Модуль 4. Релейная защита

Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО
ТРЕХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине
«Релейная защита» для студентов дистанционной формы обучения
специальности 23.05.05 СОДП, специализация «Электроснабжение железных

дорог»

Составитель: Загорский В.А.

Самара 2016

УДК 621.316.9

Расчет дифференциальной защиты силового трехобмоточного
трансформатора: методические указания к выполнению контрольной работы по
дисциплине «Релейная защита» для студентов дистанционной формы обучения
по специальности 23.05.05 СОДП, специализация «Электроснабжение
железных дорог» [Электронн.] / составитель В.А.Загорский. – Самара:
СамГУПС, 2016. – 26 с.

Утверждены на заседании кафедры Электроснабжение железнодорожного
транспорта

Печатаются по решению редакционно-издательского совета
университета.

В настоящих методических указаниях по дисциплине «Релейная защита»
приведены теоретические материалы, методика, иллюстрации и табличные
данные, необходимые для выполнения контрольной работы по релейной защите
систем электроснабжения железнодорожного транспорта.

Методические указания предназначены для студентов специальности
23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» специализации
«Электроснабжение железных дорог» дистанционной формы обучения.

Составитель: Загорский Владимир Алексеевич

Рецензент к.т.н., доцент СамГУПС О.В. Табаков

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано в печать

Усл. печ. л.     Тираж

Формат

Заказ №

ВВЕДЕНИЕ

Автоматическое устройство, служащее для выявления КЗ и
ненормальных режимов работы и формирующее управляющие воздействия на
высоковольтные выключатели, называется релейной защитой.

Релейная защита является обязательной частью всех
электроэнергетических установок, объектов и систем с напряжением 1кВ и
выше.

Современная релейная защита представляет собой сложную систему,
состоящую из взаимосвязанных электромагнитных, электронных и
микроэлектронных устройств и их источников питания.

Целью контрольной работы является закрепление материал лекционных
и практических занятий по релейной защите систем электроснабжения
железнодорожного транспорта. Изучить порядок расчета и выполнить
самостоятельный выбор по вариантам заданий типа реле дифференциальной
защиты силового трехобмоточного трансформатора.

Выполнение контрольной работы способствуют формированию у
обучаемых компетенций, предусмотренных программой дисциплины
«Релейная защита», а именно знание способов выработки, передачи,
распределения и преобразования электрической энергии, закономерности
функционирования электрических сетей и энергосистем, теоретические основы
электрической тяги, техники высоких напряжений (ПСК-1.6).

В настоящих методических указаниях по дисциплине «Релейная защита»
приведены теоретические материалы, методика, иллюстрации и табличные
данные, необходимые для выполнения контрольной по релейной защите систем
электроснабжения железнодорожного транспорта.

Методические указания предназначены для студентов специальности
23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» специализации
«Электроснабжение железных дорог» дистанционной формы обучения.

• 1.    УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
  СИЛОВОГО ТРЕХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и
руководящими указаниями по релейной защите на трансформаторах
устанавливаются защиты от внутренних повреждений, от внешних коротких
замыканий (КЗ) и ненормальных режимов. В связи с этим на понижающих
трансформаторах тяговых подстанций переменного тока в обмотках и на
наружных выводах трансформатора применяется продольная
дифференциальная защита от КЗ. Защита выполняется в трехфазном
трехрелейном исполнении и действует без выдержки времени на отключение
трансформатора со всех сторон.

Целью контрольной работы является приобретение навыков по расчету
релейной защиты элементов системы тягового электроснабжения подвижного
состава.

При выполнении контрольной работы необходимо выполнить расчет
устройств релейной защиты понижающего трансформатора отпаечной тяговой
подстанции переменного тока по вариантам заданий.

Варианты заданий представлены в разделе 3. Выбор вариантов
выполняется в соответствии с порядковым номером обучающегося(йся) в
учебной группе.

• 2.    РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО
  ТРЕХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Понижающий трансформатор имеет ряд специфических особенностей,
влияющих на выполнение схемы и расчеты уставок продольной
дифференциальной защиты. К таким особенностям относятся:

• -    Наличие броска тока намагничивания трансформатора при включении
  его под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения
  близкого КЗ;

• -    неравенство токов по вторичным обмоткам трансформаторов тока;

• -    наличие углового сдвига вторичных токов ТТ при различных схемах
  соединения силовых обмоток трансформатора.

Для дифференциальной защиты трансформаторов отечественной
промышленностью выпускаются специальные реле типа РНТ и ДЗТ. Для
защиты с регулированием напряжения под нагрузкой, которые
устанавливаются на тяговых подстанциях переменного тока, применяются в
основном реле типа ДЗТ с насыщающимся трансформатором тока (НТТ) и
магнитным торможением.

Задачей расчета дифференциальной защиты трансформатора является
определение числа витков различных обмоток дифференциальных реле
защиты.

Расчет дифференциальной защиты производится с учетом данных
вариантов заданий в следующей последовательности:

1.

Выполняются расчеты

max

по определению максимальных I_КЗ

и

минимальных I _К^m_Зⁱⁿ токов при трехфазных КЗ на стороне тяговой и районной
обмоток. Эти значения токов КЗ необходимы для отстройки защиты от

максимальных токов небаланса I _Н^m_Б^ax   при внешних КЗ и определения

коэффициента чувствительности защиты.

Для определения внешних токов КЗ необходимо составить схему
замещения, включающую сопротивление системы Х_S и обмоток понижающего
трансформатора ХТ.

Сопротивления обмоток трехобмоточного трансформатора определяются
приближенно при известной номинальной мощности трансформатора по
формуле:

UK% UH²

^T 100 S ,

H

где UH – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

UK % – напряжение к.з. (в%) отдельных обмоток трансформатора.

Определяется по соотношениям:

^UKB = ^05(UKB-C + ^UKB*H  ^UKC-H )

UК= о 0.5(Uvr + U U- U UKR Я ) *

KC         KB -C    KC-H    KB -H

Uко о 05(U + U U- и U_r)
KH         KB-H    KC-H    KB -C

(2.1.1)

(2.1.2)

где UKB – C, UKB – H, UKC – H, - напряжения КЗ между обмотками, которые

принимаются по данным трансформатора (таблица 1).

Сопротивление системы определяется для двух режимов её работы –

максимальном

max
Х_S

и минимальном

min
Х_S

по формуле:

Х

max(min)
S

²

cp

max(min) ,
S_k

(2.1.3)

где Uср – среднее значение питающего напряжения системы. Принимается
Uср=115кВ;

S_k^max и Sk^(min) - мощности КЗ на шинах 110 кВ тяговой подстанции в
режимах максимума и минимума. Величины S_k^{max и} S_k ^(min) выбираются по
вариантам заданий (раздел 3).

Токи КЗ, приведенные к стороне ВН и протекающие через защищаемый
трансформатор при КЗ на стороне среднего и низкого напряжения, в

максимальном и минимальном режимах работы системы определяются по

выражению:

UH

max(min)

I IS 1      —

3

(2.1.4)

рез

где: UH – номинальное напряжение первичной обмотки;

Х

max(min)
рез

результирующие сопротивление системы и обмоток

трансформатора в соответственно максимальном и минимальном режимах
работы системы.

Таблица 1. Данные трансформаторов для расчета

Тип изделия,	Номи- нальна я мощ- ность, кВА	Номи- нальное напряжени е обмоток, кВ			Схема и группа соеди- нения обмоток	Потери, кВт		Напря- жение короткого замы- канияя, % ВН; ВС; СН	Ток холос т ого хода, %	Габа- ритные размеры, мм длина х ширина х высота	Масса, т, не более
		ВН	СН	НН		холо - стог о хода	коро- ткого замы - кани я				масл а	пол - ная
1ТДТНЖУ - 40000 /110	40000	11 5	38, 5	27, 5	Yh/Yh/D - 0-11	39,0	200	18; 10,5; 6,8	0,6	6550 x 4820 x 6300	17,5	72,8
2ТДТНЖ- 40000 /110	40000	11 5	27, 5	11, 0	Yh/D/D- 11-11	39,0	200	10,5;17,5;6, 5	0,6	6432х5055х601 0	17,5	72,8
3ТДТНЖ- 40000 /110	40000	11 5	27, 5	6,0	Yh/D/D- 11-11	39,0	200	10,5;17,5;6, 5	0,6	5543х2400х442 0	17,5	72,8
1ТДТНЖ- 25000/110	25000	11 5	27, 5	11, 0	Yh/D/D- 11-11	28,5	140	10,5;17,5;6, 5	0,7	6578х4752х5581	13,22	55
2ТДТНЖ- 25000/110	25000	11 5	27, 5	6,0	Yh/D/D- 11-11	28,5	140	10,5;17,5;6, 5	0,7	5350х2340х400	13,22	55

Примечание. Цифра в первом столбце таблицы 1 (1,2 или 3) перед
обозначением типа трансформатора поставлена для удобства выбора
данных для расчета по вариантам заданий в разделе 3).

Для дальнейших расчётов выбирается наибольшее из двух максимальных
токов К.З. и наименьшее из двух минимальных токов КЗ.

• 2.    Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого
  трансформатора, выбирают номинальные коэффициенты трансформации
  трансформаторов тока (ТТ), вычисляют токи в плечах защиты. Результаты
  расчета сводятся в таблицу 2.

При этом, в целях повышения надежности дифференциальной защиты и
уменьшения полных погрешностей ТТ, рекомендуется применять несколько

завышенные против расчетного значения коэффициентов трансформации (К_ТТ).
Для упрощения расчетов рекомендуется выбор ТТ таким образом, чтобы ток в
плече высшего напряжения был наибольшим (основное плечо). Для
компенсации углового сдвига токов ТТ, со стороны звезды обмоток
понижающего трансформатора ТТ соединяются в треугольник, а со стороны
треугольника ТТ в звезду.

Таблица 2. Расчет токов в плечах защиты

Наименование величины	Числовые значения для стороны
	ВН	СН	НН
Первичные номинальные токи трансформатора, А
Коэффициенты трансформации ТТ (КТТ)
Схемы соединения Т., (коэффициент схемы КСХ)
Вторичные номинальные токи в плечах защиты, А

Примечание. Трансформатор тока (ТТ) и его коэффициент
трансформации (КТТ) выбираются исходя из величины первичного
номинального тока. В качестве номинального первичного тока ТТ
выбирается ближайшее большее целое число. Например, при токе 201,055 А
выбирается трансформатор тока с первичным током 300 А. Для выбора
нужного трансформатора тока используется стандартный ряд
номинальных значений первичных токов, выпускаемых
промышленностью ТТ:

1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800,
1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000,
18000, 20000, 25000, 28000, 32000, 35000, 40000 (А).

• 3.    Производится расчет для выбора типа реле дифференциальной защиты.
  Сначала определяется возможность применения реле типа РНТ. Для этого
  выбирается первичный ток срабатывания защиты IСЗ, приведенный к стороне
  высшего напряжения трансформатора.

Первым условием выбора IСЗ является отстройка от броска тока
намагничивания:

IСЗ ≥ КОТС·IН(ВН), (2.1.5)
где: I_Н(_ВН) - номинальный ток со стороны ВН трансформатора;

К_ОТС - коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания.
Для реле типа РНТ КОТС = 1,3; для реле типа ДЗТ КОТС = 1,5.

Вторым условием выбора IСЗ является отстройка от тока небаланса IНБ
при внешних К.З.:

1сз > Кз-Тнб,                                                                   (2.1.6)

где: КЗ - коэффициент запаса. Для реле типа РНТ КЗ=1,3 (для ДЗТ – 1,5); IНБ -
ток небаланса. Определяется по выражению:

IНБ = (Капер ' Кода ' ^ + ^ UpEr + ЛfB_b!P ) ’ С* ,                                        (2-1-7)

где: К_апер. - коэффициент, учитывающий переходный режим токов КЗ.

Для реле РНТ и ДЗТ Капер.= 1;

Кодн - коэффициент однотипности ТТ. При одном выключателе на всех
сторонах трансформатора Кодн =1;

£ = 0,1- допускаемая относительная погрешность ТТ. Выбирается по
вариантам заданий (раздел 3).

ЛU_Рег - относительная погрешность, обусловленная регулированием
напряжения. Для трансформатора ТДН Л U_PEг= 0,16.

Лыр - относительная погрешность от неточного выравнивания токов
плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле расчетного
числа витков. Так как число витков пока еще неизвестно, то принимается Лыр
=0.

max

IКЗ  максимальное значение тока КЗ (на стороне ВН трансформатора)

при КЗ на стороне СН или НН.

Наибольшее из двух значений I_СЗ, найденных по выражениям (2.1.5) и
(2.1.6), принимается за ток срабатывания реле.

По выбранному току срабатывания определяется коэффициент
чувствительности дифференциальной защиты с реле типа РНТ:

K_Ч

min( 2)
I_КЗ

IСЗ

(2.1.8)

где: I _к^m_з^{in( 2)} - значение минимального тока двухфазного КЗ, приведенного к

стороне ВН трансформатора. Определяется по выражению:

min( 2)

кз

I

min

кз

(2.1.9)

где:  I _к^m_зⁱⁿ - наименьшее значение минимального тока КЗ, найденного по

выражению (2.1.4).

При К_ч <2 дифференциальную защиту с реле типа РНТ, т.е. без торможения,
выполнить нельзя. В этом случае следует применить реле типа ДЗТ, например,
ДЗТ-11 с одной тормозной обмоткой.

• 4.    Производится выбор уставок реле типа ДЗТ (уставки реле типа РНТ
  выбираются аналогично, только без расчета тормозной обмотки). В
  трехобмоточных трансформаторах лучшим вариантом является включение
  тормозной обмотки на сумму токов плеч защиты питаемых сторон (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема дифференциальной защиты фазы В трехобмоточного
трансформатора при помощи реле серии ДЗТ

При таком включении тормозной обмотки ток срабатывания защиты
минимальный и выбирается только по условию (2.1.5) при Котс =1,5. Кроме
того, в этой схеме исключается влияние тормозной обмотки реле при КЗ, в зоне
действия защиты.

По найденному I_сз находится вторичный ток срабатывания реле I_ср:

Icp = (Icз·Kсх)/Ктт.                                                       (2.1.10)

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ-11 (рисунок 2):

1. Число витков дифференциальной (рабочей) обмотки определяется по
выражению:

^Wд ^{= Fср} ,                                                            (2.1.11)

I_ср

где: F_ср - магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для
срабатывания реле. Для ДЗТ-11 Fср=100 А·вит. Исходя из расчетного значения
Wур, принимается ближайшее целое число витков дифференциальной обмотки
(рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема включения обмоток и коммутационного аппарата КА
реле серии ДЗТ

2. Расчетное число витков уравнительных обмоток W_ур1.  определяется

из условия равновесия намагничивающих сил в реле, создаваемых
номинальными токами в дифференциальной и уравнительных обмотках:

I2(вн)·Wд =I2(сн)·Wур1 = I2(нн)·Wур2 ,                                        (2.1.12)

где: 1₂(_вн), 1₂(_сн), 12(_нн) - вторичные токи в плечах защиты по сторонам ВН, СН и
НН.

Из выражения (2.1.12) сначала находится число витков W_ур2. Для
установки на реле принимается ближайшее большее целое число витков первой
уравнительной обмотки, а затем аналогично определяется число витков на
второй уравнительной обмотке (рисунок 2);

• 3)    число витков тормозной обмотки Wт выбирается с учетом схемы ее
  включения, исходя, из условия надежного несрабатывания защиты при
  внешних К.З. на стороне СН или НН трансформатора, по формуле:

КЗ ⋅ IН^mБ^ax ⋅Wд

^{WВТ =}  IК^mЗ^ax ⋅tgα  ^,

(2.1.13)

где: К_з - коэффициент запаса, К_з=1,5; W_д - расчетное число витков

max

дифференциальной обмотки; I нб - максимальный ток небаланса при

трехфазном К.З. на одной из сторон (СН или НН) трансформатора.
Определяется из выражения (2.1.7) с учетом ^Afыр. Погрешность Afыр.
определяется для сторон СН и НН трансформатора по выражению:

Af

выр

уст      расч

ур        ур

W уст      ,

W_ур

(2.1.14)

где: W^уст , W ^расч – расчетное и принятое к установке на реле число витков
уравнительных обмоток.

В формулу (2.1.13) подставляется наибольшее из двух полученных

значений

max

I_нб

I

max

кз

- максимальное значение внешнего тока КЗ на одной из сторон СН

или НН трансформатора. В формулу (2.1.13) подставляется значение,

соответствующее КЗ на той стороне трансформатора, для которой берется

max

I_нб

Для реле ДЗТ-11 выбираем tgα = 0,8, что соответствует минимальному
торможению по заводской характеристике.

• 3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Вариант 1. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 760 кВА; Sk^min =
510 кВА; ε = 0,1.

Вариант 2. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 740 кВА; Sk^min =
490 кВА; ε = 0,09.

Вариант 3. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 720 кВА; Sk^min =
470 кВА; ε = 0,08.

Вариант 4. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 700 кВА; Sk^min =
450 кВА; ε = 0,07.

Вариант 5. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, S_k^max = 680 кВА; S_k^min =
430 кВА; ε = 0,07.

Вариант 6. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, S_k^max = 660 кВА; S_k^min =
410 кВА; ε = 0,07.

Вариант 7. Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 640 кВА; Sk^min =
400 кВА; ε = 0,06.

Вариант 8. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 760 кВА; S_k^min =
510 кВА; ε = 0,1.

Вариант 9. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 740 кВА; Sk^min =
490 кВА; ε = 0,09.

Вариант 10. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 720 кВА; Sk^min =
470 кВА; ε = 0,08.

Вариант 11. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 700 кВА; Sk^min =
450 кВА; ε = 0,07.

Вариант 12. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 680 кВА; S_k^min =
430 кВА; ε = 0,07.

Вариант 13. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 660 кВА; S_k^min =
410 кВА; ε = 0,07.

Вариант 14. Трансформатор 1ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 640 кВА; S_k^min =
400 кВА; ε = 0,06.

Вариант 15. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 760 кВА; Sk^min
= 510 кВА; ε = 0,1.

Вариант 16. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 740 кВА; Sk^min
= 490 кВА; ε = 0,09.

Вариант 17. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 720 кВА; Sk^min
= 470 кВА; ε = 0,08.

Вариант 18. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 700 кВА; Sk^min
= 450 кВА; ε = 0,07.

Вариант 19. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 680 кВА; Sk^min
= 430 кВА; ε = 0,07.

Вариант 20. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 660 кВА; Sk^min
= 410 кВА; ε = 0,07.

Вариант 21. Трансформатор 2ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 640 кВА; Sk^min
= 400 кВА; ε = 0,06.

Вариант 22. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 760 кВА; Sk^min =
510 кВА; ε = 0,1.

Вариант 23. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 740 кВА; Sk^min =
490 кВА; ε = 0,09.

Вариант 24. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 720 кВА; Sk^min =
470 кВА; ε = 0,08.

Вариант 25. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, Sk^max = 700 кВА; Sk^min =
450 кВА; ε = 0,07.

Вариант 26. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 680 кВА; S_k^min =
430 кВА; ε = 0,07.

Вариант 27. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 660 кВА; S_k^min =
410 кВА; ε = 0,07.

Вариант 28. Трансформатор 2ТДТНЖ-25000/110, S_k^max = 640 кВА; S_k^min =
400 кВА; ε = 0,06.

Вариант 29. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 760 кВА;

Sk^min = 510 кВА; ε = 0,1.

Вариант 30. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 740 кВА;

Sk^min = 490 кВА; ε = 0,09.

Вариант 31. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 720 кВА;

Sk^min = 470 кВА; ε = 0,08.

Вариант 32. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 700 кВА;

Sk^min = 450 кВА; ε = 0,07.

Вариант 33. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 680 кВА;

Sk^min = 430 кВА; ε = 0,07.

Вариант 34. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 660 кВА;

Sk^min = 410 кВА; ε = 0,07.

Вариант 35. Трансформатор 3ТДТНЖУ- 40000 /110, Sk^max = 640 кВА;

Sk^min = 400 кВА; ε = 0,06.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. 3-е изд., перераб. и
  доп. –  М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на

железнодорожном транспорте», 2009.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ  3

• 1.    Указания по расчету дифференциальной защиты силового

трехобмоточного трансформатора 4

• 2.    Расчет дифференциальной защиты силового трехобмоточного
  трансформатора 4

• 3.    Варианты заданий  11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ13

Приложение 1. Пример расчета дифференциальной защиты силового
трехобмоточного трансформатора 14

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО

ТРЕХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Вариант А.

Трансформатор 1ТДТНЖУ- 40000 /110, Skmax = 750 кВа; Skmin = 500
кВА; ε = 0,1.

• 1.    По варианту задания составим таблицу исходных данных для
  расчета (таблица 1).

Таблица 1 - Исходные данные для расчета по варианту задания

Тип, мощность, напряжение обмоток трансформатора по высокой, средней и низкой стороне	1ТДТНЖ 40000/110 115/38,5/27,5
Мощность КЗ на шинах 110 кВ подстанции, кВА: max Sk min Sk	750 500
Допускаемая относительная погрешность ТТ, ε	0,1

• 2.    Расчет максимальных и минимальных токов при трехфазных
  коротких замыканиях на сторонах среднего и низкого напряжения

  • 2.1.    Определим сопротивления обмоток трансформатора по высокой,
    средней и низкой сторонам

Сопротивления обмоток трехобмоточного трансформатора Х_т

определяются приближенно при известной номинальной мощности

трансформатора по формуле:

_ U % uH_

^X                           .

T 100 S_H
H

(1)

где U_H - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора; U_K % -

напряжения короткого замыкания в % для отдельных обмоток трансформатора.

Величины ^UK % по высокой, средней и низкой сторонам трансформатора

определяются по соотношениям:

^UKB = ^0-5 ■ ^(UKB-C + ^UKB-H — ^UKC-H

^UKC = ⁰-5 ■ ^(UKB - C + ^UКС - H  ^UKB - H )         г ,

(2)

^UKH = ^0-5 ■ ^(UKB-H + ^UKC-H  ^UKB-C )

где U^__Cu U^__H, U_KC__H - напряжения при коротком замыкании соответственно

между обмотками высокой и средней сторон, высокой и низкой сторон, средней
и низкой сторон:

U^ = 0.5 ■ (10,5 +18 - 6,8) = 10.85%.

U_KC. = 0.5 ■ (10,5 + 6,8 -18) = 0,35 %.

U^ = 0.5 ■ (18 + 6,8 -10,5) = 7,15%.

Значения  величин UKB^- C, UKB^- H^, UKC^- H

трансформатора (таблица 1 раздел 1).

10.85 110²

X_T„ =---= 32.82 Ом.

^TB 10040

0,35 110²

X_Tг = —---= 1,059 Ом.

^TC 10040

7,15 110²

Х_т „ =---= 21,63 Ом.

^TH 10040

выбираем из таблицы данных

• 2.2.    Определим токи КЗ, протекающие через защищаемый
  трансформатор при КЗ на стороне среднего, низшего напряжения. В max и min
  режиме работы.

max(min)

I

UH

(3)

где U - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения; X ^max(min) -

результирующее сопротивление системы и обмоток трансформатора
соответственно на максимальном и минимальном режимах работы.

U²²

X max = c = — = 17.63 Ом.

рез    _Smax

K

_U22

X mn = -cp- = — = 26.45 Ом.

рез    _Smin

K

На средней стороне:

X max = Х max + Хтв + Хтс= 17.63 + 32-82 +1,059 = 51,5 Ом-
рез         рез

max

IК.З._С

115^103

Л ■ 51,5

= 1290,8 А.

X min = Х min + Х_тв + Х_тс = 26.45 + 32.82 +1,059 = 60,33 Ом.
рез        рез       TB      TC

Примечание. Если какое-либо из сопротивлений Х_тв или Х_тс будет
меньше 0, то при определении величин Х^max_резс и Х^min_резс это
сопротивление подставляется со знаком +.

I min = "-^М()  = 1101,85 А.

С   Л ■ 60,33

На низкой стороне

X mx = Х max + Х_г + + Х_т„= 17.63 + 32.82 + 21,63 = 72,08 Ом.
рез         рез

max

К.З.H

115^103

Л ■ 72,08

= 922,2 А.

X min = Х min + Х_тв+ х_тн = 26.45 + 32.82 + 21,63 = 80,9 Ом.
рез         рез

Примечание. Если какое-либо из сопротивлений Х_тв, Х_тс или Х_тн
будет меньше 0, то при определении величин Х^max_резн и Х^min_резн это
сопротивление подставляется со знаком +.

max

^IК.З.C

115-103

43 - 80,9

= 821,72 А.

Принимаем наибольшие значения из полученных в расчете токов I^max_КЗ и
_Imin_КЗ:

1^тахкз = 1290,8 А; IminK3 = 921,72 А. Imax = 1290,8 А, Imin = 821,72 А.

• 3.    Расчет токов в плечах защиты

  • 3.1.    Определим первичные токи для всех сторон защищаемого
    трансформатора

I
H_1B

40000

----= 201,055 А.

I
^H1С

40000

-j=-----= 600,55

А.

I

^H1 Н

⁴⁰⁰¹¹⁰ = 840,86

А.

3.2.

Выберем

номинальные коэффициенты трансформации

трансформаторов тока (ТТ) и вычислим токи в плечах защиты:

H2

I

^H2 B

I
H_2C

^КСХ

I Н1 К

= 210,055 - — = 5.803 А.

60

= 600,55 - — = 6.501 А.

160

(4)

I
^H2H

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.

= 840,86 - — = 4.2 А.

200

Таблица 2. Результаты расчета токов в плечах защиты

Наименование величины	Числовые значения
	ВН	СН	НН
Первичные номинальные токи, А	201,055	600,55	840,86
Коэффициент трансформации,	300 = 60 5	800 =160 5	1000=200 5
Коэффициент схемы K	3	3	1
Вторичные номинальные токи, А	5,803	6,501	4,2

Примечание. Трансформатор тока (ТТ) и его коэффициент
трансформации (КТТ) выбираются исходя из величины первичного
номинального тока. В качестве номинального первичного тока ТТ
выбирается ближайшее большее целое число. Например, при токе 201,055
А выбирается трансформатор тока с первичным током 300 А. Для выбора

нужного трансформатора тока используется стандартный ряд
номинальных значений первичных токов, выпускаемых
промышленностью ТТ:

• 1,    5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800,
  1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000,
  18000, 20000, 25000, 28000, 32000, 35000, 40000 (А).

• 4.    Выбора типа реле дифференциальной защиты

Первоначально определяется возможность применения реле типа РНТ.
Для этого выбирается первичный ток срабатывания защиты I , приведенный к
стороне высшего напряжения трансформатора

Первым условием выбора I является отстройка от броска тока

намагничивания:

• ^а)    IC3 — КОТС ■ IH (ВН) ,

где I     - номинальный ток со стороны ВН трансформатора; К -

коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания.

Для реле типа РНТ выбираем К_отс = 1,3 (для, ДЗТ = 1,5).

Вторым условием выбора I является отстройка от тока небаланса I при
внешних К.З.

• ^б) IC3 ^— КЗ ■ ¹нб ;

где К - коэффициент запаса. Для реле типа РНТ К = 1,3 (для ДЗТ = 1,5); I -
ток небаланса, определяемый по выражению:

IНБ = (Капер ’ Кодн ’ t + А UpEr + ДfB_blP ) ’ 'К                                                   (5)

где К - коэффициент, учитывающий переходный режим токов К.З. Для реле
с ^РНТ выбираем К_апер = 1;

• К - коэффициент однотипности Т.Т. При одном выключателе на всех
  сторонах трансформатора К_одн = 1;

• t - допускаемая относительная погрешность Т.Т.( t = 0,1);

ДU_PEr - относительная погрешность, обусловленная регулированием

напряжения. Для трансформатора ТДНЖ KU_PEг = 0,16;

Kfзыр — относительная погрешность от неточного выравнивания токов

плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле расчетного
числа витков. Так как число витков пока еще неизвестно, то принимается
^Kf ВЫР = ^{0 ;}

Imax - максимальное значение тока К.З. (на стороне ВН трансформатора)
при К.З. на стороне СН или НН.

Наибольшее из двух найденных значений принимается за ток
срабатывания.

I_HБ = (1 • 1 • 0.1 + 0.16 + 0) • 1290,8 = 335,6 А;

• a)    I_c3 > К_отc- I_H(BH) = 1.3 * 201,055 = 261,371А;

• б)    I_c3> K₃ ■ I_HБ = 1.3 * 335,6 = 436,28 А;

Принимаем I_c3 = 436,28 А.

