трансформаторов от однофазных замыканий на землю
Для защиты от однофазных замыканий на землю повышающих трансформаторов мощностью 1000 кВА и более, присоединенных к сетям с большими токами замыкания на землю, а также на понижающих трансформаторах с заземленной нейтралью предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности от токов внешних замыканий на землю, действующая на отключение.
При этих токах может работать максимальная токовая защита, установленная на стороне ВН, с достаточной чувствительностью, и защиту в нейтрали трансформатора допустимо не устанавливать, оставив ее только для защиты трансформатора при схеме блока трансформатор — магистраль при протяженном шинопроводе магистрали. Ток срабатывания реле защиты от однофазных коротких замыканий трансформаторов при коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ (защита присоединена к трансформатору тока в пулевом проводе у нейтрали трансформатора) должен составлять для соединения обмоток:
где k н —коэффициент надежности, равный 1,15—1,25; k п — коэффициент, учитывающий перегрузку и равный 1,3 для масляных и 1,4 для сухих трансформаторов при отсутствии расчетных данных, k воз — коэффициент возврата реле, k т.т — коэффициент трансформации трансформатора тока, I ном.т — номинальный ток силового трансформатора.
В сетях с малыми токами замыкания на землю защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторах в том случае, если такая защита имеется в сети.
Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями
Если защита повышающих трансформаторов не обеспечивает требуемой чувствительности, то для защиты трансформаторов допускается использовать токовые реле соответствующей защиты генераторов.
В ряде случаев для защиты мощных трансформаторов применяется токовая защита обратной последовательности, которая легко согласуется с аналогичной защитой генераторов.
На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной.
Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал.
На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Дифференциальная защита трансформаторов
Трансформаторы (электротрансформаторы) играют важную роль в системе электроснабжения потребителей на пути от электростанций до конечных электроустановок. Они представляют собой электромагнитные устройства, включающие в себя магнитопровод и несколько обмоток, физически связанных между собой явлениями электромагнетизма и электромагнитной индукции. Предназначение трансформаторов заключается в повышении или понижении электрического напряжения или тока.
Как и все элементы электрической сети, трансформаторы, в случае возникновения аварийных ситуаций, нуждаются в защите. Одним из видов такого рода средств обеспечения безопасной работы выступает релейная дифференциальная защита. Её самыми важными достоинствами являются:
Как работает дифференциальная защита трансформатора
Ответ необходимо искать в самом понятии «дифференциальная» («диф. защита»), обозначающим разницу (неодинаковость) каких-либо факторов или параметров между собой. В случае дифференциальной защиты трансформатора (продольной по своей сути) в качестве этих параметров выступают токи вторичных обмоток трансформаторов тока. Трансформаторы тока устанавливаются в начале и в конце защищаемого участка. К примеру, на высшей и низшей сторонах силового трансформатора.
Схема подключения токового реле, выступающего здесь в роли исполнительного механизма, собрана таким образом, что разница токов вторичных обмоток (величина тока, протекающего через обмотку токового реле, далее именуемая просто «величина»), поступающая на его обмотку, является сигналом для срабатывания вышеназванного реле.
При нормальном режиме работы трансформатора токи направлены встречно друг к другу и величина равна нулю. При аварийном режиме токи сонаправлены, и величина становится достаточной для срабатывания токового реле, которое тут же выдаст сигнал на отключение повреждённого элемента цепи. В этом и заключается теоретическая суть работы дифзащиты трансформатора.
На практике всё обстоит немного иначе:
Где используется?
Дифференциальная защита нашла своё практическое применение в качестве наиболее важной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Однако вследствие целого ряда недостатков:
данный вид релейной защиты находит использование лишь:
Дифференциальная защита на базе реле РНТ
Реле с насыщающим трансформатором тока (НТТ) и электромагнитным реле выполнены по схеме циркулирующих токов. При этом в функции НТТ входят:
Конструкция НТТ: трёхстержневой магнитопровод с удвоенным сечением среднего стержня по сравнению с крайними. На среднем стержне намотаны первичные обмотки; на среднем и правом – обмотки замкнутого контура; на левом стержне – вторичная обмотка, воздействующая на исполнительный орган. Всё это заключено в единый корпус, включающий в себя кожух и цоколь.
Срабатывание защиты (под воздействием тока короткого замыкания) происходит по достижении в стержнях заданной величины индукции: 0,4 Тл для правого и среднего стержней и 1,2 Тл для левого стержня.
Дифференциальная защита на базе реле ДЗТ
В тех случаях, когда отстройка от периодической составляющей токов небаланса во время коротких замыканий слишком велика, что приводит к росту порога чувствительности, на смену реле серии ДНТ приходят реле серии ДЗТ. В основу их работы положен принцип магнитного торможения, реализованный на базе насыщающегося трансформатора тока, но уже без короткозамкнутой обмотки.
Отсутствие короткозамкнутой обмотки компенсируется повышенным коэффициентом отстройки от переходных токов вследствие небаланса и бросков тока намагничивания. Конструктивно в данном случае вокруг магнитопровода среднего стержня намотаны первичные обмотки, вокруг левого и правого – катушки вторичной и тормозной обмоток. Часть витков вторичной обмотки питает исполнительный орган, получающий сигнал при возникновении коротких замыканий путём электромагнитных преобразований в системе НТТ.
Микропроцессорные терминалы дифференциальной защиты
Бесконечно долго функционировать система дифференциальной защиты трансформатора, базирующаяся на электромеханических устройствах (а именно таковые были рассмотрены выше), не может. Всё возрастающие требования к безопасной работе электроэнергетических устройств давно уже находят своё воплощение на базе микропроцессорной техники. Техники, позволяющей формировать комплексную защиту на базе функционирования терминалов высочайшего качества, созданных ведущими мировыми и российскими производителями.
Последнее слово в развитии систем дифференциальной защиты трансформаторов ещё не сказано. Релейная защита, как один из важнейших элементов безопасной работы энергосистем, подвержена постоянным изменениям. Она жадно впитывает в себя наиболее перспективные достижения как в области производства новой электрической аппаратуры, так и в области создания и функционирования современных интеллектуальных систем управления.
А значит, находится на самом пике технического прогресса. Тем более что востребованность создания новых разработок в области дифференциальной и целого ряда иных защит трансформаторов, предназначенных для индивидуального применения, становится всё более актуальной.
Как работает дифференциальная защита? Схемы, принцип действия, реле
Дифференциальная защита — одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки по времени, так как при возникновении прецедента для срабатывания уже точно известно, что короткое замыкание находится в контролируемой зоне. Дифференциальная защита имеет абсолютную селективность и действует на отключение без выдержки времени.
Дифференциальная защита используется
Из-за надежности и быстродействия она является одной из основных для вышеперечисленных устройств.
Интересное видео о работе дифференциальной защиты трансформатора смотрите в видео ниже:
Принцип работы дифференциальной защиты
Основа принципа действия любой дифзащиты – контроль токов в начале и конце защищаемого участка электрической цепи. Для этого используются трансформаторы тока. При их расположении в пределах одного распределительного устройства они подключаются к устройству защиты напрямую с помощью кабелей. Если границы защищаемого участка расположены на большом удалении друг от друга, что характерно для кабельных или воздушных линий, используется два полукомплекта защиты, соединенные между собой вспомогательной кабельной линией.
Если эти токи в начале и конце защищаемого участка равны между собой и направлены в одну сторону, срабатывания не происходит. Так получается при протекании номинальных токов нагрузки или при коротком замыкании вне защищаемой зоны (токов внешнего КЗ).
