Релейная защита. 
Электроснабжение промышленного предприятия

Релейная защита трансформаторов устанавливается на приборах мощностью свыше 6300 кВА или при трансформаторах мощностью свыше 4000 кВА, которые работают одновременно. Также релейная защита трансформаторов предполагает установку в приборах невысокой мощности до 1000 кВА с целью повысить чувствительность защиты (например, максимальная защита тока или токовая осечка).

Наиболее опасные повреждения трансформаторов — это повреждения вводов, которые обычно приводят к загоранию трансформатора и последующему пожару, поэтому релейная защита трансформаторов предусматривает своевременное обнаружение поврежденных вводов, при котором контролируется изоляция вводов.

Релейная защита трансформаторов — это необходимая составная часть прибора, которая предупреждает большинство неисправностей и аварий.

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

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.

В процессе эксплуатации трансформаторы принимают токи, которые превышают не только токи перегрузки, но и номинальные токи, а для сокращения длительности воздействия токов и своевременного вывода трансформатора из работы предусматривается следующая релейная защита трансформаторов:

— защита дифференциальная, которая предназначена для защиты при повреждении обмоток, ошиновки и вводов трансформатора;

• — дистанционная защита;
• — осечка тока, имеющая мгновенное действие для релейной защиты трансформаторов при повреждении вводов, ошиновки, части обмотки;
• — токовая максимальная направленная или просто максимальная токовая щита, которая реагирует на фазные токи, токи обратной или нулевой последовательности, и токовая максимальная защита с минимальным напряжением.

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.

Допускается действие газовой защиты на 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.

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.

Виды реле применяемые для защиты силовых трансформаторов.

Реле РТЗ-51 предназначено для использования совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах защит от замыканий на землю генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю.

Условия эксплуатации:

Высота над уровнем моря до 2000 м.

Диапазон рабочих температур:

• — от минус 40 до плюс 55 °C для исполнения УХЛ4;
• — от минус 10 до плюс 55 °C для исполнения О4.

Окружающая среда взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу реле, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Степень защиты оболочки реле IP40, контакных зажимов для присоединения внешних проводников IP00.

Установка реле на вертикальной плоскости, допускается отклонение не более 5° в любую сторону. Место установки реле должно быть защищено от попадания брызг воды, масел, эмульсий, и др. жидкостей, а также от прямого воздействий солнечной радиации.

Структура условного обозначенияРТЗ-51 Х4.

РТ — Реле тока.

З — Защита от замыканий на землю.

51 — порядковый номер разработки.

Х4 — Климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения (4).

Реле максимального тока РТ-80/1;2 (81,82,83,84,85,86).

Реле предназначены для использования в схемах релейной защиты в качестве органа, реагирующего на увеличение тока в контролируемой цепи и применяются для защиты электрических машин, трансформаторов и линий электропередачи при перегрузках и коротких замыканиях.

Структура условного обозначения.

РТ ХХ/Х Х4.

РТ — реле тока;

Х — классификация серии реле: 8 или 9;

Х — конструктивное исполнение 1; 2; 3; 4; 5; 6;

Х — номинальный ток:

1 — 10 А;

2 — 5 А;

Х4 — климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения (4) по ГОСТ 15 150–69 и ГОСТ 15 543.1−89.

Реле состоит из подвижной системы (алюминиевый диск) — 3, расположенной в поле магнитных потоков Ф1 и Ф2, которые создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагнитов 1 и 2. При вращении подвижная система преодолевает момент пружины 5 и замыкает контакты 4. Пронизывая подвижную систему магнитные потоки наводят ЭДС: Е_д1 = -dФ₁/dt; Ед₂ = -dФ2/dt. Под действием ЭДС возникают вихревые токи I_д1 и I_д2. Между магнитным потоком и током, находящемся в его поле возникает электромагнитная сила взаимодействия: F_э1 и F_э2. Направление их определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком и током. Т. е. силы F_э1 и F_э2 образуют результирующую электромагнитную силу F_э = F_э1+ F_э2. Результирующая сила создает вращающий момент, приводящий в движение подвижную систему.

На этом принципе выполняются измерительные реле тока и реле направления мощности.

Максимальная токовая защита линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одним источником питания. Селективность максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. В радиальной сети с односторонним питанием защита устанавливается на каждой линии. Защита наиболее удаленной от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет выдержку времени, большую выдержки времени предыдущей защиты.

Параметрами срабатывания максимальной токовой защиты являются ток I_{с, з} и время t_{с, з}, срабатывания защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) защиты i-й линии в общем случае выбирается на ступень селективности большим наибольшей выдержки времени t_{с, з,(i-1), мах} предыдущих защит.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты, т. е минимальный ток в фазах линии, при котором защита срабатывает, выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии с учетом необходимости возврата защиты после отключения к. з. защитой предыдущего участка сети.

Оценка максимальной токовой защиты. Максимальная токовая защита получила широкое распространение в радиальных сетях напряжением до 35 кВ.

Защита надежна, так как проста по исполнению и в эксплуатации. Селективность защиты обеспечивается только в радиальной сети с одним источником питания.

Защита небыстродействующая, причем наибольшую выдержку времени имеют защиты головных участков сети, где быстрое отключение к. з. особенно важно с точки зрения надежности снабжения потребителей электроэнергией.

В отдельных случаях при значительном уменьшении мощности источника питания в минимальных эксплуатационных режимах чувствительность защиты может оказаться недостаточной, особенно при к. з. на соседних участках сети, когда рассматриваемая защита должна действовать как резервная.

Расчет релейной защиты.

Расчет характеристик вводного автомата (QF1, QF2).

Определим номинальный ток расцепителя для автомата «Электрон».

Ток расцепителя автомата выбираем исходя из рабочего максимального тока. Рабочим максимальным током для вводного автомата будет являться максимальный ток от всех электроприемников КТП1 (аварийный режим работы трансформаора). Расчетная нагрузка КТП№ 1 составит.

Определяем:

Определяем номинальный ток расцепителя автомата.

где К_ОТС = 1,6 — коэффициент отстройки для автоматических выключателей серии «Электрон»;

I_{Н_РЦ} = 1,6* I_{РАБ_MAX} = 1,6*2518,3 =4029,2А.

Выбираем номинальный ток расцепителя из условия:

I_РЦ.НОМ? I_{РЦ.РАСЧ}.

Принимаем номинальный ток расцепителя автомата I_{Н_РЦ} = 5000 А.

Производим расчет трехступенчатой характеристики автомата.

III ступень (МТЗ) Определим ток срабатывания третьей ступени:

А.

Третья ступень позволяет изменить наклон характеристик выдержек времени МТЗ так, что при токе 6I_{РЦ_НОМ} можно получить выдержки времени равные [4, 8, 16] с. Исходя из требования селективности, принимаем:

с.

II ступень (ТОВ) Токовая отсечка с выдержкой времени позволяет установить кратность к тока ТОВ из ряда [3; 5; 7; 10]. Вторая ступень также позволяет независимую установку времени из ряда [0,25; 0,45; 0,7]c. Для обеспечения селективности необходимо выполнение следующих условий:

I^II_ср>= Кз* I_{доп.пер}

t^II_ср=t^I_ср QF2 +t.

где К^II — кратность тока срабатывания, Кз=1,4 — Коэффициент запаса.

Ток допустимой перегрузки:

А.

Определим кратность тока срабатывания второй ступени:

принимаем К^II = 3.

где =1,6 — коэффициент отстройки.

Отстройка автомата будет производится уставкой по времени срабатывания.

Определяем ток срабатывания второй ступени.

А.

Время срабатывание второй ступени принимаем равной 0,7 с, исходя из требования селективности. t^II_ср = 0,7 c.

I ступень (ТО) Ток срабатывания первой ступени не регулируется, расцепитель первой ступени срабатывает без выдержки времени при токе:

I^I_ср=(2,2. 3)* I^II_ср.

Определим ток срабатывания первой ступени.