Автор: М. А. Шабад
Издательство: Л.: Энергоиздат, 1981
В книге изложены вопросы защиты понижающих трансформаторов распределительных сетей с высшим напряжением от 6 до 110 кВ, выполняемой с помощью плавких предохранителей и современных устройств релейной защиты.
Рассмотрены принципы действия, типовые схемы и условия расчета основных типов релейной защиты, а также устройство и выбор плавких предохранителей для защиты трансформаторов.
Книга предназначена для инженеров, техников и мастеров, занимающихся эксплуатацией распределительных электрических сетей энергосистем, промышленных предприятий и сельскохозяйственных комплексов, а также может быть полезна работникам проектных и наладочных организаций и студентам электроэнергетических специальностей.
Читатель найдет здесь сведения о плавких предохранителях, которые стали первыми устройствами защиты трансформаторов от коротких замыканий на заре возникновения электроэнергетики почти 100 лет назад и не утратили своего значения в наши дни. Детально рассмотрены основные типы релейной защиты - максимальная токовая, продольная дифференциальная и газовая с учетом преимущественного выполнения их схем на переменном и выпрямленном оперативном токе. При этом основное внимание уделено принципам действия и практическому выполнению схем релейной защиты трансформаторов и в меньшей степени - расчетам (выбору уставок) защит, учитывая, что ранее автором написана книга «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», в одной из глав которой подробно, с примерами, рассматриваются расчеты защит понижающих трансформаторов.
Книга написана в полном соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ-76), современными типовыми работами ведущих проектных институтов и директивными материалами Минэнерго СССР, а также с учетом многолетнего опыта эксплуатации трансформаторов.
Автор надеется, что книга окажется полезной не только работникам служб релейной защиты, но и всем инженерам, техникам и мастерам, занимающимся эксплуатацией и проектированием электрических сетей и подстанций, и окажет положительное влияние в деле повышения надежности электроснабжения народного хозяйства.
Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность профессору А. М. Федосееву, В. С. Гусеву, В. А. Рубинчику и, в особенности, рецензенту В. А. Семенову.
Электротехническая промышленность постоянно проводит большую работу по улучшению конструкций и повышению качества изготовления трансформаторов. Тем не менее многолетний опыт эксплуатации силовых трансформаторов в распределительных сетях 6-110 кВ указывает на относительно большую вероятность отказа (повреждения) трансформаторов по сравнению с другими элементами сети (шинами, ячейками распределительных устройств). Например, параметр потока отказов (прежний термин - удельная повреждаемость) для трансформаторов воздушных сетей 6 и 10 кВ выше, чем для ячеек КРУ и КРУН этого же напряжения.
К основным видам повреждения трансформаторов относятся:
трехфазные и двухфазные короткие замыкания между обмотками внутри бака (корпуса) трансформатора или между наружными выводами обмоток, расположенными на крышке бака;
однофазные замыкания обмотки или ее наружного вывода на корпус трансформатора, то есть на землю; возможны также двухфазные к. з. на землю (для трансформаторов, работающих в сети с глухозаземленной нейтралью) и двойные замыкания на землю в двух разных точках, из которых одна - в трансформаторе или на его наружном выводе (для сетей с изолированной или компенсированной нейтралью);
замыкания между витками одной фазы обмотки, называемые витковыми замыканиями.
Анализ повреждений трансформаторов говорит о том, что наибольшее число отказов происходит из-за повреждений на наружных выводах, из-за нарушений витковой изоляции обмоток и из-за ненадежной работы переключателей ответвлений обмоток. Причинами коротких замыканий на наружных выводах обмоток, называемых высоковольтными вводами, могут быть перекрытия внутренней изоляции из-за увлажнения трансформаторного масла, которым заполнен ввод, а также перекрытия по внешней стороне высоковольтного ввода из-за загрязнения фарфора, случайного попадания посторонних предметов или животных, атмосферных перенапряжений.
Наиболее опасными для самого трансформатора и для элементов прилегающей электрической сети являются междуфазные короткие замыкания - трехфазные и двухфазные. Они сопровождаются большими токами, как правило, во много раз превосходящими номинальный ток трансформатора, и могут вызывать глубокие понижения напряжения в сети. При возникновении таких повреждений трансформатор должен быть немедленно отключен от всех источников питания, чтобы предотвратить дальнейшее развитие повреждения и, в особенности, возникновение пожара трансформатора. Наряду с этим быстрое отключение поврежденного трансформатора предотвращает распространение аварии на другие участки сети, обеспечивает нормальное электроснабжение потребителей. Для этих целей все трансформаторы оборудуются устройствами защиты либо в виде плавких предохранителей, либо в виде релейной защиты (РЗ).
Междуфазные короткие замыкания наиболее вероятны на наружных выводах обмоток трансформатора. Двухфазное, а в особенности трехфазное короткие замыкания (КЗ) внутри бака трансформатора считается весьма маловероятным из-за большой прочности междуфазной изоляции.
Однофазные короткие замыкания в сетях с глухозаземленными нейтралями (110 кВ и выше) также сопровождаются большими токами, соизмеримыми с токами трехфазных коротких замыканий. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью (6-35 кВ) замыкания на землю сопровождаются малыми токами (как правило, не более 30 А).
Значения токов при витковых замыканиях зависят от числа замкнувшихся витков. Чем меньше число замкнувшихся витков, тем меньше ток повреждения, приходящий со стороны источника питания. При малой доле замкнувшихся витков по отношению к общему числу витков обмотки ток повреждения может быть меньше номинального тока трансформатора. Например, при замыкании одного витка ток короткого замыкания со стороны источника питания может находиться по современным данным в пределах 0,4-0,7 от номинального тока трансформатора. Поэтому витковые замыкания трудно обнаружить. В настоящее время из всех применяемых стандартных защит трансформаторов только газовая защита реагирует на витковые замыкания, поскольку они сопровождаются, как правило, горением электрической дуги или местным нагревом, а это приводит к разложению трансформаторного масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Эти газы вытесняют масло из бака трансформатора в расширитель и вызывают действие газовой защиты. Ведутся разработки новых защит повышенной чувствительности, способных реагировать на витковые замыкания в обмотках трансформаторов.
Причинами возникновения витковых замыканий могут быть частые междуфазные короткие замыкания в питаемой сети (внешние КЗ или сквозные, как их называют), во время которых динамическое действие больших токов вызывает деформацию обмоток трансформатора и механическое разрушение витковой изоляции.
Причиной повреждения витковой изоляции также может быть длительная перегрузка трансформатора током выше номинального.
Перегрузки и внешние короткие замыкания относятся к ненормальным режимам.
Содержание
Предисловие
Глава первая. Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов
1-1. Виды повреждений трансформаторов
1-2. Виды ненормальных режимов работы трансформаторов
1-3. Короткие замыкания на выводах понижающего трансформатора со стороны питания
1-4. Короткие замыкания на выводах низшего (среднего) напряжения понижающего трансформатора
Глава вторая. Расчеты токов короткого замыкания за трансформаторами
2-1. Назначение и особенности расчетов токов коротких замыканий за понижающими трансформаторами
2-2. Вычисление тока трехфазного КЗ за трансформатором по значению напряжения короткого замыкания
2-3. Схемы замещения трансформаторов
2-4. Расчеты тока трехфазного короткого замыкания в сетях с трансформаторами
2-5. Особенности расчета тока трехфазного КЗ за трансформаторами с РПН 110 и 35 кВ
2-6. Расчеты тока трехфазного короткого замыкания за трансформатором 6 (10)/0,4 кВ 35
2-7. Расчеты тока однофазного КЗ за трансформаторами 6 (10)/0,4 кВ со схемами соединения обмоток Д/Y и Y/Y
Глава третья. Защита трансформаторов плавкими предохранителями
3-1. Принцип действия плавких предохранителей, их устройство и характеристики
3-2. Достоинства и недостатки плавких предохранителей
3-3. Защита трансформаторов 6 и 10 кВ плавкими предохранителями типа ПК
3-4. Защита трансформаторов 35 кВ плавкими предохранителями типа ПСН-35
3-5. Защита трансформаторов 110 кВ с помощью открытых плавких вставок и предохранителей
Глава четвертая. Принципы выполнения релейной защиты понижающих трансформаторов
4-1. Типы релейной защиты трансформаторов
4-2. Способы присоединения понижающих трансформаторов к питающей сети
4-3. Структурная схема релейной защиты трансформаторов
4-4. Оперативный ток на трансформаторных подстанциях
4-5. Трансформаторы тока как источники оперативного переменного тока
4-6. Предварительно заряженные конденсаторы и зарядные устройства
4-7. Блоки питания
Глава пятая. Токовая отсечка от междуфазных коротких замыканий
5-1. Принцип действия и область применения
5-2. Схемы выполнения и расчет тока срабатывания
Глава шестая. Дифференциальная токовая защита
6-1. Принцип действия и область применения
6-2. Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов
6-3. Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение
6-4. Способы отстройки от тока небаланса при внешнем коротком замыкании
6-5. Дифференциальная защита с реле серии РНТ-560 (без торможения)
6-6. Дифференциальная защита с реле серии ДЗТ-10 (с магнитным торможением)
Глава седьмая. Газовая защита
7-1. Принцип действия и область применения
7-2. Типы газового реле и схемы газовой защиты
7-3. Реле чашечковое РГЧЗ-66
7-4. Реле Бухгольца (ГДР)
7-5. Обслуживание газовой защиты
Глава восьмая. Максимальная токовая защита
8-1. Принцип действия и область применения
8-2. Типы максимальных реле тока и схемы их включения
8-3. Выполнение выдержки времени
8-4. Расчет параметров срабатывания (уставок)
8-5. Максимальная токовая защита с пуском по напряжению
8-6. Максимальная токовая защита с магнитными трансформаторами тока
Глава девятая. Специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных коротких замыканий на землю на стороне НН (0,4 кВ)
9-1. Принцип действия и область применения
9-2. Схемы защиты
9-3. Расчет параметров срабатывания (уставок)
Глава десятая. Схемы защиты трансформаторов
Список литературы