Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Өндірістік кәсіпорындарды Электрмен жабдықтау кафедрасы

 

 

 

ЭЛЕКТР ТОРАПТАРЫ МЕН ЖҮЙЕЛЕРІНДЕГІ РЕЛЕЛІК ҚОРҒАНЫС

5В071800 – Электр энергетикасы мамандығында оқитын студенттерге арналған дәрістер жинағы

 

 

Алматы 2013

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Башкиров М.В., Жунусова Г.С. Электр тораптары мен жүйелеріндегі релелік қорғаныс: 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығында оқитын студенттерге арналған дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2013. – 41 б.

    

«Электр тораптары мен жүйелеріндегі релелік қорғаныс» пәнінің дәрістер жинағында 10–110 кВ желілері мен трансформаторлардың негізгі қорғаныстарының түрлері келтірілген.

Без. 27, әдеб. - 16 атау.

 

Пікір беруші: доцент Р.М.Кузембаева

 

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2012 ж. баспа жоспары бойынша  басылды.

   ©    «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2013 ж.

Мазмұны 

1 – дәріс.	Ток трансформаторы орамдарының типтік қосылу сұлбалары	4
2 – дәріс.	Бағытталмаған токтық қорғаныстар	8
3 – дәріс.	Бағытталған токтық қорғаныстар	12
4 – дәріс.	Тұйықталу токтары жоғары тораптардағы жерге қысқа тұйықталудан токтық қорғаныс	16
5 – дәріс.	10-35 кВ тораптарындағы жерге тұйықталудан қорғаныс	21
6 – дәріс.	Желінің бойлық дифференциалды қорғанысы	27
7 – дәріс.	Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың резервтік қорғаныстары	30
8 – дәріс.	Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың негізгі қорғаныстары	34
9 – дәріс.	Трансформаторлардың газдық қорғаныстары	37
Әдебиеттер тізімі		40

 

1-дәріс. Ток трансформаторы орамдарының типтік қосылу сұлбалары

 

Дәрістің мазмұны:

- ток трансформаторларының негізгі қосылу сұлбалары, әртүрлі ҚТ арналған векторлық диаграммалар келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- ток трансформаторларының негізгі қосылу сұлбаларымен танысу және әртүрлі қысқа тұйықталу кезіндегі екіншілік токтардың таралуын анықтау, сұлба коэффициенті туралы түсінік алу.

 

1.1 Реле орамдарының және ТТ толық жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Ток трансформаторлары барлық фазаларда қойылады. ТТ екіншілік орамдары және реле орамдары жұлдызша ретінде қосылады, ал олардың нөлдік нүктелері нөлдік деп аталатын бір сыммен байланады (1.1 суретті қараңыз). ТТ орамдарының бір аттас қысқыштары нөлдік нүктеге біріктіріледі. Жебемен ТТ орамаларының полярлығы ескеріліп біріншілік және екінішілік токтарының оң бағыттары шартты түрде көрсетіліп, нүктемен белгіленген.

 

1.1 сурет – Реле орамдарының және ТТ толық жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Қалыпты режимде және үшфазалы ҚТ кезінде, 1.1 суретте көрсетілгендей, I, II және III релелерге I_а=I_A/K_I; I_b=I_B/K_I; I_c=I_C/K_I, фазаларының токтары өтеді, ал нөлдік сымда олардың геометриялық қосындысы:

                                                I_н.п=(I_а + I_b + I_с),                                              (1.1)

 

ол симметриялық режимде нөлге тең (1.2, а суретті қараңыз). Екіфазалы ҚТ кезінде ток зақымдалған екі фазада және сәйкесінше зақымдалған ТТ фазасына қосылған реледе өтеді (1.2, б суретті қараңыз), зақымдалмаған фазада ток болмайды: I_C = – I_B.

Нөлдік сымда ток жүктелген (симметриялық) режимде де, екі және үшфазалық ҚТ кезінде де болмайды. Бірақ ТТ қателіктері мен сипаттамалардың сәйкес болмауынан нөлдік сымда баланс еместік тогы ағады I_н.п=I_нб: қалыпты жағдайда оның шамасы 0,01-0,2 А, ал ҚТ кезінде ол өседі.

Бірфазалы ҚТ кезінде біріншілік ток зақымдалған бір фаза арқылы ағады (1.2, в суретті қараңыз). Оған сәйкес екіншілік ток та солай ағады, бірақ бір реледен кейін және нөлдік сымға тұйықталады.

Жұлдызшаға қосылу сұлбасындағы нөлдік сым нөлдік тізбектегі токтардың сүзгісі болып табылады.

 

               

                     а)                                      б)                                       в)

 

                                

                                   г)                                                д)

1.2 сурет – Токтардың векторлық диаграммасы

Тікелей және кері тізбектегі токтар, 1.3 а, суретте көрсетілгендей нөлдік сымда өтпейді, себебі осы жүйелердің әрқайсысының векторларының қосындысы нөлге тең (1.3 б, в суретті қараңыз). Ал НТ токтар фазамен сай және де сондықтан нөлдік сымда осы токтың үш еселенген шамасы өтеді:            I_н.п = 3×I₀.

 

                               а)                        б)                         в)                 г)

 

1.3 сурет – Симметриялық құрауыштардағы токтардың ағуы

 

Бір ТТ екіншілік тізбегі бұзылса (үзілсе) нөлдік сымда фазаның тогына тең ток пайда болады, ол нөлдік сымда орналастырылған реленің ескерілмеген жұмысына алып келеді. Қарастырылған сұлбада фазаларда қойылған релелер барлық ҚТ түрлеріне, ал нөлдік сымдағы реле – жерге ҚТ кезінде ғана әсер етеді. ТТ және реле орамдарының жұлдызшаға қосылу сұлбасы ҚТ барлық түрлеріне әсер ететін РҚ қолданылады.

Қарастырылған және басқа да қосылу сұлбаларында ТТ және реле I_р релесінен I_ф фазасындағы токқа қатынасымен сипатталады, ол сұлба коэффициенті деп аталады:

k_сх = I_p/I_ф.                                                               (1.2)

Жұлдызшаға қосылу сұлбасы үшін k_сх=1.

 

1.2 Реле орамдарының және ТТ толық емес жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

ТТ екі фазада орналастырылады және жұлдызшаға қосылу сұлбасындағыдай қосылады (1.4, а суретті қараңыз). I және III релелерде сәйкес фазалардың тогы ағады I_a=I_A/K_I и I_c=I_c/K_I, ал кері (жалпы) сымда (IV реле) ток геометриялық сымның қосындысына тең:

                                  I_о.п = I_IV = -(I_а + I_с).                                           (1.3)

Векторлық диаграмманы ескеріп I_а + I_c = -I_b, екіншілік тізбекте жоқ, яғни I_o.п фаза тогына тең (1.4, б суретті қараңыз).

                                             а)                                            б)

1.4 сурет – Реле орамдарының және ТТ толық емес жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Үшфазалы ҚТ және қалыпты режимде токтар I және III екі реледе де өтеді және кері бағытта. Екіфазалы ҚТ кезінде токтар бір немесе екі реледе (I және III) пайда болады, ол қай фазаның зақымдалғанына байланысты болады.

ТТ орналасқан А және С фазалары арасындағы екіфазалық ҚТ кезінде кері сымдағы ток 1.2, б суретке сай,  I_c=-I_а, есепке алғанда нөлге тең, ал АВ және ВС фазалары арасындағы тұйықталу кезінде сәйкесінше I_o.п= -I_а және I_o.п= -I_c тең.

ТТ орналастырылған фазаларда (А немесе С) бірфазалық ҚТ болған жағдайда, ТТ екіншілік орамында және кері сымда ҚТ тогы өтеді. ТТ орналастырылмаған В фазасы жерге тұйықталғанда, РҚ ток пайда болмайды. Сұлба коэффициенті k_cx= 1.

 

1.3 Екі фазаның айырмасына қосылған бір реле мен екі ТТ қосылу сұлбасы

 

ТТ екі фазада орналастырылады, мысалы А және С (1.5 суретті қараңыз); олардың екіншілік орамдары әр аттас қысқыштармен қосылады, оларға реле орамдары қосылады.

1.5 суретте көрсетілген жағдайдағы токтың таралуында егер біріншілік тізбекте дұрыс бағыттағы токтар I_А, I_В, I_С өтсе, онда I_p реледегі ток екі фазаның геометриялық айырымына тең I_а және I_c, яғни

I_p  =   I_a – I_c,                                                           (1.4)

мұнда I_a= I_A/K_I;  I_c= I_C/K_I.

Симметриялық жүктеме және үшфазалы ҚТ кезінде I_a – I_c токтардың айырымы фазадағы токтан есеге жоғары, сондықтан

                                      I⁽³⁾_p=×I_ф .                                                    (1.5)

АС екіфазалы ҚТ кезінде (ТТ орналасқан фазалар):

                                       I⁽²⁾_p=I_a–(-I_c)=2×I_ф,                                               (1.6)         

мұнда I_ф =| I_а |=| I_с |            

АВ немесе ВС екіфазалық ҚТ кезінде релеге бір фазадан ғана ток түседі I_а немесе I_с:

                                       I⁽²⁾_p=I_ф,                                                             (1.7)

мұнда I_ф = I_a немесе I_ф = I_c.

 

Формулалардан байқағанымыздай (1.5) – (1.7) осы сұлба толық және екіфазалық жұлдызша сұлбаларымен салыстырғанда АВ және ВС фазалары арасындағы ҚТ сезімталдығы  есеге төмен екенін көруге болады.

 

 

1.5 сурет – ТТ екі фазаның тогының айырымына қосылу сұлбасы

1.6 сурет – ТТ нөлдік тізбектегі ток сүзгісіне қосылу сұлбасы

 

1.4 Ток трансформаторының нөлдік тізбектегі ток сүзгісіне қосылу сұлбасы

 

Ток трансформаторы үш фазада орналастырылады, екіншілік орамдардың бір аттас қысқыштары параллель жалғанады және оларға КА релесінің орамы қосылады (1.6 суретті қараңыз). Реледегі ток үш фазадағы екіншілік токтардың геометриялық қосындысына тең:

I_p = I_а + I_b + I_c = 3×I₀.

Қарастырылған сұлба нөлдік тізбектегі токтың сүзгісі болып табылады. Реледе ток жерге бір және екіфазалық ҚТ ғана пайда болады. Сондықтан да сұлба жерге ҚТ кезіндегі РҚ қолданылады.

Реленің 1.6 суреттегі сұлба бойынша қосылуы оның 1.1 суреттегідей жұлдызшаның нөлдік сымға қосылғанымен бірдей болады.

 

2-дәріс.  Бағытталмаған токтық қорғаныстар

 

Дәрістің мазмұны: 

- 10-35 кВ тораптарындағы фазааралық ҚТ-дан токтық қорғаныстың негізгі түрлері келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- максималды ток қорғанысының жұмыс жасау қағидасын, ток үзіндісін, селективтілікке жету әдісін және сезімталдық коэффициентін жоғарылатуды оқу.

