В приведенных примерах будет рассматриваться только расчет коэффициента чувствительности максимально токовой защиты трансформатора со схемами соединения обмоток звезда-звезда и треугольник-звезда с выведенной нейтралью на стороне 0,4 кВ, подробно расчет токов КЗ и выбор токов срабатывания МТЗ трансформатора — не рассматривается!

Как нужно рассчитывать уставки трансформатора 10/0,4 кВ подробно рассмотрено в статье:«Расчет уставок релейной защиты трансформатора 10/0,4 кВ».

Согласно [Л1. с.165] проверять чувствительность максимально токовой защиты трансформатора нужно не только при двухфазных КЗ, но и при однофазных КЗ на землю на стороне 0,4 кВ. В таблицах 2-1 и 2-3 [Л1. с.158 и с.166] приведены формулы для определения расчетных токов в реле при различных схемах защиты.

Сразу, хотел бы отметить, что в таблице 2-3, есть не которая неточность, схема соединения трансформаторов тока полная звезда – ПРИМЕНЯЕТСЯ и в настоящее время очень часто, ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором при таком соединении определяется так же как и при схеме соединения трансформаторов тока неполная звезда с тремя реле.

Таблица 2-1 - Формулы для определения расчетных токов в реле максимальных токовых защит при двухфазном КЗ
Таблица 2-3 - Формулы для определения расчетных токов в реле максимальных токовых защит при однофазных КЗ

Пример 1 – Определение чувствительности защиты МТЗ трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Y-0

Требуется определить чувствительность защиты МТЗ для трансформатора типа ТМ-400/10, мощность 400 кВА, на напряжение 10/0,4-0,23 кВ, напряжение короткого замыкания Uк = 4,5%, со схемой соединения обмоток Y/Y-0.

Ток 3х фазного КЗ на шинах 10 кВ в минимальном режиме равен — Iк.з.min(3)=11 кА;

Значение тока 3х фазного КЗ на шинах 0,4 кВ, приведенное к стороне 10 кВ равно — Iк.з.min(3) =523 А.

Первичный ток срабатывания МТЗ трансформатора составляет Iсз = 48,3 A.

Решение

Проверяем чувствительность МТЗ трансформатора для схемы представленной на рис.1.

Рис.1 - Схема включения реле тока КА1-КА4 (а) трансформатора с соединением обмоток Y/Y-0

1. Определяем ток срабатывания реле:

Определяем ток срабатывания реле

где:

  • Ксх.= 1 – когда вторичные обмотки трансформаторов тока, выполнены по схеме «полная звезда» и «неполная звезда»;
  • nт =100/5 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

2. Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для двухрелейной схемы в соответствии с таблицей 2-1:

Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для двухрелейной схемы в соответствии с таблицей 2-1

Для трехрелейной схемы формула будет иметь такой же вид как и для двухрелейной схемы.

3. Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19]:

Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4

4. При однофазном КЗ за трансформатором см.рис.1 расчетный ток в реле определяется по току однофазного металлического КЗ, который вычисляется без учета сопротивления питающей энергосистемы и переходного сопротивления в месте КЗ. Для практических расчетов формула имеет следующий вид [Л1. с.176]:

формула по опредлению однофазного КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВ

Значения сопротивлений 1/3Zтр.(1) или Zт/3 определяются по таблице 2 [Л2] и по таблице П-4 из приложения [Л1. с.325].

Таблица 2 - Расчетные сопротивления маслянных трансформаторов ГОСТ 12022-76
Таблица П-4 - Сопротивления маслянных трансформаторов ГОСТ 12022-76

5. Определяем полное сопротивление для трансформатора ТМ-400, мощность 400 кВА 1/3Zтр.(1) = 0,065 Ом.

6. Определяем ток однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ по формуле 2-18а [Л1. с.176]:

Определяем ток однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ по формуле 2-18а

7. Приведем ток однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ к напряжению 10 кВ:

Приведем ток однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ к напряжению 10 кВ

8. Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором при двухрелейной схеме защиты (КА1, КА2 см.рис.1) в соответствии с таблицей 2-3:

Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором при двухрелейной схеме защиты (КА1, КА2 см.рис.1)

9. Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором при трехрелейной схеме защиты (КА1, КА2, КА3 см.рис.1) в соответствии с таблицей 2-3:

Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором при трехрелейной схеме защиты (КА1, КА2, КА3 см.рис.1)

10. Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для двухрелейной схемы защиты:

Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4

11. Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для трехрелейной схемы защиты:

Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для трехрелейной схемы защиты

Как видно из результатов расчета при однофазном КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВ при двухрелейной схеме чувствительности МТЗ — не достаточно, следует применять трехрелейную схему.

Если же у вас чувствительности МТЗ при однофазном КЗ при трехрелейной схеме — не достаточно, тогда нужно дополнительно устанавливать специальную защиту нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ (реле КА4 на рис.1), которая работает при однофазных КЗ на землю.

Для наглядности, результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Виды КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВЗначение тока КЗ, АТок в реле Iр.мин, АКоэффициент чувствительности kчувст.Наименование
Трехфазный ток КЗIк(3)=523Не проверяется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя и двумя релеIк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=45222,69,4 > 1,5Условие выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ неполная звезда с двумя реле1422,371 < 1,5Условие не выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя реле1424,92 > 1,5Условие выполняется

Выводы:

1. Для двухрелейной и трехрелейной схемы при схеме соединения трансформаторов тока неполная звезда и полная звезда чувствительность защиты при двухфазном КЗ – одинакова.
2. Наименее благоприятным режимом для МТЗ трансформатора является однофазное КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВ.
3. При использовании трехрелейной схемы защиты, мы увеличиваем чувствительность защиты в 2 раза по сравнению с двухрелейной схемой при однофазном КЗ.

Пример 2 — Определение чувствительности защиты МТЗ трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y-11

Определять чувствительность защиты МТЗ будем для трансформатора ТМ-400/10 со схемой соединения обмоток ∆/Y-11.

Все исходные данные применяем из примера 1:

  • Iк.з.min(3)=11 кА на стороне 10 кВ;
  • Iк.з.min(3)=523 А на стороне 0,4 кВ приведенное к стороне 10 кВ;
  • nт =100/5 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.
  • Iс.з = 48,3 A — первичный ток срабатывания МТЗ трансформатора.
  • Iс.р = 2,4 A — ток срабатывания реле МТЗ трансформатора.

Решение

Проверять чувствительность МТЗ трансформатора будем для схемы представленной на рис.2.

Рис.2 - Схема включения реле тока КА1-КА4 (а) трансформатора с соединением обмоток ∆/Y-11

1. Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для неполной звезды с двумя реле (КА1, КА2 см.рис.2) в соответствии с таблицей 2-1:

Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для неполной звезды с двумя реле (КА1, КА2 см.рис.2)

2. Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для неполной (полной) звезды с тремя реле (КА1-КА3 см.рис.2) в соответствии с таблицей 2-1:

Определяем ток в реле при двухфазном КЗ за трансформатором для неполной (полной) звезды с тремя реле (КА1-КА3 см.рис.2)

3. Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для неполной звезды с двумя реле:

Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19]

4. Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для неполной (полной) звезды с тремя реле:

Определяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для неполной (полной) звезды с тремя реле

При однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y-11, ток Iк.з.(1) ~ Iк.з.min(3), это связано с тем, что у этих трансформаторов полные сопротивления прямой и нулевой последовательности практически равны.

Исходя из этого, принимаем, что ток однофазного КЗ будет равен: Iк.з.(1) ~ Iк.з.min(3) = 523 А.

5. Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором для неполной, полной звезды с двумя и тремя реле, формула по определению тока в реле имеет одинаковый вид в соответствии с таблицей 2-3:

Определяем ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором для неполной, полной звезды с двумя и тремя реле, формула по определению тока в реле имеет одинаковый вид в соответствии с таблицей 2-3

6. Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для неполной, полной звезды с двумя и тремя реле:

Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для неполной, полной звезды с двумя и тремя реле

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов

Виды КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВЗначение тока КЗ, АТок в реле Iр.мин, АКоэффициент чувствительности kчувст.Наименование
Трехфазный ток КЗIк(3)=523Не проверяется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя релеIк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=45226,1510,9 > 1,5Условие выполняется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ неполная звезда с двумя релеIк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=45213,085,45 > 1,5Условие выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя и двумя релеIк(1)=Iк(3)/√3=523/√3=30215,16,3 > 1,5Условие выполняется

Выводы:

1. Для двухрелейной и трехрелейной схемы и при схеме соединения трансформаторов тока неполная звезда и полная звезда чувствительность защиты при однофазном КЗ – одинакова.
2. Наименее благоприятным режимом для МТЗ трансформатора является однофазное КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВ.
3. При использовании схемы соединения ТТ: полная, неполная звезда с тремя реле, мы увеличиваем чувствительность защиты в 2 раза по сравнению со схемой соединения ТТ неполная звезда с двумя реле при двухфазном КЗ.

Литература:

1. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. 2003 г. М.А.Шабад.
2. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
3. Выпуск №10. Методика выбора уставок защит Sepam присоединений РП (РТП) 6-10 кВ с ячейками SM6. А.Н. Ермишкин. 2007 г.

Рейтинг статьи