Расчет токовой и дифференциальной защит двухобмоточного трансформатора
Задание. По условию технического задания необходимо выполнить расчет максимальной токовой защиты и дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора мощностью 6,3 МВА и напряжением 110/6 кВ. Источником питания является энергосистема мощностью 3000 МВА с сопротивлением xс* = 0,3 о.е. Трансформатор связан с энергосистемой воздушной линией протяженностью 20 км. Линия выполнена проводом, сечение которого соответствует сопротивлению RВЛ = 0,43 Ом/км.
Решение.
Определяется максимальный длительный ток в первичной и вторичной обмотке трансформатора:
Составляется расчетная схема (рис. 1).
Рисунок 1 – Расчетная схема
Проставляем на расчетной схеме точки короткого замыкания К1 и К2. Составляем схему замещения для каждой точки (рис. 2). Определяем индуктивное сопротивление всех элементов цепи, через которые протекает ток короткого замыкания. Сопротивление воздушной линии длиной 20 км составляет:
где 
является индуктивным сопротивлением провода АС-240/ (RВЛ = 0,43 Ом/км).
Сопротивление трансформатора определяется по формуле:
где Uкз – напряжение короткого замыкания для трансформатора типа ТДН – 16000/110 (данные каталога).
Рисунок 2 – Схемы замещения для точек К1 и К2
Результирующие сопротивления для каждой точки определяется следующим образом:
За базисное напряжение Uб принимаем напряжение той ступени системы электроснабжения, где находится точка короткого замыкания:
Определяем базисный ток на стороне высокого и низкого напряжения:
В системе неограниченной мощности периодическая составляющая тока в переходном режиме короткого замыкания остается практически неизменной.
Системой неограниченной мощности считается энергосистема, в которой при любых аварийных режимах напряжение на шинах энергосистемы остается практически неизменным. Находим периодическую составляющую тока короткого замыкания:
Определяем ударный ток короткого замыкания:
где kуд1 и kуд2 − ударные коэффициенты из справочных данных.
Находим тепловой импульс тока короткого замыкания:
где tотк– время, состоящее из времени отключения выключателя и времени срабатывания релейной защиты; Та – время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Определяется по справочным данным. Величина Та зависит от места нахождения точки короткого замыкания в схеме электроснабжения. Если точка короткого замыкания находится за воздушной линией напряжением 110 кВ, то Та1 = 0,02 с (П.1). При расположении точки короткого замыкания на распределительной сети напряжением 6 кВ время затухания апериодической составляющей 
= 0,01с.
Выбираем трансформаторы тока напряжением 110 кВ и 6 кВ по четырем параметрам: Uуст, ImaxВН, iуд и Вк.
Тип трансформатора ТФМ 110-II-1У1. Обоснование выбора сведено в таблицу 2.
Таблица 2-Расчетные данные трансформатора ТФМ 110-II-1У1
|
Расчётные данные |
Паспортные |
|
Uуст = 110 кВ |
Uном = 110 кВ |
|
ImaxВН = 46,34 А |
Iном = 200 А /5 А |
|
iуд1 = 11,69 кА |
iдин = 13 кА |
|
Вк1 = 48,56 кА2∙с |
I2тер∙tтер = 52∙3 = 75 кА2 ∙ с |
Тип трансформатора ТОЛ-СЭЩ 10-01-0,5S/0.5. Обоснование выбора сведено в таблицу:3.
Таблица 3-Расчетные данные трансформатора ТШВ - 15
|
Расчётные данные |
Паспортные |
|
Uуст = 6 кВ |
Uном = 10 кВ |
|
ImaxНН = 864,71 А |
Iном = 1000 А /5 А |
|
iуд2 = 9,68 кА |
iдин = 13 кА |
|
Вк2 = 33,25 кА2∙с |
I2тер∙tтер =5 2 ∙3= 75 кА2∙с |
Определяем ток срабатывания максимальной токовой защиты на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора:
где kзап – коэффициент самозапуска двигателя, учитывающий бросок тока при пуске двигателей. Так как к линии не подключены двигатели, то kзап = 1; kн – коэффициент надежности отстройки защиты, принимаем равным 1,5; kсх – коэффициент схемы соединения трансформаторов тока. Обмотки трансформаторов тока на высокой и низкой стороне соединены по схемам полной и неполной звезды соответственно, поэтому kсх = 1 и в том и в другом случае; kВ– коэффициент возврата реле, принимаем равным 0,85; kТТ – коэффициент трансформации трансформатора тока.
Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора начинаем с определения тока силового трансформатора на стороне высокого и низкого напряжения:
Определяем вторичный ток в плечах дифференциальной токовой защиты:
Определяем ток небаланса:
где kа – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания. Так как мы выбираем для ДТЗ дифференциальные реле типа РНТ-565 в основе которых быстронасыщающиеся трансформаторы, то принимаем kа = 1 . kодн– коэффициент однотипности условий работы трансформаторов тока. Если трансформаторы тока обтекаются близкими по значению токами, то 
= 0.5, в остальных случаях – 1. f – погрешность трансформатора тока, удовлетворяющая десятипроцентной кратности, и соответственно равная 0,1. 
– наибольший трехфазный ток короткого замыкания при внешнем (сквозном) коротком замыкании. Выбираем наибольший ток среди рассчитанных периодических составляющих тока короткого замыкания и определяем ток небаланса:
Определяем ток срабатывания реле по условию отстройки от тока небаланса с коэффициентом надежности 1,3 и без учета коэффициента возврата реле:
Коэффициент схемы и трансформации тока выбирается по условию выбора тока короткого замыкания максимума. На какой стороне выбирается ток, на той стороне и выбирается коэффициент.
Определяем число витков основной (дифференциальной) обмотки трансформатора БНТ реле РНТ-565:
Находим число витков вторичной обмотки быстронасыщающегося трансформатора:
Определяем уточненный ток небаланса:
Суммарный ток небаланса:
Определяем уточненный ток срабатывания реле:
Определяем коэффициент чувствительности:
Найденное значение удовлетворяет требованиям чувствительности, так как kч > 1,5.
1