 

2.1 Максималды токтық қорғаныс. Токтық қорғаныстың жұмыс жасау қағидасы

 

ҚТ пайда болуының бір белгісі ЭЖЖ токтың жоғарылауы болып табылады. Бұл белгі токтық РҚ орындау үшін қолданылады. ЭЖЖ фазаларындағы токтың мәні белгілі шамадан асса, токтық РҚ іске қосылады. Токтың жоғарылауын сезетін реле ретінде максималды ток релесі қызмет етеді.

Токтық РҚ максималды токтық РҚ және ток үзіндісі болып екіге бөлінеді. Бұл - релелердің арасындағы басты айырмашылығы селективтілікті қамтамасыз ету әдісі. Максималды токтық РҚ селективтілігі уақыт ұстанымы арқылы жасалады. Ток үзіндісінің селективтілігі сәйкес ток әсерін таңдау арқылы қамтамасыз етіледі.

Қорғаныстың селективтілігі және жұмыс жасау қағидасы. Максималды токтық қорғаныс (МТҚ) бір жақтан қоректенетін тораптар үшін негізгі РҚ болып табылады. Олар әрбір ЭЖЖ басында қоректендіру жағынан орналастырылады (2.1, а суретті қараңыз). Әрбір ЭЖЖ өзінің РҚ бар, ол ЭЖЖ өзінде немесе одан қоректенетін қосалқы стансаның шинасында зақымдалу болса, ажыратады және көршілес ЭЖЖ резервке алатын РҚ болады.

 

               

                                                                а)                                                    б)

а) МТҚ орналасуы;  б) сатылы қағидамен таңдалған МТҚ уақыт ұстанымы.

2.1 сурет – Радиалды тораптағы максималды токтық РҚ

 

Тораптың бір нүктесінде ҚТ болғанда, мысалы К1 (2.1, а суретті қараңыз) нүктесінде, қоректендіру көзі мен зақымдалған жердің арасындағы тораптың барлық бөлігінде ҚТ тогы өтеді, соның арқасында барлық РҚ іске қосылады (1, 2, 3, 4). Бірақ селективтілік шарты бойынша, зақымдалған ЭЖЖ 4 РҚ қана ажыратуы қажет. Көрсетілген селективтілікті қамтамасыз ету үшін МТҚ уақыт ұстанымымен орындалады, ол 2.1, б суретте көрсетілгендей тұтынушыдан қоректендіру көзіне қарай жоғарылайды. Осы қағиданы сақтаса, К1 нүктесінде ҚТ болса, басқалардан бұрын 4 МТҚ іске қосылады да, зақымдалған ЭЖЖ ажыратады. Уақыт ұстанымы жоғары 1, 2 және 3 қорғаныстар ажыратып үлгермей бастапқы қалпына келеді. Сәйкесінше К2 нүктесіндегі ҚТ кезінде 3 МТҚ басқалардан бұрын іске асады, ал уақыты жоғары 1 және 2 МТҚ қосылып үлгермейді.

 

Тұрақты оперативті токтағы МТҚ принципиалды сұлбалары. Электрмеханикалық реледегі сұлбалар. 2.2 суретте электрмеханикалық реледе жасалған МТҚ үшфазалы сұлбасы келтірілген. Үш өлшем органы (2.2, а суретті қараңыз) үш РТ-40 релелерінің көмегімен жасалады, уақыт органы – РВ-100 түрдегі реле көмегімен, атқарушы элемент - РП-20, РП-16 түрдегі аралық релелер көмегімен немесе түйіспелері ажыратқыштың ажырату электр магнитінің тогына есептелген басқа аралық релелер арқылы жасалады. Сұлбадан қарап бұл қорғаныстың барлық түрдегі ҚТ кезінде іске асатынын көруге болады.

              

а)                                                                    б)

а) – токтық тізбектер; б) – қорғаныстың оперативтік тізбектері.

2.2 сурет – үшфазалы МТҚ принципиалды сұлбасы

 

КА релесінің түйіспелері НЕМЕСЕ сұлбасы арқылы жалғанады. Қорғаныстың оперативтік тізбегінің қоректендірілуі тұрақты токпен басқару шинасы арқылы өзінің сақтандырғышы арқылы, ал ажырату электр магниті (АЭ) басқа сақтандырғыштар арқылы іске асырылады. Үшфазалы сұлбалар, әдетте бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда қолданылады.

 

2.2 Іске қосылу тогын таңдау

 

МТҚ іске қосылу тогын таңдаудың негізгі талабы, ол қорғалатын бөліктегі зақымдалу кезінде берік жұмыс жасау қажет, бірақ сонымен қатар жүктеменің максималды жұмыстық тогы I_н.тах немесе электр қозғалтқыштарының қосылуы мен өзіндік қосылуынан болатын аз уақыттағы жүктелу кезінде және электр торабының қалыпты режимі бұзылуында жұмыс жасамауы қажет.

Электрқозғалтқышының өзіндік қосылуынан жүктеме тогының өсуі өзіндік қосылу коэффициенті k_сзп деп бағалау қабылданған, ол I_р.тах токтың қанша есеге өсетінін көрсетеді.

МТҚ I_{н max} реттеу үшін екі шартты орындау қажет. Бірінші шарт бойынша тораптағы ҚТ кезінде іске қосылған МТҚ (қорғалатын ЭЖЖ басқа), қорғалған ЭЖЖ жүктеме тогы I_{н тах} болған жағдайда, ҚТ ажыратылған кезде өз орнына түсуі қажет.

Бірінші шарт бойынша:

                                     I_с.з =(k_oтc/k_в)×k_сзп×I_p.                                           (2.1)

Екінші шарт бойынша:

 I_с.з>I_н.max.                                                     (2.2)

 

2.3 Ток үзіндісі. Ток үзіндісінің жұмыс жасау қағидасы

 

Үзінді МТҚ бір түрі болып табылады, ол ҚТ тез ажыратылуын қамтамасыз етеді. Ток үзіндісі шапшаң әрекет ететін үзінді және уақыт ұстанымы бар үзінді болып бөлінеді.

Ток үзіндісінің селективтілігі оның әсер ету зонасын шектеумен жасалады, яғни үзінді осы зонаның шегінен ары болса, тораптың көршілес бөліктерінде, уақыт ұстанымы үзіндінікіне тең немесе жоғары РҚ бар жерде жұмыс жасамауы керек. Ол үшін үзіндінің іске қосылу тогы (I_c.з), бөліктің соңғы жағы зақымалғанда өтетін (мысалы 2.3 суреттегі АМ ) ҚТ максималды тогынан (I_к.мах), жоғары болуы қажет:

I_с.з >I_к.мах.

 

2.3 сурет – ток үзіндісінің жұмыс жасау қағидасы

Селективтілік шарты бойынша шапшаң үзіндінің әсер ету аумағы қорғалып тұрған ЭЖЖ аспауы қажет. Уақыт ұстанымымен жұмыс жасайтын үзіндінің аумағы қорғалып тұрған ЭЖЖ асады және селективтілік шарты бойынша көршілес жатқан РҚ аумағынан ток және кернеу бойынша соңынан бастап қосылуы тиіс. Ток үзіндісі бір жақты және екі жақты қоректенетін радиалды тораптарда қолданылады.

Үзіндінің тұрақты ток тізбегінің сұлбасы 2.4, а, б. суретте бейнеленген. Тұрақты оперативтік токтағы және электрмеханикалық реледе орындалған үзіндінің сұлбалары МТҚ сұлбаларымен ұқсас.

Уақыт ұстанымы бар үзіндінің сұлбасы уақыт ұстанымы тәуелсіз МТҚ сұлбаларымен толықтай сәйкес келеді. Уақыт ұстанымы жоқ үзіндінің сұлбасы МТҚ сұлбасынан уақыт релесінің жоқтығымен ерекшеленеді.

 

 

2.4 сурет – электрмеханикалық реледегі ток үзіндісінің тұрақты ток тізбегінің сұлбасы

 

3 дәріс.  Бағытталған токтық қорғаныстар

 

Дәрістің мазмұны:

- екі реледе орындалған бағытталған қорғаныс сұлбалары және желіде ҚТ кезіндегі оның жұмысы келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- екі қоректендіру көзі бар тораптарда бағытталған қорғанысты қолданудың қажеттілігін анықтау және бағытталған қорғаныстың жұмыс жасау қағидасын оқу.

 

3.1 Екі қоректендіру көзі бар тораптардағы токтық бағытталған қорғаныс

 

ҚТ қуаты S_K белгілі бір бағытта (белгі) ғана жұмыс жасаса, РҚ бағытталған деп аталады. Бағытталған РҚ қолдану екі жағынан қоректенетін тораптарда (3.1, а суретті қараңыз) және бір жағынан қоректенетін айналмалы тораптарда (3.1, б суретті қараңыз) қажет. Екі жағынан қоректенуде ҚТ орны зақымдалуды жою үшін РҚ қорғалатын ЭЖЖ екі жағынан да орнатылуы тиіс (3.1 суретте көрсетілген).

Бір жағынан қоректенетін тораптардағыдай ҚТ-дан РҚ ең қарапайым әдісі ҚТ тогының пайда болуына әсер ететін қорғаныс бола алады.

Бірақ ток шамасына ғана әсер ететін қарапайым МТҚ (жоғарыда қарастырылған), ұқсас тораптарда зақымдалудың селективті ажыртылуын қамтамасыз ете алмайды.

 

а)

б)

а) радиалды торап;     б) айналмалы торап.

3.1 сурет – екі жағынан қоректенетін торап сұлбасы және осы тораптардағы РҚ орналастырылуы.

 

Селективтілік қызметі жұмыс жасауы үшін оны қорғалатын қосылудан ағатын қуаттың белгісіне әсер ететін бағыт релесімен толықтыру қажет. Нақтыласақ, егер 3.1 суреттегі торапта барлық ЭЖЖ МТҚ қойылған деп есептеп, және оның біреуінің қызметін қарастырсақ, мысалы: 5'.  К1 нүктесіндегі ҚТ кезінде 5' қорғанысының уақыт ұстанымы РЗ 6', 7' және 8', әсер ету уақытынан аз болуы керек, яғни t_5'<t_6', t_7' және t_8'. Егер де К2 нүктесінде ҚТ болса, 5' МТҚ 6' РҚ-тан ақырын әсер ету керек (t_5'>t_6').  Екі талаптың бірдей орындалуы мүмкін емес. Бірінші талап орындалғанда (яғни t_5'<t_6') 5' МТҚ  W3-та ҚТ кезінде селективтілік орындалмайды. Бұл селективтіліктің болмауын жою үшін 5' МТҚ, ҚТ қуаты шинадан ЭЖЖ бағытталса ғана жұмыс жасайтын бағытталған қорғаныспен 5 ауыстырады. Бұл кезде 5 РҚ W3-та ҚТ кезінде іске қосылмайды, себебі бұл жағдайда ҚТ қуаты желіден шинаға қарай бағытталады, сондықтан да екінші талап (t₅ > t₆) жойылады.

Тораптың қалған барлық МТҚ ұқсас орындалуында зақымдалудың селективті ажырауы, егер сатылы қағидамен бір бағытта іске асатын РҚ уақыт ұстанымын таңдауда мүмкін болады. Айтылғандарды қорыта келгенде, екі жағынан қоректенетін тораптардағы селективті РҚ орындалуының келесі қағидаларын құрастыруға болады:

1) егер қуат шинадан желіге бағытталған жағдайда  (3.1 суретті қараңыз) қорғаныс ЭЖЖ екі жағынан да қойылуы керек және ҚТ тогы пайда болғанда ажыратуға жұмыс жасауы қажет;

2) қуаты бір бағытта (А немесе В генераторынан) болғанда, жұмыс жасайтын РҚ уақыт ұстанымы сатылы қағидамен келісілуі қажет, ол қоректендіру көзіне қарай жоғарылауы тиіс: А қорек көзі тогынан әсер ететіне РҚ уақыт ұстанымы t₆<t₄<t₂; В қорек көзі тогынан әсер ететіне РҚ уақыт ұстанымы t₃<t₅<t₇.

3.2 сурет – Бағытталған токтық қорғаныстың қызмет жасау қағидасы және функционалды сұлбасы

 

Бағытталған токтық қорғаныс (БТҚ) ҚТ кезінде  қорғалатын ЭЖЖ зақымдалған фазаларындағы токтың мәні мен қуат бағытын сезуі қажет. Жиі қолданылатын 3.2 суреттегі көрсетілген БТҚ құрылымдық сұлбасы негізгі үш элементтен тұрады: ҚТ тогы пайда болған кезде іске қосылып, РҚ іске қосылуына рұқсат беретін токтың КА (ток органдары) екі қосылу релесінен; қуат бағытының KW екі релесі (қуат бағытының органы - ҚБО), олар шинадан ЭЖЖ қуат бағытталғанда іске қосылып, РҚ жұмыс жасауына рұқсат етеді. Егер қуат шинаға бағытталған болса, онда релесі (логика органы), РҚ іске қосылуын, логикалық сұлбаның жұмыс жасауын тоқтатын белгі береді. Логикалық сұлба  келесі берілген бағдарламамен жұмыс жасайды: ток органының іске қосылуы туралы белгіні алып, ҚБО РҚ іске қосылуы жайында белгіні жинайды, ал ол өз кезегінде уақыт ұстанымымен ажыратқыштың ажырату элементіне түседі де оны ажыратады.

 

                                         а)                                          б)

а) айнымалы ток тізбегі     б) кернеу тізбегі

3.3 сурет – электрмеханикалық релесі бар бағытталған МТҚ екіфазалы сұлбасы

 

                   3.4 сурет – Екі релелі бағытталған МТҚ оперативтік тізбегі

 

Қосылудың реле тогын КА ЭЖЖ фазасының тогына, ал қуат бағытының релесін (ҚБР) – сол фазаның тогына және сәйкес фазааралық кернеуге (3.3 суретті қараңыз) қосады. Қуат бағытының релесі оның қысқыштарына келтірілген қуат белгісімен анықталады:

                                      S_p=U_р×I_р×5sin(-_р),                                         (3.1)

мұнда  - кернеу релесі тізбегіндегі кернеу мен токтың арасындағы жылжу бұрышы (ішкі жылжу бұрышы);

_р - U_p және I_p. арасындағы жылжу бұрышы

Қорғалатын ЭЖЖ ҚТ кезінде S_p оң мәнде(+ S_p), және қуат бағытының релесі бағытталған ток қорғынысына ажыратуға рұқсат береді. Қорғалатын W1 ЭЖЖ (7.1 суретті қараңыз) немесе одан кейінгі W2 бөлігінде ҚТ болған жағдайда КА және KW релесі іске қосылып, И кірмесіне сигнал береді (3.1 суретті қараңыз). И элементінің кірмесінде сигнал пайда болып, ол ҚТ іске қосады (3.1 және 3.4 суретті қараңыз). Берілген уақыт бойынша КТ кірмесінде сигнал пайда болып, KL элементіне әсер етеді, ол өз кезегінде ажыратқыштың ажыратылуына белгі береді. Осы қосалқы стансаның (W2  3.1 суретті қараңыз) басқа қосылымдарында ҚТ болған жағдайда КА іске қосылады, егер I_к > I_с.з, бірақ KW жұмыс жасамайтындықтан, И элементі сәйкесінше НТТ (НТЗ) жалпы іске қосылмайды. Қарастырылған сұлба түйіспелері бар және де түйіспелері жоқ релелер арқылы іске асырыла алады.

Қалыпты жағдайда, егер жүктеме қуаты шинадан ЭЖЖ бағытталған болса, РНМ іске қосылуы мүмкін. Бұл жағдайда НТТ қосылуын жою үшін оның қосқыш органы КА жүктеме тогынан жылжытып алу қажет (I_с.з > I_{н max}). Энергожүйеде НТТ тербеліс кезінде қате жұмыс жасауы мүмкін, егер тербеліс тогы I_с.з жоғары болса, KW қысқыштарындағы S_p қуат шинадан ЭЖЖ-ға қарай бағытталады, тербеліс периоды НТТ уақыт ұстанымынан көп болады. Сақинада орналасқан НТТ ісін талдаған кезде оның қызметінің каскадты түрде болуы мүмкін екендігін ескеру қажет, яғни РҚ тізбекті қызмет жасауы мен қорғалатын ЭЖЖ соңындағы ажыратқыштың ажыратылуы. К1 нүктесінде ҚТ болған жағдайда қоректендіру көзінен қашық орналасқан III ҚСТ 6 РҚ өлшеу органдары зақымдалу кезінде сезімталдығының төмендігінен іске қосылмай қалуы мүмкін. I ҚСТ жағындағы зақымдалудан кейін ЭЖЖ өшіріліп, III ҚСТ-дан өтетін ток жоғарылайды және 6 РҚ каскадты түрде жұмыс жасап, К1 нүктесіндегі ҚТ жояды.

 

4 - дәріс. Тұйықталу токтары жоғары тораптардағы жерге қысқа тұйықталудан токтық қорғаныс

 

Дәрістің мазмұны:

- бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда желіні жерге қысқа тұйықталудан қорғаудың сұлбалары келтірілген, олардың жұмыс жасау қағидалары қарастырылған.

Дәрістің мақсаты:

- бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда нөлдік тізбектегі токтардың таралуын және жерге ҚТ бағытталған және бағытталмаған қорғаныстарының сұлбаларын оқыту.

  

4.1 Бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда қысқа тұйықталудан қорғаныс

 

ЭЖЖ жерге ҚТ (бір және екі фазалы) қорғау үшін нөлдік тізбектегі (НТ) қуат пен токқа әсер ететін РҚ қолданылады. Бұл РҚ қарапайым түрде орындалады және фазалардың толық тогына әсер ететін, жоғарыда қарастырылған МТҚ қарағанда біршама артықшылықтары бар. Нөлдік тізбектегі қорғаныс нөлдік тізбектегі МТҚ және қарапайым, сонымен бірге бағытталған үзінді түрінде орындалады.

Бірфазалы ҚТ кезінде зақымдалған жердегі нөлдік тізбектегі ток I_ок зақымдалған фазадағы ҚТ тогының 1/3 тең және онымен фаза бойынша сәйкес болады, ал ҚТ нүктесіндегі кернеу зақымдалмаған фазалардың кернеуінің 1/3 геометриялық қосындысына тең.

                                                 а)                                                          б)

4.1 сурет – а) Тораптағы бірфазалы ҚТ; б) U₀  әсерінен I₀  токтарының өтуі

 

Зақымдалу орнында пайда болатын (4.1 суреттегі К нүктесі) НТ кернеуі әсерінен жерге қосылған бейтарап және зақымдалу орны арқылы (К нүктесі) фаза-жер контурында тұйықталатын токтар I_ок пайда болады.

Сонымен жерге ҚТ кезінде I₀ токтарының пайда болуы, тек бейтарабы жерге қосылған трансформаторлар бар торапта ғана болады. Бірнеше жерге қосылған бейтарабы болса, зақымдалу орнында НТ тогы оның тарамдарының кедергісіне пропорционал кері таралып кетеді. 4.2 суретте торап сұлбасындағы НТ тогының таралуының біршама жағдайлары көрсетілген. ҚТ орнына өтетін токтың бағыты оң деп қабылданған. Егер трансформатордың нөлдік нүктесі ЭЖЖ бір жағынан ғана жерге қосылған болса, онда жерге ҚТ кезінде НТ токтар зақымдалған орындар мен жерге қосылған бейтарап арасындағы бөлікте ғана өтеді (4.2 а сурет). Егер трансформатордың бейтараптары қарастырылып жатқан бөліктің екі жағынан да жерге қосылған болса (4.2,б суретті қараңыз), НТ токтары ҚТ орынының екі жағынан да өте алады.

а) – бейтарап ЭЖЖ бір жағынан жерге қосылғанда

 

б) – бейтарап ЭЖЖ екі жағынан жерге қосылғанда.

4.2 сурет – бірфазалы ҚТ кезінде нөлдік тізбектегі токтардың таралуы

 

Яғни тораптағы НТ токтың таралуы генератордың орналасу орнымен емес, ал жерге қосылған бейтараптың орналасуынан анықталады деп тұжырым жасаймыз.  Егер трансформатордың орамдары жұлдызша-үшбұрыш болып жалғанса, онда үшбұрыш жақ бетіндегі жерге тұйықталу жұлдызша жағында нөлдік тізбектегі токтар болмайды. Сондықтан да жұлдызша тораптарындағы қойылған РҚ үшбұрыш тораптарындағы жерге тұйықталу кезінде жұмыс жасамайды.

 

Қорғаныстың жұмыс жасау қағидасы мен сұлбасы.

НТ бағытталмаған МТҚ бір жақты қоректендіру көзі бар торапта қолданылады, егер бейтарабы жерге қосылған трансформатор қорғалатын аумақтың бір жағынан орналасқанда. Бұл РҚ функционалды сұлбасы бір ОО тұрады – КАО қосылатын токтық реле (4.3, а, б суретті қараңыз), КТ уақыт релесі және KL атқарушы релесі.

КАО ток релесі НТ токтың сүзгішіне қосылған, ол үшін толық жұлдызша сұлбасымен қосылған ТТ нөлдік сымы қолданылады. КАО-дағы ток үш фазаның екіншілік токтарының геометриялық қосындысына тең:

 

                              I_р = I_а + I_b + I_c = 3I₀/К_I.                                                       (4.1)

 

КАО релесі 3I₀ тогы пайда болғанда жұмыс жасайды да, КТ уақыт релесін іске қосады; ол t уақыттан кейін KL аралық релесіне белгі береді, ал ол өз кезегінде ажыратқыштың ажыратылуына команда береді.

4.1- формулаға сәйкес қосылу релесінде I₀ тогы болса ғана РҚ пайда болады, сондықтан 4.1- суретте көрсетілген НТ МТҚ жерге бір және екіфазалық ҚТ кезінде ғана жұмыс жасайды.

Фазааралық ҚТ-да, сонымен қатар жүктеме және тербелу кезінде НТ МТҚ жұмыс жасамайды, себебі бұл режимдерде I_А + I_B + I_C = 0 токтарының қосындысы және 3I₀ тогы жоқ.  НТ МТҚ басты артықшылығы ол жүктемеге әсер етпейді. Соның арқасында оны қалыпты режимдегі және асқын жүктемедегі токтардан реттеудің қажеті болмайды, ол фазалық токтарға әсер ететін МТҚ қарағанда РҚ біршама жоғары сезімталдығын қамтамасыз етеді. Бірақ НТ МТҚ жұмысы ТТ магниттелу тогынан пайда болатын қателіктен қиындай түседі. Сондықтан біріншілік токтарының балансы бар болған режимдерде (I_A + I_B + I_C = 0)>  екіншілік токтардың қосындысы  I_а + I_b + I_c  0. НТ МТҚ нөлдік сымында және қосылу релесінде баланс емес (I_нб) деп аталатын қалдық ток пайда болады, ол I₀  біріншілік тогы болмаған кезде РҚ қажетсіз іске қосылуына алып келеді. I_нб  шамасын ТТ магниттелу тогын ескеріп табуға болады:

			(4.2)

 

 

 

Байқағанымыздай, 4.2-дегі екінші мүше баланс емес тогы болып табылады. Оны I_нб деп белгілеп алып және бірінші мүшені I₀ деп алып:

                                         I_p = (3I₀)/K_I - I_нб.                                                             (4.3)

4.3-теңдеу НТ МТҚ қосылу тогындағы ток екі құраушыдан тұрады: оның бірі I₀ біріншілік тогы және екіншісі ТТ қателігі. Соңғысы НТ МТҚ әсер ететін 3I₀ тогының шамасын өзгертеді.

 

а) құрылымдық сұлба; б) токтық тізбектер;

в) электрмеханикалық РҚ бар оперативтік тізбектегі РҚ сұлбасы.

4.3 сурет – Нөлдік тізбектегі токтық қорғаныстың сұлбасы  

 

4.2 Нөлдік тізбектегі бағытталған токтық қорғаныстар

 

Қарастырылған бөліктің екі жағынан орналастырылған, бейтарабы жерге қосылған тораптарда, НТ МТҚ селективтілік қызметін қуат бағытының органы бар болған кезде қамтамасыз етуге болады. Бағытталған НТ МТҚ (НТ НТҚ) қорғалатын ЭЖЖ ҚТ болған кезде жұмыс жасайды және осы қосалқы стансада шығатын қалған қосылулардың зақымдалуында жұмыс жасамайды. НТ НТҚ бұл жұмысы ҚТ кезіндегі НТ қуат белгісін (бағыт) сезінетін KWO РНМ арқылы қамтамасыз етіледі. НТ НТҚ қорғанысының уақыт ұстанымы қуат бағытының бірдей болған кезінде, сатылы бағытта таңдалады. НТ бағытталған қорғаныстың құрылымдық сұлбасы 4.4 а суретте келтірілген. Бұл сұлбадағы қорғаныстар электрмеханикалық және жартылай өткізгіш реледе орындалады. Сұлба жерге ҚТ әсер ететін КАО қосылу релесінен (4.4 б суретті қараңыз), ҚТ кезіндегі қуат бағытын анықтайтын KWO қуат бағытының релесінен және ҚТ уақыт релесінен тұрады. Қосылу релесі мен РНМ ток тізбегі толық жұлдыз сұлбасымен қосылған 3I₀ ТТ нөлдік сымына қосылады, ал РНМ кернеу тізбегінің кіріс қысқыштарына КТ тұйықталмаған үшбұрышының 3U₀ кернеуі келтіріледі. Мұндай қосылу кезінде KWO релесі НТ қуатына әсер етеді S₀ = U₀I₀. Векторлар арасындағы жылжу бұрышын U₀I₀  90° және U_р = 3U₀, I_р = 3I₀ теңдігін есепке алғанда қуатқа әсер ететін НТ реле қолданылады:

S_p = U_pI_psin( - _р) = 9U₀I₀sin( - _p),                            (4.4)

мұнда _р = ₀ - U_p және I_р немесе U₀ және I₀. Арасындағы фаза жылжуының бұрышы

а)  құрылымдық сұлба;  б) ток және кернеу тізбектерінің сұлбасы;

в) оперативтік ток тізбектері.

4.4 сурет – Нөлдік тізбектегі максималды токтық бағытталған қорғаныстың сұлбасы   

4.3 Нөлдік тізбектегі токтық сатылы қорғаныстың қолданылу аумағы мен оны бағалау

 

Отандық энергожүйеде нөлдік тізбектегі МТҚ 110-1150 кВ тораптарында кең қолданыс алды. РҚ артықшылықтары оның сұлбасының қарапайымдылығында, жоғары беріктік пен сезімталдығында; OHM, сәйкесінше ең жоғары сезімталдық шартында жұмыс жасайды.  Орташа және ұзын қашықтықтағы барлық ЭЖЖ үзінді және сонымен бірге көп сатылы НТ МТҚ сәтті қолданыста. РҚ әсер ету қызметінің кемшілігі оның толық емес фазалық режимдегі токқа әсер етуінде және ТТ екіншілік тізбегінде фазалық сымның үзілуінде жалған жұмыс жасауы мүмкін, ал НТ НТҚ алыстағы ҚТ кезінде кернеу бойынша өлі аймағы бар. РҚ аймағының тұрақтылығының маңызды шарты энергожүйенің электрлік сұлбасының трансформаторлары мен автотрансформаторлардың бейтараптарының жерге қосылуының тұрақтылығы болып табылады.

  

5 дәріс.  10-35 кВ тораптарындағы жерге тұйықталудан қорғаныс

 

Дәрістің мазмұны:

- бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталудан желіні қорғаудың әдістері, кабельді желілерді қорғаудың ерекшеліктері оқытылады.

Дәрістің мақсаты:

- бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталу кезінде нөлдік тізбектегі токтың таралуын анықтау, сәйкес қорғаныстардың спецификалық ерекшеліктерін қарастыру

 

5.1 Бейтарабы оқшауланған тораптардағы бірфазалы жерге тұйықталудан қорғаныс, бірфазалы жерге тұйықталу кезіндегі токтар және кернеу

 

Отандық энергожүйелерде кернеуі 6-35 кВ электр тораптары, әдетте оқшауланған бейтарап немесе доға өшіргіш реактордың үлкен индуктивті кедергісімен жерге қосылған, сонымен қатар үлкен активті кедергі арқылы жерге қосылған бейтараппен жұмыс жасайды. Бейтарабы терең жерге қосылған торапқа қарағанда, бейтарабы оқшауланған тораптағы бірфазалы тұйықталуда үлкен ҚТ тогы пайда болмайды, себебі зақымдалу тогы тораптағы фаза сыйымдылығының үлкен кедергілері арқылы жерге тұйықталады.

Қалыпты жағдайда болғанда және доға өшіргіш реактор немесе активті резистор арқылы тұйықталып, тораптың бейтарабы оқшауланған кездегі режимде болған кездегі тораптағы ток пен кернеудің өзгеру сипаттамасын және олардың векторлық диаграммасын қарастырайық. Жеңілдету үшін тораптағы жүктемені жоқ деп аламыз. Бұл тораптың барлық нүктесіндегі фазалық кернеуді өзгеріссіз және қорек көзінің фазасының ЭҚК тең деп алуға мүмкіндік береді. 5.1 суретте қоректену көзі бар бейтарабы оқшауланған радиалды торап (генератор немесе төмендеткіш трансформтаор) және шартты түрде барлық торапты көрсететін бір эквивалентті ЭЖЖ келтірілген. Жерге қатысты фазалардың таратылған сыйымдылығы келтірілген эквивалентті сыйымдылықпен С₀ ауыстырылған. ЭЖЖ R және X кедергілері есепке алынбайды. Қоректену көзінің сыйымдылығы оның шамасы аз болғандықтан есепке кірмейді.

 

5.1 сурет – Бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталу кезіндегі фазалық токтардың ағуы

 

а) қалыпты симметриялық режимде;

б) бір фазаның жерге зақымдалуы кезінде.

5.2 сурет – фазалық токтар мен кернеудің векторлық диаграммасы               

 

Қалыпты режимде жерге қатысты А, В және С сымдарының кернеуі сәйкес фазалық U_A, U_B, U_C кернеулерге тең, олар жүктеме болмаған жағдайда қоректендіру көзінің ЭҚК тең Е_А, Е_B, Е_C. Бұл фазалық кернеулердің векторлары симметриялық жұлдызшаны құрайды (5.2, а суретті қараңыз), ал олардың қосындысы нөлге тең, соның нәтижесінде N бейтарбындағы кернеу болмайды: U_N = 0. Фазалық кернеудің әсерінен фазаның сыйымдылықтарынан жерге қатысты фазалық кернеуді 90° басып өтетін С_А,С_B,C_C  токтары өтеді:

 

I_A = U_A / -jX_C;     I_В = U_B /-jX_C;    I_C = U_C /-jX_C,

мұнда

                                        X_C= 1/.                                                     (5.1)

Қалыпты режимде фазалардан өтетін сыйымдылық токтарының қосындысы нөлге тең, сондықтан да 3I₀ болмайды (5.2, а суретті қараңыз).

Бейтарабы оқшауланған тораптағы бір фазаның жерге металдық тұйықталуы. А фазасы зақымдалды (5.1 суретті қараңыз) деп алсақ, онда оның жерге қатысты фазалық кернеуі нөлге дейін төмендейді (U_A = 0). Жерге қатысты U⁽¹⁾_N  бейтараптың кернеуі U_N = U_KN тең болады (5.1 және 5.2, б суретті қараңыз), яғни шамасы мен кері жерге қосылған фазаның белгісімен сәйкес:

                             U_N = U_KN = -E_A.                                                                            (5.2)

 

Зақымдалған фазаның жерге қатысты кернеуі фазааралық шамаға дейін жоғарылайды U⁽¹⁾_B=U_BA және U⁽¹⁾_C=U_CA. Фазааралық кернеу 5.1 және 5.2 суретте көрсетілгендей өзгермеген күйінде қалады.

5.2, б суретте жерге қатысты (U⁽¹⁾_B, U⁽¹⁾_C, U_N) тораптың бейтарабы мен сымдардың кернеуінің векторлық диаграммасы құрылған:  А,В,С нүктелері сымдардың потенциалын көрсетеді, N нүктесі қоректендіру көзінің бейтарабына сәйкес, А нүктесі жермен байланысқан және нөлдік потенциалға ие.

Жерге тұйықталу асқын токтың пайда болуына әкелмейтіндіктен және фазааралық кернеудің шамасын өзгертпейтін болғандықтан, олар тұтынушылардың қоректенуіне әсер етпейді және қатерлі токтармен жабдықтардың асқын жүктелуі болмайды. Сондықтан да бейтарабы оқшауланған торапта жерге ҚТ қарағанда тез арада жоюдың қажеті жоқ.

Бірақ жерге тұйықталудың ажыратылуы қажет, себебі тұйықталу тогының жылуының жерге әсерінінен және зақымдалу орынындағы электрлік доғаның әсерінен кабельдік ЭЖЖ фазалары арасындағы оқшауламаның зақымдалуы және бір фазалық тұйықталу фазааралық тұйықталуға айналуы мүмкін. Одан басқа, жерге тұйықталудан пайда болатын асқын кернеу әсерінен зақымдалмаған фазаларда оқшауламаның жабылып қалуы немесе тесілуі мүмкін болғандықтан, тораптың әртүрлі нүктелерінде жерге екі тұйықталудың пайда болуына алып келуі мүмкін.

 

5.2 Жерге бірфазалық қысқа тұйықталудағы қорғаныстың орындалу қағидасы

 

Бірфазалы жерге тұйықталудан РҚ барлық түрлері I₀ тогының және U₀ кернеуінің нөлдік тізбектерінің құраушыларына әсер етеді. Қарапайым құрылғының бірі жерге тұйықталуда 3U₀ әсер ететін селективті емес сигнал беруші болып табылады. Мұндай құрылғы тұйықталмаған жұлдызша сұлбасымен қосылған КТ орамдарынан 3U₀ кернеуінен қорек алатын KV₀ кернеу жоғарылатқыш релесінен тұрады (4.3 суретті қараңыз). Мұндай селективті емес сигнал бергіш 6-35 кВ тарату қондырғыларының шиналарында орнатылады. Оның орындалуы сол суретте көрсетілген басқа да нұсқасы болуы мүмкін.  Бұл сұлбада жердің пайда болуы туралы, көрсеткіші зақымдалған фазаны көрсететін тораптағы фазаның оқшауламасын бақылайтын вольтметрдің нөлдік сымына қосылған релесі белгі береді.

Селективті сигнал беру тораптың қай жерінде жерге тұйықталу болғанын анықтай алатын РҚ толықтырылуы қажет. Селективтілік ретінде НТ құраушыларын әсер ететін бағытталмаған және бағытталған РҚ қолданылады.

5.3 сурет–Жерге зақымдалу кезіндегі селективті емес белгі берудің сұлбасы

 

Қолданылатын барлық РҚ төрт қорғанысқа бөлуге болады, олар әсер етеді:

1) тораптың табиғи сыйымдылығына (РҚ мұндай әдісі компенсация болмаған жағдайда немесе тораптың сыйымдылық тогының асқын компенсациялануы бар кезінде ғана мүмкін);

2) жасанды жолмен жасалатын нөлдік тізбектегі токтар;

3) орнықталған режимдегі сыйымдылық токтарының резонанстық компенсациялануы кезінде зақымдалуған ЭЖЖ пайда болатын жоғары гармоника токтарына;

4) зақымдалудың бірінші сәтінде пайда болатын өтпелі режимдегі токтар.

 

5.3 Нөлдік тізбектегі токтардың фильтрі

 

I₀ токтарының құраушыларын алу үшін бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда қолданылатын үш трансформаторлы сүзгіштерді немесе нөлдік тізбектегі арнайы ток трансформаторларын қолдануға болады  (5.4 суретті қараңыз). Айтылып кеткендегідей I⁽¹⁾₃ токтары өте аз, сондықтан үш трансформаторлы сүзгіштер пайдаланыла алмайды.

Шындығында қарапайым ТТ мен электрмеханикалық релені пайдаланып сезімтал селективті сигналды орындауда біршама қиындықтар кездеседі:

1) қарапайым ТТ номиналды тогы желінің жүктеме тогы арқылы таңдалады, сондықтан да олардағы трансформация коэффициенті салыстырмалы түрде жоғары болады. Соның әсерінен жерге тұйықталудың екіншілік тогының шамасы өте аз болады. Мысалы: жерге тұйықталу тогы 18 А, ал ТТ трансформация коэффициенті 600/5 болса, онда екіншілік тогы 0,15 А тең;

2) мұндай токқа қосу үшін ең сезімтал орамдарының кедергісі 80 Ом РТ-40/0,2 ток релесін таңдау керек. Мұндай кедергілері жоғары релені қосудың нәтижесінде токтың жартысы ғана релеге түсіп, сору тогы деп аталатын қалған бөлігі пайдасыз түрде ТТ екіншілік орамдары арқылы зақымдалмаған фазаға тұйықталады. Сору тогының шамасы 40-50% дейін жетеді.

Жерге бірфазалы тұйықталу кезінде жоғары сезімталдықты, арнайы НТ ТТ (ТНП) орындалған, шығысында балан емес тогы аз және соған байланысты сезімтал РҚ қамтамасыз ететін сигнал бергіш жасайды. НТ ТТ (ТНП) құрылғысы  5.4, а.  суретте көрсетілген. Трансформатор болатынан жиналған 1 магнит сымы қорғалатын кабельді ЭЖЖ барлық үш фазасын орайтын дөңгелек немесе тік бұрыш көлемінде жасалған. НТ ТТ (ТНП) тесігінен өтетін А, В, С фазаларының сымы, трансформатордың біріншілік орамы болып табылады, екіншілік орамы ораушының саны w = 20  30 магнит сымында орналасады. I_А, I_В және I_С токтарының фазалары магнит сымында сәйкесінше Ф_А, Ф_B, Ф_C магнит ағынын жасайды, олар жиналып нәтижелік ағынды құрайды:

                             Ф_рез   =  Ф_А + Ф_В + Ф_C.                                                (5.3)

 

Токтардың қосындысы  I_А  + I_В + I_С = 3I₀ болғандықтан,  НТТ бірінішілк тогынан пайда болатын нәтижелік ток, НТ токтарының құраушыларына пропорционал болады:

                                      Ф_рез =k3I₀.                                                                                    (5.4)

 

Ф_рез ағыны, сәйкесінше екіншілік ЭҚК Е₂ және екіншілік тогының I₂ пайда болу шарты бойынша, фаза токтарының қосындысы нөлге тең емес немесе басқаша айтқанда НТТ өтетін фазалық токтарда I₀ құраушысы болуы керек. Сондықтан да НТТ екіншілік тізбегіндегі ток жерге тұйықталу болғанда пайда болады. Жүктеме режимінде, үшфазалы және екіфазалы ҚТ-да фазалар тогының қосындысы I_А + I_В + I_С = 0, сондықтан реледе ток болмайды (Ф_рез = 0).

Бірақ НТТ екіншілік орамына қатысты А, В, және С фазаларының бірдей орналаспағандығынан екіншілік орамдар мен осы фазалардың өзара индукциялық коэффициенттері әртүрлі, біріншілік токтардың симметриялығына қарамастан, қалыпты режимде олардың магнит ағындарының қосындысы нөлге тең емес.  Екіншілік орамда ЭҚК және I_н6 тогын шығаратын баланс емес магнит ағыны (Ф_рез = Ф_нб) пайда болады. НТТ балан емес тогы үш трансформаторлы сүзгішке қарағанда біршама аз.  Оның себебі, әсіресе ҚТ токтары кезінде өзекшенің болаты қаныққан кезде пайда болатын, трансформация қателігімен (I_нам) өзгертілетін екіншілік токтардың қосындысымен түсіндіріледі, ал НТТ ток трансформациясы баланс емес тогы болмайды. НТТ бір орамды бірінішілік орауыштардың магнит қозғалтқыш күштері қосылады, олардың қосындысы фазааралық ҚТ-да нөлге тең. НТТ бір орамды біріншілік орамның магнит қозғағыш күштері қосылады, олардың қосындысы фазааралық ҚТ кезінде нөлге тең. НТТ екіншілік орамындағы I_нб ток біріншілік ток фазаларының симметриялы емес, орналасуына ғана тәуелді.

 

                                      

                                        а)                                                 б)

                   в)

                                                      

а) құрылғы; б) орынбасу сұлбасы;

в) нөлдік тізбектегі токтың кабельде орналастырылуы

5.4 сурет – Нөлдік тізбектегі ток трансформаторы

 

Желіні қорғау үшін НТТ кабельді типте жасалады (ТЗ, ТЗЛ, ТФ). Әуелік ЭЖЖ РҚ жасау қажет болғанда кабельді қойылым жасалып оған НТТ орнатылады. Кабельді ЭЖЖ үшін магниті ажыратылмайтын ТЗ типтегі НТТ дайындалады, ол кабельге түтікшенің монтажына дейін киіледі және кабельдік түтікшесін алмай қолданыстағы кабельге орналастырылатын, магниті ажыратылатын ТЗР және ТФ типтегі НТТ дайындалады.

НТТ қамтылған зақымдалмаған кабель қабығында I_бр ток өткен кезде, РҚ релесінде РҚ дұрыс жұмыс жасамайтын ток пайда болады. Бұл токтар кабельге жақын  аймақта жерге зақымдалу болғанда немесе дәнекерлеу аппараттарымен жұмыс жасағанда пайда болады.

РҚ дұрыс емес жұмысын жою үшін, қорғасын қабығына және кабельдің қаптамасына тұйықталатын адасу токтарының әсерін өтемелеу қажет. Бұл мақсатта түтікшеден НТТ дейінгі бөлікте кабельдің түтікшесі мен қабығы жерден оқшауланады (5.4, в суретті қараңыз), ал жерге қосылған сым кабельдің түтікшесіне қосылып НТТ терезесі арқылы жүргізіледі. Мұндай жасалуда кабельдің қаптамасынан өтетін ток жерге қосылған сым арқылы қайтады, сондықтан НТТ магнит сымындағы магнит ағыны қаптамадағы және сымдағы токтан өзара жойылады. НТТ магнит сымы кабель қаптамасынан берік оқшаулануы қажет.

 

6 дәріс.  Желінің бойлық дифференциалды қорғанысы

 

Дәрістің мазмұны:

- желінің бойлық қорғанысының сұлбасы, оның жұмыс жасау қағидасы қарастырылған.

Дәрістің мақсаты:

- абсолютті селективтілікке ие желінің бойлық қорғанысының жұмыс жасау қағидасы, баланс емес тогының пайда болуы, қорғаныстың ерекшеліктерін оқыту.

 

6.1 Желінің дифференциалды қорғанысы. Бойлық дифференциалды қорғаныстың қызмет жасау қағидасы

 

Қорғалатын ЭЖЖ барлық жерінде ҚТ өшіру үшін уақыт ұстынымынсыз дифференциалды РҚ қолданылады, олар бойлық және ендік болып екіге бөлінеді.

Бойлық дифференциалды РҚ жұмыс жасау қағидасы қорғалатын ЭЖЖ басы мен аяғындағы фаза мен токтардың шамасын салыстыруға негізделген. 6.1 а, суретте көргендей, сыртқы ҚТ (К нүктесінде) кезінде АВ ЭЖЖ аяғындағы I_I және I_II токтары бағыттас және шамалары тең, ал қорғалатын ЭЖЖ (6.1 б, суретті қараңыз) ҚТ кезінде олар әртүрлі бағытта және бір біріне тең емес. Сәйкесінше, I_I және I_II, токтарының шамасы мен фазасын салыстырып, ҚТ қай жерде пайда болғанын анықтауға болады – қорғалатын ЭЖЖ немесе оның сыртында ма. Токтарды фаза мен шамасы арқылы салыстыру әсер етуші орган (ток релесі) арқылы іске асырылады.

Осы мақсатта қорғалатын ЭЖЖ соңында орналастырылған және трансформация коэффициенттері бірдей ТТ екіншілік орамдары TAI және ТАII қосу кабельдері көмегімен дифференциалды релеге КА (әсер етуші орган) қосылады, яғни ол сыртқы ҚТ кезінде реледегі ток токтардың айырымына I_Ib және I_IIв тең болуы қажет, ал ЭЖЖ ҚТ кезінде олардың қосындысына I_Ib + I_IIв тең болуы қажет.  Токтары айналып жүретін дифференциалды РҚ сұлбасы қолданылады, ол екіншілік токтарды салыстыруға негізделген (6.1 суретті қараңыз). Әсер етуші орган – КА ток релесі ТТ екіншілік орамдарына параллель қосылады. Мұндай қосылу кезінде сыртқы ҚТ кезінде I_Ib және I_IIв токтары КА орамы арқылы тұйықталады және одан қарама-қарсы бағытта өтеді (6.1, а суретті қараңыз). Реледегі ток, токтардың айырымына тең:

                  

  I_р = I_Ib - I_IIв = I_I/K_I – I_II/K_I.                                               (6.1)

 

Трансформация коэффициенті тең болған жағдайда және ТТ жұмысында қателік болмағанда реле орамасына түсетін екіншілік токтар I_Ib - I_IIв баланста болады I_р=0, және реле іске қосылмайды.

Анығырақ айтқанда, жұмыс жасау қағидасы бойынша дифференциалды РҚ сыртқы ҚТ, жүктеме тогына және тербеліске әсер етпейді, сондықтан да ол уақыт ұстанымынсыз жасалады және жүктеме тогы мен тербеліске қатысты алынбайды. Шындығында ТТ қателікпен жұмыс жасайды. Сол себепті аталған режимдерде реледе баланс емес тогы пайда болады:

                                      I_p = I_нб = I_Ib - I_IIв.                                                         (6.2)

 

Сыртқы ҚТ кезіндегі I_с.з селективті емес жұмысты жою үшін дифференциалды РҚ баланс емес тогының максималды шамасынан асуы қажет:

                    I_с.з >I_{нб mаx}.                                                                         (6.3)

 

ҚТ кезінде қорғалатын ЭЖЖ (6.1, б суретті қараңыз) біріншілік токтар I_I және I_II қосалқы станса шинасынан ЭЖЖ бағытталған (ҚТ орнына). Осы кезде екіншілік  токтар I_Ib - I_IIв реле орамдарында қосылады.

 

  I_p = I_Ib + I_IIв = I_I/K_I + I_II/K_I = I_K/K_I.                                (6.4)

 

мұнда I_к – зақымдалу орнына ағатын (К нүктесіне) токтардың қосындысына тең, ҚТ толық тогы. Осы токтың әсерінен РҚ жұмыс жасайды. Дифференциалды РҚ (6.4 байқағанымыздай) зақымдалған жердегі толық токқа әсер етеді, сондықтан да екі қорек көзі бар тораптарда оның сезімталдығы, ЭЖЖ бір соңынан өтетін токқа әсер ететін токтық РҚ қарағанда өте жоғары. РҚ әсер ету аумағына ток релесі қосылған ТТ арасында орналасқан ЭЖЖ бөлігі кіреді.

 

а)

а) ЭЖЖ қорғалмайтын жерде; б) ЭЖЖ қорғалатын жерде;

в) баланс емес тогы.

6.1 сурет– Дифференциалды РҚ жұмыс жасау қағидасы. ҚТ кезіндегі токтың таралуы

 

6.2 Дифференциалды қорғаныстағы баланс емес тогы

 

Екіншілік токтарды біріншілік токтар арқылы (6.2) шығарып, ТТ қателігін ескеріп реледегі I_нб аламыз:

                                 I_нб  = (I_I/К_I - I_Iнам) – (I_II/K_I - I_{II нам}),                       (6.5)

 

мұнда I_Iнам және I_{II нам} – ТТ екінішілк орамдарына келтірілген магниттелу токтары (ТАI және ТАII).

Сыртқы қысқа тұйықталу, жүктеменің тесіп өтетін тогы және тербелу кезінде ЭЖЖ басы мен аяғындағы біріншілік токтар бірдей (6.5) болғандықтан

                              I_нб = I_{II нам} - I_{I нам}.                                                  (6.6)

Байқағанымыздай, баланс емес тогының шамасы ТТ магниттелу токтары шамасының айырмашылығымен анықталады. Сәйкесінше, баланс емес тогын азайту үшін магниттелу тогын I_{I нам} және I_{II нам} шамасы мен фазасы бойынша теңестіру қажет.

 

7 дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың резервтік қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:  

- трансформаторлардың максималды ток қорғанысының сұлбасы және автотрансформаторлардың арақашықтық қорғанысының тағайындамасы қарастырылады.

Дәрістің мақсаты: 

- трансформаторлардың және автотрансформаторлардың қалыпты емес режимдері мен зақымдалудың негізгі түрлерін және оларды қорғаудың әдістерін оқыту.

 

Зақымдалудың түрлері. Трансформаторлар мен автотрансформаторлардың зақымдалуының негізгі түрлері трансформатор (үшфазалы) ішіндегі фазалардың және орауыштардың сыртқы кірмелеріндегі орауыштардың тұйықталуы; бір фазаның орамдарының орауыштары арасындағы тұйықталу (орамдық тұйықталу); орауыштардың жерге немесе олардың сыртқы кірмелерінің тұйықталуы; жылынуға және «болаттың өртенуінің» пайда болуына алып келетін трансформатордың магнит сымының зақымдалуы. Тәжірибеден байқағандай, кірмедегі ҚТ мен орауыштардағы орамдық тұйықталу көп болады. Трансформатор ішіндегі фазааралық зақымдалу оған қарағанда аз болады. Үшфазалы трансформаторларда да болуы мүмкін, бірақ фазааралық оқшауламаның жақсы беріктігіне байланысты мүмкіндігінше аз. Бірфазалы үш трансформатордан құралған трансформатор тобында, фазалар орауыштарының өзара тұйықталуының пайда болуы мүмкін емес десе де болады.

Орам зақымдалуы кезінде зақымдалу орнына қорек көзінен баратын токтар үлкен болмайды. Тұйықталған орамның саны w_a аз болған сайын, тораптан келетін I_к токтың шамасы да аз болады.

Трансформатор зақымдалуынан РҚ бұзылу көлемін шектеу үші ол тез жұмыс жасауы керек (t = 0,05  0,1 с).

Зақымдалудан қорғаныс. Мұндай РҚ ретінде ток үзіндісі, дифференциалды және газдық қорғаныс қолданылады.

Қуаты 200 MB•А және жоғары трансформаторларда автоматты түрде сумен өртті сөндіру қарастырылады. Ары қарай айтылғандардың барлығы да трансформаторлар мен автотрансформаторларға қатысты.

Қалыпты емес режимдердің түрлері. Трансформаторлардың жұмыс режимінің қалыпты еместігі көбінесе ондағы асқын токтардың пайда болуында, яғни, трансформатордың номиналды тогынан асуы. Трансформаторлардағы асқын ток сыртқы ҚТ, тербелу және асқын жүктелу кезінде пайда болады. Асқын жүктелу электр қозғалтқыштардың өзіндік іске қосылуы әсерінен, параллельді жұмыс жасайтын трансформатордың ажыратылуы әсерінен жүктеменің жоғарылауынан, АВР қызметі кезінде жүктеменің автоматты түрде қосылуынан және т.б. пайда болады.

Сыртқы ҚТ. Трансформатор шинасындағы зақымдалудан болған немесе кететін шинадан қосылған ажыратылмаған зақымдалудан болған сыртқы ҚТ-да, трансформаторда, олар трансформатордың зақымдалуына алып келетін оның орауыштарын рұқсат етілген шамадан тыс қыздыратын ҚТ I_к > I_ном токтары өтеді. Соған байланысты трансформаторда сыртқы ҚТ РҚ болуы қажет, ол трансформаторды өшіреді.

Сыртқы ҚТ қорғаныс МТҚ, минималды кернеуді блоктаушы МТҚ, арақашықтық РҚ, нөлдік және кері тізбектегі токтық РҚ арқылы іске асырылады. Сыртқы ҚТ қызмет зонасына қосалқы стансаның шинасы (I бөлік) мен осы шиналардан кететін қосылулар (II бөлік) кіруі қажет. Бұл РҚ сонымен бірге трансформатордағы зақымдалудың резерві болып табылады.

Асқын жүктелу. Асқын жүктелудің РҚ әсер уақыты орауыштардың оқшауламасының қызуымен анықталады. Май трансформаторлары асқын жүктелудің 5% жібереді. Апатттық режимде қысқа уақыттағы асқын жүктелу келесі аралықта рұқсат етіледі:

 

Асқын жүктелудің еселігі.............................................	1,3	1,6	1,75	2	3
Асқын жүктелудің рұқсат етілген уақыты, мин.........	120	45	20	10	1,5

 

Әсіресе ұзақ болмағандығы үшін трансформаторға зақым келтірмейтін, мысалы электрқозғалтқыштарының өзіндік іске қосылуынан немесе итеріп жіберетін түрдегі (электрпойыз, көтергіштер және т.б.) жүктемеден пайда болатын қысқа аралық, өзі жойылатын асқын жүктелу жиі болады. Мұндай асқын жүктелуде трансформаторды ажыратудың қажеті болмайды.

Сонымен асқын жүктелу кезіндегі трансформатордың РҚ іске қосылуы қажет, егер асқын жүктелу автоматты түрде немесе қызметкерлер жоя алмаған жағдайда.

Толық емес фазалық режим. Автотрансформаторларда (АТ) жоғары (ВН) немесе орта кернеу (СН) жақтарын ажыратқанда (немесе қосқанда) пайда болатын толық фазалық емес режимнен РҚ қарастырылады. Бұл релелік қорғаныс АТ ажыратылуына қызмет етуі тиіс. Мұндай РҚ орнату осы қосалқы стансадағы аталған режимде параллель жұмыс жасайтын екінші АТ ажыратылу мүмкіндігімен шартталған.

Трансформатор багындағы май деңгейінің төмендеуі бактың ағуынан немесе сыртқы ауаның температурасының бірден төмендеуі салдарынан орауыштардың деңгейінен төмендеуі орауыштардың зақымдалуына алып келеді.

Сыртқы қысқа тұйықталу кезіндегі асқын токтан қорғаныс. Сыртқы ҚТ қорғаныс трансформаторды жинақтау шинасында немесе олардан жіберілетін қосылуларда ҚТ болғанда қызмет етеді (7.1 суретті қараңыз), егер РҚ немесе осы элементтердің ажыратқышы істен шықса. Сонымен қатар сыртқы ҚТ РҚ трансформатордағы зақымдалудан қорғаныс ретінде де қолданылады. Бірақ селективтілік шарты бойынша сыртқы РҚ  уақыт ұстанымы болуы керек, сондықтан да тез іске қосылмайды. Сол себептен трансформатордағы зақымдалудың негізгі РҚ ретінде тек аз қуатты трансформаторларда ғана қолданылады. Ішкі ҚТ-дан арнайы РҚ бар трансформаторларда, сыртқы РҚ осы қорғаныстың резерві болып табылады, егер ол іске қосылмаған жағдайда. Сыртқы ҚТ-дан РҚ ең қарапайым түрі МТҚ болып табылады. Сезімталдық жеткіліксіз болған жағдайда, сезімталдығы жоғары, кернеумен қосылатын МТҚ, НТ және КТ МТҚ, ДҚ қолданылады.

Трансформаторлардың максималды токтық қорғанысы. Екі орамды төмендеткіш трансформаторлардың қорғанысы. Бір жақтан қоректентін трансформатордың МТҚ сұлбасы 7.1 суретте келтірілген. Трансформатордың өзі қызмет ету зонасына қосылу үшін, РҚ қоректену көзі жағынан қойылады және ол Q1 ажыратқышының ажыратылуына қызмет етуі керек. МТҚ токтық релесі Q2 ажыратқышына қойылған ТТ қосылады.

7.1, а суретте трансформатордың РҚ-ның сұлбасы келтірілген, ол уақыт ұстанымымен іске қосылып Q1 және Q2 ажыратқыштарының ажыратылуына жұмыс жасайтын екі КА1 және КА2 ток релесімен жасалған. Бұл кезде трансформатордың төменгі кернеу жағында (НН) сыртқы ҚТ жағдайында Q2 ажыратқышының ажыратылуы Q1 ажыратқышының қызметін резервте ұстайды. Көбінесе РҚ екі уақыт ұстанымен орындалады: бірі t₁ төменгі кернеу жағындағы Q1 ажыратқышының ажыратылуына, ал екіншісі t₂ = t₁ + t  жоғары жақтағы Q2 ажыратылуына. МТҚ бұлай орындалуының құрылымдық сұлбасы  7.1,  в суретте келтірілген. Сыртқы ҚТ-дан ажырамаған жағдайда төменгі жақтағы МТҚ t₁ уақыт ұстанымымен Q1 ажыратқышы ажыратады, бұл кезде трансформатордың жоғары жағында кернеу болады. Ал трансформаторда зақымдалу болған жағдайда және оның негізгі тез әсер ететін РҚ қосылмағанда МТҚ уақыт ұстанымымен Q2 ажыратқышын ажыратады.

Жоғары кернеуі 110-220 кВ трансформаторларының сұлбасындағы КА1 және КА2 ток релелері үшбұрыш жалғанған ТТ-на қосылған (7.1, а суретті қараңыз). МТҚ ток тізбектерінің осылай жасалуы 110-220 кВ тораптағы жерге ҚТ кезіндегі оның селективті емес қызметінің алдын алады (трансформатрдың бейтарабы жерге қосылған жағдайда). Қорғаныс фазааралық барлық ҚТ түрлерінде орауыштары y/қосылған жоғары және төменгі кернеу жағында да қызмет жасайды. Бірақ та толық жұлдызшамен жиналған ТТ қосылған үш ток релесі бар МТҚ-мен салыстырғанда, төменгі кернеу 6-10 кВ жағында екіфазалық ҚТ кезінде сезімталдық 15% төмендейді. Орауыштары y/y немесе  / жалғанған және бейтарабы жерге қосылған тораппен байланысы жоқ сұлбадағы трансформаторлар үшін МТҚ екі КА1 және КА2 токтық релемен орындалады (7.1, г суретті қараңыз), бұл кезде трансформаторлар толық емес жұлдызшаға жалғанады.

 

 

а) үш ТТ бар ток тізбегінің сұлбасы; б) оперативті тізбектің принципиалды сұлбасы; в) құрылымдық сұлба; г) екі ТТ бар ток тізбегінің сұлбасы.

7.1 сурет – Екі орамды трансформатордың максималды токтық қорғанысы

 

МТҚ мұндай сұлбасы Y/ орауыштары жалғанған сұлбадағы трансформаторларда да қолданылуы мүмкін. Осы кезде орауыштары Y/ жалғанған сұлбадағы трансформатордан кейінгі екіфазалы ҚТ-ға МТҚ сезімталдығын жоғарылату үшін, КA3 ток тізбегінің кері сымында қосымша реле орнатылады (7.1, в-г суреттерде үзік сызықпен көрсетілген). Мұндай трансформаторлар орауыштарының қосылу сұлбасы үшбұрыш-жұлдызшаға жалғанған нөлдік нүктесі жерге қосылған трансформаторларда да қолданылады (әдетте 0,4 кВ торабын қоректендіретін).

АТ сыртқы фазааралық ҚТ-дан резервтік қорғаныс. Үш орауышты төмендеткіш АТ-да сыртқы фазааралық ҚТ-дан резервтік қорғаныс ретінде қолданылады: МТҚ төменгі кернеу жағында қосылу кернеуі аралас; AT 220/110/6-10-35 кВ жоғары кернеу жағында – БТҚ және МТЗ ОП және кернеуі бойынша қосылатын МТҚ үшфазалы ҚТ-дан; Жоғары және төмен кернеу жағында  AT 220/110/6-10-35 кВ және 500/220/10 кВ - ДҚ.

АТ төменгі жағындағы қосылу кернеуі аралас максималды токтық РҚ, оның шықпаларына енгізілген ТТ қосылады. РҚ бірінші уақыт ұстанымы ТК ажыратқышының ажыратылуына, ал екіншісі - барлық АТ ажыратылуына жұмыс жасауы қажет. КТ токтық РҚ ЖК жағында орналастырылады және ТТ қорек алады.

ЖК және төменгі кернеу жағында орнатылатын бағытталған РҚ ЖК және ТК ЭЖЖ қорғайтындай етіліп қосылады. МТҚ қарағанда күрделірек ДҚ қолдану, ЭЖЖ қарама-қарсы жақтарында орналасқан және алыстағы резервтегі ЖК және ТК тораптарын селективті РҚ-пен қамтамасыз етуді келістірумен түсіндіріледі.

Нөлдік тізбектегі ток қорғанысы сыртқы ҚТ-да (жерге бір және екі фазалы) және трансформатордағы ҚТ-да трансформаторда пайда болатын 3I₀ тогына әсер етеді. Егер соңғылар жұлдызша сұлбасымен жалғанып, терең жерге қосылған нөлдік нүктеде жұмыс жасаса, олар жоғарылатқыш трансформаторларда (сонымен бірге АТ-да) жоғары және төмен кернеудегі орауыштар жағына орнатылады.

Оперативті қызметкерлер бақылауындағы трансформаторларда трансформаторды асқын жүктемеден қорғау үшін – асқын жүктемеден РҚ бір ток релесінің сигналы арқылы орындалады.

 

8 - дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың негізгі қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:

- ҚТ барлық түрінен трансформаторлардың негізгі қорғанысы қарастырылады.

Дәрістің мақсаты:

- трансформаторлардың газдық қорғанысын, трансформаторларды ҚТ барлық түрінен дифференциалды қорғаудың және ток үзіндісінің қызмет жасау қағидасын оқыту.

 

8.1 Трансформаторлар мен автотрансформаторлардың токтық қорғанысы

 

Токтық үзінді - трансформатордағы зақымдалудан тез әсер ететін РҚ. Үзіндінің қызмет ету аумағы шектелген, жерге тұйықталу тогы аз торапқа жұмыс жасайтын орамдары тұйықталған және орауыштары жерге тұйықталуларда жұмыс жасамайды. Үзінді қоректену жағынан қолданады.

Үзіндінің қызмет ету аймағына ошиновка, трансформатордың қоректену көзі жағындағы орамның жартысы және шықпалар кіреді. Ішкі зақымдалудың РҚ болып табылатын үзінді трансформаторларды барлық қоректену көзі бар жағынан ажыратуы қажет. Үзіндінің артықшылығы оның қарапайымдылығы және тез әсер етуінде. Үзінді МТҚ мен газдық қорғаныспен бірге (төменде қарастырылған) төмен қуатты трансформатордың жақсы қорғанысын қамтамасыз етеді.

Дифференциалды қорғаныс. Трансформатордың дифференциалды қорғанысының тағайындамасы мен жұмыс жасау қағидасы. Трансформаторларды фазааралық ҚТ-дан, жерге бірфазалы ҚТ-дан және бір фазаның орамының тұйықталуынан негізгі тез әсер ететін РҚ ретінде дифференциалды РҚ қолдану кең тараған (8.1 суретті қараңыз). Сыртқы ҚТ және жүктемесі кезінде токтары бір жаққа бағытталған (8.1,а суретті қараңыз) және қорғалатын трансформатордың трансформация коэффициентіне тең белгілі-бір қатынаста болады:

                                                     I_II/I_I=К_Т                                                  (8.1)

                                 а)                                      б)

а) сыртқы ҚТ;  б) трансформатордағы ҚТ.

8.1 сурет –Трансформатордың дифференциалды қорғанысының жұмысы

 

Сыртқы ҚТ кезінде қорғаныс жұмыс жасамауы керек ал трансформатордағы ҚТ кезінде жұмыс істеуі қажет. Қорғаныс осыны есепке алып жұмыс жасайды. Сұлбаны қоректендіретін ТАI және ТАII ток трансформаторлары қорғалатын трансформаторлардың екі жағынан қойылады. Олардың екіншілік орауыштары сыртқы ҚТ және жүктеме кезінде I_Ib және I_IIв екіншілік токтары қосқыш сымдар контурында тізбек түрінде бағытталуы үшін әртүрлі аталатын полярлықпен қосылады.

Дифференциалды реле КА ТТ екіншілік орауыштарына параллель қосылады. Мұндай қосылу кезінде сыртқы ҚТ жағдайында және жүктеменің тогы кезінде екіншілік токтары КА релесінің орауыштарына тұйықталады және онда қарсы бағытталған, сондықтан да реледегі токтар I_Ib және I_IIв екіншілік токтардың айырымына тең:

                                                     I_р = I_Iв - I_IIв.                                              (8.2)

Қорғалатын трансформатордағы ҚТ кезінде I_Iв және I_IIв және екіншілік токтары реле орауыштарынан бір бағытта өтеді (8.1, б суретті қараңыз), соның нәтижесінде реледегі ток қосындысына тең:

                                                I_р = I_Iв + I_IIв.                                                      (8.3)

Егер I_p> I_с.р онда реле іске қоылып, трансформаторды ажыратады.

Дифференциалды РҚ жүктеме және сыртқы ҚТ кезінде жұмыс жасамау үшін, олардың айырымына тең реледегі ток болмау үшін, РҚ-тағы екіншілік токтарды теңестіру қажет:

                                                    I_р = I_Iв – I_IIв = 0.                                                 (8.4)

Ол үшін токтар модулі және фазасы бойынша бірдей болуы керек, яғни I_Iв = I_IIв.

 

Трансформаторлардың және АТ дифференциалды қорғанысының ерекшелігі

ЭЖЖ және генераторлардың дифференциалды РҚ-да қорғалатын бөліктің басы мен аяғындағы біріншілік токтар бірдей, сондықтан селективтілік (8.4) шартын орындау үшін ТТ-ның трансформация коэффициентінің теңдігі болуы қажет. Трансформаторлардың дифференциалды РҚ оның жағдайы басқа. Трансформатордың біріншілік токтары шамасы бойынша тең емес және жалпы жағдайда фаза бойынша сәйкес болмайды.

Трансформатордың төменгі кернеу жағындағы ток I_II жүктеме және сыртқы ҚТ кезінде жоғары кернеу жағындағы токтан I_I үнемі көп болады. Олардың қатынасы күштік трансформатордың трансформация коэффициенті бойынша анықталады (8.1).

Орауыштары жұлдызша-үшбұрыш және үшбұрыш-жұлдызша болып жалғанған трансформаторларда I_I және I_II токтары шамасымен ғана емес, сонымен бірге фаза бойынша айырмашылығы болады. Фазаның жылжу бұрышы трансформатордың орауыштарының жалғану тобына байланысты. Кең тараған он бірінші топта үшбұрыш жағындағы сызықтық ток жұлдызша жағындағы сызықтық топты 30° басып озады. Орауыштары жұлдызша-жұлдызша жалғанған трансформаторларда I_I және I_II токтары фаза бойынша сәйкес келеді.

Сонымен селективтілік шартын (8.4) орындау үшін екіншілік токтарды теңестіретін шамасы бойынша I_Ib = I_I/К_II және I_IIв = I_II / K_III; ал орауыштарының әртүрлі жалғануында  (y/ және /Y) – және релеге түсетін токтар тең болуы үшін фаза бойынша арнайы шаралар жасалады. Фазадағы токтардың компенсациясы күштік трансформатордың жұлдызша жағында орналасқан ТТ екіншілік токтарын I_Ib және I_IIв үшбұрыш етіп жалғау арқылы жасалады. ТТ орауыштарын үшбұрыш етіп жалғау күштік трансформатор орауыштарының үшбұрыш жалғанғанына сәйкес болуы керек.

 

9 - дәріс .  Трансформаторлардың газдық қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:

- трансформатор багының ішіндегі зақымдалу туралы мәліметтер; қалтқылы газдық реленің құрылысы мен қызмет ету қағидасы келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- трансформаторды ішкі зақымдалудан қорғауды қарастыру.

 

Трансформатордың газдық қорғанысы. Газдық реленің жұмыс жасау қағидасы. Газдық қорғаныс трансформатордың ішкі зақымдалуларынан өте сезімтал қорғанысы ретінде кең тараған. Қаптама ішінде пайда болатын, трансформатордың зақымдалуы детальдардың қызуы және электрлік доғамен қатар жүреді, ол өз кезегінде майдың және оқшауланған материалдардың бұзылуына және ұшқын газдардың түзілуіне алып келеді. Майдан жеңіл болғандықтан, газ трансформатордың жоғары бөлігі (9.2 суретті қараңыз) және атмосферамен қатыста болатын 2 кеңейткішке көтеріледі. Біршама зақымдалу кезінде газдың интенсивті түзілуінен, кеңейген газ күшті қысым жасап, оның әсерінен трансформатордағы май қозғалысқа түсіп, кеңейткішке қарай жылжиды. Яғни, трансформаторда пайда болған газдар және майдың кеңейткішке қарай жылжуын трансформатордың зақымдалған белгісін білдіреді. Бұл белгілер газдың пайда болуы мен майдың қозғалуына әсер ететін арнайы қорғанысты орындауда қолданылады. Газдық реле 1, ол өз кезегінде трансформаторда зақымдалу болған кезде кеңейткішке қарай жылжитын газ бен май ағыны өтетіндей жасалған трансформатор мен кеңейткішті қосып тұратын құбырда орналастырылады. Құбырда кеңейткіштегі майдың зақымдалған трансформатор багына түсуіне кедергі болатын (бактағы өртті шектеу үшін) газдық қорғаныс іске қосылғанда автоматты түрде жабатын жапқыш қарастырылған.

Газдық реленің құрылымының үш түрі бар, олар әсер еткіш элементтерінің орындалу қағидасы бойынша бөлінеді: қалтқы,  қалақ,  тостағанша.

Қалтқы газдық реленің құрылғысы 9.2 суретте көрсетілген. Реле құбырды кеңейткішпен қосатын фланецтері бар үш келте құбыр түріндегі, шойын қаптамадан 1 тұрады. Қаптаманың ішінде жұқа қабырға түрінде жасалған, герметикалық дәнекерленген және майда жүзетін екі қозғалатын қалтқы 2а және 2б бар. Әр қалтқы бекітілген жеріндегі осьтің айналасында еркін айналады. Қалтқылардың шетінде, ішінде сынап бар түйіспелері дәнекерленген шыны сауыт ретінде келтірілген сынап түйіспелер 3 орналасқан. Қалтқылардың белгілі-бір жағдайында сынап түйіспелерді тұйықтайды. Қабықтың сырт жағына шығатын түйіспелері майысқақ және оқшауланған өткізгіштер арқылы жасалған. Жоғары қалтқының түйіспелері сигналға әсер етеді, ал төменгісі - трансформаторлардың ажыратылуына. Реленің қабығы кеңейткіштегі майдың деңгейінен төмен орналасады, сол себепті ол әрдайым маймен толтырылған. Қалтқы жүзіп шығуға тырысып, жоғарыға барады, олардың түйіспелері ажыратылған.

 

                         

1 – газдық реле; 2 – кеңейткіш.

9.2 сурет – Трансформаторда газдық релені орналастыру

 

Кішкене зақымдалуда газдың түзілуі жай жүреді және ол аздап көпіршіктеніп кеңейткішке көтеріледі. Реледен өтіп газ көпіршіктері оның жоғары жағын толтырып майды итеріп шығарады. Май деңгейінің төмендеуіне байланысты жоғары түйіспе төмендейді және бірнеше уақыттан кейін тұйықталады. Егер трансформатордың зақымдалуы біршама болса, онда тез арада түзілген газдың қысымымен, май төменгі қалтқыны итеріп қозғалысқа кіріседі. Оның әсерінен қалтқы бірден өзінің түйіспелерін тұйықтап ажыратуға белгі жасайды.

9.3 сурет – Қалтқылы газдық реленің құрылғысы; газдық қорғаныс тізбегінің шықпалық сұлбасы

Ажыратқышпен басқару сұлбаларында ажыратқыш сигналдарды ұстап тұру қарастырылғандықтан, газдық реленің түйіспелерінің қысқа уақытта тұйықталуы кезінде де ажыратқыш берік түрде ажыратылады.

Кішкене зақымдалуда ажыратудың орнына сигалының берудің өзі кезекші қызметкерлерге жүктемені басқа қорек көзіне қосып және содан кейін трансформаторды ажыратуға мүмкіндік береді.

Газдық қорғаныс сонымен қатар трансформатордағы май деңгейінің төмендеуіне де әсер етеді.      

Бұл кезде бірінші кезекте сигналды түйіспе іске қосылады да, содан кейін май деңгейі ары қарай тағы да төмендеп жатса, ажыратқыш түйіспе іске қосылып трансформаторды өшіреді.

Газдық қорғанысты бағалау. Газдық қорғаныстың негізгі артықшылықтары: оның құрылғысының қарапайымдылығы, біршама зақымдалуларда қызметінің уақыты азаяды, зақымдалудың көлеміне байланысты ажырату немесе сигналға әсер ету. Газдық қорғаныс трансформатордың орауыштарының зақымдалуында және әсіресе орамдық тұйықталуда өте сезімтал қорғаныс болып табылады. Қуаты 1000 кВ•А және одан жоғары барлық май трансформаторлар газдық қорғаныспен жеткізіледі.

Газдық қорғаныс трансформатордың шықпаларындағы зақымдалуда іске қосылмайтындықтан, ішкі зақымдалудан екінші қорғаныспен толықтырылуы қажет. Қуаты аз трансформаторларда мұндай қорғаныс ретінде МТҚ мен токтық үзінді қызмет етеді. Қуаты жоғары трансформаторларда жаңаланған дифференциалды РҚ қолданылады.

 

Қысқартулар тізімі 

 

АТ - автотрансформатор

БТҚ – бағытталған токтық қорғаныс

ДҚ – диффренциалды қорғаныс

ҚБО – қуат бағытының органы

ҚБР – қуат бағытының релесі

ҚТ – қысқа тұйықталу

МТҚ – максималды ток қорғанысы

НТ- нөлдік тізбек

НТТ- нөлдік тізбектегі ток

РҚ – релелік қорғаныс

ТТ – ток трансформаторы

ЭЖЖ – электр жеткізу желісі

ЭҚК- электр қозғаушы күш

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Изд. МЭИ, 2002. - 295 с.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. "Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов".- М.: Энергоатомиздат, 1998.

3. Шабад М.А. Расчеты РЗ и А распределительных сетей: Монография.- СПб.: ПЭИПК, 2003. - 350 с.

4. Овчинников В.В. Защита электрических сетей 0,4-35 кВ. ч.1,ч.2. - М.: Издательство редакции журнала “Энергетик”,  2002.

5. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем: - М.: Энергия, 1992, - 560 с.

6. Беркович М.А., Семенов В.А. Основы техники и эксплуатации релейной защиты. - М.: Энергия, 1991. - 432 с.

7. Авербух А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. - М.: Энергия, 1975. - 416 с.

8. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание.- М.: Энергоатомиздат, 1986.

9. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций/Под ред. Э.С. Мусаэляна. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

10.  Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат,1985. - 112 с.

11. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты.- М.: Энергоатомиздат, 1985. - 96 с

12. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 2. Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-220 кВ.- М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 64 с.

13. Руководящие указания по релейной защите. Вып.9. Дифференциально-фазная защита линий 110-330 кВ.- М.: Энергия, 1972. - 114 с.

14. Руководящие указания по релейной защите. Вып.10. Высокочастотная блокировка дистанционной и токовой направленной нулевой последовательности защит линий 110-220 кВ. - М.: Энергия, 1975. - 76 с.

15. Руководящие указания по релейной защите. Вып.12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ. Расчеты. - М.: Энергия, 1980. - 88 с.

16. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 7. Дистанционная защита линий 35-330 кВ. - М.: Энергия, 1966.

2012 ж.  жиынтық  жоспар  реті   286