Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Источником питания электрооборудования на предприятиях являются силовые трансформаторы, чаще всего их работа связана с высоким напряжением (более 1000 В) и большими токами. Поэтому их габариты, стоимость, а также затраты на ремонт являются ощутимыми даже для крупного производства. В связи с этим соответственно, чтобы и сами эти дорогостоящие устройства и электрооборудование, которое с помощью их питается, были надёжно защищены применяется целый рад защит. Выбор их и настройка дело довольно непростое, поэтому стоит подробно разобрать каждый из них. Конечно же, это касается только крупных трёхфазных трансформаторов на подстанциях. Для питания и защиты маломощных трансформаторов достаточно автоматического выключателя или же предохранителей. Слишком дорого и неоправданно устанавливать полный список защит, например, на все сварочные трансформаторы, применяемые в цехе.

Защита трансформатора

Прямое предназначение защитного устройства для трансформатора высокой мощности — это сохранение его от внутренних повреждений. К таким внутренним угрозам относят следующие:

  1. Витковые замыкания в таких обмотках как ВН и НН.
  2. Пожар стали трансформатора.
  3. Утечка масла из бака трансформатора.

Принцип действия газовой защиты трансформатора основывается на том, что система контролирует разложение трансформаторного масла, которое происходит из-за воздействия очень высоких температур на газы. Повышение температуры — это локальная проблема, которая возникает из-за короткого замыкания обмотки описываемого устройства или же при возникновении пожара стали. При появлении данной проблемы, место, где произошел сбой, будет сильно нагреваться, из-за чего температура газов также будет расти.

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Виды повреждений

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки


Рис. 1. Повреждения трансформаторов


В связи с тем, что трансформатор включается в работу совместно с другими устройствами, любые повреждения на питающей линии, в низковольтных цепях или внутри бака одинаково опасны.

Среди актуальных видов аварий следует отметить следующие:

  • Короткое замыкание между обмотками;
  • Замыкание обмотки на корпус;
  • Межфазные замыкания в линии;
  • Межвитковые замыкания;
  • Повреждение встроенного оборудования;
  • Перегрев мест подключения, электрических контактов;
  • Обрыв в цепи, нарушение целостности точек подключения или обмоток;
  • Нарушение крепления железа, расшихтовка листов при ослаблении стяжек ярма с последующим перекрытием или разрушением витков.

Работа газовой защиты трансформатора

При слишком большой температуре в любом месте внутри трансформатора, масло будет газогенерировать. Газы, образовавшиеся в результате этого, будут стремиться попасть в расширительный бак устройства, а для того чтобы проникнуть туда, они будут проходить через корпус газового реле.

Именно через него и осуществляется газовая защита трансформатора. При слишком большом давлении газов в корпусе реле, уровень масла начнет неизбежно падать, что, в свою очередь, вызывает опрокидывание чашек. В этот момент газовое реле и срабатывает.

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Увеличение чувствительности

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Допустим, произошло внешнее КЗ. При этом по первичным цепям защитных трансформаторов протекает некоторый ток, состоящий из апериодической и периодической составляющих. Такие же «компоненты» присутствуют в токе небаланса, который протекает по первичной обмотке быстронасыщающегося трансформатора. При этом апериодическая составляющая тока значительно насыщает сердечник. Следовательно, трансформация тока при этом во вторичную цепь не происходит. При затухании апериодической составляющей происходит значительное уменьшение насыщения магнитопровода, и постепенно во вторичной цепи начинает появляться некоторое значение тока. Но максимальный уровень тока небаланса окажется намного меньшим, нежели в случае отсутствия быстронасыщающегося трансформатора. Следовательно, увеличить чувствительность можно путем установки значения тока защиты меньше или равным максимальному значению разности потенциалов небаланса.

Газовое реле

Названный вид защиты в трансформаторе представлен механическим реле, которое дополняется двумя парами контактов. Стоит отметить, что интенсивность образования газов внутри трансформатора будет напрямую зависеть от степени, а также характера тех повреждений, которые вызвали это самое образование газов.

Именно благодаря этому есть возможность создать такую газовую защиту трансформатора, которая будет способна определять степень и характер повреждения и, в зависимости от полученных данных, посылать сигнал либо же сразу отключать агрегат. Основным элементом защиты в таких устройствах является газовое реле класса KSG. Его установка осуществляется в маслопроводе, который располагается между баком и расширителем.

Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ

Для выравнивания вторичных токов с разных сторон силового трансформатора необходимо, чтобы номинальные первичные токи силового трансформатора были равны номинальным первичным токам ТТ, а при соединении ТТ в «треугольник» – номинальный первичный ток ТТ был в √3 раз меньше номинального тока этой стороны силового трансформатора.

ТТ имеют стандартную шкалу номинальных значений, поэтому для выравнивания вторичных токов с разных сторон трансформатора используются промежуточные автотрансформаторы (трансформаторы) или магнитное выравнивание с помощью подключения цепей вторичных токов к разным числам витков.

Однако все эти способы не позволяют точно сбалансировать вторичные токи (невозможность установки дробного числа витков или из-за дискретности отпаек витков обмотки и т.п.), поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Эта составляющая определяется:

где Wрасч – расчетное число витков; Wуст – установленное число витков. Расчетное число витков определяется по выражению:

где Wосн и Iном. осн – число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за основную; Wрасч и Iном – расчетное число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за неосновную.

Следует отметить, что в современных цифровых реле удается минимизировать эту составляющую тока небаланса (до уровня ≈ 1%).

Элементы газового реле

Повторимся, что газовая защита трансформатора осуществляется посредством реле. Другими словами принцип действия защиты основан на работе этого устройства. Одним из основополагающих элементов защиты выступают алюминиевые чашки плоскодонного типа, которые осуществляют вращательное движение в такт с контактами подвижного типа, вокруг оси чашки.

Данные провода могут замыкаться с недвижущимися в том случае, если чашки начнут опускаться. А во время правильного процесса эксплуатации (когда объем масла в кожухе реле находится на приемлемом уровне) эти основные элементы защиты удерживаются в определенном положении, при котором они не замыкают ни один из контактов.

При понижении уровня масла в кожухе чашки также начинают опускаться вместе с контактами, которые замыкаются с другими, неподвижными. Причем при небольших повреждениях будет опускаться лишь верхняя чашка, и замыкание ее контактов приведет к тому, что устройство газовой защиты трансформатора подаст лишь сигнал о поломке.

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Если интенсивность газообразования высока, то поток масла и газа будут также воздействовать и на лопасть, которая при замыкании контактов вместе с опущенной чашкой вызовет отключение, работающего трансформатора.

При нормальной работе агрегата, скорость масла внутри имеет значения — 0,6/0,9/1,2 м/с. Данный показатель зависит от качества охлаждения объекта. При возникновении неполадки, скорость отклика газовой защиты трансформатора занимает от 0,05 с до 0,5 с. Можно добавить, что на территории Российской Федерации наибольше распространение получило газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками BF80/Q.


Чувствительность защитных конструкций

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Все типы дифзащиты быстродействующие. И они не работают при наличии внешних КЗ, поэтому необходимо выбирать электромагнитные реле, учитывая максимально возможный ток небаланса в системе при наличии внешнего короткого замыкания. Стоит обратить внимание на то, что у защиты такого типа получается крайне низкая чувствительность. Чтобы ее повысить, необходимо соблюсти множество условий. Во-первых, нужно применять трансформаторы тока, у которых не происходит насыщения магнитопроводов в момент, когда по первичной цепи протекает ток (независимо от его значения). Во-вторых, желательно использовать электроприборы быстронасыщающегося типа. Их нужно подключать к вторичным обмоткам элементов, защита которых производится. Электромагнитное реле подключается к быстронасыщающемуся трансформатору (дифференциальная токовая защита становится максимально надежной) параллельно его вторичной обмотке. Именно так работает дифференциальная защита генератора или трансформатора.

Действие газовой защиты трансформатора

Стоит сказать о том, что газовая защита получила широкое распространение за счет особой чувствительности данной системы — она отлично реагирует на любые внутренние повреждения, которые происходят в объекте.

При любой неполадке внутри агрегата будет образовываться либо электрическая дуга, либо нагрев деталей, и это будет приводить к сильному разложению масла и изоляционных материалов, что, в свою очередь, вызывает образование газов. Так как летучие газы намного легче масла, то они будут подниматься в расширительный бак, располагающийся на самом верху трансформатора. Если газообразование будет слишком интенсивным, то давление этого вещества начнет приводить в движение масло, которое начнет двигаться в сторону расширителя через кожух.

Из этого следует, что газовая защита трансформатора реагирует на интенсивное образование газов и движение масла внутри объекта, так как в сумме эти два действия сигналят о том, что возникла поломка внутри агрегата.

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

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.

Силовые трансформаторы

В силовых трансформаторах кроме наличия газового реле, которое реагирует на газообразование и движение масла в сторону расширителя, присутствуют также реле струйного типа. Предназначение названных реле — защита контакторов маслонаполненных переключателей ответвлений трансформаторов от повреждений, которые могут возникать из-за слишком быстрого потока масла, следующего из бака контактора в расширитель.

Также стоит сказать о том, что газовая защита силовых трансформаторов срабатывает даже при самых незначительных повреждениях, то есть даже при малой интенсивности образования газов и при малой скорости движения масла. Кстати, электрическая защита струйного реле не способна уловить такие мелкие нарушения.

От чего защищает

Дифференциальная защита устраняет воздействие на моторы электрообъектов токов в результате аварий, которые могут появляться в контролируемой зоне. Защитное устройство монтируют на прессостат электродвигателя. Чтобы обеспечить правильную работу измерительной схемы, рекомендуется следить за тем, чтобы совпадали фазы входящих и выходящих токов.

Поперечную защиту устанавливают на линиях с напряжением от 35 до 220 кВ. Ее используют на параллельных линиях электропередач, которые имеют два источника напряжения. Если питание двухстороннее, то трансформаторные станции нужно установить с двух концов линии.

Продольная дифференциальная защита применяется в трансформаторных и автотрансформаторных станциях. Ее используют для охраны одиночной трансформаторной станции на ПС. Дифзащита применяется на автотрансформаторных станциях мощностью до 6300 кВ. Продольный вид необходим для трансформаторных станций, которые работают параллельно и имеют мощность более 100 кВ при условии корректного выполнения работы токовой отсечки.

Вам это будет интересно Особенности автоматического выключателя

Особенности защиты

Важно заметить, что по своему принципу действия газовая защита многогранна. Она реагирует не только на образование газов, но и на наличие в трансформаторе атмосферного воздуха, на движение или толчки масла внутри кожуха, а также на механические повреждения, которые могут возникать из-за вибрации корпуса агрегата.

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Для того чтобы избежать ложного срабатывания газовой защиты и ненужного отключения трансформатора, нижний поплавок газового реле чаще всего выставляют так, чтобы он реагировал на скорость движения масла в пределах от 50 до 160 см/с.

Вспомогательные провода в конструкции защитных цепей

Поперечная и продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Трансформаторы тока находятся в относительной близости друг к другу. Следовательно, вспомогательные провода имеют довольно малую длину. При использовании проводов маленького диаметра на трансформаторы будет воздействовать относительно низкая нагрузка. Что касается тока небаланса, то он также небольшой. А вот степень чувствительности оказывается весьма высокой. В случае отключения какой-либо линии дифзащита становится токовой, временной выдержки и селективности нет. Чтобы исключить ложные срабатывания, блок-контакты линий разъединяют цепь.

Преимущества защиты

Среди основных преимуществ газовой защиты трансформатора можно выделить следующие пункты:

  1. Простота устройства данной защиты, а также высокая чувствительность реле.
  2. Количество времени, которое необходимо защите для принятия решения, очень мало. Присутствует возможность выбора между сигналом и отключением, в зависимости от информации о повреждении внутри объекта.
  3. Именно газовая защита считается наиболее чувствительной при защите обмоток трансформатора, а также при замыкании его витков.

Кроме сказанного, можно добавить, что все трансформаторы, мощность которых 1 000 кВт и более, поставляются уже с наличием данного типа защиты. Однако есть небольшой минус, который заключается в том, что газовая защита никак не реагирует на повреждения выводов агрегата, а потому должна комплектоваться второй защитой от внутренних неполадок. К примеру, в трансформаторах малой мощности, такой системой защиты стали МТЗ и токовые отсечки.

Повышение эффективности дифзащиты

Несмотря на огромный ряд преимуществ перед другими видами защит, дифзащита требует повышения эффективности ее срабатывания в аварийной ситуации при эксплуатации генераторов. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Включение добавочных резисторов к измерительным токовым реле.
  2. Минимизация апериодических величин и настройка отсечек для переходных токов небаланса.
  3. Применение реле с задержкой времени срабатывания.

Таким образом, дифзащита широко применяется для обеспечения стабильной работы электрооборудования и ЛЭП, защиты от пожаров и возгораний, непредвиденных финансовых затрат, а также для сохранения жизни и здоровья человека.

Поделиться:

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on vk
Share on whatsapp

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*

Популярные статьи:

Май 2022
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

Категории:

Для авторов
Возможно многие из Вас обладают хорошими знаниями в сфере строительства и ремонта.

Мы предлагаем Вам заработать на своих знаниях получать дополнительный доход.

Что от Вас требуется:

  1. умение писать уникальные статьи;
  2. отличное знание русского языка;
  3. наличие свободного времени;
  4. желание.

Подробности здесь...
Посетители сайта
1 посетитель просматривают эту страницу.
Пользователей: 1 робот

Сейчас читают:

Если вы хотите получать уведомления на свой E-mail о появлении новых статей, то рекомендуем вам чуть ниже ввести свой электронный почтовый адрес.