3.2.61

Защиту от токов, обусловленных внешними
многофазными КЗ, следует устанавливать:

1) на двухобмоточных трансформаторах — со стороны основного
питания;

2) на многообмоточных трансформаторах, присоединенных тремя
и более выключателями, — со всех сторон трансформатора; допускается не
устанавливать защиту на одной из сторон трансформатора, а выполнять ее со стороны
основного питания, так чтобы она с меньшей выдержкой времени отключала
выключатели с той стороны, на которой защита отсутствует;

3) на понижающем двухобмоточном трансформаторе, питающем
раздельно работающие секции, — со стороны питания и со стороны каждой секции;

4) при применении накладных трансформаторов тока на стороне
высшего напряжения — со стороны низшего напряжения на двухобмоточном
трансформаторе и со стороны низшего и среднего напряжений на трехобомоточном
трансформаторе.

Допускается защиту от токов, обусловленных внешними
многофазными КЗ, предусматривать только для резервирования защит смежных
элементов и не предусматривать для действия при отказе основных защит
трансформаторов, если выполнение для такого действия приводит к значительному
усложнению защиты.

При выполнении защиты от токов, обусловленных внешними
многофазными КЗ, по 3.2.59, п. 2, должны также рассматриваться необходимость и
возможность дополнения ее токовой отсечкой, предназначенной для отключения с
меньшей выдержкой времени КЗ на шинах среднего и низшего напряжений (исходя из
уровня токов КЗ, наличия отдельной защиты шин, возможности согласования с
защитами отходящих элементов).

Технологический процесс ремонта и замены предохранителя

Во многих случаях трансформатор перестаёт работать из-за срабатывания термопредохранителя. Это происходит не только из-за перегрева обмоток, но и из-за кратковременного повышения тока. В этом случае термозащита выполняет функцию обычного предохранителя.

Для восстановления работоспособности аппарата защитный элемент необходимо заменить на аналогичный или на обычный предохранитель. Есть два варианта подключения термозащиты.

Соединение проводов на плате

В этом случае достаточно закоротить вывода термозащиты или припаять параллельно вышедшему из строя элементу на длинных проводах исправный. Он укладывается на вторичную обмотку и закрепляется скотчем.

Соединение внутри катушек

В этом случае необходимо следующее:

• демонтировать трансформатор;
• разобрать магнитопровод;
• снять со вторичной обмотки наружный слой изоляции;
• отделить от катушки термопредохранитель;
• отпаять его от вывода первичной обмотки;
• припаять вместо него исправный элемент и поместить на место старого;
• обмотать всю конструкцию изоляционным материалом;
• собрать трансформатор и подключить его к плате.

Важно! Причиной срабатывания термозащиты может быть неисправность электронной схемы, поэтому после сборки работоспособность аппарата необходимо тщательно проверить

Максимальные токовые защиты

Основной защитой здесь так же является МТЗ. Она должна быть всегда и обычно в проектах применяется без каких-либо дополнительных пусковых органов, хотя может комбинироваться с органами напряжения.

Также вы наверное заметили, что я отмечаю две важнейших цели МТЗ — основная защита своего присоединения и резервная защита смежных. В сетях 6-10 кВ МТЗ — это базовая фундаментальная защита, без которой невозможно надежное функционирование сети!

Токовая отсечка также обязательна на всех трансформаторах, где не применяется дифференциальная защита (ПУЭ 3.2.54), а это как раз наш случай. До мощности 6,3 МВА обычно дифф. защиту не устанавливают.

Защита от перегрузки в принципе выполняется всегда, хотя ПЭУ 3.2.69. говорит о том, что это нужно делать «…в зависимости от вероятности и значения возможной перегрузки». Я отметил ее как необязательную, но советую применять ее всегда, когда хватает токовых ступеней в устройстве. Также стоит отметить, что данную защиту может выполнять и вводной автомат 0,4 кВ так, как питание здесь одностороннее.

Токовая защита от ОЗЗ устанавливается, если есть ТТНП, а сам трансформатор подключается через кабель (что чаще всего и бывает). Иногда ей пренебрегают, считая, что повреждение на столь малом участке маловероятно. Однако, если терминал содержит эту функцию и есть возможность подключения к ТТНП, то защиту нужно вводить.

3. РАСЧЕТЫ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЗА ТРАНСФОРМАТОРАМИ

Категория: М.А. Шабад «Релейная защита трансформаторов»

Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора ти­пов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максималь­ное и минимальное значение токов при КЗ на выво­дах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.

Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформато­ром. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при макси­мальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое со­противление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозна­чается Zmax или Xmax, что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегаю­щей сети ВН учитывается подпитка места КЗ элек­тродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедле­ния, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливае­мых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элемен­тов стороны НН .

Общие правила расчета

Для того, чтобы сделать правильный расчет плавких вставок предохранителей, необходимо учитывать номинальное напряжение. Это значение должно быть таким, при котором предохранитель отключает электрическую цепь. Основным показателем служит минимальное напряжение, предусмотренное для основания и плавкой вставки.

Еще один важный показатель, который должен учитываться при расчетах – напряжение отключения. Этот параметр заключается в мгновенном значении напряжения, появляющегося после срабатывания самого предохранителя или плавкой вставки. Как правило, в расчет принимается максимальное значение этого напряжения.

Кроме того, в обязательном порядке учитывается ток плавления, от которого зависит диаметр проволоки, установленной внутри. Когда выполняется расчет плавкой вставки предохранителя, для каждого металла этот показатель имеет собственное значение и выбирается с помощью таблицы или калькулятора. Материал и размер вставок должен обеспечить требуемые защитные характеристики. Длина вставки не может быть слишком большой, поскольку это влияет на гашение дуги и общие температурные характеристики.

Расчетная мощность нагрузки обычно указывается в маркировке изделия. В соответствии с этим параметром выполняется расчет номинального тока предохранителя по формуле: Inom = Pmax/U, в которой Inom является номинальным током защиты, Pmax – максимальная мощность нагрузки, а U – напряжение питающей сети.

3.2.58

В случаях присоединения трансформаторов (кроме
внутрицеховых) к линиям без выключателей (например, по схеме блока линия —
трансформатор) для отключения повреждений в трансформаторе должно быть
предусмотрено одно из следующих мероприятий:

1. Установка короткозамыкателя для искусственного замыкания
на землю одной фазы (для сети с глухозаземленной нейтралью) или двух фаз между
собой (для сети с изолированной нейтралью) и, если это необходимо, отделителя,
автоматически отключающегося в бестоковую паузу АПВ линии. Коротко замыкатель
должен быть установлен вне зоны дифференциальной защиты трансформатора.

2. Установка на стороне высшего напряжения понижающего
трансформатора открытых плавких вставок, выполняющих функции короткозамыкателя
и отделителя, в сочетании с АПВ линии.

3. Передача отключающего сигнала на выключатель (или
выключатели) линии; при этом, если необходимо, устанавливается отделитель; для
резервирования передачи отключающего сигнала допускается установка короткозамыкателя.

При решении вопроса о необходимости применения передачи
отключающего сигнала взамен мероприятий п. 1 и 2 должно учитываться следующее:

ответственность линии и допустимость искусственного
создания на ней металлического КЗ;

мощность трансформатора и допустимое время ликвидации
повреждения в нем;

удаленность подстанции от питающего конца линии и
способность выключателя отключать неудаленные КЗ;

характер потребителя с точки зрения требуемой быстроты
восстановления напряжения;

вероятность отказов короткозамыкателя при низких
температурах и гололеде.

4. Установка предохранителей на стороне высшего напряжения
понижающего трансформатора.

Мероприятия п. 1-4 могут не предусматриваться для блоков
линия — трансформатор, если при двустороннем питании трансформатор защищается
общей защитой блока (высокочастотной или продольной дифференциальной
специального назначения), а также при мощности трансформатора 25 МВ·А и менее
при одностороннем питании, если защита питающей линии обеспечивает также защиту
трансформатора (быстродействующая защита линии частично защищает трансформатор
и резервная защита линии с временем не более 1 с защищает весь трансформатор);
при этом газовая защита выполняется с действием отключающего элемента только на
сигнал.

В случае применения мероприятий п. 1 или 3 на
трансформаторе должны быть установлены:

при наличии на стороне высшего напряжения трансформатора
(110 кВ и выше) встроенных трансформаторов тока — защиты по 3.2.53, 3.2.54,
3.2.59 и 3.2.60;

при отсутствии встроенных трансформаторов тока —
дифференциальная (в соответствии с 3.2.54) или максимальная токовая защита,
выполненная с использованием накладных или магнитных трансформаторов тока, и
газовая защита по 3.2.53.

Повреждения на выводах высшего напряжения трансформаторов
допускается ликвидировать защитой линии.

В отдельных случаях при отсутствии встроенных
трансформаторов тока допускается применение выносных трансформаторов тока, если
при использовании накладных или магнитных трансформаторов тока не
обеспечиваются требуемые характеристики защиты.

Для защиты трансформаторов с высшим напряжением 35 кВ в
случае применения мероприятия п. 1 должны предусматриваться выносные
трансформаторы тока; при этом целесообразность установки короткозамыкателя и
выносных трансформаторов тока или выключателя с встроенными трансформаторами
тока должна быть обоснована технико-экономическим расчетом.

Если применены открытые плавкие вставки (см. п. 2), то для
повышения чувствительности действие газовой защиты может осуществляться на
выполнение механическим путем искусственного КЗ на вставках.

Если в нагрузках трансформаторов подстанций содержатся
синхронные электродвигатели, то должны быть приняты меры по предотвращению
отключения отделителем (при КЗ в одном из трансформаторов) тока от синхронных
электродвигателей, идущего через другие трансформаторы.

Где размещают предохранитель в трансформаторах

Для эффективной работы устройство защиты должно находиться в непосредственной близости от намоточного провода, среди витков катушек.

В обмотке

Установка в первичной обмотке не применяется из-за того, что она находится ближе к магнитопроводу, и корпус термопредохранителя мешает наматывать вторичную обмотку, а температура намоточных проводов одинаковая во всём аппарате.

Исключением являются трансформаторы с раздельными катушками. В этом случае возможна установка двух элементов защиты – по одному в каждой обмотке.

Во вторичной обмотке

Самое распространённое место монтажа термозащиты – наружная поверхность вторичной обмотки, под внешней изоляцией трансформатора. В этом случае элемент устанавливается после намотки катушек и не мешает равномерной намотке проводов.

Кроме того, в случае короткого замыкания в схеме вторичная катушка нагревается сильнее первичной, особенно при наличии нескольких обмоток.

Информация! Термопредохранители независимо от места установки всегда подключаются последовательно с первичной обмоткой. Это необходимо для полного отключения аппарата в аварийной ситуации.

Как сделать самодельный термопредохранитель

Сделать полноценное устройство термозащиты в домашних условия нельзя – для этого необходимы дорогие и редкие сплавы. Распространённый оловянно-свинцовый припой ПОС-60 имеет температуру плавления 190°С и не обеспечит надёжную защиту.

Элемент для замены стоит недорого и его можно приобрести в магазине или заказать на Алиэкспресс. Выбор производится по трём параметрам:

• Температура срабатывания. Должна быть аналогична сгоревшему предохранителю.
• Ток. Должен быть не меньше тока защищаемого аппарата.
• Напряжение. При работе напряжение на выводах предохранителя несколько милливольт, но при срабатывании оно равно напряжению сети. Поэтому при недостаточном номинальном напряжении элемента внутри него произойдёт короткое замыкание и трансформатор останется в работе. Для большинства электроприборов этот параметр должен составлять не менее 250В.

Расчет МТЗ линии

3.1. Определим ток срабатывания МТЗ по условию отстройки от самозапуска двигателей нагрузки после восстановления питания действием автоматики по выражению 1-1 :

где:

• kн = 1,1 – 1,15 – коэффициент надежности, берется по ана0логии из расчета ТО;
• kв — коэффициент возврата, для цифровых терминалов рекомендуется принимать – 0,96, для Sepam принимается 0,935;
• kсзп. – коэффициент самозапуска, в связи с тем, что в данном примере линия питает только бытовую нагрузку (двигательная нагрузка — отсутствует), по опыту эксплуатации и проведенных исследований рекомендуется принимать kсзп. = 1,2 – 1,3 , при условии, что время срабатывания защиты будет не менее 0,5 с.

Если же у вас в виде нагрузки преобладают асинхронные двигатели напряжением до 1000 В, в этом случае нужно определить коэффициент самозапуска.

В качестве примера, расчет коэффициента самозапуска, рассмотрен в статье: «Пример выбора уставок секционного выключателя 6(10) кВ».

Iраб.макс. – максимальный рабочий ток линии, то есть Iраб.макс. – это сумма номинальных токов всех трансформаторов, питаемых по защищаемой линии, без учета коэффициента загрузки трансформаторов.

Определяя Iраб.макс. без учета коэффициента загрузки, мы создаем определенный расчетный запас на несколько лет.

3.2. Определяем вторичный ток срабатывания реле по выражению 1-3 :

3.3. Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ в основной зоне действия защиты (точка КЗ с наименьшим током КЗ) по выражению 1-5 :

3.4. Определяем коэффициент чувствительности в зоне резервирования, т.е. когда КЗ у нас на шинах 0,4 кВ трансформаторов ответвления.

3.4.1. Определим токи КЗ за трансформаторами:

3.4.2. Определяем коэффициенты чувствительности при двухфазном КЗ в зоне резервирования:

Согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.2.25 kч ≥1,2. Очень часто МТЗ не чувствительна к повреждениям за маломощными трансформаторами, в этом случае, допускается не резервировать отключение КЗ за трансформаторами, согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.2.17.

3.5. Определяем ток срабатывания МТЗ по условию согласования с плавкими вставками предохранителей трансформаторов по выражению 4.3 :

где:

• kотс. = 1,3 – коэффициент отстройки;
• k”отс. = 2 – коэффициент отстройки от номинального тока плавкой вставки предохранителей;
• Iвс.ном.макс. – наибольший из номинальных токов плавких вставок предохранителей, А;
• ∑Iраб.макс. – суммарный ток нагрузки неповрежденных присоединений, А.

Если же в место предохранителя у вас установлен автоматический выключатель, то ток срабатывания определяется по формуле 4.4 :

Предварительно принимает наибольший ток срабатывания МТЗ Iс.з. = 195 A.

3.6. Определяем выдержку времени МТЗ с независимой времятоковой характеристикой.

Как видно из рис. П-11 при токе МТЗ Iс.з. = 195 A время плавления плавкой вставки достигает 8 с, что неприемлемо, поэтому нужно увеличить ток срабатывания МТЗ, что бы уменьшить время срабатывания.

Построим карту селективности для предохранителя ПКТ-50 по следующим точкам используя типовую времятоковую характеристику (см. рис. П-11): 200А – 8 с, 400 А – 0,55 с, 500 А – 0,3 с, 600 А – 0,18 с, 700 А – 0,14 с, 800 А – 0,09 с, 900 А – 0,07 с, 1000 А – 0,05 с.

В соответствии с ГОСТ 2213-79 отклонения значения ожидаемого тока КЗ при данном времени плавления плавкого элемента tпл. от значения тока КЗ, получаемого по типовой времятоковой характеристике плавления, не должно превышать ±20%.

Исходя из этого, типовая характеристика предохранителя типа ПКТ 50 должна быть смещена вправо на 20%.

Построим времятоковую характеристику с учетом 20% по следующим точкам:

• 200А + 20% = 240 А – 8 с;
• 400А + 20% = 480 А – 0,55 с;
• 500А + 20% = 600 А – 0,3 с;
• 600А + 20% = 720 А – 0,18 с;
• 700А + 20% = 840 А – 014 с;
• 800А + 20% = 960 А – 0,09 с;
• 900А + 20% = 1080 А – 0,07 с;
• 1000А + 20% = 1200 А – 0,05 с;

Исходя из времятоковой характеристики плавких предохранителей, принимаем ток срабатывания МТЗ Iс.з. = 500 A, при таком токе плавкая вставка предохранителя расплавится за время tвс = 0,3 с.

Согласно ступень селективности между защитой линии 10 кВ и предохранителем должна быть в пределах ∆t = 0,5 – 0,7 с.

3.6.1. Определяем время срабатывания МТЗ линии:

tс.з. = tвс + ∆t = 0,3 + 0,5 = 0,8 с

Принимает ток срабатывания МТЗ Iс.з. = 500 A и время срабатывания МТЗ tс.з. = 0,8 с.

Литература:

Принцип действия устройства

Есть несколько видов термопредохранителей, выполняющие одинаковые функции, но различные по конструкции:

• Одноразовые предохранители. Внутри элемента находится проволока из легкоплавкого сплава – Розе (+94°C.) или Вуда (+60-68,5°C). Наполнителем является кварцевый песок, впитывающий расплавленный металл и гасящий дугу, которая появляется при срабатывании устройства.
• Самовосстанавливающийся предохранитель. Это полимерный терморезистор с нелинейным изменением сопротивления при повышении температуры. В холодном состоянии оно близко к 0 и не оказывает влияния на работу схемы. При превышении температуры сопротивление элемента возрастает, и он отключает обмотку трансформатора от сети. После остывания предохранитель возвращается в исходное состояние.
• Биметаллические термостаты. В корпусе этих приборов находятся контакты и биметаллическая пластинка. При нагреве она изгибается и размыкает контакт. Есть двух видов – малогабаритные с гибкими выводами, которые устанавливаются внутри обмоток и более массивные, которые имеют клемы для подключения и ставятся снаружи аппарата на магнитопровод или радиатор выходных транзисторов.

Защита трансформаторов напряжения в сетях 3-35 кВ. Необходимо изменить режим заземления нейтрали

• феррорезонансные перенапряжения;
• коммутационные перенапряжения;
• переходные процессы;
• смещения нейтрали;
• наличие постоянной составляющей магнитного потока в ТН при автоколебательных процессах в сети.

• неблагоприятное сочетание ёмкости электрической сети по отношению к земле и нелинейной индуктивности ТН;
• короткие замыкания;
• дуговые замыкания на землю;
• неполнофазная коммутация;
• коммутация ненагруженных трансформаторов;
• обрывы проводов.

Два примера повреждения ТН

• индуктивное сопротивление насыщения ТН и емкостное сопротивление сети относительно земли одного порядка – ХLms 13000 Ом; Xс 9000 Ом (при расчетах не учитывались параметры остального электрооборудования), что является предпосылкой феррорезонансных перенапряжений;
• включение и отключение трансформатора ЭТЦН-32000/35 производилось на холостом ходу вакуумными выключателями, что вызывает значительные коммутационные перенапряжения .

Рис. 1 Принципиальная схема и характеристики элементов схемы электроснабжения установки «печь-ковш»Рис. 2Принципиальная электрическая схема
RC-цепочки трансформатора
ЭТцН-32000/35
Бороться необходимо с причиной

• заземление нейтрали обмоток высокого напряжения ТН через резисторы различных значений сопротивлений – от низкоомных до высокоомных;
• включение резисторов в разомкнутый треугольник обмоток ТН, предназначенных для контроля изоляции сети;
• включение высокоомных резисторов между питающей сетью и обмотками высокого напряжения ТН;
• применение антирезонансных ТН типа НАМИ;
• другие технические решения, например, замена в НАМИ заземляемой электромагнитной фазы емкостным делителем;
• применение электромагнитных ТН с ненасыщаемой магнитной системой;
• заземление нейтрали заземляемых ТН через первичную обмотку незаземляемого ТН;
• заземление нейтрали ТН через первичную обмотку трансформаторов тока (ТТ) с подключенным ко вторичной обмотке ТТ низкоомным резистором.

• переходные процессы в сети с изолированной нейтралью, содержащей трансформаторы НАМИ-10, могут приводить к глубокому насыщению сердечника фазного ТН;
• наиболее тяжелым режимом для НАМИ при дуговых замыканиях является режим однополярной дуги, когда зажигание дуги происходит один раз в период промышленной частоты;
• причинами повреждения трансформаторов НАМИ-10 при длительных дуговых замыканиях в сети с изолированной нейтралью из-за нагрева первичной обмотки фазного трансформатора могут быть:
  • разные напряжения зажигания дуги в положительную и отрицательную полуволну приложенного напряжения,
  • возникновение режима горения дуги с гашением ее на втором периоде вынужденной составляющей тока замыкания на землю в сети с токами замыкания 5 А и более.

Метрология и ТН
Рис. 3Схема защиты ТН 35 кВ
от феррорезонансных перенапряжений,
применяемая в АО «Колэнерго»
НЕ ВСЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ МОГУТ ЗАЩИТИТЬ ТНТаблица 1. Результаты метрологических
исследований ТН 35 кВ с высокоомными резисторами, включенными между сетью и первичными обмотками ТН

Таблица 2.
Предельно-допустимые
длительные токи ТН 3-35 кВ

Рис. 4
Ампер-секундная характеристика
предохранителя типа ПКН 001 на 10 кВ
Рис. 5Ампер-секундная характеристика
предохранителя типа ПКН 001 на 35 кВ
Рис. 6Ампер-секундная характеристика встроенного защитного предохранительного устройства трансформаторов ЗНОЛП-6 и ЗНОЛП-10

Требуется резистивное заземление нейтрали!Выводы Список литературы

Какие термопредохранители используются

В зависимости от назначения аппарата в трансформаторах применяются разные типы термопредохранителей.

В трансформаторе музыкального центра

Перегрев музыкального центра не всегда связан с выходом из строя электронной схемы. Это может происходить из-за длительной работы, недостаточного охлаждения, установки центра возле батареи отопления и других причин.

Кроме того, музыкальная аппаратура дороже зарядных устройств и блоков питания, поэтому в них устанавливаются более дорогие многоразовые самовосстанавливающиеся предохранители и биметаллические термостаты.

В трансформаторе блока питания

Блоки питания — это сравнительно недорогие устройства, поэтому в бп устанавливаются одноразовые предохранители со вставкой из легкоплавкого металла.