Защита цеховых трансформаторов

Основными видами повреждений в цеховых трансформаторах являются следующие:

1) многофазные (междуфазные) КЗ в обмотках и на их выводах;

2) однофазные замыкания, которые бывают двух видов: на землю и между витками одной фазы.

Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна отключать трансформатор. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие катушки (реакторы), защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в сети. Отключение таких замыканий в сетях 6 или 10 кВ необходимо по условиям техники безопасности.

При витковых замыканиях в замкнувшихся витках возникает значительный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора. Поэтому такие повреждения должны отключаться быстродействующей защитой. Но использовать для этой цели имеющиеся в настоящее время защиты не представляется возможным из-за малого тока замкнувшихся витков (когда число этих витков мало);

3) внутренние повреждения (к ним относятся также и витковые замыкания, о которых говорилось выше); "пожар стали" магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают местный нагрев стали, ведущий к разрушению изоляции. Для масляных трансформаторов, защитой от внутренних повреждений является газовая защита, дополненная ТО.

Ненормальными режимами являются следующие:

1) внешние КЗ, при которых через обмотки трансформатора могут проходить токи, превышающие номинальные, что приводит к нагреву изоляции обмоток и ее старению или повреждению;

2) перегрузка трансформаторов, которая не влияет на работу системы электроснабжения, так как токи перегрузки, как правило, невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного, чтобы персонал принял меры к разгрузке трансформатора (например, допускается в течение 45 мин);

3) недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти при повреждении бака трансформатора.

Рис. 3.3. Схема защиты цехового трансформатора:

КА1, КТ1 — МТЗ от перегрузки; КА2, КАЗ — то же от междуфазных КЗ; КА4, КА5, КА6, КТ2 — МТЗ от внешних КЗ; КА7, КТЗ — МТЗ нулевой последовательности от однофазных КЗ; 1—на сигнал; 2 — к приборам

На рис. 3.3 приведена полная схема защиты цехового трансформатора. Как видно из рис. 3.3, реле КА1, КТ1 — однофазная однорелейная МТЗ трансформатора от перегрузки, действующая на сигнал; реле КА2, КАЗ — двухфазная, двухрелейная ТО без выдержки времени, установленная со стороны питания, от междуфазных КЗ в трансформаторе, действующая на его отключение; КА4, КА5, КА6 — двухфазная, трехрелейная МТЗ трансформатора от внешних КЗ, установленная со стороны питания (реле КА4, КА5 включены на фазные токи, реле КА6 — на сумму фазных токов для повышения надежности срабатывания защиты); КА7— МТЗ нулевой последовательности, установленная в нейтрали трансформатора, однофазных КЗ в цепи 0,4 кВ; KSG — газовая защита масляного трансформатора, реагирующая на витковые замыкания, пробои изоляции на корпус и на понижение уровня масла, но не реагирующая на КЗ на выводах трансформатора.

Основным органом газовой защиты является газовое реле (рис. 3.4), устанавливаемое в трубопроводе между баком и расширителем трансформатора и представляющее собой заполненную маслом камеру, внутри которой размещены два поплавка. При снижении уровня масла или небольшом выделении газов, обусловленном КЗ небольшого числа витков, верхняя часть камеры заполняется воздухом или газом и поплавок 7 опускается. При дальнейшем снижении уровня масла и бурном выделении газов опускается также и поплавок 2. К поплавкам прикреплены ртутные контакты (баллончики с ртутью) или бесконтактные датчики положения, благодаря чему изменение положения поплавков используется для электрической сигнализации или действия защиты. Датчик положения поплавка 7 действует на сигнал, а датчик положения поплавка 2 — на отключение трансформатора.

У герметически закрытых трансформаторов, не имеющих расширителя, вместо газового реле применяют реле повышения внутритрансформаторного давления, используемое для отключения.

В четырехпроводной системе со стороны 0,4 кВ однофазные КЗ на землю и замыкание фазы на нулевой провод сопровождаются значительными токами повреждения и представляют опасность для цехового трансформатора. Поэтому защита при указанных повреждениях на стороне НН трансформатора должна действовать на отключение. Цеховой трансформатор со схемой соединения обмоток звезда—звезда с заземленной нейтралью рассчитан на продолжительный ток нагрузки нейтрали не более 25 % номинального тока обмотки НН. При этом на одной из фаз ток не должен превышать номинальное значение более, чем на 5 %. Поэтому ток срабатывания реле выбирают по условию:

/ , (3.15)

где — коэффициент, учитывающий перегрузку (для масляных трансформаторов = 1,4); =1,1—1,2.

Выдержка времени защиты согласуется с временем действия защит на отходящих линиях. Чувствительность защиты проверяется по минимальному току однофазного КЗ на шинах НН

/ , (3.16)

где — фазное напряжение сети; — полное сопротивление трансформатора; — полное сопротивление петли фазный— нулевой провода линии, для расчета можно принять = 0.

Чувствительность считается достаточной, если .

При незначительном (до 30 м) расстоянии между цеховым трансформатором и распределительным щитом 0,4 кВ возможность повреждений невелика и защиту можно не предусматривать.

При повреждении у выводов НН цехового трансформатора со схемой соединения обмоток треугольник — звезда с заземленной нейтралью и повреждения должны отключаться защитой от внешних КЗ трансформатора.

Ток срабатывания ТО от междуфазных КЗ выбирается по условию:

, (3.17)

где — максимальный ток внешнего трехфазного КЗ, определяемый при повреждении на шинах НН за цеховым трансформатором; =1,2—2,0.

Токовая отсечка без выдержки времени обычно оказывается отстроенной от бросков тока намагничивания трансформатора.

Ток срабатывания МТЗ от перегрузки выбирается по условию:

, (3.18)

где = 1,05.

Выдержка времени принимается на ступень избирательности больше, чем время срабатывания защиты трансформатора от внешних КЗ.

Вместо выбора каждого типа защиты в отдельности часто выбирают комплектные устройства защиты трансформатора, в том числе микропроцессорные.