Максимальна струмовий захист трансформаторів

Силові трансформатори конструктивно досить надійні, завдяки відсутності обертових частин. Однак у процесі експлуатації можливі й трапляються пошкодження і порушення нормальних режимів роботи. Пошкодження силових трансформаторів: виткові замикання, замикання на корпус, короткі замикання обмоток, короткі замикання на вводах і т. д., ненормальні режими: неприпустимі перевантаження, зниження рівня масла, розкладання його при перегріві, проходження струмів зовнішніх КЗ.
Силові трансформатори малої потужності зазвичай захищають запобіжниками з боку вищої напруги і запобіжниками або автоматами з боку відхідних ліній нижчої напруги. Струм плавкої вставки високовольтного запобіжника вибирається з урахуванням відбудови від кидків струму намагнічування при включенні силового трансформатора під робочу напругу. З урахуванням цього номінальний струм запобіжника
де Івс—струм високовольтного запобіжника, А, Ін.тр.— номінальний струм трансформатора, А.
Відповідність високовольтних запобіжників потужності захищаються ними силових трансформаторів напругою 6 — 10 кВ дано в довідниках. Захист запобіжниками конструктивно здійснюється найбільш просто, але має недоліки — нестабільність параметрів захисту, що може призвести до неприпустимого збільшення часу спрацьовування захисту при деяких видах внутрішніх пошкоджень силових трансформаторів. При захисті запобіжниками виникають складності узгодження захистів суміжних ділянок мережі. Більш досконала релейний максимально-струмовий захист трансформаторів (рис.1).
Рис.1. Схема максимально-струмового захисту від перевантаження понижуючого двообмоткового трансформатора з одностороннім живленням
Трансформатори струму ТТ поставлені з боку вищої напруги (джерела живлення). Якщо б вони були встановлені з боку нижчої напруги (як показано на схемі пунктиром), то захист діяла б тільки при пошкодженнях на шинах 6,6 кВ і приєднаних до них навантажень, так як в цьому випадку через трансформатори струму не будуть протікати струми короткого замикання.
При пошкодженні будь-якої з трьох фаз трансформатора струм короткого замикання пройде через відповідний трансформатор струму, замкне контакти робочого реле Т, що викличе спрацьовування реле часу, а через нього — проміжного реле П, оперативний струм приведе в дію котушку відключення КО-1, яка відключить вимикач В1, знеструмивши захищається трансформатор.
Рис. 2. Схема максимально-струмового захисту трансформатора
На рис. 2 зображена схема трансформаторної підстанції, яка з боку нижчої напруги живить дві групи навантажень. Тут трансформатор захищений як з боку вищого, так і з боку нижчої напруги. Обидві секції харчуються через самостійні вимикачі. Для нормальної роботи схеми передбачаються три комплекти максимального струмового захисту: два з них на стороні нижчої і один - на стороні вищої напруги.
Струм спрацьовування захисту, встановленої з боку нижчої напруги, вибирається по навантаженню своєї схеми з урахуванням пускових струмів двигунів, що обслуговуються цією частиною схеми. Витримка часу вибирається за умовами селективності із захистом елементів, приєднаних до даної частини схеми. Струм спрацьовування захисту, що встановлюється з боку вищої напруги, що визначається за сумарною навантаження обох секцій з урахуванням пускових струмів електродвигунів, а витримка — на щабель вище витяги з боку нижчої напруги.
Для струмового захисту трехобмоточных трансформаторів недостатньо одного комплекту захисних приладів. Для того щоб при пошкодженні в системі одного напруги відключити тільки одну обмотку і зберегти трансформатор в роботі з двома іншими обмотками, доводиться кожну обмотку трансформатора забезпечувати самостійним комплектом максимального струмового захисту. Струм спрацьовування вибирають по навантаженню кожної обмотки. Витримку часу встановлюють за умовою селективності із захистом інших елементів у мережі даного напруги.
Зазвичай силові трансформатори допускають значні перевантаження. Так, трансформатор нормального виконання допускає двухкратную перевантаження протягом 10 хв. Цього часу цілком достатньо для того, щоб черговий персонал розвантажив трансформатор. Тому на трансформаторах потужністю 560 кВА і вище встановлюється захист від перевантаження. На підстанціях з постійним черговим персоналом захист діє на сигнал, а на підстанціях без постійного чергового персоналу захист виробляє відключення перевантаженого трансформатора або частини його навантаження.
Максимально-струмовий захист миттєвої дії з обмеженою зоною дії називається струмовою відсічкою. Для забезпечення селективності в межах зони дії струмова відсічка відбудовується від струмів короткого замикання на стороні нижчої напруги трансформатора, від пускових струмів електродвигунів, від струму короткого замикання (КЗ) у кінці лінії або на початку наступного ділянки. Характер зміни струму КЗ при видаленні місця КЗ від джерела живлення показаний на рис.3.
Рис. 3. Діаграма струмового захисту
Струм спрацьовування відсічки вибирається таким чином, щоб вона не спрацювала при пошкодженнях на сусідній лінії. Для цього струм спрацьовування повинен бути більше максимального струму короткого замикання на шинах нижчого напруги.
Зона действия определяется графически, как показано на рис.3. Вычисляются токи, проходящие при коротких замыканиях в начале (точка 1) и в конце линии (точка 5), а также в точках 2 — 4. Строится кривая изменения тока короткого замыкания в зависимости от удаленности от места питания (кривая 1). Определяется ток срабатывания отсечки, и на том же графике строится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения кривой 1 с прямой 2 определяет конец зоны действия отсечки (заштрихованная часть).
Токовая отсечка может защищать всю линию, на которую включен только один трансформатор, если ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждении на линии низшего напряжения, отходящей от защищаемого трансформатора. Для этого в графике при подсчете следует учитывать максимальный ток короткого замыкания, наблюдаемый на шинах низшего напряжения. При этом токовая отсечка будет надежно защищать линию, шины и часть обмотки высшего напряжения трансформатора.
Схемы отсечек отличаются от схем максимально-токовых защит отсутствием реле времени, вместо которых устанавливаются промежуточные реле. Токовая отсечка защищает только часть линии, поэтому она применяется как дополнительная защита. Использование токовой отсечки дает возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся наибольшими значениями токов КЗ, и снизить выдержки времени максимально-токовой защиты. При поєднанні струмового відсічення з максимально-струмового захисту виходить ступінчаста за часом струмовий захист: перший ступінь (відсічення) діє миттєво, а наступні — з витримкою часу.