Защита трансформаторов плавкими предохранителями. Защита трансформатора предохранителямиЗащита предохранителями воздушных линий 0,4 кВ. ТрансформаторовЗащита воздушных линий, которые защищаются только от КЗ, должна удовлетворять требованиям чувствительности. Согласно [1] минимальный ток КЗ в конце защищаемого участка должен быть по крайней мере в 3 раза больше номинального тока вставки. В сетях с заземленной нейтралью (0,4 кВ) чувствительность предохранителей определяется при однофазных металлических КЗ между фазным и заземленным нулевым проводом:
При КЗ между фазным проводом и землей через дугу или большие переходные сопротивления (сухая земля, сухой снег, деревья и т. д.) возможны отказы предохранителей. Следует иметь в виду, что при однофазных КЗ время перегорания вставки может быть очень большим. Например, для предохранителей ПН2 время сгорания вставки при трехкратном токе КЗ будет порядка 15–20 с. Требования отстройки от нагрузки и обеспечения чувствительности прямо противоположны. Чтобы удовлетворить оба эти требования в воздушных сетях применяются предохранители, которые дополнительно устанавливаются в линии на некотором расстоянии от питающей подстанции. Поскольку по мере удаления от источника питания нагрузка уменьшается, номинальный ток вставки секционирующего предохранителя можно взять меньше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. В результате чувствительность секционирующего предохранителя к КЗ в конце линии будет выше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. Таким образом, сеть разбивается на ряд участков, каждый из которых защищен своими предохранителями. Следует отметить и еще одно важное преимущество секционирующих предохранителей: при повреждении какого-либо участка отключается только этот участок, остальная сеть остается в работе. Защита предохранителями трансформаторов. Предохранители на стороне ВН служат для защиты от токов КЗ самого трансформатора и его ошиновки. Номинальный ток вставок этих предохранителей должен выбираться по условию селективности с предохранителями на стороне НН. При выборе плавких вставок желательно обеспечить селективность всех последовательно включенных предохранителей во всем возможном диапазоне токов КЗ. Если это не удается, необходимо обеспечить селективность между предохранителями ВН и защитой питающей линии, как минимум, при КЗ на стороне ВН трансформатора. На основании расчетов и опыта эксплуатации предохранителей можно сделать следующие выводы: 1. Предохранители на стороне НН практически всегда обеспечивают термическую устойчивость трансформаторов. Также обеспечивается и термическая устойчивость трансформаторов при КЗ на стороне НН до предохранителей. 2. Предохранители типа ПКТ, установленные на стороне 6 или 10 кВ, в большинстве случаев обеспечивают селективность с предохранителями типа ПН2 и ПР, установленными со стороны 0,4 кВ. 3. Селективность предохранителей ПСН, установленных на стороне ВН, с предохранителями НН ПР и ПН2 обеспечивается только для самых малых трансформаторов. Поскольку по условиям чувствительности нельзя увеличивать номинальный ток вставки ПСН, для защиты трансформаторов 6–10/0,4 кВ следует применять предохранители типа ПКТ. 4. При значительном сопротивлении питающей сети время сгорания предохранителей 6 и 10 кВ при КЗ на стороне низшего напряжения до предохранителей НН очень велико и может вызвать значительные увеличения размеров повреждения трансформаторов. Поэтому загрублять предохранители ВН нежелательно. 5. Поскольку при КЗ в трансформаторах или на стороне НН время сгорания вставок предохранителей ПКТ ВН велико, согласовать с ними время работы защиты линии, питающей трансформатор, очень сложно. Поэтому обычно ток срабатывания защиты отстраивают от КЗ на стороне НН трансформатора или согласуют ее выдержку времени с предохранителями НН, т. к. время их сгорания невелико даже при небольших токах. При этом допускается неселективность с предохранителями ВН при повреждениях в трансформаторах. Выбор уставок срабатывания предохранителей В предохранителе защитным элементом является его плавкая вставка, номинальный ток которой (Iвс.ном) равен уставке защиты линии, двигателя, осветительной сети и т. д. Номинальный ток плавкой вставки выбирается по трем условиям:
где Котс – коэффициент отстройки, в среднем равный 1,1–1,2. 2. По условию отстройки от кратковременного пускового (пикового) тока:
где 3. По условию обеспечения достаточной чувствительности защиты при КЗ:
где Iк min – минимальный ток КЗ; Кч – коэффициент чувствительности защиты, который должен быть не ниже 10–15 для защиты электродвигателя, в управлении которого применен магнитный пускатель или контактор и не ниже 3–5 для защиты осветительной сети. Для обеспечения селективности двух последовательно включенных однотипных предохранителей необходимо выбирать их плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися на две шкалы; для разнотипных предохранителей – на три шкалы номинальных токов. Основными достоинствами плавких предохранителей являются простота их конструкции, малая стоимость и возможность обслуживания персоналом невысокой квалификации. При тщательном расчете можно получить удовлетворительную защиту участков сетей и электрооборудования от перегрузки и КЗ в простейших случаях при невысоких требованиях к селективности. Существующие конструкции предохранителей имеют серьезные недостатки, ограничивающие область их применения. Основные недостатки следующие: 1. Однократность действия – после срабатывания предохранителя необходимо заменить вставку. 2. В условиях эксплуатации часто вместо калиброванных вставок устанавливают случайно оказавшиеся под рукой вставки на другие токи и просто куски проволоки, при этом нарушаются все требования к защите. 3. Форма защитных характеристик вставок неудачна, особенно для защиты трансформаторов. Характеристики имеют большие разбросы. Во многих случаях невозможно обеспечить необходимые селективность и чувствительность. infopedia.su Защита трансформаторов плавкими предохранителямиПрисоединение трансформаторов к сети через плавкие предохранители используется в схемах упрощенных подстанций напряжением ВН 6…35 кВ. Для защиты трансформаторов применяют предохранители типов ПК-10, ПКТ-10, ПКИ-10, ПСН-10, ПСН-35. Ток плавкой вставки зависит от мощности трансформатора и выбирается в пределах 1,5…2 номинального тока трансформатора (табл.17.1). Таблица 17.1 Рекомендуемые значения номинальных токов плавких вставок Iном.вспредохранителей типа ПКТ для защиты трехфазных силовых трансформаторов 6/0,4 и 10/0,4 кВ
Плавкие предохранители рассчитаны на отключение тока КЗ в трансформаторе, поэтому они проверяются по максимальному отключаемому току КЗ. Номинальный ток отключения для предохранителей 6-10 кВ может быть в пределах 2,5...40 кА. Кроме того, требуется выбрать номинальное напряжение предохранителя. Одинаково недопустимо устанавливать предохранитель напряжением 6 кВ на трансформатор 10 кВ, и предохранитель 10 кВ на трансформатор напряжением 6 кВ. В первом случае может произойти перекрытие предохранителя по поверхности, а во втором - не погаснуть дуга внутри предохранителя. 17.5. Дифференциальная защита. Область применения и принцип действия.Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) относится к основным защитам трансформатора. ДЗТ выполняется на принципе сравнения токов на стороне ВН и сторонах СН и НН трансформатора и применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Защита обладает абсолютной селективностью, реагирует на повреждения в обмотках, на выводах и в соединениях с выключателями и действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Зона действия ДЗТ ограничивается местом установки трансформаторов тока и включает в себя ошиновку СН, НН. Ввиду ее сравнительной сложности, ДЗТ устанавливается в следующих случаях: − на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВ∙А и выше; − на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВ∙А и выше; − на трансформаторах мощностью 1000 кВ∙А и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах высшего напряжения (Кч< 2), а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с. При прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или внешнего КЗ ток в реле равен: Iр = I1 – I2 (рис. 17.2, а).
