Самым простым способом РЗ от КЗ, как и в сетях с односторонним питанием, может служить защита, реагирующая на возникновение тока КЗ. Однако простая МТЗ, реагирующая только на значение тока (рассмотренная выше), в подобных сетях не может обеспечить селективного отключения повреждения.

а)

б)

а) радиальная сеть;     б) кольцевая сеть.

Рисунок 3.1 – Схема сети с двухсторонним питанием и размещение РЗ

в   этих сетях

Для селективного действия необходимо ее дополнить реле направлением, реагирующим на знак мощности, протекающей по защищаемому присоединению. Действительно, предположим, что в сети            на рисунке 3.1, а на всех ЛЭП установлены МТЗ, и рассмотрим действие одной из них - например 5'. При КЗ в точке К1 выдержка времени защиты 5' должна быть меньше времени действия РЗ 6', 7' и 8', т.е. t_5'<t_6', t_7' и t_8'.               В случае же КЗ в точке К2 МТЗ 5' должна действовать медленнее РЗ 6' (t_5'>t_6'). Одновременное выполнение обоих требований невозможно. Так, при выполнении первого требования (т.е. при t_5'<t_6') МТЗ 5' будет действовать неселективно при КЗ на W3. Эту неселективность можно устранить, заменив МТЗ 5' направленной защитой 5, действующей только при направлении мощности КЗ от шин в ЛЭП. При этом РЗ 5 не будет действовать при КЗ на W3, так как в этом случае мощность КЗ будет направлена из линии к шинам и поэтому второе требование (t₅ > t₆) отпадает. При аналогичном выполнении всех остальных МТЗ сети селективное отключение повреждений становится возможным при выборе выдержек времени РЗ, действующих в одном направлении, по ступенчатому принципу. Исходя из сказанного, можно сформулировать следующие принципы выполнения селективной РЗ в сетях с двусторонним питанием:

1) защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой ЛЭП и действовать на отключение при появлении тока КЗ, если мощность направлена от шин в линию (см.рисунок 3.1);

2) выдержки времени на РЗ, работающих при одном направ­лении мощности (от генератора А или генератора В), должны согласовываться по ступенчатому принципу, нарастая по на­правлению к источнику питания:                  у РЗ, действующих от тока источника А, выдержка времени t₆<t₄<t₂;                у РЗ, действующих от тока источника В t₃<t₅<t₇.

Рисунок 3.2 – Функциональная схема и принцип действия токовой направленной защиты

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональная) схема НТЗ, наиболее часто применяемая и показанная на рисунке 3.2 состоит из трех основных элементов (органов): два пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW (органы направления мощности - OHM), которые срабатывают при направлении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KW выдают сигнал, блокирующий действие РЗ, логической схемы (органы логики), которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании органа тока, OHM формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на ЭО выключателя и производит его отключение.

                                         а)                                          б)

а) цепи переменного  тока    б) цепи напряжения

Рисунок 3.3  – Двухфазная схема направленной МТЗ с электромеханическими реле

Рисунок 3.4 – Оперативные цепи двух релейной направленной МТЗ

Пусковое реле тока КА включают на ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РHМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение (см.рисунок 3.3). Поведение РHМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

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

где  - угол сдвига между напряжением и током в цепи напряжения реле (угол внутреннего сдвига);

_р - угол сдвига между U_p и I_p.

При КЗ на защищаемой ЛЭП S_p положительно (+ S_p), и РНМ разрешает НТЗ действовать на отключение. При КЗ на защищаемой ЛЭП W1                      (см.рисунок 3.1) или на следующем за ней участке W2 реле КА и KW, приходя в действие, подают сигналы на вход И (см.рисунок 3.1). На выходе элемента И появляется сигнал, который приводит в действие КТ             (см.рисунок 3.1 и 3.4). Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал, действующий на исполнительный элемент KL, подающий команду на отключение выключателя. При КЗ на других присоединениях данной подстанции (W2 на рисунке 3.1). КА срабаты­вает, если I_к>I_с.з, но так как KW не работает, элемент И, а следовательно, и НТЗ в целом не действуют. Рассматриваемая схема может быть реализована с помощью как контактных, так и бесконтактных реле. В нормальном режиме, если мощность нагрузки направлена от шин в ЛЭП, РНМ может сработать. Для исключения при этом срабатывании НТЗ ее пусковой орган КА необходимо отстраивать от тока нагрузки (I_с.з>I_н.мax). При качаниях в энергосистеме НТЗ может работать ложно, если ток качания окажется больше I_с.з, мощность S_p на зажимах KW будет направлена от шин в ЛЭП, а период качаний будет больше выдержки времени НТЗ. Анализируя действия НТЗ, установленных в кольцевой  следует иметь в виду возможную каскадность ее действия, т.е. последовательное срабатывание РЗ и отключение выключателей, установленных по кон­цам защищаемой ЛЭП. Так, например, при КЗ в точке К1 из­мерительные органы РЗ 6, установленной на ПС III, удаленной от источников питания, могут не подействовать в первый мо­мент возникновения повреждения из-за недостаточной чув­ствительности. После же отключения поврежденной ЛЭП со стороны ПС I ток, протекающий от ПС III, увеличится и РЗ 6 по­действует каскадно, ликвидируя КЗ в точке К1.