Но если повреждение произошло в зоне, контролируемой защитой, мощность электрической сети протекает в точку КЗ. При одностороннем питании (для трансформаторов или генераторов) от источника в сторону защищаемого электроаппарата протекает больший ток, чем отдается им потребителю. При двухстороннем (на кабельной или воздушной линии, соединяющей между собой сети с независимыми источниками питания) токи на обоих концах линии сориентированы на точку повреждения.
Создается повод для работы защиты, которая дает команду на отключение объекта одновременно со всех сторон.
В зависимости от особенностей защищаемого объекта для реализации устройств выбираются соответствующие дифференциальные реле. Рассмотрим их особенности.
Подробно о принципе действия диф. защиты смотрите в видео:
Дифференциальная защита на реле РНТ
Реле состоит из двух элементов, объединенных в один корпус. Это быстронасыщающийся трансформатор, имеющий три стержня с обмотками, и выходное токовое реле, являющееся исполнительным органом.
Реле подключено к выводам вторичной обмотки, расположенной на крайнем стержне трансформатора. Две, а иногда и три первичные обмотки, располагаются на среднем стержне и связаны с трансформаторами тока. Имеются еще и дополнительные короткозамкнутые обмотки, предназначенные для гашения апериодической составляющей.
Настройка реле осуществляется переключением количества витков первичных обмоток, чтобы добиться равенства магнитных потоков в магнитопроводе. Также изменением сопротивлений резисторов в выходной и компенсирующей цепях выставляются требуемое торможение при переходных процессах, а также ток срабатывания выходного реле.
РНТ используется в основном для работы в составе РЗА силовых трансформаторов. В первый момент включения в сеть в их сердечнике возникают мощные намагничивающие токи. Они быстро затухают, но при этом создается прецедент для работы защиты: ведь мощность на намагничивание потребляется от источника и остается в трансформаторе.
Устройство РНТ позволяет отстроиться от намагничивающих токов. При резком броске тока сердечник трансформатора быстро намагничивается и реле перестает реагировать на подобное возмущение.
Но при этом при мощных сквозных КЗ реле может ложно сработать из-за токов небаланса. Этого недостатка лишено реле ДЗТ.
Полезное учебное пособие о расчету дифференциальной защиты для трансформаторов можно посмотреть и скачать по ссылке. (размер — 5.5Мб). Автор М.А. Александров — Санкт-Петербург, ПЭИПК.
Дифференциальная защита на реле ДЗТ
Внешне реле ДЗТ почти не отличается от РНТ. Но состав обмоток и их назначение меняется. Магнитопровод также имеет три стержня. Первичные обмотки находятся, как и у РНТ, на среднем стержне. А вот вторичная обмотка размещена одновременно на двух крайних, там же находится еще одна, выполняющая функцию тормозной.
Если КЗ произошло в зоне защиты, тока в тормозной обмотке реле нет, происходит его срабатывание. Если повреждение находится вне защищаемого участка, через трансформаторы протекает большой сквозной ток. Часть его поступает в тормозную обмотку, компенсируя в магнитопроводе потоки от обмоток на среднем его стержне.
В итоге во вторичной обмотке результирующий ток равен нулю. Защита не срабатывает.
Реле с успехом используется для защиты на линиях электропередач, но для силовых трансформаторов его использовать нежелательно. Имея лучшую отстройку от сквозных токов короткого замыкания, оно хуже отстраивается от токов намагничивания.
Ещё одно интересное видео о принципе работы диф. защиты шин:
Микропроцессорные терминалы диф защиты
Микропроцессорные терминалы диф защитыВсе рассмотренные выше реле относятся к электромеханическим. Их производство начато давно. Несмотря на высокую надежность, они уже морально устарели. А знаниями и навыками, необходимыми для их наладки и проверки обладают далеко не все релейщики.
Перспектива развития дифференциальной защиты подразумевает замену электромеханической техники на микропроцессорные терминалы защит, выпускаемые ведущими электротехническими фирмами: АВВ, Schneider Electric, Siprotec и другими.