Защита трансформатора от перегрузки

Принцип работы ограничителя перенапряжений

Защитное действие ограничителя перенапряжений обусловлено тем, что появление опасного для изоляции перенапряжения, вследствие высокой нелинейности резисторов через ограничитель перенапряжений протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемой электроустановки. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.

Вольтамперная характеристика ограничителя состоит из 3 участков (рис. 5):

  1. — область малых токов;
  2. — область средних токов;
  3. — область больших токов.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, через них протекает очень малый ток утечки). В режим средних токов варистор переходит при возникновении перенапряжения в сети. При этом на границе 1 и 2 областей происходит перегиб ВАХ, сопротивление варисторов существенно уменьшается и через них протекает кратковременный импульс тока. Варистор поглощает энергию импульса и рассеивает её в окружающее пространство в виде тепла. За счёт поглощения энергии импульс перенапряжения резко падает. Третья область для ограничителя является аварийной, сопротивление варисторов в ней вновь резко возрастает.

Осциллограммы перенапряжений, возникающих при коммутации ВВ без ОПН и с ОПН показаны на рис. 7 и рис. 8.

Защита трансформатора от перегрузки
Рис. 7. Осциллограммы перенапряжений при коммутации ВВ без ОПН.

Защита трансформатора от перегрузки
Рис. 8. Осциллограммы перенапряжений при коммутации ВВ с ОПН.

Вторая группа мероприятий — это усиление изоляции входных витков; установка емкостных колец и электростатических экранов (емкостная компенсация).

Емкостные кольца представляют собой разомкнутые шайбообразные экраны, изготовляемые из металлизированного электрокартона. Этими кольцами прикрывают начало и конец обмотки, тем самым поднимают кривую начального распределения напряжения, приближая ее к кривой конечного распределения.

Уменьшение неравномерности начального распределения напряжения и сближение его с конечным распределением достигаются применением в трансформаторах дополнительных электростатических экранов в виде разомкнутых металлических колец (витков), охватывающих начальную часть обмотки и соединенных с ее вводом. Такой экран создает дополнительные емкости, через которые заряжаются поперечные емкости в обход продольных емкостей.

В результате кривая начального распределения напряжения значительно спрямляется и становится почти такой же, как и кривая конечного распределения для обмоток с заземленной нейтралью. Трансформаторы с изолированной нейтралью также могут снабжаться электростатическими экранами, но в этом случае применяют специальные устройства импидоры, включаемые между нейтралью и землей. Это устройство содержит емкость, включенную параллельно разряднику и реактору, которая при волновых процессах заземляет нейтраль трансформатора, а при промышленной частоте имеет большое сопротивление и практически изолирует нейтраль.

Типы защиты силовых трансформаторов

Все электротехническое оборудование в силовой распределительной установке так или иначе защищено на случай кратковременной перегрузки и резких отключений сети. При наличии системы защиты трансформатор способен переносить напряжение на порядок выше номинального.

Трансформаторы защищают:

  • предохранителями и трехфазными выключателями;
  • системой дифференциальной защиты;
  • газовой защитой;
  • противопожарной защитой.

В зависимости от нагруженности сети используется один или несколько видов защиты оборудования.

Трехфазные выключатели и предохранители

Такая защита используется в мощной распределительной сети. Выключатели и предохранители защищают оборудование от повреждений во время грозовых перепадов напряжения. Они хорошо защищают и стабилизируют напряжение в электрических сетях на производстве.

Популярные статьи  Замена стекол на лоджии и балконе

Газовая защита трансформаторов

Для большинства масляных трансформаторов обычно наличие газового реле. Оно имеет два отделения с разными функциями.

Одна из камер находится непосредственно над масляным баком. Когда камера максимально заполняется газом, клапан начинает приоткрываться и выпускать излишки газа. Чтобы следить за уровнем газа в камере, в отделении устанавливают поплавок.С его помощью можно контролировать наполненность бака маслом, проходимость газов и по ним судить о работе трансформатора в целом. Настройку работы газового реле должен проводить квалифицированный работник.

Вторая камера реле присоединяется прямо к масляному контуру трансформатора. Она соединяет вертикальные каналы и позволяет газу подниматься вверх. 

В расширительном баке с маслом находится мембрана. Она показывает изменения давления. Если давление масла резко растет – то мембрана сжимается, а диафрагма начинает двигаться. А порой она приходит в движение из-за повышения атмосферного давления. Как только диафрагма приходит в движение, срабатывает клапан. Он отключает оборудование и включает короткозамыкатель. Сама мембрана – это достаточно хрупкая деталь.Поэтому даже при небольшом повреждении, ее нужно заменить.

Автоматическая релейная защита трансформатора

Реле защиты трансформатора – это небольшая емкость, наполненная маслом. Реле и масляный бак соединяет трубка. Применяется такая защита в трансформаторах дуговой плавки, морской технике, главных понижающих подстанциях. Реле защищает оборудование от коротких замыканий. Оно состоит из камеры и поплавка. Поплавок расположен на шарнире и движется вверх-вниз в зависимости от уровня масла в резервуаре.На поплавке устанавливается ртутный выключатель. Когда уровень масла падает, поплавок опускается и ртуть замыкает выключатель.

Внизу реле находится перегородка и ртутный индикатор. Пластина закреплена шарнирами напротив соединения реле с трансформатором. Когда масло бод большим давлением попадает в реле, то пластина поднимается вверх. Также в конструкцию реле входят газовые камеры, провода, клеммы, кабели.

Принцип работы релейной защиты трансформатора не сложен. Это механический привод. При большинстве неисправностей в баке падает уровень масла. Тогда ртутный индикатор автоматически отключает трансформатор от сети. Проблема не исчезает. Но зато трансформатор не будет работать в условиях перегрузки. А это значит, что вы успеваете исправить проблему еще до возникновения крупных поломок оборудования.

Дифференциальная защита трансформатора

Такой тип еще называют тепловой защитой трансформатора. Ее чаще всего используют в сухих и масляных трансформаторах мощностью до 5 мВА вместе с выключателями для защиты от короткого замыкания и перенапряжения.

Преимущества дифференциальной защиты:

  • позволяет выявить ухудшение качества масла;
  • быстро реагирует на все повреждения в сетях, независимо от их видов;
  • помогают обнаружить практически все ошибки в работе оборудования.

Дифференциальная защита работает по самому простому принципу и монтируется прямо в трансформаторный шкаф. Дифференциальные реле сравнивают первичный и вторичный токи нагрузки между собой. Если между ними есть дисбаланс, то включается защита.

По факту, технологические средства защиты трансформатора работают на основе контроля номинальных показателей. Например, уровня масла, величины тока, напряжения сети

Особенно важно обеспечить защиту масляного трансформатора. Потому что утечка масла грозит не просто поломкой оборудования, но и возгоранием

Защита трансформатора от перегрузки

9-1. Назначение и основные типы защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Трансформаторы и автотрансформаторы конструктивно весьма надежны благодаря отсутствию у них движущихся или вращающихся частей. Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место их повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Поэтому трансформаторы и автотрансформаторы должны оснащаться соответствующей релейной защитой.
В обмотках трансформаторов и автотрансформаторов могут возникать короткие замыкания между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений. На вводах трансформаторов и автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут возникать короткие замыкания между фазами и на землю.

Популярные статьи  Шведская стенка своими руками

Максимальные токовые защиты

Основной защитой здесь так же является МТЗ. Она должна быть всегда и обычно в проектах применяется без каких-либо дополнительных пусковых органов, хотя может комбинироваться с органами напряжения.

Также вы наверное заметили, что я отмечаю две важнейших цели МТЗ — основная защита своего присоединения и резервная защита смежных. В сетях 6-10 кВ МТЗ — это базовая фундаментальная защита, без которой невозможно надежное функционирование сети!

Токовая отсечка также обязательна на всех трансформаторах, где не применяется дифференциальная защита (ПУЭ 3.2.54), а это как раз наш случай. До мощности 6,3 МВА обычно дифф. защиту не устанавливают.

Защита от перегрузки в принципе выполняется всегда, хотя ПЭУ 3.2.69. говорит о том, что это нужно делать «…в зависимости от вероятности и значения возможной перегрузки». Я отметил ее как необязательную, но советую применять ее всегда, когда хватает токовых ступеней в устройстве. Также стоит отметить, что данную защиту может выполнять и вводной автомат 0,4 кВ так, как питание здесь одностороннее.

Токовая защита от ОЗЗ устанавливается, если есть ТТНП, а сам трансформатор подключается через кабель (что чаще всего и бывает). Иногда ей пренебрегают, считая, что повреждение на столь малом участке маловероятно. Однако, если терминал содержит эту функцию и есть возможность подключения к ТТНП, то защиту нужно вводить.

Защита трансформатора от перегрузки: основные виды

Все оборудование, которое используется в силовых установках должно быть надежно защищено от образования кратковременных перегрузок. Защита трансформатора от перенапряжений может потребоваться, чтобы проверить, какие нагрузки сможет выдержать устройство. Для защиты обычно специалисты используют предохранители. Если один трансформатор выполнит аварийное завершение работы, тогда другие устройства смогут полностью компенсировать номинальное напряжение. Именно этот процесс позволит обеспечить надежную работу устройства.

Теперь мы решили предоставить вашему вниманию основные виды защиты силовых трансформаторов:

  1. Предохранители и специальные трехфазные выключатели.
  2. Использование дифференциальной защиты устройства.
  3. Газовая защита трансформатора.
  4. Пожарная защита.
  5. Сигнальная страховка с помощью компьютерных программ.

Это основные виды защиты, которые могут использоваться на сегодняшний день.

https://youtube.com/watch?v=rOiSPhCvJPQ

Согласование с вышестоящими защитами.

Предположим наша ТП питается от вышестоящей РП 6 кВ через фидер 1 (см. Рис. 2). На фидере 1 установлена защита с независимой характеристикой.

Защита трансформатора от перегрузки

Рис. 2

Ориентировочные уставки защиты фидера 1:

Так как фидер питает одну ТП, то максимальный рабочий ток фидера можно принять равным максимальному рабочему току трансформатора.

Защита трансформатора от перегрузки 

Помним, что такая же уставка МТЗ будет у вводного автомата 0,4 кВ потому, что она тоже отстраивается от максимального рабочего тока трансформатора. Для согласования чувствительности защит примем ток защиты фидера на 10% больше.

Стандартное время МТЗ защиты фидера на городских ТП примерно 1 с.

Теперь, используя Гридис-КС, построим карту селективности защиты фидера и нашего предохранителя

Защита трансформатора от перегрузки

Рис. 3

Как видно из карты защитные кривые пересекаются, причем при минимальных токах КЗ на стороне 0,4 кВ защита фидера будет работать быстрее, неселективно отключая ТП. Изменить эту ситуацию не получится потому, что для этого нужно двигать кривую защиты фидера «вверх и вправо». Вверх нельзя потому, что там уже стоит защита СВ 6 кВ РП со своими выдержками времени, и их менять нельзя. А вправо не получится потому, что мы перестанем резервировать КЗ за трансформатором (минимальный Кч.рез.=1,2)

Популярные статьи  Безопасность при сварочных работах

Если даже попытаться подобрать зависимую характеристику на фидере, то придется многим пожертвовать. Например, защитой от перегрузки фидера. Она просто исчезнет из-за увеличения начального тока характеристики.Защита трансформатора от перегрузки

Рис. 4

Например, на Рис. 4 подобрана нормально инверсная характеристика с начальным током 240 А, вместо 85,1 А, иначе полной селективности добиться сложно. Можно конечно попробовать подобрать другой наклон и начальный ток кривой, но из графика видно, что оптимально все равно не получиться.

Есть и еще одна проблема. Как только вы примете на фидере зависимую характеристику защиты, то она перестанет согласовываться с независимой характеристикой СВ и ввода РП.

В итоге получаем, что при использовании предохранителя 6 кВ на практике невозможно добиться полной селективности с вышестоящими защитами. Это тоже не очень хорошо

9-2. Дифференциальная защита

а) Область применения и принцип действия

Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается не на всех трансформаторах (автотрансформаторах), а лишь в следующих случаях :
1) на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВ *А и выше;
2) на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4 000 кВ *А и выше;
3) на трансформаторах мощностью 1 000 кВ*А и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.
При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется
на рис. 9-1.

Выводы

1. Предохранитель защищает только от коротких замыканий. Для защиты от перегрузки вам придется искать другие способы (например, вводной автомат 0,4 кВ)

2. Времена отключения токов КЗ в конце зоны защиты (обмотки и выводы НН трансформатора) у предохранителя очень большие. Это увеличивает объем повреждения и будет негативно сказываться на сроке службы трансформатора

3. Предохранитель очень сложно согласовать с вышестоящими защитами. Фактически вы всегда будете нарушать условие селективности

4. При несимметричных КЗ на стороне 0,4 кВ через предохранители 6 кВ будут протекать разные по величине токи. Таким образом, один из предохранителей может сработать раньше остальных и мы получим неполнофазный режим. Данный режим особенно опасен для двигателей.

Так, что, не использовать предохранители для защиты силовых трансформаторов?

Я бы сказал, что лучше не использовать, но это мнение релейщика. Для заказчика предохранители — это способ сэкономить и упростить электроустановку, поэтому он их и применяет и будет применять.

Единственно, что нужно помнить о всех недостатках предохранителей перед нормальной релейной защитой и не использовать их для ответственных объектов.

Список литературы

  1. «Защита трансформаторов распределительных сетей», М.А. Шабад., 1981 г, Энергоиздат
  2. «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», М.А. Шабад., 2003 г, ПЭИПК
  3. “Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ”, А.В. Беляев, 1988г., Энергоатомиздат
Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: