Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

Мероприятия для защиты обмоток от перенапряжений

Для защиты обмоток трансформаторов от перенапряжений применяются внешняя и внутренняя защита.

Первая группа мероприятий, внешняя защита — это применение заземленных тросов и ограничителей перенапряжений (ОПН). Эти меры позволяют ограничить амплитуду волн напряжения, подходящих к трансформатору. Хотя ПУЭ указывает также применение вентильных разрядников в качестве защитных мероприятий, но в настоящее время они все-таки повсеместно заменяются на ОПН из-за преимуществ последних.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Основная активная часть ОПН (рис. 3) состоит из набора варисторов, соединённых последовательно и составляющих так называемую «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых последовательно либо параллельно.

Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том, что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоко нелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования. Данные качества позволили исключить из конструкции ОПН искровые промежутки.

Материал нелинейных резисторов ОПН состоит в основном из оксида и оболочки в виде глифталевой эмали, повышающей пропускную способность варистора. В процессе изготовления оксид цинка смешивается с оксидами других металлов. Варисторы на основе оксида цинка являются системой, состоящей из последовательно и параллельно включённых p — n переходов. Именно эти p — n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.

Устройство ОПН
Рис. 3. Устройство ОПН

ОПН конструктивно представляет собой колонку варисторов, заключённых в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука (в случае полимерной изоляции прибора), либо колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции).

В ОПН с полимерной изоляцией пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой варисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама труба имеет расчётное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ограничителей перенапряжений с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах покрышки располагают мембраны и герметизирующие резиновые уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливают специальные крышки с выхлопными отверстиями.

Характеристики различных модификаций ОПН приведены на рис.4.

Вольтамперная характеристика ОПН представлена на рис. 5.

Внешний вид ОПН различных конструкций приведен на рис. 6.

Характеристики различных модификаций ОПН.
Рис. 4. Характеристики различных модификаций ОПН.

Принцип действия токовой дифференциальной защиты

В типовой защите силового трансформатора имеется газовое реле. Оно состоит из двух отделений, каждое из которых выполняет определенную функцию. Первая из камер служит для контроля нагнетающего газа из масла, она установлена прямо над расширительным баком. Когда уровень газа, проходя через масло, доходит до максимума, камера начинает в небольших количествах его выпускать, это происходит в виде небольших выхлопов или постепенного открытия клапанов. В данной конструкции сигнализатором допустимого уровня газа служит простой поплавок.

Фото – Газовая защита

Индикатор может не только показывать уровень заполнения резервуара маслом, но и контролировать проходимость газов, диагностируя режим работы трансформатора в целом. Настроить правильную работу данного реле может обученный работник электроустановки.

Второе отделение газового реле подключается непосредственно к масляному контуру трансформатора и соединяет его вертикальные каналы, открывая путь для поднимающегося газа.

Мембрана в расширительном баке выступает в качестве индикатора изменения давления. Внезапное повышение давления масла сжимает мембрану, и диафрагма начинает двигаться. Также это движение может происходить из-за изменения атмосферного давления. Благодаря этому срабатывает специальный клапан, который отключает трансформатор, и включается короткозамыкатель.

Как правило, дифференциальная или тепловая защита устанавливается в высоковольтных «сухих» трансформаторах мощностью не более 5MVA с выключателями и контроллерами для защиты от замыканий и перенапряжений.

Фото – Продольная дифференциальная защита

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Демпферную ленту – Демпферная лента – назначение, разновидности, правила выбора, обзор популярных марок —  Гостиница «Отель А» на Аткарской Саратов
  • с помощью реле могут быть обнаружены неисправности в ТМГ изоляционного масла;
  • дифференциальное реле, как правило, сразу реагирует на любые повреждения цепей, в зависимости от их классификации;
  • данные защитные устройства могут самостоятельно обнаружить практически все ошибки.
  • Дифференциальная защита имеет самый простой принцип работы и устанавливается прямо в трансформаторный шкаф. Дифференциальные реле сравнивают между собой первичный и вторичный ток нагрузки, если находят дисбаланс между ними, то срабатывает защита.

