Токи небаланса в дифференциальной защите

Общие сведенья

При внешних КЗ и нагрузке обеспечить полный баланс вторичных токов, поступающих в реле не удается:

I_нб = I₁ – I₂. (2.5)

В общем случае ток небаланса можно разложить на ряд составляющих

I_нб = I_нб.ТА + I_нб.рег+ I_нб.ком+ I_нб.нам, (2.6)

где I_нб.ТА – ток небаланса из-за погрешностей трансформаторов тока;

I_нб.рег – погрешность при изменении коэффициента трансформации N силового трансформатора;

I_нб.ком – ток небаланса из-за неточности компенсации токов в плечах защиты;

I_нб.нам – составляющая, вызванная наличием тока намагничивания I_нам у силового трансформатора.

Составляющая I_нб.ТА имеет наибольшую величину и является основной

I_нб.ТА = I_IIнам – I_Iнам, (2.7)

где I_Iнам, I_IIнам – токи намагничивания трансформаторов тока.

I_нб.рег – Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогательного автотрансформатора, обеспечивается при определенном значении коэффициента трансформации силового трансформатора N. Этот коэффициент может изменяться, особенно значительно у силовых трансформаторов оснащенных РПН. Обычно параметры компенсирующих устройств подбираются для среднего значения N. При отклонении от него на ±DN появляется ток небаланса:

, (2.8)

где I_скв – сквозной ток, протекающий через трансформатор.

I_нб.ком – Появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирующих устройств не позволяют подобрать расчетные значения w_y или n_a, необходимые для полной компенсации.

I_нб.нам – Ток намагничивания I_нам силового трансформатора нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора:

I_нб.нам = I_нам. (2.9)

В нормальном режиме I_нам составляет 1…5% от I_ном. Ток намагничивания резко возрастает при увеличении напряжения на трансформаторе, при КЗ ток намагничивания резко уменьшается.

Причины повышенного тока небаланса в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса достигает значительной величины у трансформаторов с РПН, из-за составляющей – I_нб.рег.

Из-за конструктивных ограничений часто бывает значительна составляющая I_нб.ком.

Особенна велика составляющая I_нб.ТА – причины этого:

1) конструктивная разнотипность трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего и низшего напряжения силовых трансформаторов, особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (U_НОМ = 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформаторов тока, применяемых на напряжении 10 и 6 кВ;

2) большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока и значительным различием сопротивлений плеч;

3) у трех обмоточных трансформаторов, кратность токов при внешних КЗ для различных групп трансформаторов тока получаются неодинаковыми, через одну группу протекает суммарный ток КЗ, через две другие лишь часть этого тока, в результате группа ТА3 (см. рис. 9.2.6.) будет намагничиваться сильнее, токи намагничивания этих трансформаторов увеличатся.

Рис. 2.2.6

Расчет тока небаланса

Ток небаланса оценивается по приближенной формуле, исходя из предположения, что при максимальном токе короткого замыкания, погрешность трансформаторов тока не превышает 10%:

I_нб.ТА = k_одн 0,1 I_к.макс, (2.10)

где k_одн – коэффициент однотипности, учитывающий различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему; k_одн = 0,5–1. При существенном различии условий работы и конструкций трансформаторов тока - k_одн = 1.

Значение полного тока небаланса

. (2.11)

Меры для предупреждения действия защиты от токов небаланса

Простейшее решение сделать I_C.P > I_нб, но, это значительно ограничивает чувствительность защиты. Ток небаланса стараются уменьшить. Так как основной составляющей является I_нб.ТА, главный путь уменьшения тока небаланса – правильный подбор трансформаторов тока и их вторичной нагрузки. Трансформаторы тока не должны насыщаться при максимальном значении тока сквозного КЗ.

Однако даже после принятых мер, ток небаланса все равно остается достаточно большим. Для исключения ложного действия защиты от токов небаланса применяют:

1) дифференциальные реле, включенные через быстро насыщающиеся вспомогательные трансформаторы (БНТ);

2) дифференциальные реле с торможением.

Токи намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов при включении их под напряжение

При включении силовых трансформаторов возникает резкий бросок тока намагничивания, имеющий затухающий характер рис. 2.2.7.

Изменение тока I_нам во времени характеризуется следующими особенностями:

1) кривая тока носит асимметричный характер, пока ток I_нам не достигнет установившегося значения;

2) кривая может быть разложена на апериодическую составляющую и синусоидальные токи различных гармоник, апериодическая составляющая имеет весьма большое удельное значение в токе Iнам;

3) время затухания токов определяется постоянными времени трансформатора и сети, и может достигать 2-3 секунд, чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание;

4) первоначальный бросок тока может достигать 5…10 кратного значения номинального тока трансформатора, у мощных трансформаторов кратность меньше, чем у маломощных.

Ток I_нам, появляется только в одной обмотке силового трансформатора (той, на которую подается напряжение при его включении (рис. 2.2.8)). Для предотвращения ложных действий дифференциальной защиты, под влиянием I_нам принимают специальные меры:

1) замедление защиты примерно на 1 секунду (широко применялся ранее), при этом теряется наиболее ценное свойство защиты – её быстродействие;

2) блокировка при понижении напряжения;

3) торможение от токов высших гармоник; (опыт эксплуатации отверг эти два способа, они были недостаточно надежны, приводили к чрезмерному усложнению защиты).

В настоящее время применяются следующие два способа:

1) использование БНТ (быстро насыщающегося трансформатора), через который включаются дифференциальные реле, БНТ не пропускает апериодический ток, который составляет значительную часть тока намагничивания.

2) отстройка от тока намагничивания по величине I_нам<I_С.З, на этом принципе работают дифференциальные отсечки.

Преимущество обоих способов:

1) простота;

2) надежность;

3) быстрота действия.

Рис. 2.2.8

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: