Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Серед електроустановок, що застосовуються для перетворення та передачі електроенергії, трансформатори є найдорожчими пристроями. Проте вони здатні працювати без перебою протягом усього терміну експлуатації, і навіть більше, але за умови, що на прилад не впливатимуть аварійні режими. Для боротьби з будь-якими порушеннями нормальної роботи на практиці застосовується захист трансформаторів.

Види пошкоджень

Мал. 1. Ушкодження трансформаторів

У зв'язку з тим, що трансформатор включається в роботу спільно з іншими пристроями, будь-які пошкодження на лінії живлення, в низьковольтних ланцюгах або всередині бака однаково небезпечні.

Серед актуальних видів аварій слід зазначити такі:

  • Коротке замикання між обмотками;
  • Замикання обмотки на корпус;
  • Міжфазні замикання в лінії;
  • Межвиткові замикання;
  • Ушкодження вбудованого обладнання;
  • Перегрів місць підключення, електричних контактів;
  • Обрив у ланцюгу, порушення цілісності точок підключення або обмоток;
  • Порушення кріплення заліза, розшихтування листів при ослабленні стяжок ярма з подальшим перекриттям або руйнуванням витків.

Поділ захисту трансформаторів на основні та резервні

Будь-який вид пошкодження в трансформаторі несе потенційну небезпеку як цілісності обладнання, так і надійності роботи всієї енергосистеми. Тому дуже важливо грамотно відбудовувати роботу захисту на електростанціях, тягових та трансформаторних підстанціях, місцевих КТП та ТП. Для цієї мети захист трансформатора умовно поділяється на дві категорії - основну та резервну.

Основний захист - такий вид автоматики, який спрямований на аналіз внутрішнього стану трансформатора (обмоток, заліза, додаткового обладнання). Даний тип охоплює як сам пристрій, так і прилеглі до нього шини, дроти і т.д.

Резервний захист охоплює ті порушення в роботі, які відбуваються за межами трансформатора, але можуть безпосередньо вплинути на його провідники та внутрішні елементи. Це всілякі навантаження, замикання та перенапруги в лініях, на суміжних пристроях і т.д.

Мал. 2. Основні та резервні захисту

Різновиди захисту та їх суть

Всі захисту для трансформаторів повинні мати достатню швидкодію, щоб вчасно відключити небезпечний режим. Так як при виникненні надвеликих електричних величин він запросто призведе до руйнування ізоляції, відпустки металу, загоряння та інших неприємних наслідків.

Для запобігання перевантаженням виконується встановлення того чи іншого виду захисту на трансформатор. Який саме захист використовується на знижувальних підстанціях, в обладнанні розподільчих пристроїв визначається місцевими умовами та особливостями режиму роботи.

Поздовжній диференційний захист

Область застосування диференціального струмового захисту охоплює як сам силовий трансформатор, так і оточуючі його приєднання аж до вимірювачів струмового навантаження. Нормальним режимом роботи кожного трансформатора вважається рівномірний перерозподіл навантаження між усіма трьома фазами, коли електричний струм кожної з них виходить приблизно однаковим.

Поздовжні диференціальні захисту здійснюють порівняння струмового навантаження у всіх фазах. Оскільки струм приблизно однаковий, їх геометрична сума повинна дорівнювати нулю. В результаті порівняння виходить, що струмова складова відсутня або дуже мала для реакції. Але, як тільки відбудеться замикання однієї фази або відразу між декількома, струми в них перестануть компенсувати один одного, і їхня сума буде відрізнятися від нуля, спрацює диференціальна відсічка.

Мал. 3. Приклад диференціального захисту

Релейна

Для запобігання пошкодженню трансформаторів застосовується досить велика кількість релейних захистів. Однак на окрему увагу заслуговує реле контролю рівня масла. Цей вид передбачає контроль за станом ізоляційного середовища. Конструктивно реле є поплавцем з контактами, який утримується вище контактів ланцюга спрацьовування.

Якщо аварійний режим призведе до витоку олії та подальшого зниження менше норми, після якої може статися пробою, станеться відключення. Може розташовуватися в основному баку або мати резервний релейний захист у розширювачі, який попередньо дасть сигнал про початок процесу.

Теплова

Основою для теплового захисту в трансформаторах служить класична термопара. Місце її розташування визначається типом пристрою, його потужністю та габаритами, оскільки перегрів може призвести до порушення ізоляційних властивостей, призвести до термічного розширення олії.

До найбільш ефективних місць розміщення відносяться:

  • у верхній частині бака;
  • у високовольтних вводів;
  • в обмотках.

Має два ступені - перший здійснює включення резервних вентиляторів або інших засобів охолодження. Друга, якщо першій не вдалося скинути перегрів нижче за граничне значення, робить відключення трансформатора.

Токове відсічення

Мал. 4. Приклад струмового відсічення

Цей вид захисту застосовується для відключення пошкодження, яке могло виникнути всередині трансформатора. Вона розміщується з боку вводів трансформатора, що захищається, проте вплив охоплює всі обмотки, з яких може бути подано напругу. Особливістю її застосування є схема живлення, яка використовується у відповідній лінії.

Так для трифазних ланцюгів з ізольованою нейтраллю струмове відсічення має встановлюватися у двох фазах. А при використанні ланцюгів із глухозаземленою нейтраллю захист повинен застосовуватись у кожному фазному приєднанні. При відключенні трансформатора повністю відсутня будь-яка витримка часу.

Недоліком відсікання є спрацювання виключно на струми великої величини. Тому деякі міжфазні КЗ, міжвиткові або КЗ на землю в ланцюзі з ізольованою нейтраллю можуть залишитися непоміченими.На практиці це один із найпростіших способів, що відключають трансформатор в аварійному режимі.

Газовий захист

Газове реле, як вид захисту, знайшло широке застосування в маслонаповнених трансформаторах, де роль діелектрика, що розділяє струмопровідні елементи та заземлену конструкцію корпусу, виконує трансформаторне масло. У нормальному режимі роботи понижуючі трансформатори не впливають на рідкий діелектрик, і масло перебуває у постійному фізичному стані.

Але, у разі виникнення міжвиткових замикань, контакту провідників зі сталлю або інших ситуацій усередині бака горіння дуги або розігрів металу призводить до локального закипання олії. Від цього місця і починається виділення газів, що піднімаються у верхню точку ємності.

Мал. 5. Приклад газового захисту

Для всієї ємності верхня точка - це розширювальний бак, тому встановлюють газове реле в сполучній трубі між розширювачем та баком трансформатора.Конструктивно газовий захист є поплавцем, з двома контактами. При зануренні в олію поплавець знаходиться у незамкненому положенні. Як тільки гази, що виділилися, піднімуться по трубі, поплавок впаде і замкне контакти, масляний трансформатор відключиться.

Струйний захист

Використовується в трансформаторах з первинними та вторинними обмотками на 110, 35, 10, 6, 3,3кВ, де є можливість перемикання величини напруги під навантаженням. Пристрій РПН зазвичай розміщується в окремому баку всередині основного, який ізолює його від високовольтних обмоток. Перемикання позицій РПН під навантаженням може обумовлювати як штатні комутаційні явища, і аварійні. Останні призводять до викиду олії від бака до розширювача.

Для реакції на такі пошкодження і встановлюється струменевий захист, оскільки потік олії від РПН активує датчик вимірювання. Далі відбувається відключення вимикача, який знеструмить обмотки трансформатора.

Максимальний струмовий захист

Мал. 6. Приклад максимального струмового захисту

Максимальний струмовий захист застосовується для спрацьовування у відповідь на струми КЗ, розташовані в безпосередній близькості до джерела. Сюди відносяться пошкодження як на обмотках, так і на найближчих шинах підстанції, в навколишньому обладнанні та ін.

На практиці виділяють велику кількість варіантів виконання МТЗ:

  • Від внутрішніх та зовнішніх КЗ;
  • МТЗ з комбінованим пуском по напрузі;
  • МТЗ з пуском за напругою та фільтром напруги зворотної послідовності;
  • Зворотній послідовності комбінована з пристроєм проти трифазних КЗ;

Крім аварійних режимів для МТЗ може встановлюватися режим захисту від перевантаження. Для цього встановлюється струм спрацьовування у певних межах.Уставка вибирається, виходячи з максимального значення навантаження, щоб не відбувалося спрацювання автоматичного вимикача в нормальному режимі роботи.

Токовий захист нульової послідовності

Мал. 7. Приклад струмового захисту нульової послідовності

Призначена для захисту трансформатора від можливого замикання як однієї, так і двох фаз на землю. Це ті ситуації, коли в трифазній системі порушиться симетрія навантаження і відносно нульової точки сума струмів більше не дорівнюватиме нулю.

Рівновага системи порушиться, що і спровокує відключення живлення через заданий часовий проміжок. Часто комбінується з АПВ, тоді через кілька секунд відбувається повторне включення вимикача, на випадок, якщо замикання самоусунулося.

Спеціальний резервний захист

Спеціальний резервний захист призначений для автономного резервування МТЗ по струмових ланцюгах.Може використовуватися як за високою, так і низькою стороною трансформатора. Їхня дія націлена на первинні та вторинні максимальні струми, які можуть виникнути в безпосередній близькості від об'єкта, що захищається. Робота СРЗ, як правило, має витримку за часом щодо основних МТЗ на стороні 110 - 220 кВ.

Токовий ступінчастий захист

Як і попередній варіант, є різновидом МТЗ, яка вибудовується в ключі послідовності спрацьовування для різних обмоток. Широко використовують у ланцюгах, де споживачі підключаються до джерела з великими пусковими струмами. Однак чутливість максимального захисту має додаткову прив'язку до напруги, що й забезпечує блокування автоматичного відключення у разі запиту занадто потужного навантаження, оскільки просадка напруги не досягає встановленої межі.

Сходи відбудовуються з таким тимчасовим проміжком, щоб вплив на вимикачі навантаження проводилися після основного струмового захисту.

Захист від мінімальної напруги

У разі зниження напруги живлення можливі два варіанти розвитку подій - віддалене коротке замикання, яке іншими захистами розпізнається як велике навантаження або підключення занадто великого сумарного навантаження. І той і інший варіант згубно позначається на роботі трансформатора, тому і при аварійному режимі, і при навантаженні встановлюється витримка часу, після якої відбувається один з таких варіантів:

  • відключення аварійної ділянки;
  • виведення непріоритетних споживачів з роботи;
  • автоматичне включення резерву.

Детальніше про такий тип захисту у статті https://www.asutpp.ru/zaschita-minimalnogo-napryazheniya.html

Відео за темою

Використана література

  • М.А. Шабад «Захист трансформаторів 10кВ» 1989
  • М. О. Беркович. В. В. Молчанов, В. Л. Семенов «Основи техніки релейного захисту» 1984
  • Засипкін А. С. «Релейний захист трансформаторів» 1989
  • Шабад М. А. «Захист трансформаторів розподільчих мереж» 1981
  • Фігурнов Є. П. «Релейний захист» 2004

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик