Расчет защиты трансформатора

Основными видами повреждения в трансформаторе являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов, повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и «пожару стали».

Для трансформаторов с высшим напряжением 10(6) кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

• 1) междуфазных коротких замыканий в обмотках и на выводах (токовая отсечка без выдержки времени);
• 2) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ (максимальная токовая защита);
• 3) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой (максимальная токовая защита от перегрузки).

В данном проекте будем рассчитывать защиту для трансформатора.

ТМГ -2500/10/0,4, со схемой соединения .

Максимальная нагрузка трансформатора примем равной 1,4· S_ном.т.

Максимальное время защит линий, отходящих от шин НН трансформатора равняется собственному времени отключения автоматических выключателей, t_макс = 0,03с.

Приведем токи КЗ в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 — Токи КЗ для расчета защиты трансформатора.

Максимальная защита трансформатора и токовая отсечка выполнена с применением устройства микропроцессорной защиты «SEPAM T-20"[19].

SEPAM серии 20 представляет собой терминал для использования в простых защитах одного присоединения, основанных на измерении токов или напряжений. Например: защита воздушных линий со встроенным АПВ; защита вводов и фидеров подстанции от междуфазных КЗ и замыканий на землю; защита трансформаторов 10 (6) кВ малой мощности от перегрузок (в том числе тепловая защита с учетом температуры окружающей среды и двумя группами уставок для разных режимов обдува); защита двигателей от внутренних повреждений и повреждений, зависящих от нагрузки с контролем режима пуска, включая защиту от перегрузок (в том числе термическая защита с учетом температуры окружающей среды и кривой холодного состояния, которую можно отрегулировать в соответствии с характеристиками двигателя.

Для цифровых терминалов SEPAM уставки рассчитываются и задаются в первичных величинах или в процентах от номинальных значений.

Поясняющая схема к расчету релейной защиты трансформатора изображена на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 — Схема к расчету РЗ трансформатора.

Расчет токовой отсечки. Токовая отсечка от междуфазных КЗ на стороне 10 кВ. Для защиты трансформаторов мощностью до 4 МВ· А может применяться токовая отсечка [1]. На трансформаторах 6,3 МВ· А и более должна устанавливаться продольная дифференциальная защита. Известно, что мощности трансформаторов 10/0,4 кВ не превышают 1600 кВ· А (в исключительных случаях 2500 кВ А). Поэтому для защиты вводов и части первичной обмотки этих трансформаторов применяется токовая отсечка. Если применение токовой отсечки не позволяет обеспечить чувствительность защиты (k_ч ?1,5), то для трансформаторов мощностью более 1000 кВ· А применяют продольную дифференциальную защиту.

Продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на крупных трансформаторах мощностью 6,3 МВт и более. Она используется в качестве основной быстродействующей защиты от всех видов КЗ в обмотках трансформатора, КЗ на выводах и в соединениях с шинами высшего и низкого напряжений. По условиям селективности токовая отсечка не должна срабатывать при КЗ на стороне 0,4 кВ. Это обеспечивается правильным выбором значений параметров срабатывания этой защиты. Уставка срабатывания реле выбирается больше значения тока трехфазного КЗ стороне 0,4 кВ. В зону действия токовой отсечки входят выводы обмотки 10 кВ, часть первичных обмоток трансформатора, а так же кабель, соединяющий трансформатор с выключателем Q2.

Уставка токовой отсечки выбирается по формуле:

где — значение тока трехфазного КЗ на выводах обмотки 0,4 кВ, А.

k_отс — коэффициент отстройки учитывающий погрешность при расчете значений токов КЗ.

Для цифровых терминалов SEPAM, k_отс принимается в диапазоне 1,1…1,15.

Защита не должна срабатывать при включении трансформатора от броска намагничивающего тока:

Выбирается больший из токов срабатывания защиты, т. е. 831,6 А.

Для проверки чувствительности необходимо знать двухфазный ток короткого замыкания на выводах 10 кВ трансформатора. По известному значению тока трехфазного найдем ток двухфазного КЗ по формуле:

Проверим коэффициент чувствительности токовой отсечки:

Защита чувствительна. Токовая отсечка действует только при повреждениях на выводах и части обмотки ВН поэтому выдержка времени токовой отсечки принимается с.

Расчет МТЗ. Максимальная токовая защита трансформатора устанавливается со стороны вводов 10 кВ и является одновременно защитой ввода рабочего питания 0,4 кВ. На реактированных линиях 10 кВ МТЗ является единственной защитой от междуфазных КЗ, так как при защите этих линий быстродействующие защиты не применяются. МТЗ выполняет функцию резервной защиты токовых защит трансформатора при их отказе или выводе из действия. Выбор уставок срабатывания МТЗ осуществляется из условия несрабатывания защиты при самозапуске электродвигателей. Причем, значения токов самозапуска могут значительно превышать номинальные значения токов трансформатора. При использовании в качестве защиты цифровых терминалов SEPAM защита выполняется с применением трансформаторов тока в трех фазах.

Защита должна быть отстроена от максимально возможного тока нагрузки, с учетом токов самозапуска электродвигателей:

где k_сзп — коэффициент самозапуска электродвигателей, принимается равным 1,3 ч1,5;

I_{наг.макс.} — максимальный нагрузочный ток, А.

Для цифровых терминалов SEPAM значение k_н принимают равным 1,1, а k_в принимают 0,935. Максимальную нагрузку принимаем равной суммарной расчетной нагрузкой всего предприятия УS_расч = 2548 кВ· А.

Чувствительность МТЗ проверяется по коэффициенту чувствительности со стороны 0,4 кВ:

где — ток двухфазного КЗ на выводах трансформатора со стороны 0,4 кВ Защиту чувствительна.

Время срабатывания МТЗ определяем по формуле:

где t_{ср.пред.} — время срабатывания предыдущей защиты, с, в нашем случае автоматический выключатель установленный на стороне 0,4 кВ.

Выдержка времени МТЗ трансформатора принимается с.

Расчет защиты от симметричных перегрузок. Защита от симметричных перегрузок на стороне 10 кВ предназначена для выявления режима симметричных перегрузок защищаемого трансформатора. Защита от симметричных перегрузок действует на сигнал. Данная защита, как правило, выполняется с помощью одной из ступеней МТЗ SEPAM. Защита от симметричных перегрузок не устанавливается на реактированных линиях напряжением 10,5 кВ.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из выражения:

Время срабатывания защиты от симметричных перегрузок должно превышать время срабатывания основных защит трансформатора.

Так как, защита от перегрузки действует на сигнал, то проверять чувствительность нет необходимости. Выдержка времени принимается с.