CC BY
68
TRIP FROM TRANSFORMERS PROTECTION RELAY WITH OUT SWITCH ON THE SIDE HIGH VOLTAGE
R.D. Usachev
The causes of and ways to disable the step-down transformer substations without switches on the side of low voltage using a short and separators, causes damage to the transformer and the conditions of application of the various protections to fix and eliminate these injuries. The methodology was based on the method of use of transfer trip instead of short.
Key words: relay protection of transformers, step-down substation, fuses, short-circuiting, transfer trip devices.
Usachev Roman Dmitrievich, postgraduate, senior. usacheff1992@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.833
НЕОБХОДИМЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА, ТРЕБУЕМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА И РАСЧЕТА ЕГО ЗАЩИТЫ
Р. Д. Усачев
Рассмотрены необходимые параметры силового трансформатора, которые требуются для расчета его защиты, исследованы трансформаторы с различным номинальным напряжением как масляные, так и сухие. В основу методики положено способы расчетов необходимых параметров релейной защиты трансформаторов с различными схемами и группами соединений обмоток.
Ключевые слова: силовой трансформатор, обмотка ВН, обмотка НН, ток нейтрали, схемы и группы соединения обмоток, напряжение короткого замыкания, несимметрия нагрузки, номинальное напряжение между фазами, ток фазы, номинальная мощность.
Все силовые трансформаторы в соответствии с ПУЭ обязаны иметь защиту от ненормальных режимов и коротких замыканий. Для того чтобы выбрать виды защит и рассчитать их характеристики срабатывания необходимо точно знать параметры и тип трансформатора, которому требуется защита.
Самые важные параметры трансформатора указанны в его условном обозначении, имеющиеся в паспорте, и на паспортной табличке, прикрепленной к трансформатору. В соответствии с ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые» была принята единая структурная схема условного обозначения трансформаторов.
Надёжность и диагностирование технического состояния электротехнических...
Трансформаторы с высшим номинальным напряжением 10 кВ, выпускаются с номинальным напряжением со стороны низшего напряжения, равным 0,4 или 0,69 кВ, - для питания электрических приёмников, а также 3,15 или 6,3 кВ, или 10,5 кВ - для связи питающих электрических сетей разных напряжений и для питания крупных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. На подстанции 110/10 кВ электродвигатели, напряжение которых 6 кВ работают исключительно через трансформаторы 10/6,3 кВ. Но в тоже время большинство трансформаторов 10 кВ выпускается с низшим напряжением 0,4 кВ для питания электрических приёмников в напряжением 380 и 220 В.
Как правило, в обмотке ВН трансформаторов 10 кВ, как масляных, так и сухих, предусматривается изменение напряжения ВН около 5 % от номинального. Напряжение в трансформаторах изменяют переключением ответвлений обмотки ВН. Данный шаг должен производиться обязательно, когда все обмотки трансформатора отключаются от сети. Вид, а также диапазон и число ступеней регулирования напряжения на стороне ВН условно обозначаются буквами и цифрами.
Масляные трансформаторы 10 кВ для питания электрических приёмников выпускаются с номинальной мощностью до 2,5 МВА, а для связи между электросетями разных напряжений до 6,3 МВА. В то время как трансформаторы сухие выпускаются, имея номинальную мощность 160, 250, 400, 630 кВ-А, а также 1 и 1,6 МВ-А.
Мощность (в вольт-амперах) трехфазного трансформатора при равномерной нагрузке фаз определяется выражением:
S = y/3UI, (1)
где U- номинальное напряжение между фазами, В; I — ток фазы, А.
Из выражения (1), представленном выше, по известным номинальным значениям мощности и напряжений сторон ВН и НН взятым из паспортных данных, определяем значения номинальных токов (в амперах) обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора
jhom. ВН = ShomK^Uhom. вн)>
Г (2)
где SHOM. - указывается в киловольт-амперах (кВА); UHOM - в киловольтах (кВ).
Во время работы трансформаторы не должны иметь перегрузки, это означает что значения рабочих токов в обмотках трансформатора не должны превышать поминальные. Перегрузки могут допускаться в определенных пределах как кратковременные, так и длительные.
Обычно трансформаторы 10 кВ выпускаются со следующими группами, схемами и соединения обмоток. Вот некоторые из них:
- звезда - звезда с выведенной нейтралью Y/Y-0;
- треугольник - звезда с выведенной нейтралью Д/Y-l 1;
147
- звезда с выведенной нейтралью - треугольник Y/A-11;
- звезда - зигзаг Y/ Y.
Трансформаторы 10/0,4 кВ, имеющая схему соединения обмоток Y/Y-0, подключаются к питающей трехфазной сети 10 кВ, которая работает с изолированной нейтралью. Такие трансформаторы питают трехфазную сеть с четырьмя проводами с наглухо заземленной нейтралью, где номинальное напряжение между линейными проводами равно 380 В, а между каждым линейным и нулевым проводом трансформатора - 220 В. В случае симметричной нагрузки всех фаз ток в нейтральном проводе будет мал. Такой ток будет называться током небаланса. Во избежание перегрева и повреждения трансформатора ток небаланса, т.е. его значение не должно превышать 0,25 номинального тока обмотки НН. Однако, как показывает практика, не всегда удается выполнить это условие. Из-за этой и некоторых других причин трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Y не применяются, начиная с мощности 400 кВ-А и более.
Трансформаторы со схемой и группой соединения обмоток A/Y-11 подключают так же, как и трансформаторы Y/Y-0. Особенность данной схемы и группы соединения A/Y-11 в том, что векторы напряжений и токов на сторонах НН и ВН имеют фазовый сдвиг на угол 30°.Благодаря чему трансформаторы A/Y-11 не могут работать параллельно с трансформаторами Y/Y-0, поскольку не имеют фазового сдвига между этими векторами. Если происходит их ошибочное включение на параллельную работу фазовый сдвиг на угол 30°, то между векторами вторичных напряжений этих трансформаторов появляется уравнительный ток между трансформаторами одинаковой мощности, который может превышать номинальный ток примерно в 5 раз каждого из них.
Поскольку в этих трансформаторах соединения обмотки ВН соединены в треугольник, может допускаться достаточно длительная несимметрия нагрузки и ток в нейтрали обмотки НН может достигать до 0,75 номинального тока в обмотке НН. При однофазных КЗ на землю в сети низшего напряжения, соединение обмотки ВН в треугольник обеспечивает значительно большие значения токов работающей с заземленной нейтралью, чем например при питании сети такого же напряжения через трансформатор с такими же параметрами, но уже со схемой соединения Y/Y-0. Считаю, что это должно способствовать падежной работе устройств релейной защиты от однофазных КЗ. Именно благодаря этому, начиная с мощности 400 кВ-А обязаны применяться трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток A/Y-11 как сухие, так и масляные. Трансформаторы со схемой соединения обмоток A/Y-11 выпускаются также с номинальным напряжением обмотки низшего напряжения, равным 0,69 кВ.
Чтобы связать сети разных напряжений и запитать крупные электродвигатели выше 1000 В, выпускаются трансформаторы 10/3,15, 10/6,3 и 10/10,5 кВ со схемой и группой соединения обмоток Y/A-11. Существуют
148
Надёжность и диагностирование технического состояния электротехнических...
трансформаторы для специального назначения, которые имеют схемы соединения Y/Y-0, A/A-0, а также Y/A-11, где обмотки ВН с выведенной нейтралью применяются в трансформаторах, для включения дугогасящего реактора в сети 10 кВс компенсированной нейтралью.
Для сельских электросетей выпускаются трансформаторы 10 кВ малой мощности с особой схемой соединения обмотки НН, имеющей название зигзаг. Обмотка ВН в данном случае соединяется в звезду: Y/ Y. Соединение обмотки НН понижающего трансформатора в зигзаг позволяет более равномерно распределить несимметричную нагрузку НН между фазами первичной сети ВН. За счет этого обеспечиваются наиболее благоприятные условия работы трансформатора. Для того чтобы выполнить схему зигзаг, вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин, каждая из которых расположена на разных стержнях магнитопровода. Трансформаторы со схемой соединения обмотки НН в зигзаг достаточно дорогие, чем со схемой соединения обмотки НН в звезду (Y/Y), поскольку соединение в зигзаг требует большего числа витков обмотки НН. Описанный выше аспект можно объяснить тем, что ЭДС обмоток, которые располагаются на разных стержнях, складываются геометрически под углом 120°.Их суммарное значение меньше, чем при алгебраическом сложении ЭДС двух обмоток, расположенных на одном стержне магнитопровода. Чтобы получить ЭДС одного и того же значения при соединении в зигзаг, требуется больше витков, чем при соединении обмотки НН в звезду. В связи с тем что, достаточно сложно изготовить такие трансформаторы, а также их довольно высокая стоимость, трансформаторы звезда - зигзаг применяются редко.
Напряжение короткого замыкания - очень важный параметр трансформатора. Он очень необходим, чтобы рассчитать токи КЗ на выводах вторичной обмотки НН трансформатора и в питающей сети НН. Напряжение КЗ соответствует значению напряжения между фазами, которое подают к выводам обмотки ВН трансформатора для того, чтобы ток КЗ, равный его номинальному значению, при трехфазном замыкании на выводах НН прошел через трансформатор. Напряжение КЗ обозначается Пкз. Оно выражается в процентах номинального значения напряжения обмотки ВН. По значению напряжения короткого замыкания можно вычислить максимальное значение тока при трехфазном КЗ на стороне НН трансформатора, даже не учитывая сопротивления питающей энергосистемы до шин 10 кВ, где включен трансформатор, так и учитывая это сопротивление. По значению икз вычисляется и полное сопротивление трансформатора Ятр. Значения Пкз приводятся в стандартах, а также в паспортных данных каждого трансформатора, где описаны результаты заводских испытаний.
Список литературы
1. Задкова Е. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебно-методическое пособие. Самара: Самарский государственный технический университет, 2009. 68 с.
2. Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энерго-атомиздат, 1989.
3. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Энергоиздат, 1985. 328 с.
4. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Изд-во МЭИ, 2005.
Усачев Роман Дмитриевич, асп., senior. usacheff1992@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
REQUIRED PARAMETERS OF POWER TRANSFORMERS, REQUIRED FORmE SELECTION AND CALCULA TION OF ITS PROTECTION
R.D. Usachev
Considered necessary parameters of power transformer that is required to calculate its protection, investigated transformers with different nominal voltage as oil and dry. The methodology put methods of calculations required relay protection settings of transformers with different schemes and groups of winding connections.
Key words: power transformer, HV winding LV winding, neutral current, the circuit and the connection group of windings, the short-circuit voltage, unbalanced load, nominal voltage between phases, phase current, rated power.
Usachev Roman Dmitrievich, postgraduate, senior. usacheff1992@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