По выбранному току срабатывания определяется коэффициент
чувствительности дифференциальной защиты с реле типа РНТ:

min( 2)
IКЗ
^Кч =  .;

I_СЗ

(6)

где I ^min(2) - значение минимального тока двухфазного КЗ, приведенного к
стороне ВН трансформатора, определяемый по выражению:

min( 2)min

I кз =     * I кз ;

I m^⁽²⁾ = ³  . 821,72 = 710,78 А.

КЗ                     ^,,

(7)

710,78

К„ =------= 1.63

^Ч   436,28

Так как при К_ч = 1.63 < 2, дифференциальную защиту с реле типа РНТ, т.е.
без торможения, выполнить нельзя. В этом случае следует применить реле типа
ДЗТ.

• 5.    Выбор уставок и определение числа витков обмоток реле типа ДЗТ

  • 5.1.    Выбор уставок реле типа ДЗТ (уставки реле типа РНТ выбираются
    аналогично, только без расчета тормозной обмотки)

IC3 > КОТС ■ IH(BH)

I_C3 > 1.5 * 201,055 = 301,582 А;

Найдем вторичный ток срабатывания реле:

I_cр=    . к_сх                                          (8)

СР          СХ

К

301,582

К = —---V3 = 8.695 А;

ср      ₆₀

Выбираем реле типа РТ 40/10.

• 5.2.    Определим число витков обмоток реле ДЗТ:

• а)    Число витков дифференциальной (рабочей) обмотки Wд определяется
  по выражению:

(9)

W_d =   '

I_СР

где F - магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для

_-

срабатывания реле. Для ДЗТ-11 F_cp = 100 А * Вит.

W = ^00- = 11,500

^д   8,695     ^,

Исходя из расчетного значения, принимаем ближайшее целое число
витков дифференциальной обмотки W_d = 12.

• б)    Расчетное число витков уравнительных обмоток W_ур определяется из

условия равновесия намагничивающих сил в реле, создаваемых номинальными
токами в дифференциальной и уравнительных обмотках.

т .w =т = I -W

¹2( ВН) Д'= ^у2( CH) УуР1 ^J2( HH) УуР 2

(10)

где I_2(Bн),I_2(c,_н),I_2(HH) - вторичные токи в плечах защиты

IWHIW
" УР1       .

I 2( CH)

5-83 ’ 12   , „ _,,

W_VP =-------= 10.711 витков.

^УР 6.501

Принимаем 11 витков.

_w _ I^2(BH) Wd

" УР 1      J

I 2(HH)

5.803-12

W_vp =--------= 16.58 витков.

^УР      4,2

Принимаем 17 витков.

• в)    Число витков тормозной обмотки выбирается с учетом схемы ее
  включения, исходя из условия надежного несрабатывания защиты при внешних
  К.З. на стороне СН или НН трансформатора, по формуле:

W

ВТ

Kd^LW
IKT - tga

(11)

где K₃ - коэффициент запаса, K₃ = 1,5;

W - расчетное число витков дифференциальной обмотки;

Imax - максимальный ток небаланса при трехфазном К.З. на одной из

сторон (СН или НН) трансформатора.

tga = 0,8 - для реле ДЗТ-11 (соответствует минимальному торможению по

заводской характеристике).

W

BT

>

1.5 - 386.104-12

1290,8 - 0.8

= 6,731 витков.

^fВЫР

Ш'У   иу Ч)

^WУ^УР^СТ

(12)

где wyСТ, wyА^Ч - расчетное и принятое к установке на реле число витков

уравнительных обмоток.

1_НБ! = (1 -1 - 0.1 + 0.16 + ¹¹ -^10,711) -1290,8 = 369 А;

8

1_НБ2 = (1 -1 - 0.1 + 0.16 + ¹⁷ -^16,58) -1290,8 = 386 А;

Принимаем I_НБ = 386 А, W_BT= 7 витков.

ВЫВОД. Для дифференциальной защиты трансформатора ТДТНЖ
40000/110 115/38,5/27,5 применяются реле типа ДЗТ в которых в качестве
коммутационного аппарата используются реле тока РТ-40/10. Реле типа ДЗТ
имеет рабочую дифференциальную обмотку, уравнительную обмотку и
тормозную обмотку.

Скачать методический материал