4 Лекция. Токовые защиты от коротких замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания

Содержание лекции:

- приведены схемы защиты линий от коротких замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью, рассмотрен принцип их действия.

Цель лекции:

- изучаются распределение токов нулевой последовательности в сетях с глухозаземленной нейтралью, и виды схем направленных и неаправленных защит от КЗ на землю.

4.1 Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью

Для защиты ЛЭП от КЗ на землю (одно- и двухфазных) применяется РЗ, реагирующая на токи и мощности нулевой последовательности (НП). Эта РЗ осуществляется более просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной выше МТЗ, реагирующей на полные токи фаз. Защиты НП выполняются в виде МТЗ НП и отсечек как простых, так и направленных.

При однофазном КЗ ток НП в месте повреждения I_ок равен 1/3 тока КЗ в поврежденной фазе и совпадает с ним по фазе, а напряжение U_ок в точке КЗ равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.

                                                 а)                                                          б)

Рисунок 4.1 – а) Однофазное КЗ в сети; б) прохождение токов I₀  под действием U₀ 

Под действием напряжения НП, возникающего в месте повреждения (точка К на рисунке 4.1), возникают токи I_ок, которые замыкаются по контуру фаза-земля через место повреждения (точку К) и заземленные нейтрали. Таким образом, при КЗ на землю появление токов I₀ возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями. При нескольких заземленных нейтралях ток НП от места повреждения разветвляется между ними обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. На рисунке 4.2 показаны характерные случаи распределения токов НП в схемах сети. Направление токов, проходящих к месту КЗ, принято за положительное. Если заземлена нулевая точка трансформатора только с одной стороны ЛЭП, то при КЗ на землю на ней токи НП проходят только на участке между местом повреждения и заземленной нейтралью (см.рисунок 4.2, а). Если же заземлены нейтрали трансформаторов с двухсторон рассматриваемого участка (см.рисунок 4.2, б), токи НП проходят с обеих сторон от места КЗ. Это позволяет сделать вывод, что распределение токов НП в сети определяется расположением не генераторов, а заземленных нейтралей. Если трансформатор имеет соединение обмоток звезда-треугольник, то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов НП на стороне звезды. Поэтому РЗ, установленные в сети звезды, не действуют при замыканиях на землю в сети треугольника.

а) – при заземлении нейтрали с одной стороны ЛЭП

б) – при заземленных  нейтралях с обеих сторон ЛЭП.

Рисунок 4.2 – Распределение токов нулевой последовательности

при однофазных КЗ

Схема и принцип действия защиты.

Ненаправленная МТЗ НП применяется в сети с односторонним питанием места КЗ током I_о, т. е. при расположении трансформаторов с заземленной нейтралью с одной стороны защищаемого участка. Функциональная схема этой РЗ состоит из одного ИО - пускового токового реле КАО (см.рисунок 4.3, а, б), реле времени КТ и исполнительного реле KL. Реле тока КАО включено на фильтр тока НП, в качестве которого используется нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды. Ток в КАО равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:

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

При появлении тока 3I₀ реле КАО срабатывает и приводит в действие реле времени КТ; последнее через время t подает сигнал на промежуточное реле KL, которое дает команду на отключение выключателя.

Согласно формуле 4.1 ток в пусковом реле РЗ появляется только в том случае, когда имеется ток I₀, поэтому МТЗ НП, показанная на рисунке 4.3, может работать только при одно- и двухфазных КЗ на землю.

При междуфазных КЗ (без "земли"), а также при нагрузке и качаниях МТЗ НП не действует, поскольку в этих режимах сумма токов I_А+I_B+I_C=0 и ток 3I₀ отсутствует. Важным преимуществом МТЗ НП является то, что она не реагирует на нагрузку. Благодаря этому ее не требуется отстраи­вать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет обеспечить более высокую чувствительность этой РЗ по сравнению с МТЗ, реагирующими на фазные токи. Однако в действительности работа МТЗ НП осложняется погрешностью ТТ, обусловленной их током намагничивания. Поэтому в режимах, когда имеет место баланс первичных токов (I_A+I_B+I_C=0)> сумма вторичных токов I_а + I_b + I_c  0. В нулевом проводе и пусковом реле МТЗ НП появляется остаточный ток, называемый током небаланса (I_нб), который может вызвать нежелательное действие РЗ при отсутствии первичного тока I₀.Значение I_нб можно найти, если  учесть токи намагничивания ТТ:

	(4.2)

 

Очевидно, что второй член в формуле 4.2 является током небаланса. Обозначив его I_нб и выразив первый член через I₀, полу­чим

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

Выражение (4.3) показывает, что ток в пусковом реле МТЗ НП состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I₀ и второе - погрешностью ТТ. Последнее искажает значение тока 3I₀, на которое реагирует МТЗ НП.

а) структурная схема; б) токовые цепи;

в) схема оперативных цепей РЗ с электромеханическими РЗ.

      Рисунок 4.3 – Схема токовой защиты нулевой последовательности

           4.2 Токовые направленные защиты нулевой последовательности

В сетях с заземленными нейтралями, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка, селективное действие МТЗ НП можно обеспечить только при наличии органа направления мощности. Направленные МТЗ НП (НТЗ НП) действуют при КЗ на защищаемой ЛЭП и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной подстанции. Такое поведение НТЗ НП обеспечивается с помощью РНМ KWO, реагирующего на знак (направление) мощности НП при КЗ. Выдержки времени на защитах НТЗ НП, действующих при одном направлении мощности, должны выбираться по ступенчатому принципу. Структурная схема направленной защиты НП приведена на рисунке 4.4 а. По этой схеме выполняются защиты как на электромеханических, так и на полупроводниковых реле. Схема состоит из пускового реле КАО, реагирующего на появление КЗ на землю (см.рисунок 4.4 б), реле направления мощности KWO, определяющего направление мощности при КЗ, и реле времени КТ. Пусковое реле и цепь тока РНМ включаются на 3I₀ в нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды, а на входные зажимы цепи напряжения РНМ подводится напряжение 3U₀ от разомкнутого треугольника ТН. При таком включении реле KWO реагирует на мощность НП S₀ = U₀I₀. С учетом угла сдвига между векторами U₀I₀  90° и равенств U_р = 3U₀, I_р = 3I₀ используются реле НП, реагирующие на мощ­ность:

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

где _р = ₀ - угол сдвига фаз между U_p и I_р или U₀ и I₀.

    а)  структурная схема;  б) схема цепей тока и напряжения;

в) цепи оперативного тока.

Рисунок 4.4 – Схема максимальной токовой направленной защиты

нулевой последовательности

4.3 Оценка и область применения токовых ступенчатых защит НП

В отечественных энергосистемах МТЗ НП получила широкое распространение в сетях 110-1150 кВ. Положительными каче­ствами РЗ являются простота схемы, высокая надежность и чувствительность; OHM, как правило, работает в условиях наибольшей чувствительности. Практически на всех ЛЭП сред­ней и большой протяженности успешно применяются отсечки и вместе с тем многоступенчатые МТЗ НП. К недостаткам, свойственным принципу действия РЗ, сле­дует отнести то, что она реагирует на токи в неполнофазном режиме и может работать ложно при обрыве фазного провода во вторичной цепи ТТ, а НТЗ НП имеет мертвую зону по на­пряжению при удаленных КЗ. Важным условием стабильности зон РЗ является стабильность заземленных нейтралей транс­форматоров и автотрансформаторов электрической схемы энер­госистемы.

5 Лекция.  Защита от замыканий на землю в сетях 10-35 кВ

Содержание лекции:

- изучаются способы защиты линий от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, особенности защиты кабельных линий.

Цель лекции:

- выяснить распределение токов нулевой последовательности  при замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью, изучить специфические особенности подобных защит

5.1 Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, токи и напряжения при однофазном замыкании на землю

В отечественных энергосистемах электрические сети напряжением         6-35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое индуктивное сопротивление дугогасящего реактора (ДГР), а также с заземлением через большое активное сопротивление. В отличие от сети с глухозаземленной нейтралью, однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождается появлением больших токов КЗ, поскольку ток повреждения замыкается на землю через очень большие сопротивления емкостей фаз сети.

Рассмотрим характер изменения напряжения и токов в сети и их векторные диаграммы в нормальных условиях и при однофазном замыкании на землю (К⁽¹⁾₃) в режиме, когда нейтраль сети изолирована, замкнута через дугогасящий реактор или через активный резистор.

Рисунок 5.1 – Протекание фазных токов при замыкании на землю

в сети с изолированной нейтралью

Для упрощения принимаем, что нагрузка сети отсутствует. Это позволяет считать фазные напряжения во всех точках сети неизменными и равными ЗДС фаз источника питания. На рисунке 5.1 приведена радиальная сеть с изолированной нейтралью с источником питания (гене­ратором или понижающим трансформатором) и одной экви­валентной ЛЭП, условно представляющей всю сеть. Распреде­ленная емкость фаз относительно земли заменена эквива­лентной сосредоточенной емкостью С₀. Сопротивления R и X ЛЭП не учитываются. Емкость источника питания также не учитывается вследствие ее малого значения.

а) – в нормальном  симметричном режиме; б) при замыкании одной фазы на

землю.

Рисунок 5.2 – Векторные диаграммы фазных токов и напряжений

В нормальном режиме напряжения проводов А, В и С по отношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям U_A, U_B, U_C, которые при отсутствии нагрузки равны ЭДС источника питания Е_А, Е_B, Е_C. Векторы этих фазных напряжений образуют симметричную звезду (см.рисунок  5.2, а), а их сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали N отсутствует: U_N=0. Под действием фазных напряжений че­рез емкости фаз относительно земли С_А,С_B,C_C проходят токи, опережающие фазные напряжения на 90°:

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

где

   X_C= 1/.                                                     (5.1)

Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме, равна нулю, и поэтому 3×I₀ отсутствует (см.рисунок  5.2, а).

