Защита применяется на трансформаторах с мощностью более 6,3 МВА.
Принцип действия [22] основан на вычислении разности токов I1,TA1 и I1,TA2, протекаемых через трансформаторы тока TA1 и TA2 (рис. 6.2) соответственно.
Рисунок 6.2. Работа дифференциальной защиты
трансформатора при внешнем КЗ в точке К1
При внешнем КЗ в точке К1 токи протекают к месту повреждения, а вторичные токи трансформаторов тока в реле вычитаются, и результирующий ток равен:
. (6.4)
Реле в этом случае не срабатывает.
При КЗ в зоне действия защиты, в точке К2 (рис. 6.3), возможны два варианта: 1) когда со стороны НН имеется источник питания или КЗ подпитывается электродвигателями, соизмеримой мощностью; 2) когда со стороны НН отсутствует какой-либо источник питания, который может подпитывать КЗ.
В первом случае через реле протекает суммарный ток КЗ двух трансформаторов тока:
. (6.5)
Во втором случае через реле протекает ток КЗ одного трансформатора тока и равен:
. (6.6)
Рисунок 6.3. Работа дифференциальной защитытрансформатора при КЗ в зоне действия защиты в точке К2
|
|
В обоих случаях ток, протекаемый в реле, больше тока его срабатывания.
Ток срабатывания защиты. Защита отстраивается от тока IНБ,S небаланса, который возникает при максимальном внешнем IК1,МАХ токе КЗ в точке К1 (рис. 6.2):
, (6.7)
где IНБ,S ― суммарный ток небаланса, . Каждая из составляющих тока небаланса находится по следующим формулам
, (6.8)
, (6.9)
, (6.10)
где kA × ― коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ на быстодействующие защиты (без выдержки времени), для защит с быстронасыщающимися трансформаторами kA=1; kОДН ― коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока, для разных ТТ kОДН=1; e ― погрешность ТТ, удовлетворяющая e = 0,1; DUРЕГ ― половина регулировочного диапазона РПН трансформатора (каталожные данные); Df ― × относительная погрешность защиты, вызванная разницей между расчетным (обычно нецелым) числом витков реле и установленным (целым) числом витков.
Вторым условием является отстройка от броска тока намагничивания:
, (6.11)
где IН,ТР ― номинальный ток трансформатора.
Из расчетных двух условий (6.7) и (6.11) выбирается наибольший ток срабатывания продольной дифференциальной защиты.
Время срабатывания защиты принимается равным нулю
. (6.12)
Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты определяется и сравнивается с величиной, требуемой по правилам [5]:
, (6.13)
где IК2,МIN ― минимальный ток КЗ в точке К2 (рис. 6.3).
Особенности работы продольной дифференциальной защиты трансформатора. Иногда возникающий бросок тока намагничивания силового защищаемого трансформатора составляет (5…8) IН,ТР, а величина тока КЗ (за трансформатором) ― (7…18) IН,ТР. Как видно, эти диапазоны перекрываются. Однако при броске тока намагничивания защита должна блокироваться, а при КЗ должна отключать трансформатор. Чтобы отличить бросок тока намагничивания от КЗ, рассмотрим его характер и причину возникновения. При включении трансформатора на холостой ход или при восстановлении питания после отключения КЗ на смежном присоединении величина остаточной намагниченности может быть в противофазе поданному напряжению. В наихудшем случае (в действительности он невозможен) магнитная индукция в трансформаторе может достигнуть 2ВНОМ.
|
|
Естественно, что при такой индукции трансформатор войдет в глубокое насыщение и будет размагничиваться от нескольких периодов до нескольких десятков периодов промышленной частоты. При этом в трансформаторе будет протекать ток с большой апериодической составляющей с явно выраженными характерными «острыми» максимумами (рис. 6.4).
Рисунок 6.4. Форма броска тока намагничивания
Бросок тока намагничивания характеризуется следующими основными признаками [1]:
― одна полуволна за период (при КЗ – две);
― большая доля (до 60%) второй гармоники – 100 Гц;
― наличие апериодической составляющей тока (до 55%);
― наличие бестоковой паузы большей ½Т, около 0,01 с.
При возникновении и определении этих четырех признаков дифференциальная защита должна блокироваться, не должна действовать на отключение выключателя.