    Как видите, технологические способы защиты трансформатора основаны на контроле неравенства номинальных показателей. Это может быть уровень масла, тока, напряжения сети и т.д. Особое внимание нужно уделять защите масляных трансформаторов. В частности диагностика параметров с применением микропроцессорных технологий сможет решить многие проблемы.

    Микропроцессор автоматически контролирует уровень поступающего масла в резервуар. Как только оно достигнет критического уровня, защита отключает питание устройства. Данная технология контроля в основном используется для собственных, распределительных сетей, подстанций, трансформаторов «масляного типа» с мощностью до 10-15 кВ.

    Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

    Согласно ПУЭ, дистанционная или программная защита трансформатора устанавливается при напряжении сети от 6кВ до нагрузки и от 35кВ после нее, расчет установок производится только квалифицированным работником. Ранее для защиты пользовались вакуумными методиками, но поплавки оказались более действенными, значительно увеличив порог срабатывания защиты.

    https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

    Купить устройства для защиты трансформаторов можно в любом городе России и Украины: Киеве, Москве, Санкт-Петербурге Вологде. Средняя стоимость – от 8000 рублей.

    Логическая часть релейной защиты: принцип работы

    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.

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

    Осциллограммы перенапряжений при коммутации ВВ без ОПН.
    Рис. 7. Осциллограммы перенапряжений при коммутации ВВ без 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.

    Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

    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.

    ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Наведенное напряжение причины возникновения и меры защиты

    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.

    Работа логической части релейной защиты силовых трансформаторов заключается в использовании поступившей информации для запуска серии последовательных логических комбинаций, позволяющих отключить поврежденный трансформатор со всех сторон; блокировать выходы на устройства, которые должны замереть; перекинуть рабочие цепи функционирующих устройств на другой путь.

    С учетом того, что оперативный ток должен поступать и в аварийных ситуациях, его источниками на подстанции должны быть аккумуляторные батареи — как источники постоянного тока, так и измерительные трансформаторы тока и напряжения и ТСН (трансформатор собственных нужд) — как источники переменного тока.

    Рекомендуется для питания релейной защиты силовых трансформаторов использовать источник постоянного тока – аккумуляторную батарею, как самый надежный элемент из перечисленных. Это источник автономный, но, к сожалению, имеющий ограниченную емкость, мало применимую для подстанций распределительных сетей в силу дороговизны и ненадежности. Хотя именно аккумуляторная батарея обеспечивает срабатывание реле даже при полном отключении питания.

    Для питания релейной защиты через измерительные трансформаторы, необходимо использовать одновременно все три типа: ТН, ТТ и ТСН, что обусловливается спецификой нарушений – снижение напряжение на подстанции до нуля, например, при многократных коротких трехфазных замыканиях, требует использования тока от ТН.

    ТТ обеспечивает работу электромагнитов управления – такая схема называется «схемой с дешунтированием электромагнитов управления». С другой стороны, ТСН, например, может вполне справится с питанием защиты в случае виткового замыкания. При уходе масла из кожуха трансформатора достаточно будет включения ТН. Тем не менее, поскольку аварийные ситуации непредсказуемы, использовать измерительные трансформаторы в комплексе релейной защиты – необходимо.

    Питание выпрямленным оперативным током, по сути, похоже на использование аккумуляторных батарей. Применяется оно для силовых трансформаторов меньше 10кВ. Конденсаторы включаются при полном отключении подстанции, когда необходимо обеспечить функционирование релейной защиты, автоматики, части электродвигателей, что облегчает запуск подстанции при повторном пуске электроэнергии. Самозапуск электродвигателей – основная задача применения блоков конденсаторов.

    Шунтирование электромагнитов производится специальным размыкающим реле, которое прерывает рабочий ток при превышении показаний установок силового трансформатора. Шунтирующий контакт обычно дублируется вторым, чтобы при повторном срабатывании цепи, ток не пробил защиту элемента, поскольку возможность излишнего срабатывания существует.

    Индукционные реле в системе защиты трансформаторов предназначены для выстраивания простейшей двухступенчатой системы защиты Т10кВ. Принцип их работы – токовая отсечка мгновенного действия и максимальная токовая защита с обратнозависимой от тока выдержкой времени.

    Специальные промежуточные реле силовых трансформаторов предназначены для дифференциальной защиты или максимальной токовой защиты трансформатора с независимой от тока выдержкой времени. Они оборудованы встроенным маломощным выпрямительным устройством.

    Автоматическая релейная защита

    Фото – Защита реле

    Нижний элемент состоит из перегородки и ртутного индикатора. Эта пластина крепится плавкими шарнирами прямо напротив входа реле в трансформатор таким образом, что при поступлении масла с высоким давлением происходит его вытеснение. Помимо этих основных элементов реле в нем есть также газовые камеры, провода, клеммы, сигнальные кабеля и т.д.

    Помимо этих основных элементов реле, в нем есть также газовые камеры, провода, клеммы, кабеля нейтрали и т.д.

    ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Зажимы для проводов разновидности зажимов порядок выполнения зажимного соединения

    Принцип действия релейной защиты трансформатора очень прост, схема дана ниже. Он является механическим приводом, и всякий раз, когда появляются незначительные внутренние неисправности в трансформаторе, такие как нарушение изоляции, поломка сердечника трансформатора и прочее, падает уровень масла в баке трансформатора, из-за чего ртутный индикатор отключает его от сети питания. Конечно, это не решает проблему, но все же значительно продлевает срок службы кабелей, нормализуя предусмотренный ток в линии.

    Фото – Принцип работы

    Оценка необходимости установки ОПН

    В современных трансформаторных подстанциях, как внутризаводских, так отдельно стоящих, напряжение от внешнего источника электроэнергии подается на трансформатор через распределительное устройство высокого напряжения (РУВН). Одним из компонентов РУВН является вакуумный выключатель (ВВ). При наличии ВВ, как было описано выше могут возникать перенапряжения, приводящие в повреждению обмоток.

    Однако в последнее время ведущие производители электрооборудования, такие как Shneider Electric, Eaton, предлагает малогабаритные распределительные устройства (РУ), которые имеют в своем составе коммутационное оборудование, лишенное недостатков, свойственных подробно описанным выше вакуумным выключателям.

    Гашение электрической дуги в РУ производства Shneider Electric, RM6-ячейке осуществляется на основе принципа автодутья в элегазе что практически исключает срез тока и, соответственно, не приводит к возникновению перенапряжений. Т.е. здесь вопрос решен с помощью использования элегаза.

    Компания Eaton в своем инновационном оборудовании Xiria решила вопрос в производимых ей компактных РУ конструктивным совершенствованием вакуумного выключателя. Здесь исключение среза тока достигается за счет разделение дуги на множество низкоэнергетических разрядов.

    Как утверждают оба производителя, кратность коммутационных перенапряжений не превышает 1,4. А это полностью безопасно для обмоток трансформатора.

    Блинкер

    Таким образом, можно констатировать, что при использовании малогабаритных распределительных устройств Shneider Electric, RM6 и в РУ компании Xiria установка ОПН для защиты обмоток от перенапряжений не требуется.

    Выражаю искреннюю благодарность ведущим специалистам ООО «Трансформер» к.т.н. Печенкину В.И. и к.т.н. Стулову А.В. (г. Подольск), главному конструктору ООО «Трансформер» Трофимовичу И.А. , а также ведущему специалисту компании Eaton к.т.н. Москалеву М. за предоставленные материалы и за конструктивное обсуждение данной статьи.

    https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

    Список литературы

    1. ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7 [Электронный ресурс].
    2. Халилов Ф.Х. Классификация перенапряжений. Внутренние перенапряжения: Учебное пособие. — Санкт-Петербург: Издание НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2012. — 80 с.
    3. Путова Т.Е., Малюшицкий П.Г., Вьюнов В.С. Особенности защиты оборудования коммутируемого вакуумными выключателями[Электронный ресурс].
    4. Беляков Н.Н. Защита от перенапряжений установок с вакуумными выключателями // Электрические станции, 1994. — № 9. — С. 65-71.
    5. Перенапряжения при коммутации вакуумными выключателями. Мнение мирового сообщества [Электронный ресурс].
    6. Назначение и принцип действия ОПН. [Электронный ресурс].
    7. Умное распределительное устройство. Shneider Electric [Электронный ресурс].
    8. Компактное распределительное устройство Xiria. [Электронный ресурс].
    Оцените статью
    MALIVICE.RU
    Adblock
    detector