Дифференциальная защита трансформатора

Принцип действия дифференциальной защиты построен на применении первого закона Киргофа. Защищаемый объект принимается за узел, ток фиксируется полностью на всех ветвях, соединяющих объект с внешней электрической сетью. При повреждении на отходящей ветви, сумма токов, входящих и отходящих из узла, равна нулю.

При повреждении объекта, в случае КЗ, сумма токов в ветвях будет равна токам короткого замыкания.

Дифференциальная токовая защита трансформатора отличается от дифференциальной защиты высоковольтных линий и генераторов наличием неравенства первичных токов разных обмоток трансформаторов и несовпадением по фазе.

Дифференциальная защита трансформаторов применяется для предотвращения аварийных и ненормальных режимов работы при возникновении короткого замыкания между фазами, межвитковых КЗ и замыкания одной или более фаз на землю. Дифзащита применяется как основный вид автоматического отключения для мощных трансформаторов и для трансформаторов меньшей мощности, в случае если другие виды защиты не обеспечивают требуемого быстродействия.

Как работает дифзащита трансформатора

Дифференциальная защита работает  на сравнении величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.

Действия при срабатывании дифференциальной защиты трансформатора поясняется рис.1.

С обеих сторон трансформатора устанавливаются трансформаторы тока TT1 и ТТ2, вторичные обмотки которых включены последовательно. Параллельно им подключается токовое реле Т. Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то в нормальном режиме, а также при внешнем коротком замыкании токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет равна нулю, ток через обмотку токового реле Т протекать не будет, следовательно, защита действовать не будет.

При коротком замыкании в трансформаторе и в любой точке защищаемой зоны, например в обмотке трансформатора, по обмотке реле Т будет протекать ток, и если его величина будет равна току срабатывания реле или больше его, то реле сработает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет двустороннее отключение поврежденного участка. Эта система будет действовать при междуфазных и межвитковых замыканиях.

Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи.

Зона действия дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ) ограничивается местом установки трансформаторов тока, и включает в себя ошиновку СН, НН и присоединение ТСН, включённого на шинный мост НН.

Ввиду её сравнительной сложности, дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях:

• на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;
• на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;
• на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах высшего напряжения ( kч < 2 ), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 сек.

Применение дифференциальной защиты

Дифференциальная защита нашла своё практическое применение в качестве наиболее важной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Однако вследствие целого ряда недостатков:

• сложности и дороговизны изготовления;
• необходимости создания помехозащищённой линии для защиты сигналов, поступающих от трансформаторов тока на токовое реле;
• потребности в принятии целого ряда мер для уменьшения тока небаланса

данный вид релейной защиты находит использование лишь:

• для трансформаторов или автотрансформаторов мощностью от 6300 кВА и выше, работающих одиночно;
• для трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно;
• для трансформаторов мощностью 1000 кВА и выше в том случае, если токовая отсечка не обеспечивает нужной чувствительности во время короткого замыкания на выводах высокого напряжения, а выдержка срабатывания максимальной токовой защиты свыше 0,5 сек.

Дифференциальная защита на базе реле РНТ

Реле с насыщающим трансформатором тока (НТТ) и электромагнитным реле выполнены по схеме циркулирующих токов. При этом в функции НТТ входят:

• защита от ложного срабатывания реле под воздействием тока небаланса, скачок которого происходит во время переходных процессов;
• компенсация разницы вторичных токов в плечах дифференциальной защиты, обусловленной конструктивными особенностями измеряющих устройств и внешними воздействиями.

Конструкция НТТ: трёхстержневой магнитопровод с удвоенным сечением среднего стержня по сравнению с крайними. На среднем стержне намотаны первичные обмотки; на среднем и правом – обмотки замкнутого контура; на левом стержне – вторичная обмотка, воздействующая на исполнительный орган. Всё это заключено в единый корпус, включающий в себя кожух и цоколь.

Срабатывание защиты (под воздействием тока короткого замыкания) происходит по достижении в стержнях заданной величины индукции: 0,4 Тл для правого и среднего стержней и 1,2 Тл для левого стержня.

Дифференциальная защита на базе реле ДЗТ

В тех случаях, когда отстройка от периодической составляющей токов небаланса во время коротких замыканий слишком велика, что приводит к росту порога чувствительности, на смену реле серии ДНТ приходят реле серии ДЗТ. В основу их работы положен принцип магнитного торможения, реализованный на базе насыщающегося трансформатора тока, но уже без короткозамкнутой обмотки.

Отсутствие короткозамкнутой обмотки компенсируется повышенным коэффициентом отстройки от переходных токов вследствие небаланса и бросков тока намагничивания. Конструктивно в данном случае вокруг магнитопровода среднего стержня намотаны первичные обмотки, вокруг левого и правого – катушки вторичной и тормозной обмоток. Часть витков вторичной обмотки питает исполнительный орган, получающий сигнал при возникновении коротких замыканий путём электромагнитных преобразований в системе НТТ.

Видео: Дифференциальная защита

Общие принципы работы дифференциальной защиты. Особенности выполнения защит отдельных элементов электрической сети: кабельной линии, трансформатора, генератора, сборных шин. Защиты ЛЭП-110 кВ: направленная с вч блокировкой, диффазная.

Читайте так же:

• Газовая зашита трансформатора
• РПН мощных силовых трансформаторов