Продольная дифференциальная защита

Защита применяется на трансформаторах с мощностью более 6,3 МВА.

Принцип действия [22] основан на вычислении разности токов I_1,TA1 и I_1,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 I_НБ,_S небаланса, который возникает при максимальном внешнем I_К1,МАХ токе КЗ в точке К1 (рис. 6.2):

, (6.7)

где I_НБ,_S ― суммарный ток небаланса, . Каждая из составляющих тока небаланса находится по следующим формулам

, (6.8)

, (6.9)

, (6.10)

где k_A × ― коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ на быстодействующие защиты (без выдержки времени), для защит с быстронасыщающимися трансформаторами k_A=1; k_ОДН ― коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока, для разных ТТ k_ОДН=1; e ― погрешность ТТ, удовлетворяющая e = 0,1; DU_РЕГ ― 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 I_Н,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 I_К2,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) I_Н,ТР, а величина тока КЗ (за трансформатором) ― (7…18) I_Н,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 2В_НОМ.

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).