Кз за трансформатором треугольник звезда (2 видео)

Кз за трансформатором треугольник звезда

Несимметричные КЗ за трансформатором

Короткие замыкания на землю в системах с заземленной нейтралью

Однофазное КЗ фазы А (К (1) )характеризуется появлением токов нулевой последовательности. Сопротивление нулевой последовательности не равно сопротивлению прямой последовательности и всегда больше его (например, для ЛЭП ).

Ток в поврежденной фазе равен геометрической сумме токов прямой, обратной и нулевой последовательностей или с учетом того, что Z₁ = Z₂:

(3.3)

Ток КЗ сдвинут относительно ЭДС фазы А в сторону отставания на угол:

Напряжение поврежденной фазы в месте установки защиты (в начале линии) равно . В неповрежденных фазах напряжения не остаются неизменными, а вследствие наличия взаимной индукции Z_m эти напряжения возрастают на величину . Кроме того, при однофазном КЗ появляется напряжение нулевой последовательности 3U₀.

На рис.3.4,а представлен участок сети, на промежуточной подстанции которой трансформатор Т работает с заземленной нейтралью, а на рис.3.4,б — схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей при К (1) в точках К1 и К2. Энергосистема G и заземленная нейтраль трансформатора являются источниками токов нулевой последовательности.

Рис.3.3. Схема сети (а), ее схема замещения (б) и векторная диаграмма (в) при однофазном КЗ.

Рис.3.4. Распределение токов при заземлении нейтрали трансформатора Т при однофазном КЗ.

Результирующее сопротивление нулевой последовательности:

Ток в месте КЗ определяется выражением (3.3). При КЗ в точке К1 через защиту выключателя Q1 в поврежденной фазе проходит ток:

а при КЗ в точке К2 в поврежденной фазе защиты Q1 проходит ток, обусловленный заземленной нейтралью трансформатора Т:

Двухфазное КЗ на землютакже характеризуется появлением составляющих нулевой последовательности. В месте металлического КЗ ток прямой, обратной и нулевой последовательностей при условии Z₁= Z₂ определяется как:

Для защиты от замыканий на землю при К (1,1) защита включается на составляющие нулевой последовательности. Поэтому для выбора параметров срабатывания защиты достаточно определить значение, например, токов I₀ при К (1) и К (1,1) . Поскольку при КЗ в одной и той же точке , то при определении чувствительности защиты нулевой последовательности в сетях с заземленной нейтралью расчетным условием принимают ток однофазного КЗ.

Из-за резкого снижения напряжений и больших токов двухфазное КЗ на землю после трехфазного КЗ является наиболее тяжелыми с точки зрения устойчивости энергосистемы и потребителей.

Двойные короткие замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью —это замыкание на землю двух фаз в разных точках сети (рис.3.5).

Рис.3.5. Двойные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

При замыкании на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью появляется небольшой по величине ток нулевой последовательности (но это — не ток КЗ). Поврежденная линия при этом не отключается. Однако во всей сети в неповрежденных (здоровых) фазах возникают перенапряжения, которые могут вызвать пробой изоляции и замыкания на землю во второй точке в другой линии. Двойные КЗ на землю фактически ничем не отличаются от двухфазных КЗ, кроме того, что дополнительно содержат составляющую нулевой последовательности.

При таких видах КЗ целесообразно отключать лишь одно место повреждения, а оставшееся однофазное замыкание ликвидируется оперативным или ремонтным персоналом.

3.4. Приведение на сторону высшего напряжения токов КЗ за трансформатором. Особым случаем по характеру распределения токов являются двухфазные КЗ за трансформаторами с группами соединения обмотокY/∆или∆/Y.

Распределение токов при двухфазном КЗ за трансформатором со схемойY/∆.Рассмотрим распределение токов на стороне звезды трансформатора с соединением обмоток Y/∆ при КЗ на стороне треугольника (рис.3.9,а).Для простоты принимается, что коэффициент трансформации трансформатора К_Т = 1. При этом отношение линейных токов обмоток с соединением Y/∆ равно 1, а токов в фазах:

При двухфазном КЗ на стороне треугольника, например между фазами b и с (рис.3.9,а), ток в неповрежденной фазе I_а= 0, а токи в поврежденных фазах b и с равны току КЗ, т. е. Ic = — Ib = I_Y (3.23)

Как видно из рис.3.9,а, в треугольнике ток делится на две части: одна замыкается по обмотке фазы с и другая – по последовательно включенным обмоткам фаз b и a. Поскольку сопротивление второй цепи в 2 раза больше ток в обмотке фазы с равен Ic_∆ =2I_k / 3, а в обмотках фаз а и в Ia_∆= Ib_∆ = I_k / 3

;

Токи на стороне звезды соответствуют токам в обмотках одноименных фаз треугольника и превышают их в √3 раз:

;

(3.24)

При КЗ между фазами аb и сакартина распределения токов будет аналогичной. Таким образом, при двухфазном КЗ на стороне треугольника трансформатора, токи на стороне звезды появляются во всех трех фазах. В двух фазах они равны и одинаково направлены. В третьей фазе ток противоположен первым двум и равен их сумме, т.е. в 2 раза больше каждого из них.

Распределение токов на стороне треугольника при двухфазном КЗ за трансформатором с соединением обмоток∆/Y(рис.3.9,б).Распределение и соотношение токов на стороне треугольника получается аналогично предыдущему случаю на стороне звезды.

При двухфазном КЗ за трансформатором со схемой ∆/Y между фазами В и С звезды на стороне треугольника токи КЗ проходят во всех трех фазах. Причем, в одной фазе течет ток в два раза больше, чем ток двух других фазах, и в 2/√3 раз больший тока I_кз _Y и совпадает с ним по фазе. Для трансформатора со схемой ∆/Yо фазные токи стороны треугольника ВН связаны с токами стороны звезды следующими выражениями:

I_AΔ = (I_A_Y — I_B_Y ) / √3, I_BΔ = (I_B_Y — I_C_Y ) / √3, I_CΔ = (I_C_Y — I_A_Y ) / √3. (3.25) При двухфазном КЗ между фазами В и С ток КЗ в фазе А со стороны звезды отсутствует, поэтому:

Анализ условий работы максимальных токовых защит, подключенных к ТТ, соединенным по разным схемам, при КЗ за трансформатором Y/∆ (или ∆/Y) показывает:

1. В схеме полной звезды в одной фазе схемы появляется ток , а в двух других — , сумма токов в нулевом проводе равна нулю. Реле I, II, III (рис.3.9) действуют, но два из них имеют в 2 раза меньшую чувствительность, чем третье;

2. В схеме неполной звезды ток проходит по обеим фазам и обратному проводу. Ток равен геометрической сумме токов указанных фаз или току фазы, отсутствующей в схеме.

Если ТТ окажутся на фазах с меньшими первичными токами: то в таком случае условие чувствительности будет в 2 раза хуже, чем в схеме полной звезды. Для устранения этого недостатка следует использовать реле в обратном проводе, где проходит сумма токов фаз, равная току КЗ в третьей фазе:

(3.27)

3. В схеме с включением одного реле на разность токов двух фаз ток в реле будет отсутствовать в случае, показанном на рис.3.9, а, б;

4. В схеме соединения трех ТТ в треугольник и трех реле в звезду (на рисунке не показано) восстанавливается распределение токов – в 2 фазах ВСи САтечет ток Iк,а в третьем реле ток отсутствует.

Рассчитанные токи КЗ за трансформаторами на стороне низкого напряжения должны быть пересчитаны на высокую сторону для выбора уставок защит на стороне ВН. При этом следует учесть особенности, связанные с группой соединения обмоток трансформатора. Токи трехфазного КЗ пересчитываются через коэффициент трансформации трансформатора:

(3.28)

Для простоты условно принимаем коэффициент трансформации трансформатора К_I = 1. При этом отношение линейных токов обмоток с соединением Y и ∆ равно 1, а токов в фазах: I_Y /I_∆=w_∆/w_Y = √3 или w_∆=√3 w_Y (3.29)

При однофазном КЗ за трансформатором 6(10)/0,4кВ со схемой соединения обмоток Y / Y ₀ ток проходит только в поврежденной фазе А и имеет значение:

Токи I₀ не могут протекать в обмотке ВН, соединенной в звезду (рис.3.10), поэтому, в одноименной фазе будет протекать ток равный 2/3I (1) _А, а в двух других фазах 1/3I_A (1) .

Рис. 3.9. Распределение токов и векторные диаграммы при двухфазных КЗ за

трансформаторами с соединением обмоток: а – Y /∆-11 и К_T = 1;

Исходя из рассмотренных выше примеров, для практических расчетов токи, проходящие в фазах трансформаторов с учетом видов КЗ, схем соединения обмоток и реальных коэффициентов трансформации трансформатора удобно рассчитывать относительно тока трехфазного КЗ. Ниже даны формулы для пересчета.

Токи двухфазного КЗ за трансформатором со схемой (∆/Yо) на стороне ВН проходят во всех трех фазах, причем в одной фазе течет ток равный току трехфазного КЗ, а в двух других текут половинки этого тока.

где I₁ и I₂ – токи прямой и обратной последовательности.

Рис.3.10. Распределение токов при однофазном КЗ за трансформатором со схемой соединений Y /Y и К_T = 1.

Токи двухфазного КЗ за трансформатором со схемой (Y/Yо) на стороне ВН проходят в двух фазах, одноименных с поврежденными и по величине равны этому току:

где I₁ и I₂ – токи прямой и обратной последовательности.

Рис.3.11. Распределение токов при однофазном КЗ за трансформатором со схемой соединений ∆/Y и К_I = 1.

Распределение токов при однофазном КЗ за трансформатором с соединением обмоток∆/Yо иY/Yо. При однофазном КЗ за трансформатором со схемой (∆/Yо) на стороне ВН токи проходят по двум фазам, они равны по величине и противоположно направлены.

Токи однофазного КЗ за трансформатором со схемой (Y/Yо) на стороне ВН проходят во всех трех фазах, причем в одной фазе течет ток равный 2/3 тока однофазного КЗ, а в двух других протекают половинки этого тока.

Во многих случаях для расчета токов КЗ в сетях напряжением 0,4 кВ на выводах трансформатора можно пренебречь не только сопротивлением ЭЭС, но и сопротивлением питающей сети. В этом случае расчетное уравнение принимает вид: , (3.35)

где I_н – номинальный ток трансформатора, А.

Токи несимметричных КЗ при разных схемах соединений обмоток трансформаторов

Схема соединения oбмоток	Вид КЗ	Ток КЗ на вторичной стороне при U₁/U₂ = 1	Количество витков
В месте КЗ	На первичной стороне
Y/Y-0	a-o	Ia = ·Uф/Zт1	I_A = 2Ia/3, I_B = I_C = Ia/3	Wу = Wyн
b-c	Ib = Ic = · /2	I_B = I_C = · /2 = 0,766·
∆/Y-0	a-o	Ia = 3Uф/Zт1 = = Uф/Zт =	I_A = I_B = Ia/ = 0,57 I (3) к	Wд = Wy
b-c	Ib = Ic = 3· /2	I_B = 2Ib = I (3) к, I_A = I_C = I_B/2
Y/∆	b-c	Ib = Ic = · /2	I_A = I_C = I_B/2, I_B = 2/ ·Ib =	Wд = Wy

Для расчета защит трансформаторов необходимо знать значение и направление токов в первичной обмотке трансформатора при КЗ на его вторичной стороне. В табл.3.2 даются выражения для пересчета токов. Особенностью выражений в таблице является то, что за исключением однофазного КЗ за трансформатором со схемой соединений Y/Yо все токи при разных видах КЗ и разных схемах соединений обмоток трансформатора выражены через ток трехфазного КЗ в той же точке I (3) _к. При выводе выражений принято, что коэффициент трансформации трансформатора равен отношению линейных напряжений холостого хода U_1x/U_2x. По этому условию определены и соотношения чисел витков обмоток трансформатора.

Пользоваться выражениями, приведенными в табл.3.2, можно двояко:

1.Определить ток требуемого вида КЗ, приведенный к вторичному напряжению U₂ и пересчитать его по действительному коэффициенту трансформации на первичную сторону;

2.Вести расчет для трехфазного КЗ, относя ток и сопротивления к первичному напряжению U₁, и по выражениям из табл.3.2 определить токи при рассчитываемом виде КЗ.

3.5. Учёт РПН трансформаторов при расчётах токов КЗ

Практически все современные трансформаторы имеют ответвления от обмоток для регулирования напряжения. Учет всего диапазона регулирования приводит к значительной разнице токов в крайних положениях переключателя. Например для трансформаторов мощностью 25 МВА токи отличаются в крайних положениях почти в два раза: 833 – 480 А, при средней величине тока – 578 А. Из-за такой разницы токов, для обеспечения необходимой чувствительности вынужденно применяют блокировку по напряжению для максимальных токовых защит трансформатора. Реальный диапазон положений переключателя значительно меньше, однако, для защиты мощных трансформаторов учитывают наихудший режим. Заводом-изготовителем обычно даются 3 величины напряжений короткого замыкания (U_к.мин., U_к.ср., U_к.макс.) для среднего и обоих крайних положений. Величина напряжения U_к. для какого-либо промежуточного положения РПН определяется методом линейной интерполяции, т.е. изменение величины u_к. пропорционально отклонению напряжению от среднего положения переключателя.

У трансформаторов распределительной сети ответвления для регулирования напряжения выполняются на стороне обмотки высшего напряжения. В соответствии с ГОСТ 11677-75 требуется, чтобы все трансформаторы допускали длительную работу при напряжении питания, превышающем номинальное напряжение данного ответвления не более чем на 5% при номинальной нагрузке и 10% кратковременно (до 6 час в сутки) или длительно при нагрузке 25% номинальной. Такое требование, как правило, выполняется при условии исправности автоматики РПН. Например, номинальное напряжение 9-го ответвления РПН, соответствующего +16% составляет 115(1 + 0,16)=133,4кВ. Однако в сетях 110 кВ максимальное допустимое напряжение составляет 126 кВ. Поэтому при расчете максимального коэффициента трансформации трансформатора напряжение стороны ВН принимают не 133,4 кВ, а 126 кВ и аналогично в сетях других классов напряжения.

Для трансформаторов с регулированием типов ПБВ или РПН с достаточной для практики точностью сопротивление трансформаторов для любого положения переключателя ответвлений Z_т можно определить по формуле:

, (3.36)

где Z_т.н – сопротивление трансформатора, определенное для номинального напряжения;

∆N – количество ответвлений; (изменение напряжения при переводе переключателя в одно следующее положение), ОЕ.

