Защита вторичных цепей трансформаторов напряжения

Защита вторичных цепей трансформаторов напряжения

Для защиты цепей трансформаторов напряжения используют устанавливаемые в непосредственной близости от них автоматы с расцепителями максимального тока. Защиту выбирают так, чтобы она действовала при коротком замыкании в любой точке защищаемой цепи как рядом с трансформатором напряжения, так и в самой удаленной точке при наименьшем токе короткого замыкания. Защищать трансформаторы напряжения от перегрузок не требуется, так как они работают в режиме, близком к холостому ходу. Для защиты широко используют простые по конструкции и надежные в работе автоматы серии АП-50, отключающая способность которых 2500 А при полном времени отключения короткого замыкания 0,017 с. Эти автоматы имеют электромагнитные расцепители на номинальные токи уставки 1,6; 2,5; 4; 6,4; 10; 16; 25; 40 и 50 А и кратность срабатывания 3,5; 9 и от номинального тока уставки. Уставка по номинальному току может регулироваться в сторону уменьшения до значения предыдущей ступени. Так, уставку автомата с номинальным током уставки расцепителя 10 А можно отрегулировать до 6,4 А.
Чтобы обеспечить необходимую чувствительность при защите цепей трансформаторов напряжения от коротких замыканий, автомат выбирают с номинальным током уставки расщепителя, начиная от 2,5 А и кратностью срабатывания 3,5 от номинального тока уставки. Номинальный ток расцепителя выбранного автомата должен быть равен току нагрузки трансформатора напряжения или несколько больше. За ток нагрузки обычно принимают номинальный ток трансформатора напряжения. Ток срабатывания расцепителей с кратностью 3,5 определяют, умножая номинальный ток уставки на эту кратность. Ток срабатывания расцепителя должен быть по крайней мере в два раза меньше минимального тока короткого замыкания в защищаемой автоматом цепи, который задается с учетом сопротивления проводов (до самой удаленной точки) и обмоток трансформатора напряжения.
Пример. Необходимо выбрать автомат для защиты цепей трансформатора напряжения номинальной мощностью 500В/А, если наименьший ток короткого замыкания /к э m;n равен 45 А.
Примем ток нагрузки равным номинальному току трансформатора
напряжения нагр. = 1/3 500/100 = 8,66 А. Выберем трехполюсный автомат АП = 50 = ЗМ с максимальным разделителем, номинальный ток уставки которого 10 А, а кратность тока срабатывания 3,5. Для повышения чувствительности необходимо отрегулировать ток до нижнего значения, равного 6,4 А. Тогда ток срабатывания автомата будет равен 6,4 • 3,5 = 22,4 А, что в два раза меньше минимального тока короткого замыкания, и обеспечивает достаточную чувствительность защиты. Проверку автомата на отключающую способность не производят, поскольку максимальный ток короткого замыкания во вторичных цепях трансформаторов напряжения всегда значительно меньше 2500 А — тока, который могут отключать автоматы серии АП-50.
Если при проверке на чувствительность окажется, что ток срабатывания автомата велик, а использовать автомат с меньшим номинальным током уставки нельзя, поскольку не будет выполнено требование, что этот ток должен соответствовать току нагрузки .или быть больше него, следует увеличить минимальный ток короткого замыкания во вторичной цепи трансформатора напряжения, например применив отходящий контрольный кабель с жилами большего сечения.
