+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ — Студопедия.Нет

ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

А) Составляющие тока небаланса

При внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вто­ричных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие не­равенства вторичных токов в реле в указанных режимах появля­ется ток небаланса , который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую Iнб. Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1)      Составляющая Iнб.т.т  вызывается наличием по­грешностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, пи­тающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих в реле при внешнем к. з.,

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фазе полностью скомпенсировано, получим, что I 1 / nI = III/nII. С уче­том этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

Выражение (16-176) показывает, что, как и в дифференциаль­ных защитах линий игенераторов, ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической раз­ ности намагничивающих токов трансформаторов тока защиты. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной.

2)      Составляющая

Iнб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового транс­
форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при определен­ных соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса Iнб.рег. Обычно параметры компенси­рующих устройств ( wyили па) подбираются для среднего значе­ния N. При отклонении от него на ± ∆N% появляется ток не­баланса

где Iскв — сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор. Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять

N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформато­ров с регулировкой N под нагрузкой ∆ N = ±10 ÷ 15%.

3) Составляющая небаланса, возникающая при неточной компенсации неравенства токов плеч Iнб.комп,  появляется в тех случаях, когда регулирующие возможности компенсирую­
щих устройств не позволяют подобрать расчетные значения (wy или па), необходимые для полной компенсации.

4) Составляющая, обусловленная наличием тока на­магничивания Iнам у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на рис. 16-23, и вызывает ток

Iнб.нам = Iнам трансформатора.

В нормальном режиме Iнам силового трансформатора не пре­вышает 1—5% номинального тока; при к. з. ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с вне­запным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намаг­ничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и к. з. Iнб.нам обычно не учитывается из-за малой вели­чины его.

5) Компенсирующие трансформаторы и автотрансформаторы вносят погрешность при трансформации токов плеч, что вызывает появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и поэтому не учитывается.

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифферен­циальной защите трансформаторов при внешних к. з. определя­ ется в основном I

нб.т.т  и Iнб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток Iнб.комп, вызван­ ный неточностью компенсации неравенства топов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

б) Причины повышенного I нб в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов

Величина тока небаланса в дифференциальных защитах транс­форматоров оказывается обычно большей, чем в дифференциаль­ных защитах генераторов, что объясняется наличием дополнитель­ных составляющих в токе небаланса (Iнб.рег и Iнб.комп) и большим абсолютным значением составляющей Iнб.т.т, обусловленной по­грешностями трансформаторов тока. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных защит трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипности трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего, среднего и низшего напряжения силовых трансформаторов.

Эти конструктивные различия порождают различие магнитных характеристик трансформаторов тока и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности IIIнамI 1нам, определяющей величину Iнб.т.т .

Особенно резко отличаются характеристики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (напряже­нием 35 кВ и выше), от характеристик выносных трансформато­ров тока, применяемых на напряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной защиты трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, при­соединенной ко вторичным обмоткам трансформаторов тока,

и значительное различие сопротивлений плеч.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлении соединительных проводов между трансформатором тока и реле и определяется расстоянием от щита уп­равления, где устанавливаются реле, до распределительных устройств, в которых размещаются трансформаторы тока за­щиты силовых трансформаторов. Очень часто эти расстояния бывают значитель­ными и неодинаковыми по величине.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ло­жится утроенной нагрузкой на транс­форматоры тока, соединенные в треуголь­ник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч трансформаторы тока, соединенные в треугольник, оказываются бо­лее-загруженными, чем вторая группа трансформаторов тока, соединяемая в звезду (см. § 3-7).

Третья особенность имеет место у трехобмоточных транс­форматоров, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки.

В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для раз­личных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты получаются неодинаковыми. Через одну группу (Т III ) протекает суммарный ток к. з., в то время как через две группы (Т1 и Т II ) — лишь часть этого тока (рис. 16-24).

В результате первая группа трансформаторов тока Т III на­магничивается сильнее, что вызывает резкое увеличение их намаг­ничивающих токов по сравнению с намагничивающими токами двух остальных групп.

в) Расчет Iнб

Расчетным путем ток небаланса Iнб.т.т  оценивается, так же как и в дифференциальной защите генераторов, по приближенной формуле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з.

Iк.макс погрешность трансформаторов тока ε не превышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где kодн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему, kодн= 0,5 ÷ 1; при суще­ственном различии условий работы и конструкций трансформато­ров тока различие их погрешностей достигает максимального зна­чения и тогда kодн принимается равным 1.

С учетом выражений (16-18) и (16-20) расчетное значение пол­ного тока небаланса по выражению (16-19) примет вид:

г) Меры для предупреждения действия защиты от токов не­ баланса

Предотвращение работы защиты от токов небаланса достига­ется выбором тока срабатывания защиты Iср > Iнб.

Очевидно, что данное условие ограничивает чувствительность защиты.

Для обеспечения достаточной чувствительности защиты при­нимаются меры к понижению величины Iнб. Уменьшение токов небаланса, обусловленных погрешностью трансформаторов тока Iнб.т.т, обеспечивается подбором трансформаторов тока и их вто­ ричной нагрузки таким образом, чтобы они не насыщались при максимальном значении тока сквозного к. з. Для обеспечения этого условия трансформаторы тока и их вторичная нагрузка выбираются по кривым предельной кратности или по характеристикам намагничивания трансформаторов тока так, чтобы погрешность трансформаторов тока не превы­шала 10%.

Хотя указанные меры и позволяют уменьшить ток небаланса (за счет снижения

Iнб.т.т ), его значение остается все же большим. В связи с этим для повышения чувствительности дифференциаль­ной защиты и вместе с тем для более надежной отстройки от токов небаланса применяются реле, включенные через быстронасыщающиеся вспомогательные трансформаторы, и реле с торможением.

Принцип действия диф защиты трансформатора (ДЗТ): токи небаланса, ТТ, коэффициенты

Принцип действия продольных защит основан на первом законе Кирхгофа.

Условная схема дифференциальной защиты

Если принять за узел защищаемый объект (рис. 1.1) и фиксировать ток на всех ветвях, связывающих защищаемый объект (узел) с внешней сетью, то при повреждении на отходящей ветви сумма токов, входящих и выходящих из узла, будет равна нулю.
Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса

Рис. 1.1. Схема дифференциальной защиты с циркулирующими токами

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса
При повреждении защищаемого объекта (КЗ в узле) сумма токов по ветвям будет равна току короткого замыкания.

По схеме на рис. 1.1 в нормальном нагрузочном режиме и при внешнем коротком замыкании (на исходящей ветви, за трансформатором тока в сторону сети) во вспомогательных проводах, соединяющих вторичные обмотки трансформаторов тока, циркулируют токи, равные вторичным токам ТТ.

Поэтому такое выполнение продольной дифференциальной защиты именуется схемой с циркулирующими токами. Другим вариантом исполнения дифференциального принципа (рис. 1.2) является схема с уравновешенными напряжениями, в которой вторичные обмотки ТТ соединяются между собой последовательно, и в эту же цепь включен реагирующий орган (дифференциальное реле). Считается, что одноименные концы первичной и вторичной обмоток ТТ расположены с одной стороны. Ток в реле будет равен:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса  (1–1)

где Z – сумма сопротивлений вспомогательных проводов, обмотки реле и обмоток ТТ.

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небалансаРис. 1.2. Схема дифференциальной защиты с уравновешенными напряжениями

В нормальном режиме и коротком замыкании вне зоны действия Е1 = Е2 и направлены в противоположные стороны, ток в реле равен нулю.

При повреждении в защищаемой зоне Е1 ≠ Е2, но направлены в одну сторону, ток в реле не равен нулю и, если он превышает ток срабатывания, то защита отключит поврежденный элемент.

В схеме с уравновешенными напряжениями в нормальном режиме и внешних коротких замыканиях токи во вторичных обмотках ТТ отсутствуют, и ТТ работают в режиме холостого хода. Это может привести к недопустимому перегреву ТТ и появлению высоких напряжений во вторичных цепях, поэтому схема с уравновешенными напряжениями со стандартными трансформаторами тока по рис. 1.2 не применяется, обычно устанавливаются специальные промежуточные ТТ. Кроме того, схема требует использования максимально близких по характеристикам ТТ. Таким образом, схема с уравновешенными напряжениями получается более сложной, чем с циркулирующими токами, и поэтому она получила ограниченное применение.

В свою очередь схема с циркулирующими токами может выполняться в двух вариантах: с малым сопротивлением и с большим сопротивлением дифференциальной цепи реле.

Достоинством схемы с малым сопротивлением дифференциального реле является шунтировка измерительных ТТ, что максимально устраняет их влияние друг на друга.

Достоинством схемы с большим сопротивлением дифференциальной цепи является автоматическое загрубление защиты при насыщении какого-либо ТТ при внешнем КЗ, так как в этом случае малое сопротивление ветви намагничивания насыщенного ТТ шунтирует дифференциальную цепь, уменьшая ток (напряжение) небаланса.

Чаще всего схема с большим сопротивлением дифференциальной цепи применяется при выполнении дифференциальных защит шин, где возможно глубокое насыщение ТТ на том присоединении, где произошло внешнее для дифференциальной защиты КЗ и в чувствительных дифференциальных защитах от замыканий на землю. В настоящее время в связи с уменьшением затрат на реализацию сложных алгоритмов при переходе на электронную элементную базу изготовления реле, схема с большим сопротивлением вытесняется защитами с малым сопротивлением дифференциального реле.

При рассмотрении принципа действия дифференциальных защит было принято, что в нагрузочном режиме и в режиме внешнего короткого замыкания ток в дифференциальной цепи равен нулю. Это возможно только в том случае, если вторичные токи ТТ точно равны первичным приведенным токам, т. е.
Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса

В действительности в дифференциальной цепи в этих режимах протекает ток, называемый током небаланса.

Определим, из каких составляющих складывается ток небаланса.

Погрешность ТТ в работе диф защиты трансформатора

Эта составляющая тока небаланса характерна для всех дифференциальных защит и вызвана тем, что вторичный ток равен:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 2)

где Iвтор. – вторичный ток ТТ;
I’перв. – приведенный ко вторичной обмотке первичный ток;
I’нам. – приведенный ко вторичной обмотке ток намагничивания.
Ток в реле – ток небаланса – равен (для дифференциальной защиты с двумя ветвями):

Iр.=Iнб.=Iвтор.1 – Iвтор.2 = I’перв.1 – I’нам.1 – I’перв.2 + I’нам.2 , (1 – 3)

где Iвтор.1, I’перв.1, I’нам.1 – вторичный, приведенный первичный и приведенный ток намагничивания ТТ первой ветви;
Iвтор.2, I’перв.2, I’нам.2 – то же для второй ветви.
При условии, что первичные токи защищаемого объекта равны первичным токам ТТ при внешнем коротком замыкании:
Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небалансаТок небаланса будет равен:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 4)

В общем случае ток небаланса равен геометрической сумме токов намагничивания всех ветвей дифференциальной защиты:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 5)

Для того чтобы выявить влияние нагрузок ТТ и сопротивления дифференциального реле на ток небаланса, составим схему замещения дифференциальной защиты [3]:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса
Рис. 1. 3. Схема замещения дифференциальной токовой защиты

На рис. 1. 3. введены следующие обозначения:
Z’перв1, Z’нам1, Zвтор1 – приведенные сопротивления первичной обмотки и ветви намагничивания,сопротивление вторичной обмотки ТТ первой ветви;
Z’перв2, Z’нам2, Zвтор1 – то же для второй ветви;
I’перв1, I’нам1, Iвтор1 – приведенные первичный ток, ток намагничивания и вторичный ток ТТ первой ветви;
I’перв2, I’нам1, Iвтор1 – то же для второй ветви;
IР, ZРО – ток в цепи дифференциального реле и сопротивление дифференциального реле;
rпр1, rпр2 – сопротивление соединительных проводов от ТТ до дифференциального реле для первой и второй ветви.

Принимая, что все сопротивления по рис. 1. 3 являются линейными элементами и составив для этой схемы уравнения по законам Кирхгофа, получим для Iнб при внешнем КЗ, когда I’перв1 = I’ перв2:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 6)

где Z2 = Zвтор2 + rпр2 ; Z1 = Zвтор1 + rпр1;
Z’нам1 • Z’нам2 = Z’ 2нам;
Z’нам1 + Z’нам2 = 2Z’нам.
Анализ формулы (1 – 6) показывает, что для снижения тока небаланса необходимо для менее мощных ТТ (имеющих меньшее сопротивление намагничивания) уменьшать внешнюю нагрузку.

К сожалению, для большинства трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник», как раз для менее мощных ТТ, на стороне «звезды» нагрузка должна быть увеличена в три раза за счет соединения ТТ в «треугольник», что приводит к большой погрешности ТТ, к увеличению тока небаланса и соответственно к увеличению тока срабатывания дифференциальной защиты.

В переходных режимах работы токи небаланса могут во много раз превосходить установившиеся значения. Проведенные исследования показали, что переходный ток небаланса может содержать значительную апериодическую составляющую, причем при равенстве сопротивления плеч и идентичности вольт-амперных характеристик ТТ ток небаланса представляет однополярный сигнал.

При неравенстве сопротивления плеч ТТ в токе небаланса появляются отрицательные полуволны [4]. На переходный процесс оказывают значительное влияние постоянные времени первичной и вторичной цепи – с их возрастанием токи небаланса увеличиваются, а сам переходный процесс затягивается.

Для обеспечения правильного функционирования дифференциальной защиты необходимо ток срабатывания защиты отстроить от токов небаланса, вызванных погрешностью ТТ в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания.

Ввиду сложности расчетов для реальных ТТ переходных токов небаланса, ток срабатывания дифференциальных защит выбирают по условию отстройки от установившегося тока небаланса, а учет переходного режима производится введением повышающего коэффициента kпер, который определяет степень конструктивной отстройки дифференциального реле от переходного режима (реле с промежуточными насыщающимися ТТ, реле с время-импульсной схемой и т.д.).

Для дифференциальных защит, в которых объединяются ТТ нескольких сторон защищаемого объекта, ток небаланса, вызванный погрешностями ТТ, определяется в режиме, когда ТТ одной стороны работают с допустимой погрешностью, а ТТ других – без погрешности.

В этом случае разность токов сторон будет протекать в дифференциальной цепи и определять ток небаланса.

Максимальная допустимая полная погрешность ТТ для дифференциальных защит в установившемся режиме максимального тока внешнего КЗ не должна превышать 10%.

Если для дифференциальной защиты используются ТТ одинакового типа, с одним коэффициентом трансформации, работающие примерно в одинаковых условиях, то мало вероятно, чтобы погрешность, с одной стороны, была равна допустимой, а с другой – равна нулю. Для учета таких условий работы ТТ (в формуле определения тока небаланса) вводится коэффициент однотипности ТТ, равный 0,5.

Таким образом, составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью ТТ, определяется:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 7)

где kпер – коэффициент, учитывающий переходный режим;
kодн – коэффициент однотипности ТТ, который принимается равным 1,0 или 0,5 в зависимости от условий работы ТТ;
ε – полная погрешность ТТ в установившемся режиме при расчетном токе внешнего металлического КЗ;
IКЗ макс – максимальное значение тока при установившемся внешнем металлическом КЗ.

Защита с током срабатывания, выбранным по условию отстройки от тока небаланса по (1–7), не обеспечивает требование необходимой чувствительности защиты, поэтому применяют различные способы повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса. Традиционным способом отстройки от токов небаланса является процентное торможение, под которым понимается возрастание тока срабатывания дифференциального реле с увеличением тормозного тока. В качестве тормозного тока можно использовать фазный ток одной или нескольких сторон защиты, полусумму абсолютных значений токов сторон защиты и т.п.

Компенсация угловых сдвигов первичных токов и исключение токов нулевой чувствительности

Для силовых трансформаторов со схемой соединения «звезда−треугольник» между токами высшего и низшего напряжения существует угловой сдвиг с кратностью в 300. Без принятия мер для компенсации этого сдвига потребовалось бы значительное загрубление дифференциальной защиты по току срабатывания. Поэтому угловой сдвиг первичных токов компенсируется соответствующим поворотом вторичных токов на одной из сторон трансформатора.

Первичный поворот токов происходит из-за соединения обмоток трансформатора в «треугольник». Поэтому для компенсации фазовой погрешности трансформаторы тока тоже соединяются в треугольник.

Теоретически безразлично, на какой стороне соединить трансформаторы тока в «треугольник». Однако для силового трансформатора с заземленной нулевой точкой на стороне «звезда» при внешнем повреждении на землю со стороны нейтрали протекают токи нулевой последовательности – нейтраль «генерирует» токи нулевой последовательности. Эти токи трансформируются во вторичную цепь на стороне высшего напряжения, а на стороне «треугольника» в трансформаторах тока эти токи отсутствуют, так как первичные токи нулевой последовательности циркулируют внутри обмотки «треугольника» и не выходят во внешнюю цепь. Таким образом, весь ток нулевой последовательности со стороны «звезды» трансформатора будет протекать в дифференциальную цепь.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты необходимо подавить токи нулевой последовательности в дифференциальной цепи.

Соединение трансформаторов тока на стороне «звезды» силового трансформатора в «треугольник» обеспечивает, с одной стороны, компенсацию углового сдвига первичных токов и, с другой стороны, отсутствие тока нулевой последовательности в дифференциальной цепи за счет того, что токи нулевой последовательности циркулируют внутри схемы «треугольника» трансформаторов тока.

Следует заметить, что соединение трансформаторов тока в «треугольник» увеличивает нагрузку вторичной цепи в три раза, что может привести к увеличению погрешности трансформаторов тока, необходимости увеличения сечения контрольных кабелей, замены трансформаторов тока и т.д.

В современных цифровых дифференциальных защитах компенсация углового сдвига токов и исключение токов нулевой последовательности обеспечивается программными средствами, что позволяет на всех сторонах силового трансформатора соединять трансформаторы тока в «звезду».

Интересное видео о защите силового трансформатора:

Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ

Для выравнивания вторичных токов с разных сторон силового трансформатора необходимо, чтобы номинальные первичные токи силового трансформатора были равны номинальным первичным токам ТТ, а при соединении ТТ в «треугольник» – номинальный первичный ток ТТ был в √3 раз меньше номинального тока этой стороны силового трансформатора.

ТТ имеют стандартную шкалу номинальных значений, поэтому для выравнивания вторичных токов с разных сторон трансформатора используются промежуточные автотрансформаторы (трансформаторы) или магнитное выравнивание с помощью подключения цепей вторичных токов к разным числам витков.

Однако все эти способы не позволяют точно сбалансировать вторичные токи (невозможность установки дробного числа витков или из-за дискретности отпаек витков обмотки и т.п.), поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Эта составляющая определяется:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 8 )

где Wрасч – расчетное число витков;
Wуст – установленное число витков.
Расчетное число витков определяется по выражению:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 9)

где Wосн и Iном. осн – число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за основную;
Wрасч и Iном – расчетное число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за неосновную.

Следует отметить, что в современных цифровых реле удается минимизировать эту составляющую тока небаланса (до уровня ≈ 1%).

Регулировка коэффициента трансформации силовых трансформаторов

Выравнивание вторичных токов ТТ производится при одном определенном коэффициенте трансформации силового трансформатора (при номинальном или оптимальном положении регулятора). При изменении положения регулятора напряжения равенство токов (ампер-витков) нарушается.

В дифференциальной цепи появляется еще одна составляющая тока небаланса, которая определяется по формуле:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 10)

где Δu – относительное максимальное изменение коэффициента силового трансформатора от номинального (оптимального) значения.

Ток намагничивания при работе ДЗТ

Основной особенностью дифференциальных защит трансформаторов является неравенство нулю суммы МДС его обмоток из-за необходимости создания в сердечнике трансформатора основного потока, т.е. отношение токов по сторонам трансформатора не равно отношению числа витков за счет наличия тока намагничивания.

Поэтому в токе небаланса появляется еще одна составляющая – ток намагничивания. В нормальном режиме ток намагничивания не превышает 1 – 2% номинального тока и практически не учитывается при выборе тока срабатывания дифференциальной защиты.

Однако в режимах перевозбуждения его величина может возрасти до значений, соизмеримых с током срабатывания дифференциальной защиты.

Режим перевозбуждения возможен при повышении напряжения обмотки свыше номинального или при снижении частоты, этот режим можно характеризовать краткостью перевозбуждения:

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса (1 – 11)

где – Вном, uном, fном – номинальные значения индукции в сердечнике, напряжения и частоты.
При перевозбуждении увеличиваются потери в трансформаторе на гистерезис и вихревые токи, происходит нагрев до недопустимых температур конструктивных элементов, что приводит к нагреву изоляции и ее повреждению, поэтому режим перевозбуждения должен быть ограничен во времени.

Т а б л и ц а 1-1

Максимальное допустимое время существования режима перевозбуждения [1]

B/Bном 1,15 1,3 1,58 1,66
t, с 1200 20 1 0,1

Кроме повышения напряжения или снижения частоты, которые собственно и являются причинами перевозбуждения, этот режим характеризуется появлением в дифференциальном токе пятой, седьмой, а при схеме соединения ТТ дифференциальной защиты «звезда−звезда» еще и третьей гармоник. Так как насыщение сердечников силового трансформатора происходит в оба полупериода, то в токе намагничивания отсутствует постоянная составляющая.

При подаче напряжения на трансформатор или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания ток намагничивания резко возрастает и может достичь значений пяти−восьмикратных от номинального, причем большая часть броска тока намагничивания протекает со стороны подачи напряжения, а в режиме холостого хода весь ток намагничивания проходит со стороны питания, т.е. этот ток будет проходить в дифференциальную цепь.

Поэтому должны быть выявлены признаки, по которым можно отличить бросок тока намагничивания от тока короткого замыкания из-за повреждения трансформатора.

Рассмотрим физические процессы, которые происходят при включении трансформатора на примере однофазного трансформатора (рис. 1. 4). Если в момент включения напряжение питания проходит через нулевое значение, то установившееся значение магнитного потока должно быть близко к максимальному. Магнитный поток в сердечнике трансформатора не может измениться мгновенно, что приводит к возникновению свободной апериодической составляющей потока, величина которой должна быть такой величины, чтобы результирующий магнитный поток был равен нулю или остаточному потоку, если к моменту включения в магнитопроводе существовал остаточный поток. В результате кривая результирующего магнитного потока оказывается смещенной относительно нулевой линии. В пределе через половину периода результирующий магнитный поток может принять двойное значение и более при наличии остаточной индукции с неблагоприятным знаком.

Насыщение магнитопровода и вызывает появление значительных бросков тока намагничивания.

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса

Рис. 1.4. Бросок тока намагничивания однофазного трансформатора

В трехфазных трансформаторах на броски тока намагничивания каждой фазы оказывают влияние магнитные потоки в сердечниках других фаз и обмотки трансформатора, соединенные в «треугольник». В зависимости от момента подачи напряжения, режима нейтрали, групп соединения обмоток трансформатора, (трехстержневой трансформатор или состоит из однофазных трансформаторов) бросок тока намагничивания может быть двух видов.

В первом случае во всех трех фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер, причем в одной фазе бросок тока намагничивания будет максимальным, в двух других – одинаковые и противоположные по знаку первой фазы.

Во втором случае в двух фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер разного знака, а в третьей фазе – периодический характер. Периодический бросок тока намагничивания может достигать двукратного значения номинального тока трансформатора. Идеализированные формы двух видов броска тока намагничивания показаны на рис 1.5, а осциллограмма взятия под напряжение трансформатора с броском тока намагничивания второго вида приведена на рис. 1.6.
Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса

Рис. 1.5. Идеализированные формы бросков тока намагничивания первого и второго вида

Диф защита трансформатора (ДЗТ): принцип действия и токи небаланса

Рис. 1.6. Осциллограммы токов намагничивания при взятии под напряжение силового трансформатора

При соединении ТТ дифференциальной защиты в «треугольник» при однополярных бросках тока намагничивания в дифференциальной цепи одной из фаз (где протекает разность токов) может появиться вторичный ток периодического характера.

После насыщения ТТ однополярным броском тока намагничивания во вторичном токе также появляются отрицательные полуволны.

Анализ кривых трехфазного броска тока намагничивания показывает следующие его характерные особенности:

  • бросок тока намагничивания, по крайней мере в двух фазах, носит апериодический характер;
  • апериодический бросок тока намагничивания в пределах одного периода имеет только один максимум и существенную токовую паузу в то время как ток короткого замыкания – два максимума за период;
  • в периодическом броске тока намагничивания имеется бестоковая пауза, меньшая по длительности, чем при апериодическом броске;
  • бросок тока намагничивания содержит высшие гармонические составляющие: вторую, третью и т.д., особенно велика доля второй гармоники. Даже в периодическом броске тока намагничивания доля второй гармонической составляющей велика.

К сожалению, при повреждении в зоне действия дифференциальной защиты ток короткого замыкания может иметь (как и при броске тока намагничивания) быстро затухающую апериодическую составляющую.

При насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей первичного тока во вторичном токе появятся четные гармоники. При больших кратностях тока короткого замыкания в режиме глубокого насыщения трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться и паузы. Таким образом, все признаки броска тока намагничивания присущи и вторичному току при больших величинах тока короткого замыкания в зоне работы дифференциальной защиты. Поэтому высокочувствительные дифференциальные защиты трансформаторов, использующие для блокировки один из перечисленных признаков броска тока намагничивания, могут правильно работать только в определенном диапазоне токов.

При токах, когда погрешности трансформаторов тока могут привести (в результате блокировки) к замедлению действия защиты или ее отказу, предусматривается грубая дифференциальная защита, отстроенная по току срабатывания от броска тока намагничивания, так называемая дифференциальная отсечка.

ПУЭ допускает использование дифференциальной отсечки как основной защиты на трансформаторах мощностью до 25 МВ•А. Для дифференциальной отсечки с электромагнитным токовым и выходным промежуточным реле ток срабатывания может быть принят трех–четырехкратным номинального тока трансформатора.

