Повреждения и ненормальные режимы работы силовых трансформаторов (автотрансформаторов). Назначение и основные виды защит трансформаторов и автотрансформаторов

Несмотря на то, что у трансформаторов отсутствуют движущееся и вращающееся части в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место повреждения и нарушение нормальных режимов работы

В обмотках трансформаторов могут возникать К.З. между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками. На вводах трансформаторов, ошиновок также могут возникать замыкания между фазами и на землю. В условиях эксплуатации могут происходить нарушение нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся:

· прохождение через трансформатор сверхтоков при повреждении других элементов, связанных с трансформатором;

· перегрузка;

· выделение из масла горючих газов;

· понижение уровня масла, повышение его температуры.

Защита трансформаторов должна удовлетворять следующим условиям:

1. Отключать трансформатор от всех источников питания при его повреждении.

2. Отключить трансформатор от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтоков в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором, а также при повреждении смежного оборудования и отказа защиты на нем или выключателе.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит:

1. Дифференциальная защита – для защиты при повреждении обмоток, вводов, ошиновки трансформаторов.

2. Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансформатора при повреждении его ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания.

3. Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла.

4. Максимальная токовая защита, максимальная направленная защита или МНЗ с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор при повреждении, как самого трансформатора, так и элементов связанных с ним.

5. Защита от перегрузки, действующая на сигнал на подстанции с обслуживающим персоналом и на отключение – без обслуживающего персонала.

Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах устанавливаются другие виды защит

защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые ТТ с обеих сторон.

Согласно выражению (7.2) при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток в реле равен: I _Р = I ₁ - I ₂.

Рис. 4.2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора): а — токораспрсделение при сквозном КЗ;
б — то же при КЗ в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты)

При принятых выше условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малое значение, можно считать, что первичные токи равны I i = I п и, следовательно, вторичные токи I ₁ = I ₂. С учетом этого I р= I ₁ - I ₂ =0.

Таким образом, если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и ТТ имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или внешнего КЗ ток в реле отсутствует и дифференциальная защита на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны I ₁ I ₂ и поэтому в реле проходит ток небаланса, I р= I ₁ - I ₂ = I _Р.НБ

Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока, т. е. I с,з= k н I р,нб

При КЗ в трансформаторе или любом другом месте между ТТ направление токов I _II и I ₂ изменится на противоположное, как показано на рис. 4.2, б. При этом ток в реле согласно (7.9) станет равным I _Р = I _I + I ₂ или:

Таким образом, при КЗ в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток КЗ, деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.