Расчетная проверка трансформаторов тока ТТ

Рис. 26. Требования к трансформаторам тока, используемым для релейной защиты

К трансформаторам тока, используемым для релейной защиты, предъявляются следующие требования по обеспечению ее надежного функционирования [1];

1) работа с погрешностью (полной) не более 10% при расчетных значениях тока, выбираемых в зависи­мости от типа защиты: ε≤ 10 % при I1расч.;

2) работа с погрешностью (токовой) не более мак­симально допускаемой для выбранного типа реле при максимальных значениях тока КЗ через защиту:fmax≤fдоп при I1k.max

3) предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях ТТ и защиты при максимальных значениях тока КЗ: U2max≤U2доп при I1kmax.

Сказанное иллюстрируется диаграммой на рис. 26. Применительно к максимальным токовым защитам и токовым отсечкам, в том числе и установленным на понижающих трансформаторах 10 кВ, расчетная про­верка ТТ производится в следующей последователь­ности и следующими практическими способами.

Проверка на 10 %-ную полную погрешность по кривым предельной кратности, производится главным образом при проектировании, когда используются спе­циальные типовые кривые предельной кратности k10 =f(zн), где zн — сопротивление вторичной нагрузки трансформаторов тока (реле, проводов, приборов), при котором полная погрешность ТТ ε = 10% (рис. 27,а). Надо отметить, что для правильной, точ­ной работы максимальных токовых защит достаточно обеспечить значение токовой погрешности (напомним, что f<ε). Однако ради единообразия расчетной проверки ТТ для всех типов защит принято выполнять условие ε≤10%, для чего и построены единые кривые предельных кратностей k10 =f(z_H). Это создает расчетный запас для максимальных то­ковых защит,

Рис. 27. Расчетная проверка трансформаторов тока на 10%-ную полную погрешность ε≤ 10 % по кривым предельной кратности k₁₀ = f(zн)—а и по фактическим вольт-амперным характеристи­кам ВАХ:U2=f(Iнам) -б

1 — обмотка класса Р; 2— - класса 0,5

Значение предельной кратности по выражению определяется

I1ном, т, т — первичный номинальный ток ТТ; I1расч — расчетный ток, при котором ТТ должны ра­ботать с погрешностью ε≤10%; для максимальных токовых защит с независимой характеристикой и то­ковых отсечек принимается на 10 % большим первич­ного тока срабатывания, т. е. 1,1Iс.з. или 1,1Iс.о.; для максимальных токовых защит с зависимой характери­стикой принимается равным тому значению первич­ного тока, при котором производится выбор ступени селективности ∆t, или, иначе говоря, согласование за­щитных характеристик (рис. 25,6 и в), т. е. в одном случае I1расч=1,1Ikmax, а в другом-I1расч=Iс.з.посл

Подбирается нужная кривая предельных кратностей, соответствующая типу, классу точности и коэф­фициенту трансформации ТТ [9, 12], и по значению к10 полученному по выражению (30), определяется значение zн (рис. 27, а, штриховые линии). При проек­тировании по значению г„ выбирается сечение и, сле­довательно, сопротивление соединительных проводов между ТТ и реле [12]. При наладке и обслуживании релейной защиты фактическое значение сопротивления нагрузки (проводов, реле) измеряется в соответствии с «Инструкцией по проверке трансформаторов тока» [13] с целью получения значений zн.ф. для каж­дой фазы, где установлены ТТ, и для обратного или пулевого провода схемы соединения ТТ. Для типовой схемы «неполная звезда», применяемо!! для защиты элементов 10 кВ (например, на рис. 20), определяется zн.ф.а, zн.ф.с, zн.ф.о. Далее необходимо определить расчетом наибольшее значение zн.ф.р.
для ТТ макси­мальной токовой защиты, которое соответствует двух­фазному КЗ за трансформатором со схемой соедине­ния обмоток ∆/Y [9]:z_Ф. _Р = 3zпр + 3zр + r_пер =3zн.ф.а.Еслиzн.ф.р≤zн, то полная погрешность ТТ будет ε≤10 %, что и требуется для правильного функционирования всех типов защиты. Исключение делается лишь для некоторых схем защиты на пере­менном оперативном токе, т. е. допускается токовая погрешность f > 10 % для ТТ, на которые включены реле прямого действия, а также для ТТ в схемах с дешунтированием ЭО, но только в режиме после их дешунтирования. Особенности этих схем рассмотрены далее.

Проверка на 10 %-ную погрешность по вольт-амперным характеристикам ТТ U₂ = f(Iнам). После снятия вольт-амперных характеристик ТТ (в соответ­ствии с требованиями «Инструкции» [13]) произво­дится еще одна проверка ТТ на выполнение первого условия — ε≤10% (Рис. 26). Для этого определя­ется расчетное напряжение (в вольтах) па зажимах вторичной обмотки ТТ по выражению

где I2 расч = I1 расч/nт.т. — вторичное значение расчетного тока, при котором ТТ должны работать с по­грешностью ε≤10 % (см. выше), А; nт.т. — коэффи­циент трансформации трансформаторов тока; zн.ф.р — фактическая расчетная нагрузка ТТ (см. выше), Ом; z_2т. т — полное сопротивление вторичной обмотки ТТ, Ом, определяется по справочным данным индуктив­ной и активной составляющих этого сопротивления [9, 12]:

По вольт-амперной характеристике ВАХ трансфор­матора тока одной из фаз — А или С (той, которая идет ниже, рис, 27,5), определяется значение тока на­магничивания Iнам, соответствующего значению U₂рагч, полученному по выражению (31).

Полная погрешность ТТ (в процентах) определя­ется по выражению

Проверка с помощью ВАХ позволяет установить не только выполнение требования ε≤10%, но и определить расчетный запас на будущее, когда может потребоваться увеличение сопротивления нагрузки Z_H. ф. р (включение дополнительных реле) или увели­чение значения тока I1расч и, следовательно, уве­личение сараем по выражению (31). Если расчет­ная точка располагается на восходящей прямоли­нейной части ВАХ (рис. 27,6), то расчетный запас обеспечен.