Ток — небаланс — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Ток — небаланс

Cтраница 1

Ток небаланса обусловливается погрешностью трансформаторов тока и неравенством сопротивлений параллельных линий.  [1]

Ток небаланса определяется согласно § 6 — 3 а как разность вторичных токов при наибольшей разбалан-сир О Вке дифференциальной защиты при регулировании напряжения переключением ответвлений трансформатора.  [2]

Ток небаланса в нулевови проводе содержит в основном первую и третью гармоники.  [3]

Ток небаланса создает магнитный поток, имеющий направление, обратное магнитному потоку включающей катушки. Когда ток небаланса в силовой цепи включения дифференциального реле ( рис. 222) достигнет установленной величины, усилие, удерживающее якорь от результирующего магнитного потока в зоне зазора б, уменьшается на столько, что под действием выключающей пружины якорь отпадает. Перемещение якоря вызывает размыкание блокировочных контактов, которые разрывают цепь удерживающей катушки БВ или прерывают питание катушек контактора КВЦ. При этом прерывается цепь, в которой было короткое замыкание.  [5]

Токи небаланса в рассматриваемой защите часто больше, чем для защит трансформаторов с двумя группами ТА. Это прежде всего определяется возможными повышенными кратностями токов сквозных КЗ за счет прохождения через ТА, распоюженные со стороны внешнего КЗ, суммы токов других сторон ( например, трехобмоточного трансформатора с тремя выключателями) и отсутствия ограничения слагающих токов реактивностью защищаемого элемента при присоединении к шинам со стороны питания через несколько ( например, два) выключателей. Поэтому защиты, как правило, имеют торможение от токов плеч.  [7]

Ток небаланса в обмотке реле при использовании реле РНТ ( ДЗТ) измеряется с помощью миллиамперметра, включенного последовательно с обмоткой самого реле в цепь вторичной обмотки промежуточного насыщающего трансформатора — к зажимам 11, 12, перемычка между которыми снимается.  [8]

Токи небаланса в рассматриваемой защите часто больше, чем для защит трансформаторов с двумя группами ТА. Это прежде всего определяется возможными повышенными кратностями токов сквозных КЗ за счет прохождения через ТА, расположенные со стороны внешнего КЗ, суммы токов других сторон ( например, трехобмоточного трансформатора с тремя выключателями) и отсутствия ограничения слагающих токов реактивностью защищаемого элемента при присоединении к шинам со стороны питания через несколько ( например, два) выключателей. Поэтому защиты, как правило, имеют торможение от токов плеч.  [10]

Ток небаланса обусловливается погрешностью трансформаторов тока и неравенством сопротивлений параллельных линий.  [11]

Ток небаланса поступает в нуль-орган прибора, где преобразуется в переменный ток и усиливается.  

Ток небаланса — Студопедия

В действительных условиях трансформаторы тока имеют погрешность, а именно при равенстве первичных токов, вторичные токи при внешних КЗ и нормальной работе не равны по величине и не совпадают по фазе, то есть в реле появляется ток небаланса Iн.б.

, (2.41)

таким образом, ток небаланса определяется токами намагничивания , которые для любых двух трансформаторов тока (TAI, TAII) не равны, вследствии не идентичности их характеристик намагничивания (см. рис. 2.19). С увеличением первичного тока разница в токах намагничивания, а следовательно и ток небаланса возрастает. Для выбора Iс.р, необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних КЗ. Расчетные методы определения максимального тока небаланса Iн.б. max. расч., основаны на предварительном определении токов намагничивания. Значительная величина тока намагничивания при переходных процессах во вторичных цепях трансформатора тока обусловлена наличием в токе КЗ плохо трансформируемой апериодической составляющей, которая приводит к насыщению сердечника и увеличению тока намагничивания, что ухудшает трансформацию периодической составляющей тока КЗ, следовательно, ток намагничивания еще больше растет. Поэтому максимальный ток небаланса в схеме дифференциальной защиты, имеет место если повреждение возникло в момент, когда апериодическая составляющая наибольшая. Наряду с апериодической составляющей на величину токов намагничивания сильно влияет величина и знак остаточной индукции сердечника (т. к. остаточная индукция по знаку может совпадать с индукцией от апериодической составляющей тока КЗ), следовательно, ток намагничивания в переходном режиме может сильно возрасти).


Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты Iс.р. выбирается с учетом Iн.б.мах расч.; т. е.

, (2.42)

где

. (2.43)

При определении Iнб.max.расч., исходя из того что трансформатор тока в схеме выбраны так, что полная погрешность ε не превышает 10%, при заданной вторичной нагрузке; Капер.=2 – коэффициент апериодичности, учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на величину тока небаланса; Кодн.=0,5÷1 – коэффициент однотипичности трансформаторов тока.

Коэффициент чувствительности, представляет собой отношение минимального значения тока в точке КЗ Iк.з.min, при повреждении в зоне, к току срабатывания защиты Iс.з. коэффициент чувствительности должен быть не меньше 2.


Одним из способов повышения чувствительности защита, (т.е. уменьшения Iс.з.) является отстройка от переходных значений тока небаланса по времени. однако этот способ не эффективен, т. к. он не дает использовать в полной мере основное свойство дифференциальной защиты – быстродействие. Поэтому для повышения чувствительности дифференциальных защит применяют следующие способы:

— включение токового реле через промежуточный быстронасыщающийся трансформатор тока (БНТ).

— применение дифференциальных реле с торможением.

32.Поперечная дифференциальная токовая защита. Ток небаланса.

Поперечная дифференциальная токовая защита.

Принцип действия основан на сравнении токов одноименных фаз.

Трансформаторы тока устанавливают  в начале защищаемой линии у источника.  Берут трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации.

Реле тока включается на разность токов двух фаз.

         При нормальной работе и внешних КЗ (т. К1) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле.

,

— коэффициент отстройки, =1,3.

Максимальный расчетный ток небаланса.

,

Например, при КЗ в точке К2 равенство токов нарушается.

Если >, то защита срабатывает и отключает выключатель.

Рассмотрим КЗ, близкое к шинам п./ст. (точка К3). В этом случае токи  отличаются незначительно и защита может не действовать. Появляется мертвая зона. Ее величина по правилам не должна быть более 0,1 линии.

Величина мертвой зоны определяется по формуле

Достоинства защиты.

1. Имеет абсолютную селективность.

1.1    Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2    Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

Недостатки.

1.     Имеет мертвую зону. Не защищает конец линии и шины подстанции. Не может использоваться в качестве основной защиты.

2.     В случае отключения одной из линий должна выводиться из действия.

3.     Не может определить на какой линии произошло КЗ. Не может быть использована на линиях с автоматичекими выключателями, когда требуется отключать только поврежденную линию.

В общем случае при срабатывании защиты нужно определить поврежденную линию, отключить ее вручную, вывести защиту из действия, а затем включить оставшуюся линию.

 

Ток небаланса

Схема замещения трансформатора тока.

где , — первичные токи трансформаторов тока, приведенные ко вторичному;

      ,  — токи намагничивания, приведенные ко вторичному току;

Ток в реле при нормальной работе Iр=I2II2II

.

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

 

Ток срабатывания реле выбирают с учетом тока небаланса

Ток небаланса рассчитывается по формуле

где ε=10% — полная максимально возможная погрешность транс­форматоров тока при заданной вторичной нагрузке и пре­дельной кратности тока КЗ;

=0,5…1,0. — коэффициентом однотипности. Учитывает разброс параметров трансформаторов тока.

=2.0 – коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляю­щей тока КЗ на ток небаланса;

 

Коэффициент чувствительности

 

 

 должен быть в пределах =1,5…2.

При использовании обычных реле тока чувствительность дифференциальной защиты часто оказывается недостаточной.

 

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты.

1.     Отстройка от переходных токов небаланса по времени.

Преимущество. Простота.

Недостаток. Не дает использовать главное преимущество дифференциальной защиты —  ее быстродействие.

2.     Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока.

Применяется редко. Например, в дифференциальных защитах генераторов малой мощности.

3.     Исключение апериодической составляющей из переходного тока небаланса.

Этот способ реализован в реле РНТ с насы­щающимся трансформатором тока (НТТ). При синусоидальном токе насыщающийся трансформатор не ока­зывает существенного влияния на работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляющая, то магнитопровод НТТ сильно насыщается, сопротивление намагничивания резко падает, ток намагничивания увеличивается, а вторичный ток уменьшается. Коэффициент трансформации НТТ автоматически увеличивается. Нормальная работа на­сыщающегося трансформатора восстанавливается после ис­чезновения апериодической составляющей.

Защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. При расчете тока небаланса можно не учитываь влияния апериодической состав­ляющей.

=1,0-1,3.

4.     Использование в дифференциальной защите реле с торможением.

Токи небаланса могут быть большими не только в переходном, но и в установившемся режиме внешнего КЗ. В этом случае апериодическая составляющая отсутствует и реле РНТ непригодно.

Используется реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ.

Реле позволяет автоматически с изменением тока внешнего КЗ I’к.вн. изменять ток срабатывания реле Iс.р.  Реле имеет тормозную обмотку. Реле включается так, что обеспечивается пропорциональность между тормозным током  и током внешнего КЗ  I’к.вн. Ток срабатывания реле определяется условием

 

Преимущества продольной дифференциальной защиты.

2.     Имеет абсолютную селективность.

1.1    Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2    Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

3.     Для участков небольшой длины проста и надежна.

Недостатки.

При увеличении зоны защиты, увеличивается длина соединительных проводов, снижается надежность из-за отказов вспомогательных проводов. Требуется специальное устройство, контролирующее их исправность. Появляется дополнительный ток небаланса. Часто приходится использовать реле с торможением. Возрастает стоимость защиты.

 

 

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

а) Составляющие тока небаланса’

При внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вторичных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие не­равенства вторичных токов в реле в указанных режимах появля­ется ток небаланса

/нб=/1в-/пв, (18-17)

который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием Намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую 1ас Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1) Составляющая /нб.т.т вызывается наличием по­
грешностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, пи­
тающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания раз­
ность вторичных токов, проходящих в реле при внешнем к. 3.,

(1б-17а)

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фаао полностью скомпенсировано, получим, что 1\1п\ — Тц/пц- С уче­том этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

(16-176)

Выражение (16-176) показывает, что, как и в дифференциаль­ных защитах линий и генераторов, ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической рои-ности намагничивающих токов трансформаторов тона ио/цити. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую поличипу и является основной.


2) Составляющая /нб.рег появляется при иимоиеиии
(регулировании) коэффициента трансформации N СИЛОВОГО транс­
форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при о и р о д о лон­ных соотношениях токов обмоток СИЛОВЫХ трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов нарушается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса /Нб.рег- Обычно параметры компенси­рующих устройств (wY или па) подбираются для среднего .значе­ния N. При отклонении от него на ±Д N% появляется ток не­баланса

(16-18)

где /Скв — сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор. Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформато­ров с регулировкой N под нагрузкой А N = ±10 ■*• 15%.

Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы

tznp 1 Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

tznp 2Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

tznp 3Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Токи небаланса

 Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Несимметрия тока и напряжения — причины и меры по устранению

Что такое несимметрия?

Любое отклонение формы сигнала напряжения и тока от идеальной синусоидальной формы по величине или фазовому сдвигу называется дисбалансом. В идеальных условиях, т.е. когда к системе подключены только линейные нагрузки, фазы источника питания разнесены на 120 градусов с точки зрения фазового угла, и величина их пиков должна быть одинаковой. На уровне распределения несовершенная нагрузка вызывает несимметрию тока, которая перемещается к трансформатору и вызывает разбаланс трехфазного напряжения.Даже незначительный дисбаланс напряжения на уровне трансформатора существенно искажает форму волны тока на всех подключенных к нему нагрузках. Не только на стороне распределения, но и через трансформатор, дисбаланс напряжения также нарушает работу высоковольтной энергосистемы.

Причины дисбаланса

Практические дефекты, которые могут привести к дисбалансу: —

1. Трехфазное оборудование, такое как асинхронный двигатель, с разбалансировкой обмоток. Если реактивное сопротивление трех фаз не одинаково, это приведет к изменению тока, протекающему в трех фазах, и выдаст системный дисбаланс.

— При непрерывной работе физическая среда двигателя вызывает ухудшение характеристик обмоток ротора и статора. Это ухудшение обычно различается в разных фазах, влияя как на величину, так и на фазовый угол формы волны тока.

— Утечка тока из любой фазы через подшипники или корпус двигателя временами создает плавающее заземление, вызывая колебания тока.

2. Любая большая однофазная нагрузка или несколько небольших нагрузок, подключенных только к одной фазе, вызывают прохождение большего тока из этой конкретной фазы, вызывая падение напряжения в сети.

3. Переключение трехфазных тяжелых нагрузок приводит к скачкам тока и напряжения, которые вызывают дисбаланс в системе.

4. Неравные импедансы в системе передачи или распределения электроэнергии вызывают дифференциацию тока в трех фазах.

Как рассчитать дисбаланс —

Дисбаланс рассчитывается как максимальное отклонение тока в одной фазе от среднего значения трех фаз. Для расчета отклонения в процентах — [1]

Где Im — среднее значение токов в трех фазах (т.е.е. Im = (Ir + Iy + Ib) / 3

Ir, Iy, Ib — фазные токи.

Кроме того, дисбаланс также может быть определен количественно путем сравнения интенсивности токов обратной последовательности с токами прямой последовательности. Допустимый предел в виде процента тока обратной последовательности по отношению к току прямой последовательности в идеале составляет 1,3%, но приемлемо до 2%. [2]

Влияние дисбаланса:

1. Дисбаланс снижает КПД двигателя, вызывая дополнительный нагрев двигателя.Вырабатываемое тепло также влияет на срок службы оборудования, повышая рабочую температуру, что приводит к разложению смазки или масла в подшипнике и снижению номинальных характеристик обмоток двигателя.

2. В асинхронных двигателях, подключенных к несбалансированному питанию, токи обратной последовательности протекают вместе с током прямой последовательности, что приводит к снижению процента производительного тока и снижению эффективности двигателя. Любой дисбаланс выше 3% снижает КПД двигателя.

3. Крутящий момент (и, следовательно, скорость), создаваемый двигателем, колеблется.Эти внезапные изменения крутящего момента вызывают повышенную вибрацию коробки передач или подключенного к ней оборудования. Вибрация и шум вызывают повреждение оборудования, а также снижают его эффективность.

4. Приводы переменной частоты или скорости, подключенные к несбалансированной системе, могут отключиться. VFD рассматривает дисбаланс высокого уровня как обрыв фазы и может отключиться при замыкании на землю или обрыве фазы.

5. Неуравновешенность приводит к снижению номинальных характеристик силовых кабелей и, следовательно, к увеличению потерь I2R в кабеле.Для распределительных кабелей коэффициент снижения мощности представляет собой часть общего тока, дающую положительные результаты.

6. ИБП или инверторные источники питания также работают с низким КПД и создают больше гармонических токов в случае дисбаланса в системе.

7. Ток обратной последовательности фаз, протекающий из-за дисбаланса, может вызвать неисправность двигателя, что приведет к отключению или необратимому повреждению электрического оборудования.

Количественная оценка потерь —

Дисбаланс в 1% приемлем, так как он не влияет на кабель.Но выше 1% он увеличивается линейно, а при 4% снижение рейтинга составляет 20%. [3] Это означает, что — 20% тока, протекающего в кабеле, будет непродуктивным, и, таким образом, потери в меди в кабеле увеличатся на 25% при 4% дисбалансе.

1. Для двигателей дисбаланс в 5% приведет к снижению мощности на 25%. [4] Это означает, что ток двигателя будет увеличиваться в соответствии с потребностями оборудования в крутящем моменте, что приведет к пропорциональным потерям меди в двигателе. Несимметрия напряжения 3% увеличивает нагрев асинхронного двигателя на 20%. [4]

2. Сопротивление для тока обратной последовательности составляет 1/6 от тока прямой последовательности, что означает, что небольшой дисбаланс формы волны напряжения приведет к увеличению тока и, следовательно, потерь. [4]

Влияние на распределительный трансформатор —

Трансформатор обеспечивает высокое реактивное сопротивление к токам обратной последовательности и, таким образом, снижает уровень дисбаланса на другой стороне системы.

— В идеале любой распределительный трансформатор обеспечивает лучшую производительность при 50% нагрузке, и каждая система распределения электроэнергии предназначена для этого.Но в случае дисбаланса нагрузка превышает 50%, поскольку оборудование потребляет больше тока.

— Следующие данные представляют КПД трансформатора при различных условиях нагрузки — [5]

1. Полная нагрузка — 98,1%

2. Половинная нагрузка — 98,64%

3. Несбалансированная нагрузка — 96,5%

Для В распределительном трансформаторе мощностью 200 кВА вихревые токи составляют 200 Вт, но в случае небаланса напряжения 5% они могут возрасти до 720 Вт. [5]

Контрольные меры —

1.Все однофазные нагрузки должны быть распределены по трехфазной системе так, чтобы они давали равную нагрузку на три фазы.

2. Замена оборудования, создающего помехи, т.е. с несимметричным трехфазным реактивным сопротивлением.

3. Уменьшение гармоник также уменьшает дисбаланс, что может быть сделано путем установки реактивных или активных фильтров. Эти фильтры уменьшают токи обратной последовательности, подавая компенсационную волну тока.

4. В случае, если мешающие нагрузки невозможно заменить или отремонтировать, подключите их к стороне высокого напряжения, это снизит влияние в процентном отношении и даже контролируемые помехи на стороне низкого напряжения.

5. Двигатели с несимметричным фазным реактивным сопротивлением необходимо заменить и перемотать.

Чтобы определить точные причины дисбаланса, Zenatix рекомендует измерять при различных нагрузках в распределительной сети. Zenatix может собирать данные с высоким разрешением с этих точек измерения и анализировать их, чтобы определить точные причины и меры контроля, которые могут привести к устранению дисбаланса. Кроме того, такие подробные измерения предоставят данные, которые можно использовать для выявления других потерь, которые происходят в повседневной работе объекта, что обеспечивает дополнительные преимущества установленного решения.

Пример —

Для дальнейшего выяснения несимметрии напряжения и тока были проанализированы трехфазные токи двух клиентов zenatix. Для примера мы можем назвать двух клиентов как client1 и client2.

Сначала сняли показания трехфазных токов с периодичностью 15 минут в течение месяца. Затем нам нужно удалить показания и в нерабочее время, так как в это время ток нагрузки будет довольно низким, и, таким образом, дисбаланс тока всего в 2–3 ампера может показать очень высокий процент небаланса.После уточнения данных процент дисбаланса был рассчитан путем моделирования в R-программе. Так как все указанные показания сняты в течение 15 минут, мы получили показания процентного дисбаланса за весь месяц с периодичностью 15 минут. Затем были нанесены эти непрерывные показания.

Даже если посмотреть на график, становится ясно, что система client1 более сбалансирована по сравнению с client2. Дальнейший анализ был проведен для получения консолидированных данных о том, что такое максимальный дисбаланс, каков средний дисбаланс и какая фаза его вызывает.

Следующие данные были сведены в таблицу на основе результатов, полученных после анализа.

Рис.1 — Показывает график процентного дисбаланса во времени для клиента zenatix со сбалансированной системой.

Рис. 2 — Показывает график процентного дисбаланса во времени для клиента zenatix со сбалансированной системой.

Рис.3 — Показывает сравнение системы двух клиентов.

Справочная информация-

[1] — Снижение номинальных характеристик асинхронных двигателей, работающих с комбинацией несимметричных напряжений и повышенного или пониженного напряжения — P.Пиллэй, Джин Ньюэлл, заслуженный профессор инженерии, Университет Кларксона, И П. Хофманн, менеджер по качеству электроэнергии, Манхэттен, Нью-Йорк.

[2] — Пределы несимметрии напряжения в системе электроснабжения, Версия 1.0, 30 ноября 2005 г., Подготовлено Абу-Даби Дистрибьюшн Компани, Аль-Айн Дистрибьюшн Компани и РАСКО.

[3] — CHK GridSense PTY Ltd. Suite 102, 25 Angas Street, Meadowbank, NSW 2114, Australia — GridSense.com

[4] — http://www.larsentoubro.com/lntcorporate/ebg/html/ negative_sequence.html

[5] — http://www.iaeng.org/publication/IMECS2011/IMECS2011_pp948-952.pdf

.

небалансный ток — это … Что такое несимметричный ток?

  • несимметричный ток — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • Текущие франшизы Высшей лиги — Ниже представлена ​​информация о текущей франшизе Высшей бейсбольной лиги, включая время игр, цвета команд и т. Д.ФраншизыОрганизационное согласование Комиссар по бейсболу Бад Селиг часто высказывал идею международной экспансии…… Википедия

  • Текущие франшизы Высшей бейсбольной лиги — Ниже представлена ​​информация о текущей франшизе Высшей бейсбольной лиги, включая время игр, цвета команд и т.д.

  • Высоковольтные системы постоянного тока — Системы передачи электроэнергии постоянного или высокого напряжения постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии.Современная форма передачи HVDC использует технологию…… Wikipedia

  • Переменный ток — (зеленая кривая). Горизонтальная ось измеряет время; вертикальный, ток или напряжение. В переменном токе (AC, также AC) движение электрического заряда периодически меняет направление. В постоянном токе (DC, также dc) поток электрического заряда… Wikipedia

  • Война течений — В эпоху Войны течений (иногда Войну течений или Битву течений) в конце 1880-х годов Джордж Вестингауз и Томас Эдисон стали противниками из-за того, что Эдисон продвигал постоянный ток для распределение электроэнергии по…… Wikipedia

  • Земля и нейтраль — Для использования термина «земля» или «земля» в электричестве, но не в контексте сетевой проводки, см. «Земля» (электричество).Так как нейтральная точка системы электроснабжения часто соединена с землей, земля и нейтраль находятся близко…… Wikipedia

  • Ungleichheitsstrom — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • Verstimmungsstrom — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • courant de déséquilibre — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • nepusiausvyros srovė — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • ,

    небалансный ток — это … Что такое несимметричный ток?

  • несимметричный ток — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • Текущие франшизы Высшей лиги — Ниже представлена ​​информация о текущей франшизе Высшей бейсбольной лиги, включая время игр, цвета команд и т. Д.ФраншизыОрганизационное согласование Комиссар по бейсболу Бад Селиг часто высказывал идею международной экспансии…… Википедия

  • Текущие франшизы Высшей бейсбольной лиги — Ниже представлена ​​информация о текущей франшизе Высшей бейсбольной лиги, включая время игр, цвета команд и т.д.

  • Высоковольтные системы постоянного тока — Системы передачи электроэнергии постоянного или высокого напряжения постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии.Современная форма передачи HVDC использует технологию…… Wikipedia

  • Переменный ток — (зеленая кривая). Горизонтальная ось измеряет время; вертикальный, ток или напряжение. В переменном токе (AC, также AC) движение электрического заряда периодически меняет направление. В постоянном токе (DC, также dc) поток электрического заряда… Wikipedia

  • Война течений — В эпоху Войны течений (иногда Войну течений или Битву течений) в конце 1880-х годов Джордж Вестингауз и Томас Эдисон стали противниками из-за того, что Эдисон продвигал постоянный ток для распределение электроэнергии по…… Wikipedia

  • Земля и нейтраль — Для использования термина «земля» или «земля» в электричестве, но не в контексте сетевой проводки, см. «Земля» (электричество).Так как нейтральная точка системы электроснабжения часто соединена с землей, земля и нейтраль находятся близко…… Wikipedia

  • Ungleichheitsstrom — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • Verstimmungsstrom — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • courant de déséquilibre — nepusiausvyros srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • nepusiausvyros srovė — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.несимметричный ток вок. Ungleichheitsstrom, м; Verstimmungsstrom, m rus. ток небаланса, m pranc. courant de déséquilibre, m… Fizikos terminų žodynas

  • ,

    Несимметрия тока / напряжения — Janitza electronics

    О балансе в трехфазной системе говорят, если три фазных напряжения и тока имеют равную величину и сдвинуты по фазе на 120 ° друг к другу.

    Дисбаланс возникает, если одно или оба условия не выполняются. В большинстве случаев причина дисбаланса кроется в нагрузках.

    В электрических сетях высокого и среднего напряжения нагрузки обычно трехфазные и симметричные, хотя здесь также могут присутствовать большие одно- или двухфазные нагрузки (например,грамм. индукционные печи промышленной частоты, печи сопротивления и т. д.). В сети низкого напряжения электрические нагрузки часто также однофазные (например, ПК, бытовая электроника, системы освещения и т. Д.), И соответствующие цепи тока нагрузки должны быть распределены как можно более равномерно в электрической проводке на трех фазных проводниках. В зависимости от симметрии однофазных нагрузок сеть работает на более сбалансированной или несбалансированной основе.

    Уровень совместимости для степени несимметрии напряжения при стационарной работе, вызванной всеми сетевыми нагрузками, определен как ≤ 2%.В отношении отдельных систем нагрузки результирующая степень дисбаланса ограничивается = 0,7%, в результате чего должно быть получено среднее значение за 10 минут.

    Из-за несимметрии напряжения возникают следующие эффекты:

    • Повышенная текущая нагрузка и потери в сети.
    • При одинаковой мощности нагрузки фазные токи могут увеличиваться в 2–3 раза, а потери — в 2–6 раз. В этом случае можно загружать линии и трансформаторы только половиной или одной третью их номинальной мощности.
    • Повышенные потери и вибрационные моменты в электрических машинах.
    • Поле, создаваемое составляющей токов обратной последовательности, работает против чередования фаз ротора и, следовательно, индуцирует в нем токи, которые приводят к повышенной тепловой нагрузке.
    • Выпрямители и инверторы реагируют на несимметрию в источнике питания нехарактерными гармоническими токами.
    • В трехфазных системах с соединением звездой ток течет через нейтральный провод.

    Соответствующие подробные формулы можно найти в коллекции формул на странице 318.

    ,
    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *