Примеры расчета коэффициента чувствительности МТЗ трансформатора

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.

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.

1. 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:

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]:

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]:

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

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]:

7. 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:

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:

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

11. 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 кВ	Значение тока КЗ, А	Ток в реле Iр.мин, А	Коэффициент чувствительности kчувст.	Наименование
Трехфазный ток КЗ	Iк(3)=523	—	—	Не проверяется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя и двумя реле	Iк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=452	22,6	9,4 > 1,5	Условие выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ неполная звезда с двумя реле	142	2,37	1 < 1,5	Условие не выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя реле	142	4,9	2 > 1,5	Условие 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.

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:

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:

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

4. 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:

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:

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов

Виды КЗ за трансформатором на стороне 0,4 кВ	Значение тока КЗ, А	Ток в реле Iр.мин, А	Коэффициент чувствительности kчувст.	Наименование
Трехфазный ток КЗ	Iк(3)=523	—	—	Не проверяется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя реле	Iк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=452	26,15	10,9 > 1,5	Условие выполняется
Двухфазный ток КЗ при схеме соединения ТТ неполная звезда с двумя реле	Iк(2)= √3/2*Iк(3)=0,865*523=452	13,08	5,45 > 1,5	Условие выполняется
Однофазный ток КЗ при схеме соединения ТТ полная, неполная звезда с тремя и двумя реле	Iк(1)=Iк(3)/√3=523/√3=302	15,1	6,3 > 1,5	Условие 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.