Проверка надежной работы реле при максималь­ном значении тока КЗ. Выполнение второго требова­ния к ТТ (рис. 26)—fmax≤fдоп обеспечивает надеж­ное замыкание контактов электромеханических макси­мальных реле тока при искаженной форме кривой вторичного тока ТТ (форме, отличной от синусоиды). Искажение формы вторичного тока прямо связано с токовой погрешностью ТТ: чем больше токовая по­грешность, тем больше искажается форма вторичного тока. Для снятых с производства максимальных реле тока ЭТ-520 значениеf_Доп = 13%, для реле типа РТ-40, выпущенных до 1969 г., f_Доп = 40⁰/₀, а для мо­дернизированных реле РТ-40, выпущенных после 1969 г. (см. выше), f_Д0п = 50⁰/о. Для сравнения ука­жем, что у современных электронных реле типа РСТ-11—РСТ-13 значение f_допгораздо выше —при­мерно 80 % [14]. Для индукционных реле типа РТ-80 (и ранее выпускавшихся ИТ-80) значение f_доп = 50 % (из условия точной работы индукционного элемента) [12].

Максимальное значение токовой погрешности f _max определяется при максимальном значении тока при КЗ в месте установки защиты I\_K, max. По этому току определяется максимальная кратность для принятого ТТ с первичным номинальным током I1ном.т.т.:

Рис. 28. К расчетной проверке надежности работы максимальных реле тока: а — зависимость А = ψ (f) [12]; б —построение сум­марной кривой предельных кратностей (3) и определение значе­ния допустимой предельной кратности k10доп.сум при последова­тельном включении двух вторичных обмоток трансформатора тока

Для определения fmax используется зависимость A — ψ (f), приведенная на рис. 28, а [12]. Коэффи­циент А определяется по выражению

где kmaxвыражения (34); k10.доп. предельная кратность, соответствующая значению фактической расчетной нагрузки ТТ z_{Ф Р} (см. выше), определяет­ся по кривой предельных кратностей ТТ данного типа, класса и коэффициента трансформации (рис. 27, а, штрихпунктирные линии).

Определяется по зависимости А=ψ(f) на рис. 28,а значение fmax соответствующее значению А, получен­ному по выражению (35). Если fmax ≤fдоп, то второе требование к ТТ выполнено.

В связи с непрерывным ростом энергетических мощностей (ввод в работу мощных электростанций, линий высокого и сверхвысокого напряжения, уста­новка мощных автотрансформаторов, замена менее мощных трансформаторов на более мощные, включе­ние высоковольтных электродвигателей) в электри­ческих установках всех классов напряжения происхо­дит увеличение уровнен токов КЗ, а следовательно, увеличение значений А_тах для трансформаторов тока.

Поэтому в директивных материалах Минэнерго СССР [5] обращается внимание на необходимость периоди­ческих проверок выполнения рассмотренного второго требования к ТТ:f_max ≤fдоп. Если это требование не выполняется, необходимо либо произвести замену реле (на такие, у которых выше значение f_доп), либо уменьшить значение f_mazx.

Уменьшение значения токовой погрешности /max может быть достигнуто уменьшением значения zн.ф.р(например, путем увеличения сечения соединитель­ных проводов между ТТ и реле), увеличением значе­ния I1ном.т.т. (например, заменой ТТ с nт.т. = 100/5 на ТТ с пт.т.= 200/5, что уменьшит значения крат­ности kmax и коэффициента А в два раза и суще­ственно снизит значение токовой погрешности), последовательным включением двух вторичных об­моток ТТ.

В электроустановках 10 кВ, где в основном приме­няются ТТ с двумя вторичными обмотками классов 0,5 и Р, последовательное включение этих обмоток применяется достаточно часто. Это допускается «Пра­вилами» [1], если обеспечивается надежная работа реле защиты и точная работа измерительных прибо­ров. Для оценки целесообразности такого включения необходимо построить так называемую суммарную кривую предельных кратностей (кривая 3 на рис. 28, б). Эта кривая строится путем арифметического сумми­рования значений zн, найденных по кривым предель­ных кратностей 1 и 2 для нескольких произвольных значений кратности k10. По суммарной кривой пре­дельных кратностей 3 определяется значение k10доп.сум, соответствующее значению сопротивления z_Н.фр. Значение k,10 _доп.сум всегда будет больше, чем k10доп (при использовании только одной вторичной об­мотки ТТ). Следовательно, значение А по выражению (35) будет меньше, что приведет к снижению токовой погрешности /' (рис. 28, я).

Предотвращение опасных перенапряжений во вто­ричных цепях ТТ и защиты при максимальных значе­ниях тока КЗ. Третье требование к ТТ U_2max ≤U2 _Доп для ТТ с вторичным номинальным током I_2ном = 5 А, как правило, выполняется. Значение U₂max (в воль­тах) определяется по выражению

где ky— ударный коэффициент, учитывающий влия­ние апериодической составляющей тока КЗ (с 1978 г. не применяется в связи с малой вероятностью ее воз­никновения); kmax — максимальная кратность тока КЗ, определяется по выражению (34); z _нф.р. — фактиче­ское расчетное сопротивление нагрузки ТТ (см. выше), Ом; I2 ном — номинальный вторичный ток ТТ, равен 5 А для ТТ, применяемых в электроустановках напря­жением 10 кВ и 0,4 кВ;√2 увеличивает действующее значение тока КЗ до амплитудного.

Рис. 29. Схемы включения максимальных реле тока прямого дей­ствия типа РТМ (отсечка) и РТВ (защита) па одну и ту же обмотку трансформаторов тока класса Р (а) и классов Р и 0,5 (б)

Значение U_{2 доп} = √2 u_{2 доп}. _пр, • где U2 доп. _ПР —до­пустимое по «Правилам» [1] значение напряжения на вторичных цепях ТТ и защиты, принято равным 1000 В; √2—то же, что в выражении (36).

Схема максимальной токовой защиты и токовом отсечки на реле прямого действия типа РТВ и РТЛ1. Типовая схема включения реле для защиты транс-Форматора 10 кВ со схемой соединения обмоток ∆/У (или Y/∆) и блока линия — трансформатор с та­кой же схемой соединения обмоток приведена на рис. 29, я. Реле 1 и 2 типа РТМ мгновенного действия осуществляют токовую отсечку, реле 3—5 — макси­мальную токовую защиту с зависимой характеристи­кой (рис. 20, 21").

Выбор параметров срабатывания производится по выражениям (21)—(29), проверка трансформаторов тока — по (30) — (36). Для ТТ, на которые включены реле прямого действия, допускаются погрешности бо­лее 10 %, если нельзя обеспечить / ^ 10 %.

При токовых погрешностях ТТ f > 10 % проверка чувствительности защиты и отсечки должна произво­диться с учетом действительного расчетного значения токовой погрешности по общему выражению (по вто­ричным значениям токов)

а для схемы соединения ТТ в неполную звезду (рис. 29) для трехрелейной максимальной токовой защиты — по выражению (по первичным значениям то­ков)

где Ikmin — минимальное значение тока через защи­щаемый трансформатор при трехфазном КЗ на сто­роне НН; Iс.з.— ток срабатывания максимальной то­ковой защиты; f—фактическое расчетное значение токовой погрешности ТТ при токе срабатывания токо­вой отсечки при совместном включении реле РТМ и РТВ (рис. 29, а), %.

Для проверки чувствительности токовой отсечки трансформатора, выполненной по рис. 29, выражение (37) имеет несколько иной вид:

где Iс. о — ток срабатывания токовой отсечки.

При совместном включении реле РТМ и РТВ на одну и ту же обмотку ТТ (обычно класса Р, рис. 29, а) погрешность ТТ определяется при расчет­ном токе Iрасч, равном току срабатывания токовой отсечки Iс. о, который обычно намного больше, чем ток срабатывания максимальной токовой защиты. В ре­зультате значение предельной кратности k10 по выра­жению (30) оказывается весьма большим, а значение 2„, определяемое по кривой предельных кратностей (рис. 27, а), — небольшим. А фактическое расчетное сопротивление нагрузки zн.ф.р.за счет сопротивления реле РТВ (около 1 Ом) оказывается весьма значи­тельным и, как правило, больше допустимого значе­ния z н. В результате и полная, и токовая погрешности ТТ могут быть значитель­но больше 10 %.

Рис. 30. К примеру определе­ния чувствительности релейном защиты трансформатора с реле прямого действия РТМ (токо­вая отсечка ТО) и РТВ (мак­симальная ТОКОРЯЯ ЗАЩИТА МТЗ) С УЧЕТОМ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОМ ТОКОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ ТТ (ЗНА­ЧЕНИЯ ТОКОВ ПРИВЕДЕНЫ К НА­ПРЯЖЕНИЮ 10 КВ)

Рас­смотрим па примере за­щиты трансформатора мощностью 1MB-А поря­док определения чувстви­тельности его релейной защиты с учетом действи­тельных значений токовой \ погрешности ТТ на сторо­не 10кВ. Вначале принимается типовая схема с совме­стным включением реле РТМ и РТВ на одну обмотку класса Р трансформаторов тока 10 кВ типа ТПЛ (рис. 29, а). Значения токов КЗ приведены на расчет­ной схеме (рис. 30). Токи срабатывания выбраны по выражениям (21) — (29) следующими: для макси­мальной токовой защиты /_с. ₃ = 200 А (примерно 350% номинального тока трансформатора), а токо­вой отсечки Iс. о =1000 А. Коэффициент трансфор­мации трансформаторов тока n_т. _т = 100/5 = 20.

Проверка на 10 %-ную полную погрешность произ­водится по рассмотренной выше методике с помощью кривой предельных кратностей k10=f(z н) на ряс. 27, а. Предельная кратность определяется по выражению (30): k10=1,1 Iс.o/I1ном.т.т.= 1,1*1000/100 = 11. Этому значению k_!0 соответствует zн = 0,8 Ом, при котором ε= 10 %, а токовая погрешность fнесколько менее 10 %.

Рассчитывается фактическое сопротивление нагрузки на ТТ при двухфазном КЗ на выводах 10 кВ защищаемого трансформатора, т. е. в зоне действия отсечки, по выражению [9]: zн.ф.р. = 2r_ф + Zртм + 2Zртв + rпер, где r пр. — сопротивление проводов от ТТ до реле, при выполнении защиты в КРУ-10 кВ оно невелико, не более 0,05 Ом; r _пер — сопротивление переходных контактов, рекомендуемое значение от 0,03 до 0,1 Ом:,Zртв и Z ртм сопротивления реле РТМ и РТВ, о значении которых следует сказать под­робнее.

Сопротивление реле РТМ при уставке тока сраба­тывания Iс.р.= 1000/20 = 50 А будет Zртм = 0,8S/I^2с.р.=0,8*345/50^2= 0,11 Ом, где S — потребляемая мощность реле РТМ при втянутом якоре и токе сра­батывания, В-А (по каталогу завода-изготовителя). Коэффициент 0,8 учитывает, что расцепление меха­низма привода выключателя при срабатывании реле РТМ происходит несколько раньше, чем якорь реле полностью втянется, дойдет до упора и сопротивле­ние реле станет равным значению, указанному в за­водском каталоге для втянутого положения якоря [12].

Сопротивление реле РТВ при токе срабатывания I_с. _р = 200/20= 10 А будет Z_РТВ = 113/10² = 1,13 Ом, где S — потребляемая мощность реле при токе сраба­тывания 10 А и втянутом якоре (по каталогу завода-изготовителя). Сопротивление реле РТВ рассчиты­вается для втянутого положения якоря, если ток сра­батывания последовательно включенного реле РТМ превышает ток срабатывания реле РТВ примерно в 2 раза —для реле PTBI—PTBIII и в 3—4 раза — для реле FTBIV— PTBVI. В этих случаях якоря (сердечники) обоих реле при срабатывании реле втя­гиваются одновременно и быстро: это занимает около 0,02 с [15]. Но с учетом снижения сопротивления реле при больших токах можно принять в проводимом рас­чете ZPTB= 0.8-1,13 = 0,9 ОМ. ЭТО ОБЪЯСНЯЕТСЯ ТЕМ, ЧТО СОПРОТИВЛЕНИЕ РЕЛЕ РТВ С ТОКОМ СРАБАТЫВАНИЯ 10 А ПРИ БОЛЬШИХ ТОКАХ СНИЖАЕТСЯ: ПРИ ТОКЕ 20 А — ДО 0,95 ОМ, ПРИ 25 А —ДО 0,9 ОМ, ПРИ 30 А — ДО 0,8 ОМ.

Суммарное значение Zн.ф.р. = 0,1 + 0,11 + 2*0,9+0,05 = 2,06 Ом, что значительно больше, чем до­пустимое Z_Н = 0,8 Ом, и, следовательно, погрешность трансформатора тока больше 10 %.

Определяется чувствительность отсечки с учетом действительной погрешности трансформаторов тока по выражению (37а). Погрешность трансформаторов тока f определяется по рассмотренной выше методике при максимальном токе КЗ Iк, max = KчIс. о. При Kч, = 2 для токовой отсечки трансформаторов [1] I_к.max = 2*1000 = 2000 А; максимальная кратность тока Kmах = 2000/100 = 20. Допустимое значение предельной кратности k_!0доп =5 при определенном выше значении Zн.ф.р= 2,06 Ом (рис. 27,о). Коэффициент А = 20/5 = 4. а погрешность f = 63 % (рис. 28, а). При токе, равном 2000 А, трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора коэффициент чувствительности для токовой отсечки определяется по выражению (376)

т.е отсечка не сможет сработать из-за большой по­грешности ТТ. Кроме этого, приf››10 % реле РТВ максимальной токовой защиты будут работать мед­леннее, чем при 10%-ной погрешности ТТ, так как их время срабатывания зависит от проходящего в реле тока, а он будет тем меньше, чем больше токовая погрешность ТТ. При вынужденном допущении, что f>10%, необходимо определять время срабатыва­ния реле РТВ с учетом действительной токовой по­грешности ТТ, а это вызовет увеличение времени сра­батывания последующей защиты (рис. 21).

Поэтому для повышения чувствительности токо­вой 01 сечки II для уменьшения времени работы макси­мальной токовой защиты трансформатора и защит последующих элементов лучше всего обеспечить ра­боту Т Т на трансформаторе 10 к В с погрешностью не более 10%. Как один из способов уменьшения по­грешности ТТ может быть рассмотрена возможность использования схемы защиты (рис. 29, б), где выпол­нено раздельное включение реле токовой отсечки РТМ и измерительных приборов на обмотку класса 0,5, а реле РТВ — на обмотку класса Р одних и тех же трансформаторов тока.

Рассмотрим возможность выполнения требований «Правил» [I] для условий этого же примера. Про­веряются на 10 %-ную погрешность трансформаторы тока класса 0,5 при токе срабатывания отсечки, имею­щие следующие параметры: K10 1,1*1000/100=11; Zн. доп = 0,35 Ом (рис. 27, а); Zн.ф.р=2Rпр+Zртм+Zи.п+Rпер= 0,1 + 0,11 + 0,07 + 0,05 = 0,33 Ом, где Zн.п.— сумма сопротивлений амперметра (0,03 Ом) и двух электрических счетчиков (сопротивление каж­дого 0,02 Ом). Таким образом, Zн.ф.р.<Zн, погреш­ность f<10%, и коэффициент чувствительности от­сечки будет около 2, что соответствует «Прави­лам» [1].

Сопротивление нагрузки на эти же трансформа­торы тока в нормальном симметричном режиме рас­считывается с учетом того, что якорь реле РТМ на­ходится в нижнем положении и сопротивление реле равно 0,057 Ом. Суммарное сопротивление нагрузки определяется по выражению [9] Zн.ф.р=2Rпр+Zртм+Zи.п.+Rпер = 0,1+ 0,057 + 0,07 + 0,05 = 0,28 Ом, что меньше, чем допускается (Zном = 0,4 Ом) для этих трансформаторов тока из условия работы с норми­руемой погрешностью [12]. Следовательно, включение реле РТМ и измерительных приборов на обмотку класса 0,5 может быть допущено, причем счетчики могут использоваться для расчетного учета электри­ческой энергии. В тех случаях, когда счетчики ис­пользуются только для технического учета, могут до­пускаться сопротивления нагрузки, большие, чем ука­занное сопротивление г_ном [1].

Для обмотки класса Р проверка на 10%-ную по­грешность производится при токе перехода характе­ристики срабатывания реле PTBI в независимую часть [9, 12]: К1=1,1*1,6*200/100 = 3,5. Допустимое значение сопротивления нагрузки при этом равно 3 Ом. Рассчитывается наибольшее сопротивление на­грузки на трансформаторы тока при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток ∆/Y или Y/∆-11 по выражению [9] для трехрелейной схемы максимальной токовой защиты с реле PTBI (рис. 29,6): Zн.ф.р=3Rпр+3Zртв+Rпер=0,15+3*0,9 + 0,1 =2,95 Ом, что примерно равно допусти­мому значению сопротивления нагрузки (3 Ом), при котором полная погрешность трансформаторов тока ε = 10 %, а токовая погрешность f несколько меньше 10%.

Другими способами повышения чувствительности защиты на реле прямого действия являются: замена ТТ на более мощные (с большими допустимыми зна­чениями Zнили с более высокими коэффициентами трансформации n_т. _т); последовательнее включение двух обмоток ТТ (см. рис. 28, б); переход на реле кос­венного действия, например РТ-85 (см. далее). Луч­ший из способов выбирается путем сравнения технико-экономического расчета вариантов.

Схемы максимальной токовой защиты и токовой отсечки на реле РТ-80. В реле этого типа, как уже указывалось выше, имеются индукционный элемент, осуществляющий максимальную токовую защиту с за­висимой характеристикой, и электромагнитный эле­мент, называемый отсечкой, действующей без вы­держки времени при токе, равном пли большем тока срабатывания Iс.о. (рис. 21). При использовании всех реле серии РТ-80 погрешность ТТ не должна превы­шать 50 % при таких значениях тока КЗ, когда важна точная работа индукционного элемента, чтобы обес­печить селективность между смежными защитами (рис. 25).

Схема максимальной токовой защиты с реле РТ-81 на постоянном оперативном токе приведена на рис. 31, а и б (реле 1—3). Схемы с реле РТ-85 на переменном оперативном токе показаны на рис. 31, в и г и отличаются количеством реле. Схема на рис. 31, а применяется для защиты трансформаторов 10 кВ со схемой соединения обмоток Y/Y. При использова­нии се для защиты трансформаторов ∆/Y или Y/∆-11 чувствительность к двухфазным КЗ оказывается в 2 раза ниже, чем при трехфазных КЗ за трансфор­матором (рис. 2). Установка третьего реле РТ-85 обес­печивает равенство коэффициентов чувствительности при этих видах КЗ. При отсутствии в приводе выклю­чателя третьего электромагнита отключения (ЗОз на рис. 31, г) можно после небольшого изменения схемы внутренних соединений в одном из реле РТ-85 применить схему защиты с тремя реле РТ-85, но с двумя ЭО в приводе выключателя (рис. 31,6). Ка­тушка реле 3 включается в обратный провод схемы неполной звезды ТТ, замыкающий контакт 2, вклю­чается параллельно с аналогичным замыкающим кон­тактом 2 реле 1, а размыкающий контакт 1 — после­довательно с аналогичным контактом 1 реле 1. Таким образом, реле 1 и 3 при срабатывании вместе или по отдельности производят дешунтирование одного и того же ЭО1.Следовательно, при всех видах двух­фазных КЗ за трансформаторами со схемами соеди­нений ∆/Y и Y/∆-11 в одном из реле проходит ток, равный по значению току при трехфазном КЗ. Но при определении чувствительности ЭО придется прини­мать только половину тока трехфазного КЗ, что яв­ляется недостатком этой схемы по сравнению со схе­мой на рис. 31, г.

Для схем защиты с дешунтированием ЭО «Пра­вила» [1] требуют, чтобы погрешность ТТ до дешунтнровання (рис. 16,а) не превышала 10%, т.е. ε≤10%. После дешунтиросания (рис. 16 б) допу­скается погрешность более 10 %. Если расчет пока­зывает, что после дешунтирования ЭО погрешность ТТ превышает 10 % (это можно определить по соот­ветствующей кривой предельной кратности, как пока­зано выше), необходимо проверить, что, несмотря на увеличение погрешности f > 10 % и, следовательно, уменьшение тока в реле, сработавшее реле РТ-85 не возвратится в исходное положение и, кроме того, бу­дет обеспечено надежное срабатывание ЭО с требуемым коэффициентом чувствительности. Для этих про­верок необходимо рассчитать действительное значение токовой погрешности f, используя зависимость на рис. 28, А.

Рис. 31. Схемы максимальной токовой зашиты с зависимей ха­рактеристикой с реле типа РТ-8!, выполненные на постоянном оперативном токе (а и 6) и на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов отключения ЭО (в—д)

В невозможности возврата сработавшего реле типа РТ-85 из-за возросшей токовой погрешности ТТ можно убедиться по коэффициенту чувствительности реле за­шиты в режиме после дешунтнровання ЭО, который определяется по следующему выражению (для схемы соединения ТТ в неполную звезду):

где Iк.min.—минимальное значение первичного тока при расчетном виде КЗ (выбирается в зависимости от схемы соединения обмоток защищаемого трансфор­матора и числа реле в схеме его защиты по рис.31), А; Iс. р — ток срабатывания реле, определяется по выра­жению (22), А; n т.т. — коэффициент трансформации ТТ; f — расчетное значение действительной токовой погрешности ТТ при токе срабатывания отсечки Iс. о трансформатора, определяемое по зависимости на рис. 28, а, Kв — коэффициент возврата реле, для электромагнитного элемента реле РТ-80 имеет значе­ние, не превышающее 0,2—0,3; Kч.р. и Kч.пр. — коэффи­циенты чувствительности для реле, определенные в «Правилах» [1].

Низкий коэффициент возврата реле РТ-85 играет в данном режиме положительную роль, «удерживая» реле в сработавшем состоянии, несмотря на увеличение погрешности ТТ вплоть до максимально возможной МО % (рис. 28, о), и значение коэффициента чувствн-тельностн реле зашиты до и после дешунтнровання практически не изменяется. Однако при исполь­зовании для дешунтнрования ЭО полупроводниковых устройств, имеющих очень высокий, близкий к 1, коэф­фициент возврата, возможно существенное снижение коэффициента чувствительности реле зашиты после дешунтнровання ЭО и, как следствие, неустойчивая работа дешунтнруюшего устройства.

Значения требуемых коэффициентов чувствитель­ности Kч. пр: примерно 1,5 — для максимальной токовой защиты и около 2 — для токовой отсечки трансфор­матора [1].

Чувствительность ЭО определяется по выражению, аналогичному уравнению (38), но без учета коэффи­циента возврата:

где Iс, _э. о — ток срабатывания электромагнита отклю­чения, практически применяются ЭО с токами сраба­тывания 5 или 3,5 А; остальные обозначения те же, что в выражении (38). Для ЭО тре­буется значение й_ч. _ПР, в 1,2 раза большее, чем для со­ответствующей защиты, например 2,4 при наличии на трансформаторе токовой отсечки. Надо отметить, что при такой, раздельной, проверке чувствительности для реле и для ЭО защиты не требуется согласования их токов срабатывания, как это требовалось в 1950— 70-х годах, т. е. ток срабатывания дешунтирующего реле может выбираться большим или меньшим, чем ток срабатывания дешунтирусмого ЭО. Но зато при согласовании чувствительности защит по выражению (28) током срабатывания предыдущей защиты следует считать больший из токов срабатывания: реле или ЭО, приведенный к первичной стороне ТТ. Практи­чески очень редко ток срабатывания реле максималь­ной защиты трансформатора может оказаться меньше, чем ток срабатывания ЭО.

Для расчетной схемы, приведенной на рис. 30, и схемы защиты на рис. 31, д произведем проверку чув­ствительности реле и ЭО по выражениям (38) и" (39). Определяется значение фактического расчетного со­противления нагрузки ТТ при двухфазном КЗ на вы­водах трансформатора (точка K1) Zн.ф.р.=2Rпр+2Zрт+Zэ.о.+Rпер=0,1+0,2+2+0,1=2,5Ом, где определяющим является сопротивление дешунтируемого реле РТМ, выполняющего роль ЭО (при­мерно 2 Ом при токе срабатывания реле 5 А по дан­ным завода-изготовителя). ЗначениюZн.ф.р. = 2,5 Ом соответствует К_10доп = 4 (рис. 27, а). Максимальная кратность определяется с помощью выражения (34) по току срабатывания отсечки Iс.о. = 1000 А, умно­женному на минимально допустимый коэффициент чувствительности, равный 1,8 (вместо требуемого зна­чения 2): Кmax = 1,8*1000/100= 18. Для значения А = 18/4 = 4,5 по зависимости А = ф(f), приведенной на рис. 28, а, находим, что f=68%. По выражению(38) видно, что благодаря значению коэффициента возврата реле РГ-85 k_a = 0,3 чувствительность отсечки после дешунтирования не изменяется и реле не возвратится в исходное положение:

где Iс.р.= 1000/20 = 50 А при nт.т. = 100/5 = 20.

Для проверки чувствительности ЭО по выражению (39) значение токовой погрешности / должно опреде­ляться при токе срабатывания ЭО, умноженном па требуемый коэффициент чувствительности, который не может быть более 2,4. Ток срабатывания ЭО не бы­вает более 5 А, и, таким образом, предельная крат­ность kio по выражению, аналогичному (30), не пре­вышает значения к₁₀ = 1,1*2,4*5/5 = 2,6, где цифра «5» в знаменателе соответствует вторичному номи­нальному току ТТ. При значениях k\₀ = 2,6 допусти­мая нагрузка ТТ класса Р превышает 3 Ом (рис. 27, а), что больше возможных значений фактической расчет­ной нагрузки Zн.ф.р (в этом примере 2,5 Ом). При таком соотношении сопротивлений полная погреш­ность ТТ е < 10 % (и / < 10 %). Следовательно, чув­ствительность ЭО по выражению (39) можно опреде­лять без учета погрешности ТТ:

Но такой высокий коэффициент чувствительности характерен только при КЗ на выводах 10 кВ транс­форматора. Для этой же схемы защиты (рис. 31,5), где установлены только два ЭО, при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток ∆/Y или Y/∆-11 коэффициент чувствительности ЭО оказывается значительно меньше:

но больше, чем требуют «Правила» [1].

При двухфазном КЗ за трансформатором со схе­мой соединения обмоток ∆/Y или Y/∆-11 сопротивле­ние нагрузки на ТТ возрастает [9]: Zн.ф.р=3Rпр+3Zрт+Zэ.о.+Rпер (Для схемы защиты на рис. 31, (Э). Но, учитывая небольшие значения сопротивлений реле РТ-85 и проводов, это увеличение невелико по сравнению с сопротивлением при двухфазном КЗ в месте установки защиты (оно было рассчитано выше — 2,5 Ом). Поэтому и при КЗ за трансформа­тором надежная работа схемы с тремя реме типа РТ-85 и двумя Эб (рис. 31, д) обеспечивается. Если использовать схему с тремя реле РТ-85 и тремя ЭО (рис. 31,г), то сопротивление нагрузки ТТ будет при­мерно в три раза выше за счет утроенного значения сопротивления ЭО (3Zэ.о.), т. е. более 7 Ом, и токо­вая погрешность ТТ существенно возрастет.

Для схем защиты с дешунтированием ЭО необхо­димо также проверять выполнение условия (20). В данном примере (рис. 30) I_{2 к} = 2600 • 1 /20 = = 130 А < 150 А. Поскольку запас невелик, опреде­лим значение I_к с учетом действительной токовой погрешности ТТ в данной схеме по выражению:

где k₃ — коэффициент запаса, принимается примерно равным 1,2; f — токовая погрешность ТТ, в данном случае определяемая для режима до дешунтирова-ния ЭО, поскольку задается допустимое значение тока, переключаемого контактами реле с целью дешунтирования ЭО,.%.

До дешунтирования Zн.ф.р. = 0,3 Ом (сопротивле­ния проводов, реле РТ-85 и переходных контактов) и К10доп=18 (рис. 27,д). Значение Кmax = 2бОО/100 = 20, коэффициентA = 26/18 = 1,4, погрешность f:=30% (рис. 28, а). Тогда по выражению (40) ток I2k= 100 А, что значительно меньше допустимого.

Одновременно этот расчет показывает, что при максимально возможном токе КЗ (2600 А) индук­ционный элемент реле РТ-85 смог бы работать точно, поскольку fmax = 30 %<fдоп = 50 % для этого типа реле. Такой случай возможен, если по ошибке будет установлен большой ток срабатывания токовой от­сечки в реле РТ-80.

Таким образом, выполненный пример расчета на­дежности н чувствительности схемы защиты с тремя реле типа РТ-85 и двумя 30 показывает, что эта схема может быть использована при заданных усло­виях.

Схемы максимальной токовой защиты с незави­симой характеристикой и токовой отсечки с реле РТ-40 и РВ (РВМ). На подстанциях, где исполь­зуется постоянный или выпрямленный оперативный ток, защита трансформаторов 10 кВ может выпол­няться на этом оперативном токе, причем, как пра­вило, устанавливаются максимальные реле тока типа РТ-40 (ранее устанавливались реле ЭТ-520, в настоя­щее время возможно использование новых электрон­ных реле РСТ или соответствующих блоков в много­функциональных защитах КРУ напряжением 6, 10 кВ типа ЯРЭ-2201).

Принципиальная схема токовых защит трансфор­матора 10 кВ на постоянном оперативном токе пока­зана на рис. 32, а и б. Выбор параметров срабаты­вания производится по выражениям (21) — (25) для токовой отсечки и по выражениям (26) — (29) — для максимальной токовой защиты. Расчетная проверка ТТ производится по выражениям (30)—(36). Особое внимание следует обращать на проверку надежности замыкания контактов реле РТ-40 (н особенно реле ЭТ-520) при максимально возможных значениях тока при КЗ в месте установки защиты. Важность этой проверки обусловлена тем, что номинальная мощность трансформаторов 10 кВ невелика по сравнению с мощ­ностью современных источников питания шин 10 кВ и, следовательно, можно ожидать больших значений максимальной кратности для ТТ 10 кВ Кmax, вычисляе­мой по выражению (34).

Для выполнения схемы максимальной токовой за­щиты с независимой характеристикой на переменном оперативном токе, как правило, используется принцип дешунтирования ЭО (рис. 16). Поскольку слабые кон­такты реле типа РТ-40 не могут производить пере­ключение больших вторичных токов, для дешунтирова­ния ЭО применяются специальные промежуточные реле тина РП-341, контакты которых способны пере­ключаться под током до 150 А подобно реле РТ-85 |11]. Выдержка времени осуществляется с помощью моторчикового реле времени переменного тока типа ВМ (рис. 22,а). Принципиальная схема защиты при­ведена на рис. 32, е, г н. Особенностью схемы яв­ляется цепь, самоудержання промежуточного реле типа РП-341, благодаря которой возврат основных реле (измерительных и реле времени) после дешунтировання ЭО не может привести к возврату этого про­межуточного дешунтирующего реле.

Рис. 32. Схемы максимальной токовой защиты с независимой ха­рактеристикой с токовыми реле типа РТ-40 и реле времени РВ (РВМ), выполненные на постоянном или выпрямленном опера­тивном токе (а и б) и на переменном оперативном токе с дешунтированием ЭО (а, г и д)

Поэтому проверка чувствительности реле защиты по выражению (38) производится только для реле типа РП-341, у которого может быть установлен ток срабатывания 5 или 2,5 А. Но поскольку в типовой схеме имеется лишь два та­ких промежуточных реле, расчетным током в выра­жении (38) будет половина тока при трехфазном КЗ за защищаемым трансформатором со схемой соеди­нения ∆/Y или Y/∆-11. Однако низкий коэффициент возврата реле типа РП-341 (около 0,3) не позволяет ему возвратиться в исходное положение даже при больших значениях токовой погрешности ТТ после дешунтирования ЭО. Проверка чувствительности ЭО производится по выражению (39) таким же образом, как для схемы с тремя реле РТ-85 и двумя ЭО (рис. 31,д), и также при расчетном токе Iк.min рав­ном половине тока при трехфазном КЗ за трансфор­матором со схемой соединения обмоток ∆/Y или Y/∆-11.

Расчет параметров срабатывания токовых реле и реле времени в схеме рис. 32, в производится по вы­ражениям (21)—(29), расчетная проверка погреш­ности ТТ (до дешунтнрования 50) — по выражениям (30)—(36). Сопротивление фактической нагрузки ТТZн.ф.р. этой схеме увеличивается по сравнению с со­противлением схемы защиты на постоянном оператив­ном токе за счет дополнительных сопротивлений реле РП-341 и РВМ-12 (около 0,1 Ом при уставке 5 А и около 0,4 Ом при уставке 2,5 А, у каждого из них [9, 11]). Уточнение максимального значения вторич­ного (дешунтируемого) тока при необходимости про­изводится по выражению (40).

Способы повышения чувствительности максималь­ных токовых защит трансформаторов. На трансфор­маторах с напряжением стороны ПН выше 1000 В (3; 6; 10 кВ) для повышения чувствительности мак­симальной токовой защиты к КЗ за трансформато­ром применяется пусковой орган минимального на­пряжения пли комбинированный ПУСКОВОЙ ОРГАН НА­ПРЯЖЕНИЯ. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ С ПУСКОВЫМ ОРГАНОМ НАПРЯЖЕНИЯ (Н <) ПО­КАЗАНА НА РИС. 33,О. ПРИ КЗ НА ШИНАХ НН НАПРЯ­ЖЕНИЕ Г, МЕСТЕ КЗ РЕЗКО СНИЖАЕТСЯ И ПУСКОВОЙ ОРГАН СРАБАТЫВАЕТ. ОДНОВРЕМЕННО ТОК КЗ ВЫЗЫВАЕТ СРАБАТЫВАНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ РЕЛЕ ТОКА (Т>), ВКЛЮЧЕННЫХ НА 2 ИЛИ 3 ФАЗНЫХ ТОКА ТРАНСФОРМАТОРА, ЧТО ВЫЗЫ­ВАЕТ СРАБАТЫВАНИЕ ОРГАНА ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ В И ОТ­КЛЮЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА С ДВУХ СТОРОН

Рис 33. Структурная схема максимальной токовой защиты с пу­ском по напряжению (а) и схема комбинированного пускового органа напряжения (б)

В других случаях увеличения тока через трансформатор, когда могут сработать реле тока Т > (самозапуск электро­двигателей, подключение дополнительной нагрузки на стороне НН), напряжение на шинах НИ не снижается до уровня действия пускового органа и защита в це­лом не срабатывает (блокируется). Благодаря пуско­вому органу напряжения можно не отстраивать мак­симальную токовую защиту от токов самозапуска, т.е. в выражениях (26) и (27) принимать А'_сш и k'_n рав­ными 1. Это позволяет выполнить очень чувствительностью по току максимальную токовую защиту трансфор­матора с уставкой не более 1,5 номинального тока трансформатора.

Пуск по напряжению осуществляется, главным образом, с помощью комбинированного пускового ор­гана (рис. 33, о), выполненного с одним минималь­ным реле напряжения / типа РН-50, включенным на междуфазное напряжение, и одним фильтром-реле напряжения обратной последовательности 2 типа РНФ-1М, разрывающим своим контактом цепь обмотки минимального реле 1. Реле 1может использо­ваться с размыкающим или замыкающим контактом в зависимости от построения схемы защиты.

Комбинированный ПУСКОВОЙ ОРГАН РАБОТАЕТ СЛЕ­ДУЮЩИМ ОБРАЗОМ. В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ РАЗМЫКАЮЩИЙ КОНТАКТ РЕЛЕ 2 ЗАМКНУТ И ЧЕРЕЗ НЕГО ПОДАНО НА­ПРЯЖЕНИЕ НА ОБМОТКУ РЕЛЕ 1. ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ КЗ ПОЯВЛЯЕТСЯ НАПРЯЖЕНИЕ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, СРАБАТЫВАЕТ РЕЛЕ 2 И РАЗМЫКАЕТ СВОЙ КОНТАКТ В ЦЕПИ РЕЛЕ 1. В РЕЗУЛЬТАТЕ ЧЕГО РЕЛЕ 1 ТЕРЯЕТ ПИТА­НИЕ, ВОЗВРАЩАЕТСЯ И ПЕРЕКЛЮЧАЕТ СВОП КОНТАКТЫ В ПОЛОЖЕНИЕ «.ПА СКЛАДЕ». ЭТИМ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУСК МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ. ПРИ СИММЕТРИЧНОМ ТРЕХФАЗНОМ КЗ РЕЛЕ 2 НЕ СРАБАТЫВАЕТ, НО НАПРЯЖЕ­НИЕ СНИЖАЕТСЯ НА ВСЕХ ФАЗАХ, В ТОМ ЧИСЛЕ И НА ТЕХ, НА КОТОРЫЕ ВКЛЮЧЕНО РЕЛЕ /, ПОЭТОМУ ОНО ВОЗВРА­ТИТСЯ, ЕСЛИ НАПРЯЖЕНИЕ СНИЗИТСЯ НИЖЕ ЕГО НАПРЯЖЕ­НИЯ ВОЗВРАТА (ОКОЛО 0,5 НОМИНАЛЬНОГО).

Иногда вместо комбинированного пускового ор­гана напряжения применяется пусковой орган, со­стоящий из трех минимальных реле напряжения, включенных на три междуфазные напряжения, раз­мыкающие контакты которых включены параллельно, т. е. по схеме «ИЛИ» (рис. 15, а). Три реле необходимы для того, чтобы пусковой орган надежно дей­ствовал при всех сочетаниях двухфазного КЗ: Л — Д, Л — С, С — Л, поскольку лишь напряжение между замкнувшимися фазами снижается до нуля.

Технические характеристики реле РН-50 и РНФ-1А1 приведены в работе [11]. Условия расчета параметров срабатывания (уставок) пусковых орга­нов напряжения и примеры расчета рассмотрены в работе [9].

Однако при номинальном напряжении стороны НН трансформатора ниже 1000 В, в частности 0.4 кВ, пусковой орган напряжения может вызвать отказ за­щиты по напряжению при трехфазном КЗ через переходное сопротивление в несколько миллиом. Практика показывает, что большинство повреждении на шинах 0,4 кВ очень быстро переходит в трехфаз­ное КЗ с переходным сопротивлением в месте КЗ до 15 мОм («раздувается» электрическая дута). Поэто­му с середины 1980-х годов пусковые органы напря­жения в схемах максимальных токовых защит транс­форматоров 6(10)/0,4кВ не устанавливаются. В свя­зи с этим при большой доле электродвигателей в нагрузке трансформатора его максимальная токовая защита без пускового органа напряжения может иметь большой ток срабатывания и потерять способ­ность к дальнему резервированию. Для целей дальнего резервирования разрабатываются специальные защи­ты, имеющие высокую чувствительность к удален­ным трехфазным КЗ в сети 0,4 кВ, но надежно отстроенные от режима самозапуска электродвигате­лей 0,4 кВ. Наряду с этим следует ограничивать чис­ло электродвигателей, участвующих в самозапуске, путем автоматического отключения с помощью за­щиты минимального напряжения электродвигателей неответственных механизмов. При расчете тока сра­батывания максимальных токовых защит (без пуска по напряжению) следует учитывать только те элек­тродвигатели, которые участвуют в самозапуске [9].