Проектирование системы электроснабжения города (стр. 13 из 24)

Справедливость этого положения наиболее просто доказывается с помощью метода симметричных составляющих. Токи прямой и обратной последовательностей симметричны, и поэтому токораспределение их в схеме защиты полностью соответствует токораспределению при трехфазном коротком замыкании. Следовательно, соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник, а другой - в звезду обеспечивает компенсацию сдвига фаз первичных токов прямой и обратной последовательностей.

Токи нулевой последовательности появляются при коротких замыканиях на землю и могут замыкаться только через обмотку трансформатора, соединённую в звезду, при условии, что её нулевая точка заземлена. Проходя по этой обмотке, токи нулевой последовательности трансформируются в фазы обмотки, соединённые в треугольник (рисунок 4.4).

В контуре треугольника токи

каждой фазы циркулируют, не выходя за его пределы. Это означает, что в дифференциальной защите трансформаторов с соединением обмоток звезда-треугольник токи нулевой

последовательности протекают только по трансформаторам тока, установленным со стороны звезды силового трансформатора, что может вызвать неправильную работу защиты. Эта опасность устраняется тем, что на стороне звезды силового трансформатора трансформаторы тока соединяется в треугольник (рисунок 4.4). Тогда при внешнем однофазном коротком замыкании токи

, трансформируясь на вторичную сторону трансформаторов тока, замыкаются в контуре треугольника, не попадая в реле.

Таким образом, для компенсации сдвига фаз токов силовых трансформаторов, соединённых по схеме

или необходимо трансформаторы тока на стороне звезды соединить в треугольник, а на стороне треугольника -в звезду.

Выравнивание величин вторичных токов в плечах дифференциальной защиты достигается подбором коэффициентов трансформации

и трансформаторов тока дифференциальной защиты и параметров специально для этой цели установленных уравнительных промежуточных автотрансформаторов (рисунок 4.5, а) или промежуточных трансформаторов (рисунок 4.5, б).

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока

и выбираются так, чтобы вторичные токи в плечах защиты были равны согласно (3) при нагрузке и внешних коротких замыканиях. При соединении обмоток силового трансформатора по схеме звезда-звезда условие (3) имеет вид: .

Отсюда следует, что коэффициенты трансформации трансформаторов тока должны удовлетворять условию:

(4)

где

- коэффициент трансформации силового трансформатора.

При соединении обмоток силового трансформатора по схеме звезда-треугольник ток в плече, питающемся от трансформаторов тока, включённых в треугольник, равен

, а в плече, питающемся от трансформаторов тока, соединённых в звезду: . С учётом этого уравнение (6.8) имеет вид:

(5)

Задаваясь одним из коэффициентов трансформации трансформаторов тока, например

, можно найти, пользуясь выражениями (4) или (5), расчётное значение второго , обеспечивающее равенство вторичных токов в плечах защиты. Найденный таким образом коэффициент , как правило, получается нестандартным. Поэтому используются стандартные трансформаторы тока с ближайшим к расчётному значению коэффициентом трансформации, а компенсация оставшегося неравенства осуществляется с помощью выравнивающих автотрансформаторов ATL или трансформаторов TL.

В первом случае (рисунок 4.5, а) в одном из плеч защиты устанавливается ATL. Для выравнивания токов в плечах защиты коэффициент трансформации автотрансформатора

подбирается так, чтобы его вторичный ток был равен току в противоположном плече защиты:

Отсюда:

Во втором случае (рисунок 4.5, б) применяется выравнивающий трансформатор TL, который состоит из трёх первичных обмоток. Обмотки

и (уравнительные) включаются в плечи защиты, а обмотка (рабочая, называемая также дифференциальной) - по дифференциальной схеме на разность токов Вторичная обмотка питает дифференциальное реле КА. Число витков уравнительных обмоток подбирается так, чтобы геометрическая сумма магнитодвижущих сил всех трёх обмоток в условиях сквозного тока была равна нулю:

(6)

При выполнении этого условия результирующая МДС и магнитный поток

в магнитопроводе TL отсутствуют, поэтому ток в дифференциальном реле . В рассмотренной схеме неравенство токов плеч компенсируется магнитным способом. Этот способ компенсации удобно сочетается с дифференциальным реле, включаемым через быстронасыщающийся трансформатор (БНТ).

Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов.

Как уже было сказано выше токи небаланса в защитах трансформаторов определяются значительно большим числом факторов (при общей защите всех обмоток), чем в защитах генераторов и линий и имеют повышенные значения по сравнению с ними. Рассмотрим подробнее составляющие тока небаланса и методы уменьшения их влияния на работу защиты.

Составляющие тока небаланса

Ток небаланса в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов состоит из следующих составляющих:

составляющей Iнб.т.т, обусловленной различием намагничивающих токов (погрешностей) трансформаторов тока защиты. Ее величина равна геометрической сумме намагничивающих токов трансформаторов тока защиты. Для двухобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов

Iнб.т.т = III нам – II нам

Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной;

составляющей Iнб.рег, появляющейся при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового трансформатора или автотрансформатора. Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогательного автотрансформатора, обеспечивается при определенных соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При изменении N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса Iнб.рег. Обычно параметры компенсирующих устройств (ωy или nа) подбираются для среднего значения N. При отклонении от него на ±ΔN% ток небаланса

где Iскв – сквозной ток, протекающий через трансформатор.

Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменить N в пределах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформаторов с регулировкой N под нагрузкой ΔN = ±10 ÷ 15%;

составляющей небаланса, возникающей при неточной компенсации неравенства токов плеч. Этот небаланс Iнб.комп появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирующих устройств не позволяют подобрать расчетные значения (ωy или nа), необходимые для полной компенсации;

составляющей, обусловленной наличием тока намагничивания Iнам у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, и вызывает ток Iнб.нам = Iнам трансформатора.

В нормальном режиме Iнам силового трансформатора не превышает 1–5% номинального тока; при к. з. ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с внезапным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намагничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и к. з. Iнб.нам обычно не учитывается из-за его малой величины;