Для защиты цепей оперативного постоянного тока используют автоматы с электромагнитными, тепловыми и комбинированными рас цепи теля ми, или предохранители. На распределительных щитах, как правило, устанавливают автоматы, в приводах выключателей — предохранители ПР (без заполнителя) или НПР и НПН (с заполнителем — мелким кварцевым песком), а на панелях щитов управления — предохранители на сравнительно небольшой ток до 10 А при напряжении до 250 В (например, ППТ-10). Насос центробежный ЦНС 180-255 секционный, предназначен для жидкостей с t до + 45С, узнать цены.
Выбор плавких вставок предохранителей в цепях оперативного тока определяется условиями работы устройств РЗА. Цепи управления и сигнализации защищают только от коротких замыканий, поэтому плавкие вставки предохранителей не должны сгорать от толчков тока в нормальных условиях, но быстро и надежно сгорать при коротком замыкании на защищаемом участке. Номинальный ток таких плавких вставок должен быть не больше 0,1 тока короткого замыкания и обычно равен 6 или 10 А.
Так как включающие электромагниты приводов выключателей не рассчитаны на длительное нахождение под током, номинальный ток плавких вставок предохранителей выбирают равным 0,3 — 0,4 номинального тока электромагнитов. Например, для привода ПЭ-11, имеющего номинальный ток 95 А при напряжении 220 В, номинальный ток плавкой вставки должен быть 35 А. Это обеспечивает надежную работу привода. Если же включающий электромагнит по какой-либо причине будет длительно находиться под током (например, вследствие приваривания контактов магнитного контактора), плавкая вставка сгорит.
Для защиты цепей электродвигателей приводов коммутационных аппаратов и механизмов изменения частоты вращения турбин, а также других электродвигателей, входящих в устройства РЗА или управляемых ими, номинальный ток плавких вставок предохранителей должен быть больше номинального тока этих электродвигателей, но в 1,6—2 раза меньше их пускового тока. Номинальный ток плавкой вставки должен быть близким к расчетному. Номинальные токи выпускаемых плавких вставок равны 4, 6, 10, 15, 20, 25, 35, 45, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 300, 350, 430, 500, 600, 700, 850 и 1000 А. Для обеспечения селективности действия предохранитель, расположенный ближе к источнику питания, должен иметь плавкую вставку, номинальный ток которой на две ступени больше номинального тока плавкой вставки следующего в цепи предохранителя. Так, если номинальный ток плавкой вставки первого предохранителя 100 А, плавкая вставка второго предохранителя должна быть на 60 А.
Контрольные вопросы
1. Какие виды технического обслуживания устройств РЗА вы знаете?
2. Какие работы входят в состав межремонтных периодов?
3. Для чего и когда проводят первый профилактический контроль устройств РЗА?
4. Какие реле подлежат обязательному частичному восстановлению?
5. Какие работы выполняют при различных видах технического обслуживания реле РТ40?
6. Как проверяют состояние изоляции вторичных цепей под напряжением и при снятом напряжении?
7. Как контролируют целостность вторичных цепей, находящихся в работе?
8. Какой автомат следует использовать для защиты цепей трансформатора напряжения мощностью 500В/А, если минимальный ток короткого замыкания равен 78А?
9. Каким должен быть номинальный ток плавкой вставки предохранителей электромагнитного привода при номинальном токе включающего электромагнита, равным 240А?

Источник

4.2. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи

Общие сведения. Трансформаторы напряжения служат для преобра­зования высокого напряжения в низкое стандартных значений (100, 100/З, 100/3 В), используемое для питания измерительных приборов и различных реле управления, защиты и автоматики. Они так же, как и трансформаторы тока, изолируют (отделяют) измерительные при­боры и реле от высокого напряжения, обеспечивая безопасность их обслуживания.

По принципу устройства, схеме включения и особенностям работы электромагнитные трансформаторы напряжения мало чем отли­чаются от силовых трансформаторов. Однако по сравнению с послед­ними мощность их не превышает десятков или сотен вольт-ампер. При малой мощности режим работы трансформаторов напряжения прибли­жается к режиму холостого хода. Размыкание вторичной обмотки трансформатора напряжения не приводит к опасным последствиям.

На напряжении 35 кВ и ниже трансформаторы напряжения, как правило, включаются через предохранители для того, чтобы при повре­ждении трансформатора напряжения он не стал причиной развития аварии. На напряжении 110 кВ и выше предохранители не устанавливают­ся, так как согласно имеющимся данным повреждения таких трансфор­маторов напряжения происходят редко.

Включение и отключение трансформаторов напряжения произво­дится разъединителями.

Для защиты трансформатора напряжения от тока короткого замы­кания во вторичных цепях устанавливаются съемные трубчатые предо­хранители или автоматические выключатели максимального тока. Предохранители устанавливаются в том случае, если трансформатор напряжения не питает быстродействующих защит, так как эти защиты могут ложно подействовать при недостаточно быстром перегорании плавкой вставки. Установка же автоматов обеспечивает эффективное срабатывание специальных блокировок, выводящих из действия от­дельные виды защит при обрыве цепей напряжения.

Для безопасного обслуживания вторичных цепей в случае пробоя изоляции и попадании высокого напряжения на вторичную обмотку один из зажимов вторичной обмотки или нулевая точка присоединяется к заземлению. В схемах соединения вторичных обмоток в звезду наибо­лее часто заземляется не нулевая точка, а начало обмотки фазы b. Это объясняется стремлением сократить на 1/3 число переключающих кон­тактов во вторичных цепях, так как заземленная фаза может подаваться на реле помимо рубильников и вспомогательных контактов разъедини­телей.

При использовании трансформаторов напряжения для питания опе­ративных цепей переменного тока допускается заземление нулевой точки вторичных обмоток через пробивной предохранитель, что вызывается необходимостью повышения уровня изоляции оперативных цепей.

На время производства работ непосредственно на трансформаторе напряжения и его ошиновке правилами безопасности предписывается со­здание видимого разрыва не только со стороны ВН, но также и со сто­роны вторичных цепей, чтобы избежать появления напряжения на пер­вичной обмотке за счет обратной трансформации напряжения от вторичных цепей, питающихся от какого-либо другого трансформатора напряжения. Для этого во вторичных цепях трансформатора напряже­ния устанавливаются рубильники или используются съемные предохра­нители. Отключение автоматов, а также разрыв вторичных цепей вспо­могательными контактами разъединителей не обеспечивает видимого разрыва цепи и поэтому считается недостаточным.

Особенности конструкции. На подстанциях находят применение как однофазные, так и трехфазные двух- и трехобмоточные трансформа­торы напряжения. Это главным образом масляные трансформаторы на­пряжения, магнитопроводы и обмотки которых погружены в масло. Масляное заполнение бака или фарфорового корпуса предохраняет от увлажнения и изолирует обмотки от заземленных конструкций. Оно играет также роль охлаждающей среды.

В закрытых распределительных устройствах до 35 кВ успешно ис­пользуются трансформаторы напряжения с литой эпоксидной изоля­цией. Они обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с маслонаполненными при установке в комплектных распределительных устройствах.

На подстанциях 110 — 500 кВ применяются каскадные трансформа­торы напряжения серии НКФ. В каскадном трансформаторе напряжения обмотка ВН делится на части, размещаемые на разных стержнях одного или нескольких магнитопроводов, что облегчает ее изоля­цию. Так, у трансформатора на­пряжения типа НКФ-110 обмотка ВН разделена на две части (сту­пени), каждая из которых разме­щается на противоположных стержнях двухстержневого магнитопровода (рис. 4.1, а). Магнитопровод соединен с серединой об­мотки ВН и находится по отно­шению к земле под потенциалом U_ф/2, благодаря чему обмотка ВН изолируется от магнитопровода только на U_ф/2, что существенно уменьшает размеры и массу трансформатора.

Ступенчатое исполнение усложняет конструкцию трансформатора. Появляется необходимость в дополнительных обмотках. Показанная на рис. 4.1 выравнивающая обмотка П предназначена для равномерного распределения мощности, потребляемой вторичными обмотками, по обеим ступеням.

Каскадные трансформаторы напряжения на 220 кВ и выше имеют два и более магнитопровода (рис. 4.1,б). Число магнитопроводов обыч­но вдвое меньше числа ступеней каскада. Для передачи мощности с об­моток одного магнитопровода на обмотки другого служат связующие обмотки Р. Вторичные обмотки у трансформаторов напряжения серии НКФ располагаются вблизи заземляемого конца Х обмотки ВН, имею­щего наименьший потенциал относительно земли.

Наряду с обычными электромагнитными трансформаторами напря­жения для питания измерительных приборов и релейной защиты приме­няются емкостные делители напряжения. Они получили распростра­нение на линиях электропередачи напряжением 500 кВ и выше. Принципиальная схема емкостного делителя напряжения типа НДЕ-500 приведена на рис. 4.2. Напряжение между конденсаторами распреде­ляется обратно пропорционально емкостям U₁/U₂ = C₂/C₁, где C₁ и С₂ — емкости конденсаторов; U₁ и U₂ — напряжения на них. Подбором емкостей добиваются получения на нижнем конденсаторе С₂ некоторой требуемой доли общего напряжения U_ф. Если теперь к конденсатору С₂ подключить понижающий трансформатор Т, то последний будет вы­полнять те же функции, что и обычный трансформатор напряжения.

Емкостный делитель напряжения типа НДЕ-500 состоит из трех конденсаторов связи типа СМР-166/3-0,014 и одного конденсатора отбора мощности типа ОМР-15-0,107. Первичная обмотка трансформа­тора Т рассчитана на напряжение 15 кВ. Она имеет восемь ответвлений для регулирования напряжения. Заградитель 3 препятствует ответвле­нию токов высокой частоты в трансформатор Т во время работы высо­кочастотной связи, аппаратура которой подключается к конденсаторам через фильтр присоединения ФП. Реактор Р улучшает электрические свойства схемы при увеличении нагрузки. Балластный фильтр или рези­стор R служит для гашения феррорезонансных колебаний во вторичной цепи при внезапном отключении нагрузки.

Схемы включения. Однофазные и трехфазные трансформаторы на­пряжения включаются по схемам, приведенным на рис. 4.3. Два двухоб­моточных трансформатора напряжения могут быть включены на ме­ждуфазное напряжение по схеме открытого треугольника (рис. 4-3,а). Схема обеспечивает получение симметричных линейных напряжений U_ab U_bc, U_ca и применяется в установках 6 — 35 кВ. Вторичные цепи защищаются двухполюсным автоматическим выключателем А, при срабатывании которого подается сигнал о разрыве цепей напряжения. Последовательно с автоматическим выключателем установлен двух­полюсный рубильник Р, создающий видимый разрыв вторичной цепи. По условиям безопасности на шинках вторичного напряжения заземлена фаза b. Рубильники и автоматы размещаются в шкафах вблизи трансформаторов напряжения.

Три однофазных двухобмоточных трансформатора напряжения мо­гут быть соединены в трехфазную группу по схеме звезда — звезда с за­землением нейтралей обмоток ВН и НН (рис. 4.3,б). Схема позволяет включать измерительные приборы и реле на линейные напряжения и напряжения фаз по отношению к земле. В частности, такая схема ис­пользуется для включения вольтметров контроля изоляции в сетях на­пряжением до 35 кВ, работающих с изолированной нейтралью. Вто­ричные цепи защищены трубчатыми предохранителями П во всех трех фазах, так как заземлена не фаза, а нейтраль вторичной обмотки.

Трехфазный трехстержневой двухобмоточный трансформатор на­пряжения (типа НТМК), включенный по схеме на рис. 4.3, в использует­ся для измерения линейных и фазных напряжений в сетях 6 — 10 кВ. Од­нако он не пригоден для измерения напряжения по отношению к земле, так как для этого необходимо заземление нейтрали первичных обмоток, а оно отсутствует.

На рис. 4.3,г показана схема включения трехфазного трехобмоточного трансформатора напряжения типа НТМИ, предназначенного для сетей 6 — 10 кВ, работающих с изолированной (или компенсированной) нейтралью. Трансформаторы напряжения типа НТМИ изготовляются групповыми, т. е. состоящими из трех однофазных трансформаторов. В эксплуатации находятся также трехфазные трехобмоточные трансфор­маторы напряжения старой серии, которые выпускались с бронестержневыми магнитопроводами (три стержня и два боковых ярма). Ос­новные вторичные обмотки защищены трехполюсными автоматически­ми выключателями А. Вспомогательные контакты автоматических выключателей используются для сигнализации о разрыве цепей напряжения и блокировки защит минимального напряжения и АРВ. Дополни­тельные вторичные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, обычно служат для сигнализации о замыкании фазы на землю. К зажи­мам этой обмотки непосредственно подключаются только реле повы­шения напряжения, поэтому в этой цепи отсутствует рубильник. При не­обходимости провод от начала дополнительной обмотки а_д может заводиться через четвертый нож рубильника Р. Таким же образом со­единяются в трехфазные группы и однофазные трехобмоточные транс­форматоры напряжения ЗНОМ в сетях 6 — 35 кВ.

Однофазные трансформаторы напряжения 110 — 330 кВ серии НКФ наиболее часто включаются по схеме, показанной на рис. 4.4. К сборным шинам указанные трансформаторы напряжения присоеди­няются разъединителями без предохранителей. В цепях основной и до­полнительной обмоток предусмотрены рубильники Р₁ и Р₂ для отклю­чения трансформатора напряжения от шин вторичного напряжения при переводе питания их от другого трансформатора напряжения. От ко­роткого замыкания вторичные цепи защищены тремя автоматическими выключателями: A₁, A₂ и A₃. В проводе от зажима на шине н (3U_о) ав­томат не установлен, поскольку в нормальном режиме работы на зажи­мах дополнительной обмотки отсутствует рабочее напряжение. Исправ­ность же цепей 3U_о периодически контролируется измерением напряже­ния небаланса. При исправной цепи измеряемое напряжение 1 — 3 В, а при нарушении цепи показание вольтметра пропадает. Подключение прибора производится кратковременным нажатием кнопки. Шина и ис­пользуется при проверках защит от замыканий на землю, получающих питание от цепи 3U_о.

Схемы включения трансформаторов напряжения 500 кВ и выше не­зависимо от их типа (каскадные или с емкостным делителем) мало от­личаются от рассмотренной. Нет отличий и в оперативном обслужива­нии вторичных цепей.

Контроль исправности вторичных цепей основной обмотки в ряде случаев производится при помощи трех реле минимального напряже­ния, включенных на междуфазные напряжения. При отключении авто­мата (сгорании предохранителя) эти реле подают сигнал о разрыве це­пи. Более совершенным является контроль с использованием комплект­ного реле, подключаемого к шинам вторичного напряжения (рис. 4.5). Реле РН1 включено на три фазы фильтра напряжения обратной после­довательности ФНОП. Оно срабатывает при нарушении симметрии ли­нейных напряжений (обрыв одной или двух фаз). При размыкании его контактов срабатывает реле РН, подающее сигнал о разрыве цепи на­пряжения. Реле РН срабатывает также и при трехфазном (симметрич­ном к.з.), когда реле PH1 не работает. Таким образом обеспечивается подача сигнала во всех случаях нарушения цепей напряжения со сто­роны как НН, так и ВН. Устройство действует с выдержкой времени, превышающей время отключения к.з. в сети ВН, чтобы исключить подачу ложного сигнала.

Блокировка защит при повреждениях в цепях напряжения подает сигнал о появившейся неисправности и выводит из действия (блокирует) те защиты, которые могут при этом ложно сработать, лишившись на­пряжения. Напряжение исчезает полностью или искажается по величине и фазе при перегорании предохранителей, срабатывании автоматов или обрыве фаз. Устройства блокировок выпускаются промышленностью в виде комплектных реле, которыми снабжаются отдельные панели ре­лейной защиты.

Переключение питания цепей напряжения с одного трансформатора напряжения на другой предусматривается на подстанциях, имеющих две секции или системы шин и более, а также при установке трансформато­ров напряжения на вводах линий. Переключение может производиться вручную при помощи рубильников (ключей) или автоматически — вспо­могательными контактами разъединителей либо контактами реле по­вторителей, управляемых в свою очередь вспомогательными контакта­ми разъединителей или выключателей. Обычно переключаются сразу все цепи напряжения электрической цепи и только иногда переключаю­щие рубильники устанавливаются на панелях отдельных комплектов за­щит и автоматики.

На рис. 4.6 показаны возможные схемы переключения цепей напря­жения на подстанциях с двойной системой шин. На линиях дальних передач 500 кВ и выше трансформаторы напряжения устанавливаются непосредственно на вводе линии. Питание цепей напряжения реле и при­боров каждой линии производится от приключенного к ней трансфор­матора напряжения.

На рис. 4.7 приведена схема первичных соединений подстанции 500 кВ и схема вторичных цепей трансформаторов напряжения ТН1 — ТНЗ. В случае выхода из строя одного из трансформаторов напряжения (до­пустим, ТН1> возникает необходимость переключения питания обмоток реле и приборов линии Л1 от другого трансформатора напряжения. Для этого рубильники Р1 или Р2 поочередно ставят в положение Дру­гие ТН, а рубильниками РЗ или Р4 соответственно подают питание от трансформатора напряжения ТН2 или ТНЗ. Очередность переключения рубильников определяется местными инструкциями, так как это связано с обеспечением надежности работы блокировок линейных защит. Одно­временное отключение рубильников Р1 и Р2 (основной и дополнитель­ной обмоток) может привести к отказу некоторых видов блокировок и ложному отключению линии.

Обслуживание трансформаторов напряжения и их вторичных цепей оперативным персоналом заключается в надзоре за работой самих трансформаторов напряжения и контроле за исправностью цепей вто­ричного напряжения. Надзор за работой производится во время осмо­тров оборудования. При этом обращают внимание на общее состояние трансформаторов напряжения: наличие в них масла, отсутствие течей и состояние резиновых прокладок; отсутствие разрядов и треска внутри трансформаторов напряжения; отсутствие следов перекрытий на по­верхности изоляторов и фарфоровых покрышек; степень загрязненности изоляторов; отсутствие трещин и сколов изоляции, а также состояние армировочных швов. При обнару­жении трещин в фарфоре трансформатор напряжения должен быть отключен и подвергнут де­тальному осмотру и испытанию.

Трансформаторы напряжения 6 — 35 кВ с небольшим объемом масла не имеют расширителей и маслоуказателей. Масло в них не доливается до крышки на 20 — 30 мм. И это пространство над поверхностью масла выполняет роль расширителя. Обнаружение следов вытекания масла из таких транс­форматоров напряжения требует срочного вывода их из работы, проверки уровня масла и устранения течи.

При осмотрах проверяют состояние уплотнений дверей шкафов вторичных соединений и отсутствие щелей, через которые может про­никнуть снег, пыль и влага; осматриваются рубильники, предохраните­ли и автоматические выключатели, а также ряды зажимов.

В эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы плавкие вставки предохранителей были правильно выбраны. Надежность действия пред­охранителей обеспечивается в том случае, если номинальный ток плав­кой вставки меньше в 3 — 4 раза тока к.з. в наиболее отдаленной от трансформатора напряжения точке вторичных цепей. Ток к.з. должен измеряться при включении трансформатора напряжения в работу или определяться расчетом. Набор предохранителей на соответствующие токи должен всегда храниться в шкафах вторичных соединений.

На щитах управления и релейных щитах необходимо систематиче­ски контролировать наличие напряжения от трансформатора напряже­ния по вольтметрам и сигнальным устройствам (табло, сигнальные лампы, звонок). В нормальном режиме работы реле защиты и автома­тики должны получать питание от трансформатора напряжения той си­стемы шин, на которую включена данная электрическая цепь. При про­изводстве оперативных переключении необходимо соблюдать устано­вленную последовательность операций не только с аппаратами высокого напряжения, но и с вторичными цепями напряжения, чтобы не лишить напряжения устройства защиты и автоматики.

В случае исчезновения вторичного напряжения вследствие перегора­ния предохранителей НН их следует заменить, а отключившиеся авто­матические выключатели — включить, причем первыми должны восста­навливаться цепи основной обмотки, а потом — дополнительной. Если эти операции окажутся неуспешными, должны приниматься меры к бы­стрейшему восстановлению питания защит и автоматики от другого трансформатора напряжения согласно указаниям местной инструкции.

К замене перегоревших предохранителей ВН приступают после вы­полнения необходимых в этом случае операций с устройствами тех за­щит, которые могут сработать на отключение электрической цепи. Без выяснения и устранения причины перегорания предохранителей ВН установка новых предохранителей не рекомендуется.

Источник