Металлическое замыкание на землю одной фазы в сети                                    с изолированной нейтралью. Допустим, что повредилась фаза А             (см.рисунок 5.1), тогда ее фазное напряжение относительно земли снижается до нуля  (U_A=0). Напряжение нейтрали U⁽¹⁾_N по отношению к земле становится равным U_N=U_KN (см.рисунок 5.1 и 5.2, б), т.е. напряжению, равному по значению и обратному по знаку заземлившейся фазы:

      U_N = U_KN = -E_A.                                                                       (5.2)

Напряжения неповрежденных фаз относительно земли повышаются до междуфазных значений U⁽¹⁾_B=U_BA и U⁽¹⁾_C=U_CA. Междуфазные напряжения остаются неизменными, что видно из рисунков 5.1 и 5.2.

На рисунке 5.2, б построена векторная диаграмма напряжений проводов и нейтрали сети по отношению к земле (U⁽¹⁾_B, U⁽¹⁾_C, U_N):                     точки А, В, С представляют потенциалы проводов, точка N соответствует нейтрали источника питания, точка А связана с землей и имеет нулевой потенциал.

Поскольку замыкания на землю не вызывают появления сверхтоков и не искажают значения междуфазных напряже­ний, то они не отражаются на питании потребителей и не сопровождаются перегрузкой оборудования опасными токами. Поэтому в отличие от КЗ замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью не требуют немедленной ликвидации.

Однако отключение замыканий на землю является все же необходимым, так как в результате теплового воздействия тока замыкания на землю и электрической дуги в месте по­вреждения возможно повреждение изоляции между фазами на кабельных ЛЭП и переход однофазного замыкания в междуфазное КЗ. Помимо этого, из-за перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к образованию двойных замыканий на землю в разных точках сети.

5.2 Принципы выполнения защиты от однофазных замыканий на землю

Все виды РЗ от однофазных замыканий на землю реагируют на составляющие нулевой последовательности тока I₀ и на­пряжения U₀. Простейшим устройством является неселективная сигнализация о появлении замыкания на землю, реаги­рующая на 3×U₀. Такое устройство состоит из одного реле повышения напряжения KV₀, которое питается напряжением 3×U₀ от обмоток ТН, соединенных по схеме разомкнутого треугольника  (см.рисунок 4.3). Подобная неселективная сигнализация устанавливается на шинах РУ 6-35 кВ. Возможен и другой вариант ее исполнения, изображенный на том же рисунке. В этой схеме сигнал о появлении земли дает реле КА₀, включенное в нулевой провод вольтметров контроля изоляции фаз сети, показания которых позволяют определить поврежденную фазу.

Селективная сигнализация должна дополняться РЗ, способной определять, на каком участке сети возникло замыкание на землю. В качестве селективных применяются токовые ненаправленные и направленные РЗ, реагирующие на составляющие НП.

Рисунок 5.3 – Схема неселективной сигнализации при замыкании на землю

Все применяемые РЗ можно подразделить на четыре группы защиты, реагирующие:

1) на естественный емкостный ток сети (такой способ РЗ возможен только при отсутствии компенсации или при наличии перекомпенсации емкостного тока сети);

2) на токи НП, создаваемые искусственным путем;

3) на токи высших гармоник, возникающие в поврежденной ЛЭП при резонансной компенсации емкостных токов в установившемся режиме;

4) на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания.

5.3 Фильтры токов нулевой последовательности

Для получения составляющих токов I₀ возможно использование трехтрансформаторных фильтров, применяемых в сетях с глухозаземленными нейтралями или специальных трансформаторов тока нулевой последовательности (см.рисунок 5.4). Как уже отмечалось, токи I⁽¹⁾₃ очень малы, поэтому трехтрансформаторные фильтры не могут применяться.

Действительно, выполнение чувствительной селективной сигнализации с использованием обычных трансформаторов тока и электромеханических реле встречает ряд серьезных трудностей:

1) номинальный ток обычных ТТ выбирается по току нагрузки линии, и поэтому они имеют сравнительно большие коэффициенты трансформации. Вследствие этого вторичный ток замыкания на землю имеет очень малое значение. Так, например, если ток замыкания на землю составляет 18 А, а ТТ имеют коэффициент трансформации 600/5, то вторичный ток равен 0,15 А;

2) для включения на такой ток необходимо выбрать самое чувствительное токовое реле РТ-40/0,2, которое имеет сопротивление обмоток 80 Ом. Включение реле с такими большими сопротивлениями приводит к тому, что только часть тока попадает в реле, а другая часть, называемая током отсоса, бесполезно замыкается через вторичные обмотки ТТ неповрежденых фаз. Ток отсоса может достигать 40-50%.

Значительно большую чувствительность обеспечивает сигнализация при однофазных замыканиях на землю, выполняемая на специальных ТТ НП (ТНП), имеющих на выходе малые токи небаланса и позволяющие благодаря этому выполнить более чувствительные РЗ. Устройство ТНП показано на рисунке 5.4, а магнитопровод 1, собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольни­ка, охватывающего все три фазы защищаемой кабельной ЛЭП. Провода фаз А, В, С, проходящие через отверстие ТНП, являются первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2 располагается на магнитопроводе с числом витков w=20¸30. Токи фаз I_А, I_В и I_С создают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф_А, Ф_B, Ф_C, которые, складываясь, образуют результирующий поток:

           Ф_рез   =  Ф_А + Ф_В + Ф_C.                                                (5.3)

Так как сумма токов I_А+I_В+I_С=3I₀, то можно сказать, что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока НП:

                      Ф_рез =k3I₀.                                                                       (5.4)

                                        а)                                                 б)

                                                      в)

           а) устройство; б) схема замещения; в) установка ТНП на кабеле.

Рисунок 5.4 – Трансформатор тока нулевой последовательности

Поток Ф_рез, а следовательно, вторичная ЭДС Е₂ и вторичный ток I₂ могут возникнуть только при условии, что сумма токов фаз не равна нулю, или, иначе говоря, когда фазные токи, про­ходящие через ТНП, содержат составляющую I₀. Поэтому, ток во вторичной цепи ТНП будет по­являться только при замыкании на землю. В режиме нагрузки, трехфазного и двух фазного КЗ (без замыкания на землю) сумма токов фаз I_A + I_B + I_C = 0, и поэтому, ток в реле отсутствует  (Ф_рез=0).

Однако, поскольку из-за неодинакового расположения фаз А, В и С относительно вторичной обмотки ТНП коэффициенты взаимоиндукции этих фаз со вторичной обмоткой различны, не­смотря на полную симметрию первичных токов, сумма их магнитных потоков в нормальном режиме не равна нулю. Появляется магнитный поток небаланса (Ф_рез–Ф_нб), вызывающий во вторичной обмотке ЭДС и ток небаланса (I_нб).Ток небаланса ТНП значительно меньше, чем в трехтрансформаторном фильтре. Это объясняется тем, что в последнем суммируются вторичные токи, которые искажены погрешностью трансформации (I_нам), особенно проявляющейся при насыщении стали сердечника при токах КЗ, в то время как в ТНП трансформация тока не вызывает небаланса. В ТНП суммируются магнитодвижущие силы одновитковых первичных обмоток, сумма которых при междуфазных КЗ равна нулю. Ток I_нб во вторичной обмотке ТНП зависит только от несимметрии расположения фаз первичного тока.

Для защиты линий ТНП выполняются только кабельного типа (ТЗ, ТЗЛ, ТФ). При необходимости осуществления РЗ воздушных ЛЭП делается кабельная вставка, на которой устанавливается ТНП. Для кабельных ЛЭП изготовляются ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и ТФ с разъемным  магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки.

При прохождении токов I_бр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле РЗ появляется ток, от которого РЗ может подействовать неправильно. Эти токи появля­ются при замыканиях на землю вблизи кабеля или при работе сварочных аппаратов.

Для исключения ложной работы РЗ необходимо компенсировать влияние блуждающих токов, замыкающихся по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью воронка и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП изолируются от земли (см.рисунок 5.4, в), а заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому магнитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть надежно изолирован от брони кабеля.

6 Лекция.  Продольная дифференциальная защита линий 

Содержание лекции:

- рассмотрены схемы продольной защиты линий, принцип её действия.

Цель лекции:

- изучается принцип действия продольной защиты линий, обладающей абсолютной селективностью, причины возникновения тока небаланса, особенности защиты.   

6.1 Дифференциальная защита линий. Принцип действия продольной дифференциальной защиты

Для отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП без выдержки времени служат дифференциальные РЗ, которые подразделяются на продольные и поперечные.

Принцип действия продольных дифференциальных РЗ основан на сравнении значения и фазы токов в начале и конце защищаемой ЛЭП. Как видно из рисунка 6.1, а, при внешнем КЗ (в точке К) токи I_I и I_II на концах ЛЭП АВ направлены в одну сторону и равны по значению, а при КЗ на защищаемой ЛЭП (см.рисунок 6.1, б) они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу. Следовательно, сопоставляя значение и фазу токов I_I и I_II, можно определять, где возникло КЗ – на защищаемой ЛЭП или за ее пределами. Такое сравнение токов по значению и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле тока). Для этой цели вторичные обмотки ТТ TAI и ТАII, установленных по концам защищаемой ЛЭП и имеющих одинаковые коэффициенты трансформации, при помощи соединительного кабеля подключаются к дифференциальному реле КА (реагирующему органу) таким образом, чтобы при внешнем КЗ ток в реле был равен разности токов I_Ib и I_IIв, а при КЗ на ЛЭП их сумме I_Ib + I_IIв. Применяется схема дифференциальной РЗ с циркулирующими токами, основанная на сравнении вторичных токов (см.рисунок 6.1). Реагирующий орган – токовое реле КА включается параллельно вторичным обмоткам ТТ. При таком включении в случае внешего КЗ токи I_Ib и I_IIв замыкаются через обмотку КА и проходят по ней в противоположном направлении (см.рисунок 6.1, а). Ток в реле равен разности токов:

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

При равенстве коэффициентов трансформации и отсутствии погрешностей в работе ТТ вторичные токи I_Ib - I_IIв, поступающие в обмотку реле, балансируются, ток I_р=0, и реле не срабатывает.

Таким образом, по принципу действия дифференциальная РЗ не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания, поэтому она выполняется без выдержки времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки и качаний. В действительности же ТТ работают с погрешностью. Вследствие этого в указанных режимах в реле появляется ток небаланса:

                                 I_p = I_нб = I_Ib - I_IIв.                                                 (6.2)

Для исключения неселективной работы при внешних КЗ I_с.з дифференциальной РЗ должен превышать максимальное значение тока небаланса:

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

При КЗ на защищаемой ЛЭП (см.рисунок 6.1, б) первичные токи  I_I и I_II направлены от шин подстанций в ЛЭП (к месту КЗ). При этом вторичные токи I_Ib - I_IIв суммируются в обмотке реле:

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

где I_к – полный ток КЗ, равный сумме токов I_I и I_II, притека­ющих к месту повреждения (к точке К).

Под влиянием этого тока РЗ срабатывает. Выражение (6.4) показывает, что дифференциальная РЗ реагирует на полный ток КЗ в месте повреждения, и поэтому в сети с двусторонним  питанием она обладает большей чувствительностью, чем то­ковые РЗ, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу ЛЭП. Зона действия РЗ охватывает участок ЛЭП, рас­положенный между ТТ, к которым подключено токовое реле.

а)

  а) вне защищаемой ЛЭП; б) на защищаемой ЛЭП; в) ток небаланса.

Рисунок 6.1 – Принцип действия дифференциальной РЗ; токораспределение при КЗ

6.2 Токи небаланса в дифференциальной защите

Выразив в (6.2) вторичные токи через первичные, с учетом погрешности ТТ получим I_нб в реле:

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

где I_Iнам и I_{II нам} – токи намагничивания, отнесенные ко вто­ричным обмоткам ТТ (ТАI и ТАII). Так как при внешнем КЗ, сквозных токах нагрузки и качаний первичные токи в начале и конце ЛЭП одинаковы, I_I =I_II,   (из 6.5) получим

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

Это выражение показывает, что значение тока небаланса определяется различием значений токов намагничивания ТТ. Следовательно, для уменьшения тока небаланса необходи­мо выравнивать токи намагничивания

I_{I нам} и I_{II нам} по значению и фазе.

7 Лекция. Резервные защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Содержание лекции: 

- изучается схема максимальной токовой защиты трансформатора и назначение дистанционной защиты автотрансформаторов.

Цель лекции: 

- изучить виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов и автотрансформаторов.

Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов; повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и "пожару стали". Опыт показывает, что КЗ на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков w_a, тем меньше будет ток I_к, приходящий из сети.

Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t = 0,05¸0,1 с).

Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.

На трансформаторах мощностью 200 MBА и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой. Все изложенное далее в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам.

Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков,     т.е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ I_к>I_ном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.

Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательностей. В зону действия РЗ от внешних КЗ должны входить шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т.п.). Отключения трансформатора при таких перегрузках не требуется.

Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически.

Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (AT) предусматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна действовать на отключение AT. Необходимость установки такой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном режиме второго, параллельно работающего AT той же подстанции.

Понижение уровня масла в баке трансформатора ниже уровня обмоток, что возможно при течи в баке или резком понижении температуры наружного воздуха, может привести к повреждению обмотки.

Защита от сверхтоков при внешних коротких замыканиях. Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях (см.рисунок 7.1), если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно РЗ от внешних КЗ используется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную РЗ от внутренних повреждений, РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наиболее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные МТЗ с пуском по напряжению, МТЗ ОП и НП, ДЗ.

Максимальные токовые защиты трансформаторов. Защита двухобмоточных понижающих трансформаторов. Схема МТЗ трансформатора с односторонним питанием приведена на рисунке 7.1. Чтобы включить в зону действия защиты сам трансформатор, РЗ устанавливается со стороны источника питания и должна действовать на отключение выключателя Q1. Токовые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключателя Q2.

а) схема токовых цепей с тремя ТТ; б) принципиальная  схема оперативных цепей; в) структурная схема; г) схема токовых цепей с двумя ТТ.

Рисунок 7.1 – Максимальная токовая защита двухобмоточного

трансформатора

На рисунке 7.1, а приведена схема РЗ трансформатора, выполненная с двумя токовыми реле КА1 и КА2, которые, сработав, с выдержкой времени одновременно действуют на отключение выключателей Q1 и Q2. При этом в случае внешних КЗ на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение выключателя Q2 резервирует действие выключателя Q1. Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой t₁ на отключение выключателя Q1 со стороны НН, а со второй t₂ = t₁ + Δt на отключение Q2 со стороны ВН. Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена                  на рисунке 7.1, в. В случае неотключенного внешнего КЗ на стороне НН МТЗ с выдержкой времени t₁ отключит выключа­тель Q1, трансформатор при этом останется под напряжением со стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой времени отключит выключатель Q2.

Токовые реле КА1 и КА2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН                     110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник                          (см.рисунок 7.1, а). Такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвра­щает возможное неселективное ее действие при КЗ на землю в сети 110-220 кВ              (в случае когда нейтраль трансформатора заземлена). Защита может действовать при всех видах междуфазных КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Δ. При этом, однако по сравнению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение чувствительности              на 15% при двухфазном КЗ на стороне НН 6-10 кВ. Для трансформаторов            со схемой соединения обмоток Y/Y или Δ/Δ и не связанных с сетью                          с заземленной нейтралью МТЗ выполняется также двумя токовыми реле КА1 и КА2 (см.рисунок 7.1, г), ТТ при этом соединяются в неполную звезду.

Подобная схема МТЗ может применяться и на трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Δ. При этом для повышения чувствительности МТЗ к двухфазным КЗ за трансформатором, обмотки которого соединены по схеме Y/Δ, устанавливается дополнительное реле в обратном проводе токовых цепей КA3 (показано пунктиром на рисунке 7.1, в-г). Аналогичная схема применяется и на трансформаторах со схемой соединения обмоток треугольник-звезда с заземленной нулевой точкой (обычно питающих сеть 0,4 кВ).

Резервные защиты от внешних междуфазных КЗ на AT. На трехобмоточных понижающих AT в качестве резервных защит от внешних междуфазных КЗ применяются: на стороне НН - МТЗ с комбинированным пуском напряжения: на стороне ВН AT 220/110/6-10-35 кВ - НТЗ и МТЗ ОП, а также МТЗ с пуском по напряжению от трехфазных КЗ; на сторонах ВН и СН AT 220/110/6-10-35 кВ и 500/220/10 кВ - ДЗ.

Максимальная токовая РЗ с комбинированным пуском напряжения на стороне НН AT присоединяется к ТТ, встроенным в его выводы. С первой выдержкой времени РЗ должна действовать на отключение выключателя НН, а со второй - на отключение всего AT.

Токовая РЗ ОП устанавливается на стороне ВН и питается от ТТ, встроенных во втулки ВН AT. Релейная защита выполняется направленной в сторону ВН в предположении, что выдержки времени резервных РЗ НЭП ВН меньше выдержек времени резервных РЗ ЛЭП СН. Как направленная, РЗ действует с первой выдержкой времени, большей выдержек времени резервных РЗ ЛЭП ВН, на отключение шиносоединительного или секционного выключателей (при их наличии), со второй - на отключение выключателя ВН AT и с третьей - на выходные промежуточные реле AT.                  В обход РНМ, как ненаправленная, РЗ действует с первой выдержкой времени - на отключение шиносоединительного и секционного выключателей СН, со второй - на отключение выключателя СН AT и с третьей - на выходные промежуточные реле РЗ AT.

Направленная токовая РЗ ОП выполняется с использованием фильтра-реле тока РТФ-8 и РНМ ОП типа РМОП-2М. При наличии на стороне ВН AT схемы "мостик" с выключателем в перемычке и отделителями в цепях AT РЗ выполняется ненаправленной. В дополнение к МТЗ ОП для действия при трехфазных КЗ предусматривается МТЗ с пуском минимального напряжения в однофазном исполнении.

Направленные ДЗ, устанавливаемые на сторонах ВН и СН, включаются таким образом, чтобы защищать ЛЭП ВН и СН соответственно. Применение ДЗ более сложных, чем МТЗ, объясняется необходимостью обеспечения согласования по селективности РЗ, установленных на противоположных концах ЛЭП, и дальнего резервирования в сетях ВН и СН.

Токовая защита нулевой последовательности реагирует на ток 3×I₀, появляющийся в трансформаторе при внешних КЗ (одно - и двухфазных на землю) и КЗ в трансформаторе. Она применяется на повышающих трансформаторах (а также на AT) и устанавливается со стороны обмоток ВН и СН, если последние соединены по схеме звезды и работают                                      с глухозаземленной нулевой точкой.

Защита от перегрузки трансформатора - на трансформаторах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле.

8 Лекция. Основные защиты трансформаторов и автотрансформаторов

         Содержание лекции:

- рассматриваются основные защиты трансформаторов от всех видов КЗ.

Цель лекции:

- изучается принцип действия токовой отсечки и дифференциальной защиты трансформатора от всех видов КЗ, так же газовой защиты трансформаторов

8.1 Токовые защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Токовая отсечка - простая быстродействующая РЗ от повреждений в трансформаторе. Зона действия отсечки ограничена, она не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю. Отсечка устанавливается с питающей стороны.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны питания. Отсечка, являющаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания. Достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой (рассматриваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

Дифференциальная защита. Назначение и принцип действия дифференциальной защиты трансформатора. В качестве основной быстродействующей РЗ трансформаторов от КЗ между фазами, однофазных КЗ на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная РЗ (см.рисунок 8.1). При внешнем КЗ и нагрузке токи I_I и I_II направлены в одну сторону (см.рисунок 8.1,а) и находятся в определенном соотношении, равном коэффициенту трансформации защищаемого трансформатора:

                                                     I_II/I_I=К_Т .                                                           (8.1)

                                 а)                                      б)

а) внешнее КЗ;  б) КЗ в трансформаторе.

Рисунок 8.1 – Действие дифференциальной защиты трансформатора

При внешнем КЗ защита не должна действовать, при КЗ в трансформаторе – должна работать. С учетом этого и выполняется схема защиты. Трансформаторы тока ТАI и ТАII, питающие схему, устанавливаются с обеих сторон защищаемого трансформатора. Их вторичные обмотки соединяются разноименными полярностями так, чтобы при внешнем КЗ и нагрузке вторичные токи I_Ib и I_IIв были направлены в контуре соединительных проводов последовательно (циркулировали по ним). Дифференциальное реле КА включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока. При таком соединении в случае внешнего КЗ и при токе нагрузки вторичные токи I_Ib и I_IIв замыкаются по обмотке реле КА и направлены в ней встречно, поэтому ток в реле равен разности вторичных токов:

                                                             I_р = I_Iв - I_IIв.                                                (8.2)

При КЗ в защищаемом трансформаторе вторичные токи I_Iв и I_IIв проходят по обмотке реле в одном направлении (см.рисунок 8.1, б), в результате чего ток в реле равен их сумме:

                                                                I_р = I_Iв + I_IIв.                                                      (8.3)

Если I_p>I_с.р то реле срабатывает и отключает трансформатор.

Для того чтобы дифференциальная РЗ не работала при нагрузке и внешних КЗ, необходимо уравновесить вторичные токи в плечах РЗ так, чтобы ток в реле, равный их разности, отсутствовал:

                                                                 I_р = I_Iв – I_IIв = 0.                                                 (8.4)

Для этого необходимо, чтобы токи совпадали по модулю и по фазе, т. е.

I_Iв = I_IIв.

Особенности дифференциальной  защиты  трансформаторов и AT.            В дифференциальной РЗ ЛЭП и генераторов первичные токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности (8.4) достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации ТТ. Иное положение имеет место в дифференциальной РЗ трансформаторов. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по значению и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего КЗ ток трансформатора на стороне низшего напряжения I_II всегда больше тока на стороне высшего напряжения I_I. Их соотношение определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора согласно (8.1).

В трансформаторе с соединением обмоток звезда-треугольник и треугольник-звезда токи I_I и I_II различаются не только по значению, но и по фазе. Угол сдвига фаз зависит от группы соединения обмоток трансформатора. При наиболее распространенной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне треугольника опережает линейный ток со стороны звезды на 30°. В трансформаторах с соединением обмоток звезда-звезда токи I_I и I_II совпадают по фазе.

Таким образом, для выполнения условия селективности (8.4) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов                   I_Ib = I_I/К_II и I_IIb = I_II/K_I по значению, а при разных схемах соединения обмоток (Y/Δ и Δ/Y) – и по  фазе с тем, чтобы поступающие в реле токи были равны. Компенсация сдвига токов I_Ib и I_IIb по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмо­ток ТТ, установленных на стороне звезды силового трансформатора. Соединение в треугольник обмоток ТТ должно соответствовать соединению в треугольник обмотки силового трансформатора.

9 Лекция.  Газовая защита трансформаторов

Содержание лекции:

- приводятся сведения о повреждениях внутри бака трансформатора; принцип действия и конструкция плавкого газового реле.

Цель лекции:

- изучить защиту трансформатора от внутренних повреждений.

Газовая защита трансформаторов. Принцип действия и устройство газового реле. Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (см.рисунок 9.2) и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя. Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движения масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора (для ограничения пожара в баке).

1 – газовое реле; 2 – расширитель.

Рисунок 9.2 – Установка газового реле на трансформаторе

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рисунке 9.3 Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 2б, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаянными в них контактами и ртутью внутри. При определенном положении поплавков ртуть замыкает контакты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха выполнены с помощью гибких и изолированных проводников. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение трансформатора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается. Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение.

Рисунок 9.3 – Устройство поплавкового газового реле;

схема выходных цепей газовой защиты

Поскольку в схемах управления выключателями предусмотрено удерживание отключающих сигналов, даже кратковременного замыкания контактов газового реле оказывается достаточно для надежного отключения выключателя.

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе.      

В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, выключая трансформатор.

Оценка газовой защиты. Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения. Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях. Все масляные трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется  более совершенная дифференциальная РЗ.

Список литературы 

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.

                                                                             Основной план 2012 г., поз.285