В соответствии с ГОСТом для трансформаторов распределительных сетей предусматриваются два основных предела регулирования: для регулирования типа ПБВ ± 2х2,5%; для регулирования типа РПН у трансформаторов мощностью 25…630 кВ·А при высшем напряжении 6…35кВ ± 6х1,67%=± 10%. Для трансформаторов большой мощности и более высоких напряжений пределы регулирования доводят до ±16 %: .

Сопротивление трансформаторов, имеющих пределы регулирования типа ПБВ ± 2х2,5%, определенное по выражению (3.36), будет изменяться в пределах:

Для трансформаторов с регулированием РПН в пределах ±16% применяется автоматическое регулирование напряжения. Вопрос об учете изменения сопротивления трансформаторов решается в зависимости от местных условий, в основном от пределов действительного колебания напряжения.

При регулировании напряжения переключателем РПН изменяется не только коэффициент трансформации, но и реактивное сопротивление трансформатора. Кроме того, энергосистема, питающая трансформатор, так же изменяет свое реактивное сопротивление в зависимости от режима работы (максимальный или минимальный режимы). В этой связи в расчетной точке (на шинах НН или СН подстанции) необходимо определять значения как максимальных, так и минимальных токов КЗ для корректного выбора уставок защит.

При определении сопротивления короткого замыкания (реактанса) в расчетной точке, т.е. на выводах НН трансформатора рекомендуется пользоваться следующими выражениями, справедливыми для любого типа трансформатора:

; (3.37)

где U_нн – номинальное напряжение трансформатора стороны НН, кВ; в зависимости от типа трансформатора может иметь значение 6,6; 6,3; 11 кВ;

U_ном.вн, U_ср.вн, U_max.вн – значения соответственно номинального, среднего и максимального напряжений питающей энергосистемы, равные 110, 115, 126 кВ или 35, 37, 40,5 кВ;

DU – относительный диапазон регулирования напряжения переключателем РПН, равный 0,16 или 0,1 соответственно при пределах регулирования ±16 % и ±10 %;

S_н.тр – номинальная мощность трансформатора, МВА; для 2-х обмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой принимается значение 0,533 S_н.тр;

х_с._max, х_с._min – сопротивления системы в максимальном и минимальном режимах на шинах 110 (35) кВ данной подстанции, Ом, причем х_с._max

Видео:Схемы и группы соединений обмоток силовых трансформаторовСкачать

Трехфазные и двухфазные КЗ на стороне ВН . Короткие замыкания, называемые междуфазными, могут происходить между наружными выводами обмоток ВН или НН, расположенными на крышке бака (корпуса) трансформатора или между обмотками внутри бака, причем последние случаются сравнительно редко, особенно трехфазные КЗ внутри бака. Наиболее опасными для самого трансформатора и для электроприемников прилегающей электрической сети являются трехфазные КЗ па выводах обмотки ВН, поскольку они сопровождаются большими токами КЗ и могут вызывать глубокие понижения напряжения на зажимах других электроприемников. При этом у асинхронных электродвигателей (двигатели М на рис. 1,а) снижается частота вращения и, если КЗ не будет быстро отключено, двигатели остановятся, что вызовет нарушение работы предприятия.

Значение тока при трехфазном КЗ на выводах трансформатора 10 кВ (трансформатор Т₂ на рис. 1), если он установлен вблизи питающей подстанции 110/10 кВ, равно значению тока КЗ на шинах 10 кВ этой подстанции. Если трансформатор 10 кВ питается по воздушной или кабельной линии 10 кВ, при расчете тока трехфазного КЗ необходимо учесть сопротивление этой линии. При значительной мощности электродвигателей (двигатели М на рис. 1,а) следует учитывать возможность существенного увеличения тока в месте КЗ за счет кратковременной подпитки от электродвигателей.

Рис. 1. Распределение токов (а) и векторные диаграммы токов и напряжений при металлическом трехфазном (б) и двухфазном (в, г] КЗ на выводах понижающего трансформатора со стороны питания.

При трехфазном КЗ токи в месте КЗ одинаковы по значению во всех трех фазах, их векторы сдвинуты относительно друг друга на 120° (рис. 1,а,б). Напряжения всех трех фаз в месте трехфазного КЗ равны нулю.

При двухфазном КЗ токи проходят только в двух замкнувшихся фазах (например, В и С). Их значения равны между собой, а векторы сдвинуты на 180° (рис. 1,в). Значения токов в месте двухфазного КЗ в распределительных электросетях можно, приближенно считать на 15% меньшими, чем значения токов при трехфазном КЗ в той же точке. Ток в неповрежденной фазе считается равным нулю. Напряжение неповрежденной фазы (А при КЗ между фазами В и С) сохраняется равным номинальному фазному (на рис. 1,г U к А = U ф ), а фазные напряжения замкнувшихся фаз уменьшаются в 2 раза по сравнению с номинальным. Междуфазное напряжение U мф поврежденных фаз в месте КЗ равно нулю ( U к В-С на рис. 1,г), а два других междуфазных напряжения в 1,5 раза превышают фазное, т. е. каждое из них всего лишь примерно па 15% ниже номинального междуфазного напряжения сети. При этом электродвигатели продолжают работать и можно было бы не спешить с отключением двухфазного КЗ, но из опыта хорошо известно, что двухфазное КЗ быстро переходит в трехфазное и вызывает дополнительные разрушения. Поэтому все междуфазные КЗ на выводах ВН и внутри трансформатора должны отключаться мгновенно или, в крайнем случае, с минимальным замедлением (до 0,5 с), если это замедление необходимо и обоснованно.

Однофазное замыкание на землю (на корпус) на стороне ВН . В сетях 10 кВ, так же как и 3; 6; 20 и 35 кВ, работающих в нашей стране с изолированной или компенсированной нейтралью, токи при однофазном замыкании на землю не превышают нескольких ампер: например, для сетей 10 кВ они составляют 20 А [2]. Специальная защита от этого вида повреждения на трансформаторах 10 кВ не предусматривается, но на кабельной или кабельно-воздушной линии 10 кВ, по которой получают питание один или несколько трансформаторов, устанавливается защита (сигнализация) однофазных замыканий на землю [3, 4].

Витковые замыкания. Замыкания между витками одной фазы обмотки трансформатора, как правило, не сопровождаются большими токами, как это происходит при междуфазных КЗ. При малой доле замкнувшихся витков (по отношению к общему числу витков обмотки) ток этого вида повреждения может быть значительно меньше номинального тока трансформатора и это повреждение трудно обнаружить с помощью максимальных токовых защит, реагирующих на увеличение тока сверх номинального. Из существующих типовых защит трансформаторов только газовая защита масляных трансформаторов реагирует на витковые замыкания, так как они сопровождаются горением электрической дуги и местным нагревом, что вызывает разложение трансформаторного масла и изоляционных материалов и образование летучих газов. Газы вытесняют масло из бака трансформатора в расширитель и вызывают действие газового реле (§ 10). В соответствии с ГОСТ 11677—85 все масляные трансформаторы мощностью 1 MB -А и более с расширителем должны быть снабжены газовым реле. Для внутрицеховых трансформаторов газовая защита обязательна при мощности трансформатора 630 кВ-А и более [1].

Рис. 2. Распределение токов и векторные диаграммы полных токов при двухфазном КЗ за трансформаторами 10/0,4 кВ со схемами соединения обмоток Y / Y -0 (а, 6, в) и ∆/ Y -11 (г, д, е) при условно принятом коэффициенте трансформации трансформатора N = 1

Междуфазные КЗ за трансформатором. Эти повреждения могут происходить на выводах обмотки НН трансформатора, на сборных шинах НН и на отходящих элементах питаемой сети НН. Наибольшее значение тока соответствует трехфазному КЗ, причем во всех трех фазах токи равны между собой, как на стороне НН, так и на стороне ВН (см. рис. 1,6).

При двухфазном КЗ на стороне НН векторная диаграмма токов в месте КЗ аналогична рис. 1,6. А распределение токов в обмотке ВН при этом зависит от схемы и группы соединения обмоток трансформатора. У трансформатора со схемой соединения обмоток Y / Y -0 или Y / Y -0 распределение токов и векторные диаграммы токов одинаковы для сторон НН и ВН(рис.2,а—в). Для удобства сравнения векторных диаграмм токов в обмотках НН и ВН коэффициент трансформации трансформатора принят равным единице: N = 1, что соответствует трансформатору, например 10/10 кВ.

При таком же двухфазном КЗ, но за трансформатором со схемой соединения обмоток ∆/ Y -11, распределение токов и векторная диаграмма токов на стороне ВН имеют другой вид (рис. 2,г—е). Характерно, что на стороне ВН токи проходят во всех трех фазах и один из фазных токов в два раза больше двух других, причем этот больший из токов по значению равен току трехфазного КЗ, если бы оно произошло в том же месте, где двухфазное КЗ (рис. 2).

Рис. 3. Распределение токов (а) и векторные диаграммы (б и в ) токов прямой и обратной последовательности и полных токов на сторонах ВН и НН при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения Y /∆-11.

При таком же двухфазном КЗ, но за трансформатором со схемой соединения обмоток Y /∆-11 (рис. 3), векторная диаграмма токов на стороне ВН оказалась повернутой па угол 180° по сравнению с диаграммой на рис. 2, д. На рис. 3, 6 ,в показано с помощью известного метода симметричных составляющих, каким образом происходит трансформация симметричных составляющих токов прямой и обратной последовательности со стороны НН (∆) на сторону ВН ( Y ) и каким образом получены векторные диаграммы полных токов на сторонах ВН и НН трансформатора.

В соответствии с этим методом векторная диаграмма токов в месте двухфазного КЗ (например, между фазами В и С), состоящая из двух векторов, т. е. несимметричная по сравнению с диаграммой трех фазных токов, может быть представлена двумя симметричными векторными диаграммами токов прямой и обратной последовательности (рис. 3,в). Для проверки правильности этих диаграмм произведем геометрическое сложение векторов токов прямой и обратной последовательностей каждой фазы:

В результате этого геометрического сложения получается исходная векторная диаграмма полных токов в месте двухфазного КЗ между фазами В и С (рис. 3, б). Аналогичные диаграммы токов соответствуют двухфазным КЗ между другими фазами, например А и В (отсутствует ток в фазе С). В распределительных сетях (без учета электродвигателей и генераторов местных электростанций) значения векторов токов прямой и обратной последовательности I 1 и I 2 равны между собой и составляют половину фазного тока при трехфазном КЗ, т. е.

Значения полных токов в поврежденных фазах (В и С на рис. 3,в) в 1,73 раза больше, т. е

Таким образом, ток при двухфазном КЗ несколько (примерно на 15%) меньше, чем при трехфазном КЗ, о чем уже упоминалось выше.

Для построения векторной диаграммы полных токов на стороне ВН ( Y ) трансформатора со схемой и группой соединения обмоток Y /∆-11 при двухфазном КЗ на стороне НН (∆) необходимо выполнить следующее:

векторную диаграмму токов прямой последовательности на стороне НН повернуть на угол —30° (по часовой стрелке);

векторную диаграмму токов обратной последовательности на стороне НН повернуть на угол +30 о (против часовой стрелки).

Повороты векторов тока объясняются наличием фазового сдвига между токами на сторонах ВН и НН, равного 30° (группа соединения обмоток этого трансформатора потому и называется «одиннадцатой» или «одиннадцатичасовой», что угол фазового сдвига между векторами токов на сторонах ВН и НН равен углу между часовой и минутной стрелками часов, когда они показывают 11 часов). После построения векторных диаграмм токов прямой и обратной последовательности на стороне ВН (рис. 3,6) производится геометрическое сложение векторов токов прямой и обратной последовательности каждой фазы. В результате этого сложения получается векторная диаграмма полных токов на стороне ВН. Так же как и при двухфазном КЗ за трансформатором ∆/ Y -11 (рис. 2, г—е), на стороне ВН трансформатора Y /∆-11 токи КЗ проходят во всех трех фазах и один из фазных токов в два раза больше двух других, причем этот больший из токов по значению равен току трехфазного КЗ (поскольку каждая из составляющих тока, прямой и обратной последовательности, равна половине фазного тока при трехфазном КЗ). Различие во взаимном расположении и наименовании фаз токов на сторонах ВН (рис. 2,д н 3,6) объясняется тем, что при трансформации симметричных составляющих через трансформатор ∆/ Y -11 со стороны Y на сторону ∆ векторная диаграмма токов прямой последовательности поворачивается па угол +30° (против часовой стрелки), а векторная диаграмма токов обратной последовательности— на угол —30° (по часовой стрелке). Эту особенность трансформаторов со схемами соединения обмоток Y /∆-11 и ∆/ Y -11 учитывают при выполнении их максимальной токовой защиты на стороне ВН, устанавливая три токовых реле для того, чтобы при любом виде двухфазного КЗ за трансформатором в одном из реле проходил больший из токов, равный току трехфазного КЗ (§ 8).

Однофазные КЗ за трансформатором. Эти повреждения характерны для трансформаторов, у которых обмотка НН соединена в звезду с выведенной нейтралью и эта нейтраль имеет глухое заземление (рис. 4 и 5). Есть основания считать, что большинство коротких замыканий в сетях 0,4 кВ с глухо заземленной нейтралью начинается с однофазного и, если быстро не отключить однофазное КЗ, оно переходит в более тяжелое — междуфазное КЗ, чаще всего в трехфазное, которое сопровождается большими токами и которое должно отключаться максимальными токовыми защитами от междуфазных КЗ, менее чувствительными и менее быстродействующими, чем защиты нулевой последовательности от КЗ на землю на стороне НН (§ 9). Полезно знать и токораспределение, и значения токов на стороне ВН трансформатора при КЗ на землю на стороне НН. Векторные диаграммы токов на стороне ВН зависят от схемы и группы соединения трансформатора и различны для трансформаторов Y / Y -0 и ∆/ Y -11 (рис. 4, 5).

Рис. 4. Распределение токов (а) и векторные диаграммы (б и в) токов прямой, обратной и нулевой последовательности и полных токов на сторонах ВН и НН при однофазном КЗ на землю за трансформатором со схемой соединения обмоток Y / Y -0

Рис. 5. Распределение токов (о) и векторные диаграммы (б и s ) токов прямой, обратной и нулевой последовательности и полных токов на сторонах ВН и НН при однофазном КЗ па землю за трансформатором со схемой соединения обмоток ∆/ Y -11.

Векторная диаграмма тока в месте однофазного КЗ на стороне НН состоит из одного вектора тока замкнувшейся фазы, например фазы А, вне зависимости от того, питается сеть НН через трансформатор Y / Y или ∆/ Y . Эта несимметричная векторная диаграмма может быть представлена тремя симметричными векторными диаграммами токов прямой, обратной и нулевой последовательности, которые показаны на рис. 4, б и 5,б. Для проверки следует произвести геометрическое сложение симметричных составляющих токов каждой из трех фаз:

Все симметричные составляющие имеют равные значения: I к НН/ 3. Ток однофазного КЗ часто обозначают 3 I 0 и называют утроенным током нулевой последовательности.

Токораспределение и векторная диаграмма токов на стороне ВН трансформатора со схемой соединения Y / Y -0 показаны на рис. 4, а, б. Фазового сдвига между токами обмоток ВН и НН здесь нет, но составляющие нулевой последовательности не трансформируются на сторону ВН, поскольку токи одного направления не могут проходить по фазным обмоткам ВН, соединенным в звезду без выведенной и заземленной нейтрали (как на стороне НН). Поэтому на сторону ВН трансформируются симметричные составляющие только прямой и обратной последовательности. Поскольку в учебных целях принято, что коэффициент трансформации трансформатора N =1, векторные диаграммы токов этих последовательностей одинаковы на сторонах ВН и НН. Складывая геометрически векторы токов этих последовательностей на стороне ВН, получаем векторную диаграмму полных токов, по которой видно, что в одной из фаз (поврежденной фазе А) проходит ток, в 2 раза больший, чем в двух других, а значение этого большого тока равно 2/3 тока однофазного КЗ, проходящего на стороне НН (при N = 1). Если коэффициент трансформации трансформатора не равен 1, например 10/0,4 = 25, то значение тока КЗ на стороне ВН следует поделить еще на 25 (§ 3). В двух других фазах ВН проходят токи, в 3 раза меньшие, чем ток однофазного КЗ на стороне НН (при N =1). Это является одной из причин недостаточной, как правило, чувствительности максимальной токовой защиты на стороне ВН трансформаторов Y / Y -0 при однофазных КЗ на землю на стороне НН. И это же указывает на необходимость выполнения на стороне НН специальной токовой защиты нулевой последовательности от однофазных КЗ на землю (§ 9).

На рис. 5,6 показано построение векторной диаграммы полных токов на стороне ВН трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/ Y при однофазном КЗ на стороне НН. При трансформации векторная диаграмма токов прямой последовательности поворачивается на угол +30° (против часовой стрелки), а векторная диаграмма токов обратной последовательности— на угол —30° (по часовой стрелке). Токи нулевой последовательности I 0 также трансформируются на сторону ВН, но замыкаются в обмотке ВН, соединенной в треугольник, и поэтому отсутствуют в полных линейных токах на этой стороне трансформатора. Геометрически складывая токи прямой и обратной последовательности каждой фазы, получаем векторную диаграмму полных токов, которая состоит из двух векторов, направленных в противоположные стороны. Поскольку каждая из симметричных составляющих равна I k . нн/3, то значение полных токов на стороне ВН

таким образом, при однофазном КЗ на землю за трансформатором ∆/ Y -11 на стороне ВН (∆) токи КЗ проходят в двух фазах, их векторы сдвинуты на 180°, а значение равно

Сверхтоки при перегрузках. Перегрузкой называется ненормальный режим работы трансформатора, при котором ток через трансформатор более чем на 5 % превышает номинальное паспортное значение тока при соответствующем ответвлении обмотки ВН. Различают перегрузки, вызванные неравномерностью графика нагрузки и аварийными ситуациями. Аварийные перегрузки допускаются в исключительных случаях, например при отключении одного из трансформаторов двухтрансформаторной подстанции, когда в результате срабатывания устройства АВР к работающему трансформатору подключается дополнительная нагрузка. Допустимые перегрузки указываются в соответствующих стандартах и директивных материалах. В ГОСТ 14209—85 для масляных трансформаторов (М) классов напряжения до 110 кВ включительно при температуре охлаждающего воздуха от —20 °С и ниже и до +30 °С допускаются следующие аварийные перегрузки (без учета предшествующей нагрузки): от 2 до 1,9 номинального тока трансформатора в течение 30 мин и от 2 до 1,7 — в течение 1 ч; при +40°С— соответственно 1,7 и 1,4. Перегрузки длительностью 24 ч допускаются от 1,6 при —20°С и ниже и до 1,2 при +30 = С и 1,1 номинального тока трансформатора при +40 °С. Для конкретных масляных трансформаторов серий ТМ и ТМВМ напряжением 6 и 10 кВ мощностью до 630 кВ-Л, установленных в распределительных электрических сетях и питающих коммунально-бытовую нагрузку, производственные, смешанные (производственные и коммунально-бытовые) и другие виды нагрузок, допускаются перегрузки, указанные в табл. 1 в долях номинальной мощности трансформатора [5]. Такие же перегрузки допускаются и по току. Трансформаторы масляные герметичной серии (ТМГ) рассчитаны на систематические перегрузки до 1,5 номинального тока. Для сухих трансформаторов, устанавливаемых в КТП, допускаются аварийные перегрузки на 30 % сверх номинального тока не более чем на 3 ч в сутки. Указанные возможные максимальные перегрузки необходимо учитывать при расчете параметров защиты для того, чтобы предотвратить излишние отключения трансформатора плавкими предохранителями (§ 4) или максимальной токовой защитой от токов КЗ (§ 8) во время его работы с допустимыми превышениями номинального тока.

Таблица 1. Допустимые перегрузки трансформаторов серий ТМ и ТМВМ [5]

Видео:Этому не учат, а стоило бы. Чем отличается звезда от треугольника? #звезда #треугольник #двигательСкачать

Схема соединений обмоток по ГОСТ 11677-75

Ток к.з. на вторичной стороне при U1/U2 = 1

Кол-во витков

В месте к.з.

На первичной стороне

Для расчета защит трансформаторов необходимо знать значение и направление токов в первичной обмотке трансформатора при КЗ на его вторичной стороне. В табл. 13.2 даются выражения для пересчета и векторные диаграммы токов. Особенностью выражений в табл. 13.2 является то, что за исключением однофазного КЗ за трансформатором со схемой соединений У/У_н все токи при разных видах КЗ и разных схемах соединений обмоток трансформатора выражены через ток трехфазного КЗ в той же точке I_к (3) . При выводе выражений принято, что коэффициент трансформации трансформатора равен отношению линейных напряжений холостого хода U_1x/U_2x. По этому условию определены и соотношения чисел витков обмоток трансформатора.

Пользоваться выражениями, приведенными в табл. 13.2 можно двояко: или определить ток требуемого вида КЗ, приведенный ко вторичному напряжению U₂ и пересчитать его по действительному коэффициенту трансформации на первичную сторону, или вести расчет для трехфазного КЗ, относя ток и сопротивления к первичному напряжению U₁ и по выражениям определить токи при требующемся виде КЗ.

Значения и векторные диаграммы токов несимметричных КЗ при разных схемах соединений обмоток трансформаторов

Окончание табл. 13.2

Пример 13.4. Определить токи трехфазного, двухфазного и однофазного КЗ на выводах низшего напряжения трансформатора 400 кВ·А, 6/0.4 кВ при схемах соединений обмоток У/У_н и Д/У_н. Питание производится от системы бесконечной мощности.

Соединение обмоток Д/У_н, расчет для напряжения 0,4 кВ. Сопротивление трансформатора, приведенное к 0,4 кВ, по [17] Z_т = 0,018 Ом.

Ток однофазного КЗ и трехфазного КЗ

А, отнесенных к 400 В.

Ток двухфазного КЗ: A.

Тот же расчет выполняется при напряжении 6,0 кВ. Сопротивление трансформатора, отнесенное к 6,0 кВ, равно:

Ом.

Ток А. То же значение получится пересчетом тока , отнесенного к 400 В на напряжение 6,0 кВ: 12900 400 / 6000 = 860 А.

Ток , отнесенный к 6,0 кВ, по табл. 13.2 равен 0,58 I (3) = 0,58 860 = 500 A. Такой ток протекает в двух фазах на стороне 6,0 кВ.

Такое же значение тока получается пересчетом с напряжения 400 В на напряжение 6 кВ:

(12900 400 /6000) 0,58 = 500 А.

Наибольший ток двухфазного КЗ со стороны 6 кВ по табл. 13.2 равен току трехфазного КЗ 860 А; в двух других фазах ток вдвое меньше 430 А.

Ток трехфазного КЗ от схемы соединений обмоток не зависит и равен 12900 А на стороне 400 В и 860 А на стороне 6 кВ.

Ток двухфазного КЗ на стороне 400 В также не зависит от схемы соединения обмоток и равен 11200 А .

Для схемы соединений У/У_н ток двухфазного КЗ со стороны 6 кВ равен:

А.

Для однофазного КЗ Ом и А вместо 12900 А для соединения Д/У_н. Со стороны 6 кВ максимальный ток будет равен
2 3570 400/ 3 6000 = 159 А; в двух других фазах токи в 2 раза меньше и равны 79,5 А.

Для более удобного сравнения результаты расчета сведены в таблицу 13.3.

Результаты расчётов к примеру 13.4

Напряжение, кВ	Схема соединений	I_к (3) А	I_к (2) А	I_к (1) А
0,4	Д/У_н У/У_н
6,0	Д/У_н У/У_н	860/430	159/79

Малое значение тока при однофазных КЗ для схемы соединений У/У_н значительно затрудняет выполнение защиты таких трансформаторов и вынуждает применять более сложные защиты с увеличенным количеством реле и трансформаторов тока.

Дата добавления: 2015-05-19 ; просмотров: 3124 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