Рис. 17.2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора: а –распределение токов при сквозном КЗ; б – то же при КЗ в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты). Пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малое значение, можно считать, что первичные токи равны (II= III) и, следовательно, вторичные токи одинаковы, т.е. I1= I2. С учетом этого Iр = I1 – I2 = 0. Таким образом, если ТТ имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через ТТ тока нагрузки или толка внешнегo КЗ ток в реле отсутствует и ДЗТ на такие режимы не реагирует. Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны I1≠ I2и поэтому в реле проходит ток небаланса, т. е.
Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока на коэффициент надежности Кн, т. е.:
При КЗ в трансформаторе, или любом другом месте между ТТ, направление токов I1и I2 изменится на противоположное, как показано на рис.17.2, б. Таким образом, при КЗ в зоне действия ДЗТ в реле проходит полный вторичный ток КЗ. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора с обеих сторон. studlib.info Защита предохранителями трансформаторовПредохранители на стороне высшего напряжения служат для защиты от токов КЗ самого трансформатора и его ошиновки. Номинальный ток вставок этих предохранителей должен выбираться по условию селективности с предохранителями на стороне низшего напряжения. Кратность номинального тока вставки предохранителя высшего напряжения к номинальному току защищаемого трансформатора должна быть равна 2…3 для трансформаторов до 160 кВАи 1,5…2 для трансформаторов до 630 кВА. При выборе плавких вставок желательно обеспечить селективность всех последовательно включенных предохранителей во всем возможном диапазоне токов КЗ. Если это не удается, необходимо обеспечить селективность между предохранителями высшего напряжения и защитой питающей линии как минимум при КЗ на стороне высшего напряжения трансформатора. Не допускается увеличивать номинальный ток вставки главного предохранителя на стороне низшего напряжения (например, для селективности с предохранителями линий 0,4 кв).При необходимости можно уменьшать номинальный ток плавкой вставки предохранителя высшего напряжения (например, для селективности с защитой питающей линии), сохраняя по возможности селективность с предохранителями низшего напряжения. Проверка селективности предохранителей, защищающих понижающие трансформаторы со стороны высшего и низшего напряжения, производится так же, как и для предохранителей, установленных в сети одного напряжения. Но при этом необходимо учитывать, что по предохранителям протекают токи разной величины. Чувствительность защиты трансформатора следует определять при минимальных токах однофазного КЗ для трансформатором. Соотношения токов, проходящих при этом по обеим сторонам трансформатора в зависимости от схемы соединения обмоток, определяется следующим выражением:
где: КТ – коэффициент трансформации трансформатора; Кр – коэффициент токораспределения между обмотками НН и ВН, равный: для трансформатора Δ /Y-0 При однофазном КЗ на стороне обмотки, соединенной в звезду с нулем, величина тока
где: UY-O - фазное напряжение обмотки, соединенной в Y-0; Z(1)Т / 3 - величина сопротивления трансформатора при однофазном КЗ (табл.П1.10). Селективность предохранителей, установленных на сторонах высшего и низшего напряжения, должна проверяться при наиболее неблагоприятных условиях. У трансформаторов со схемой соединения Y/ Δ селективность должна проверяться при двухфазном КЗ, а со схемой Y/Y-0 - по трехфазному КЗ. Длительность протекания через трансформатор тока внешнего КЗ ограничена. Она определяется по выражению (12.7), но не должна превышать 5 с:
где: К - отношение тока КЗ к номинальному току трансформатора. Для трансформаторов малой мощности выражение (12.7) можно привести к более удобному виду:
где: ик - напряжение короткого замыкания трансформатора. Преобразование выполнено на основании требований: для трехфазных трансформаторов мощностью до 2000 кВАвключительно с алюминиевой обмоткой и до 5000 кВАвключительно с медной обмоткой кратность К вуравнении (12.8) определяется без учета сопротивления питающей сети. Пользуясь этим уравнением, можно определить допустимую длительность протекания тока КЗ для трансформаторов: при ик - 4,5% tд =1,82 с;при ик = 5,5% tд =2,72 с. На основании расчетов и опыта эксплуатации предохранителей можно сделать следующие выводы: 1. Предохранители на стороне низшего напряженияпрактически всегда обеспечивают термическую устойчивость трансформаторов. Так же обеспечивается и термическая устойчивость трансформаторов при КЗ настороне низшего напряжения до предохранителей. 2. Предохранители типа ПК (ПКТ), установленные на стороне6 или 10кВ,в большинстве случаев обеспечивают селективность с предохранителями типа ПН2 и ПР-3 установленными со стороны 0,4 кв, 3.Селективность предохранителей ПСН, установленных на стороне высшего напряжения, с предохранителями низшего напряжения ПР и ПН2 обеспечивается только для самых малых трансформаторов. Поскольку по условиям чувствительности увеличивать номинальный ток вставки ПСН нельзя, для защиты трансформаторов 6-10/0,4 кВ следует применять предохранители типа ПКТ. 4. При значительном сопротивлении питающей сети время сгорания предохранителей 6 и 10 кВпри КЗ на стороне низшего напряжения до предохранителей низшего напряжения очень велико и может вызвать значительные увеличения размеров повреждения трансформаторов. Поэтому загрублять предохранители высшего напряжения нежелательно. 5. Посколькупри КЗ в трансформаторах или на стороне низшего напряжения время сгорания вставок предохранителей ПК высшего напряжения велико, согласовать с ними время работы защиты линии, питающей трансформатор, очень сложно. Поэтому обычно ток срабатывания защиты отстраивают от КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора или согласуют ее выдержкувремени с предохранителями низшего напряжения, так как время их сгорания невелико даже при небольшихтоках. При этом допускается неселективность с предохранителями высшего напряжения при повреждениях в трансформаторах. Какправило, хорошо согласуется с предохранителями защита, имеющая зависимую характеристику. Защиту с независимой характеристикой согласовать с предохранителяминизшего напряжения по времени обычно не удается. Расчетами можно показать, что предохранитель, выбранный по номинальному току трансформатора, не защищает трансформатор от небольших перегрузок и не допускает использования значительных, но допустимых кратковременных перегрузок трансформатора, например, при самозапуске двигателей. Если предохранителя на низшей стороне нет, то защитой трансформатора от перегрузки должны служить предохранители отходящих линий. Если линия только одна и по ней передается вся мощность трансформатора, то номинальный токвставки, защищающей линию, следует выбрать по номинальному току трансформатора. Если отходящих линийдве и нагрузка на них распределяется равномерно, номинальные токи их вставок должны выбираться так, чтобы сумма их не превышала номинального токатрансформатора. Для предохранителей ПСН-35 расчетами можно показать, что: 1.Существующая шкала вставок ПСН-35 позволяв подобрать вставки, удовлетворяющие всем требованиям в части термической устойчивости трансформаторов; 2. Время сгорания вставок с Iвс.макспри трехфазном КЗ на стороне низшего напряжения с учетом разброса по току +20% мало, что не позволяет обеспечить селективность предохранителей с релейной защитой отходящих линий 6-10 кВ. 3. Для трансформаторов мощностью 0,63-4 МВАможно подобрать вставки, обеспечивающие их термическую устойчивость; для трансформатора 6,3 МВА вставка на 100 Амала и подобрать для него вставки нельзя. 4.Чувствительность вставок к КЗ на стороне 6 - 10 кВ достаточна за исключением трансформатора 0,63 МВА. 5. Время сгорания вставок даже без учета разброса настолько мало, что согласовать с ним релейную защиту со стороны 6 -10 кВпрактически невозможно. Проведенный анализ плавких предохранителей позволяет сделать следующие выводы. Основными достоинствами плавких предохранителей являются простота их конструкции, малая стоимость и возможность обслуживания персоналом невысокой квалификации. При тщательном расчете можно получить удовлетворительную защиту участков сетей и электрооборудования от перегрузки и КЗ в простейших случаях при невысоких требованиях к селективности. Существующие конструкции предохранителей имеют серьезные недостатки, ограничивающие область их применения. Основные из них следующие: 1. Однократность действия - после срабатывания предохранителя необходимо заменить вставку. 2. В условиях эксплуатации зачастую вместо калиброванных вставок устанавливают случайно оказавшиеся под рукой вставки на другие токи и просто куски проволоки, при этом нарушаются все требования к защите. 3. Форма защитных характеристик вставок неудачна, особенно для защиты трансформаторов. Характеристики имеют большие разбросы. Во многих случаях невозможно обеспечить необходимые селективность и чувствительность. Выбор уставок срабатывания предохранителей. Обобщая выше изложенное, расчеты токов срабатывания (уставок) защит в сетях до 1000В выполняются по следующим выражениям. В предохранителе защитным элементом является его плавкая вставка, номинальный ток которой (Iвс.ном) равен уставки защиты линии, двигателя, осветительной сети и т.д. Номинальный ток плавкой вставкивыбирается по 3 условиям: 1. По условию отстройки от максимального длительного рабочего тока нагрузки:
где kотс – коэффициент отстройки, в среднем равный 1,1…1,2. 2. По условию отстройки от кратковременного пускового (пикового) тока:
где 3. По условию обеспечения достаточной чувствительности защиты при КЗ:
где Iк.мин – минимальный ток короткого замыкания; kч – коэффициент чувствительности защиты, который должен быть не ниже 10…15 для защиты электродвигателя, в управлении которого применен магнитный пускатель или контактор и не ниже 3…5 для защиты осветительной сети. Надо отметить, что при кратности 3плавкая вставка, например предохранителя типа ПН-2, перегорает за время около 10 с, а при кратности 10 – за 0,05…0,1с. Если время плавления превысит 0,3 с, то при КЗ от возникающего резкого провала напряжения, магнитный пускатель или контактор отпадают и разрывают большой ток КЗ, на который они не рассчитаны. Номинальный ток плавкой вставки выбирают по условиям (12.6), (12.7), принимают ближайшим большим по шкале номинальных токов и проверяют чувствительность по условию (12.8). Для обеспечения селективности двух последовательно включенных однотипных предохранителей необходимо выбирать их плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися на 2 шкалы; для разнотипных предохранителей – на 3 шкалы номинальных токов. Для согласования защитных характеристик предохранителя и автоматического выключателя необходимо построить карту селективности. При этом на карте селективности кривую плавкой вставки предохранителя строят по типовой ее время-токовой характеристике, предварительно сместив ее на 20% вправо, тем самым учитывается возможный разброс времени перегорания плавкой вставки. 12.12. Определение границ действия защиты от однофазных КЗ в сети с асинхронными двигателями Контрольные вопросы 1. В чем заключаются достоинства и недостатки плавких предохранителей как защитного аппарата? 2. Каковы защитные характеристики плавких предохранителей? 3. Как производится выбор уставок срабатывания плавких предохранителей? 4. В чем заключаются особенности расчета токов КЗ в сетях напряжением 0,4 кВ для оценки чувствительности защиты? studlib.info |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
– коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска двигателя равен 2,5, при тяжелых – 1,6–2,0, для ответственных электроприемников – 1,6.
(17.1)
, (12.5)
и для трансформатора Y/Y-0 
.
для трансформатора Δ /Y-0 численно равна току трехфазного КЗ, а для трансформатора Y/Y-0 можно с достаточной для практики точностью определить по уравнению, рекомендованному [1]:
(12.6 )
, (12.7)
(12.8)
, (12.6)
(12.7)
– коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска двигателя равен 2,5, при тяжелых – 1,6-2.0, для ответственных электроприемников – 1,6:
(12.8)
