План урока по предмету Релейная защита и электроавтоматика

ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент  План урока Урок № Группа 29 3051 3052 Количество учащихся Дата Предмет      Релейная защита и электроавтоматика  Тема урока:  Дифференциальная токовая защита трехобмоточных  трансформаторов и ее особенности.  Цели урока:   образовательная:  сформировать у студентов понятие о газовой защите;  развивающая:  дать  основные  определения   и  термины,  часто  используемые  при работах с установками релейной защиты;  воспитательная: вызвать у студентов интерес к предмету, к профессии , к специальности  техника­электрика. Тип урока: комбинированный    Ресурсы   урока:  Электронные   плакаты  ,   материалы, презентация по теме. Межпредметные связи: ЭПП, ЭТМ,    раздаточные   материалы,   видео     ТОЭ, Наладка, ЛЭП.       ХОД УРОКА 20 мин):  1. Организационный момент (3 мин): Проверка присутствия  студентов 2. Активизация и контроль знаний ( Опрос учащихся по следующим вопросам:  Газовая защита трансформаторов 1.       2.      Газовая   защита   трансформаторов   специальных газовых реле    .    .   3.    Принцип действия и область применения 4.    Типы газового реле и схемы газовой защиты  .       осуществляется   при   помощи  .       3.Изложение нового материала    ( 50 мин):  1.    Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты      .   2.    Принципиальная схема дифференциальной защиты    .   Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент    .    .   3.    Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов 4.    Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение   5.  Часть принципиальной схемы выходных оперативных цепей защиты трансформатора    .   Принцип действия и область применения Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты известен уже более 70 лет. Принципиальная схема дифференциальной защиты (в дальнейшем  будем опускать слово «продольная») с циркулирующими токами показана на  рис. 6­1 для одной фазы какого­то элемента, имеющего в начале и в конце  одинаковые по значению первичные токи (/ы = /1­2). С обеих сторон  защищаемого элемента установлены трансформаторы тока ITT и 2ТТ,  ограничивающие зону действия дифференциальной защиты. Вторичные обмотки  ITT и 2ТТ соединяются последовательно (конец ITT с началом 2ТТ), а токовое  реле дифференциальной защиты ТД подключается к ним параллельно. При к. з. в точке К за пределами зоны действия дифференциальной защиты  (такое к.з. называется внешним или сквозным), а также в нормальном режиме  нагрузки вторичные токи трансформаторов тока соответственно /2­1 и /2­2  циркулируют по соединительным проводам (плечам) защиты (рис. 6­1,а). При  одинаковых коэффициентах трансформации трансформаторов Рис. 6­1. Принципиальная схема продольной дифференциальной зашиты с  циркулирующими токами: а — токо­ распределение при внешнем к. з.; б — то  же при к. з. в зоне действия защиты тока ITT и 2ТТ и их работе без погрешностей значения вторичных токов /2­i и / 2­2 равны между собой, а направления их в реле ТД — противоположны.  Следовательно, в рассматриваемом идеальном случае ток в реле ТД (6­1) Таким образом, по принципу действия дифференциальная защита не реагирует  на повреждения вне ее зоны действия, т. е. на соседних элементах (линиях,  двигателях и т.п.), и поэтому может быть выполнена без выдержки времени. Эта  защита относится к группе защит с абсолютной селективностью [2]. Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент Практически в режиме нагрузки, и особенно при внешнем к. з., ток в реле ТД не  может быть равен нулю, поскольку трансформаторы тока ITT и 2ТТ имеют  разные значения погрешностей, и даже при равных первичных токах вторичные  токи /2­1 и /2­2 не равны между собой. Ток в реле ТД в режимах нагрузки и внешнего к. з. называется током небаланса /нб. И выражение (6­1) следует  изменить: (6­1 а) Для обеспечения несрабатывания дифференциальной защиты в этих режимах  ток срабатывания реле ТД выбирается большим, чем ток небаланса: (6­2) где kn — коэффициент надежности, принимаемый для современных  дифференциальных защит около 1,3. При к. з. в зоне действия дифференциальной защиты (рис. 6­1,6) в случае  двустороннего питания защищаемого элемента, направления первичного тока /1­ 2 и вторичного тока /2­2 изменяются на 180°. При этом в реле ТД проходит  сумма токов к. з.: и реле ТД срабатывает на отключение поврежденного элемента от источников  питания. В случае одностороннего питания в реле ТД проходит один из токов к.  з.: /2­1 или /2­2. При этом дифференциальная защита также должна срабатывать  на отключение. Режим одностороннего питания является расчетным при оценке  чувствительности дифференциальной защиты, которая производится с помощью коэффициента чувствительности [1] (6­3) где /р. мин = /2­1 ИЛИ /2­2 (рис. 6­1,6). В соответствии с Правилами [1] продольная дифференциальная защита должна  устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 MB­А и более, а также на  трансформаторах 4 MB­А при их параллельной работе. Кроме того,  дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах 1—2,5 MB­А в  тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям  чувствительности (§ 5­2), а максимальная токовая защита имеет время  срабатывания более 0,6 с. Дифференциальная защита предусматривается также  для трансформаторов 1—2,5 MB­А, устанавливаемых в районах, подверженных  землетрясениям (поскольку газовая защита здесь может использоваться только с действием на сигнал). 6­2. Особенности выполнения дифференциальной защиты  трансформаторов Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент Силовой трансформатор, в отличие от линии, генератора, двигателя, имеет  несколько характерных особенностей, влияющих на выполнение его продольной  дифференциальной защиты. В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит  ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках и поэтому попадающий  в реле ТД как ток небаланса. В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких  процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ (ГОСТ  12965—74) ток намагничивания от 1,5 до 0,55% номинального тока. Но при  включении трансформатора под напряжение или при восстановлении  напряжения после отключения близкого к. з. бросок тока намагничивания может в 5—8 раз превысить номинальный ток трансформатора. Поэтому отстройка  дифференциальной защиты (обеспечение ее несрабатывания) от бросков тока  намагничивания является самой сложной задачей, не решенной до конца и в  настоящее время. В силовом трансформаторе первичные токи обмоток ВН, СН и НН не равны  между собой, а коэффициенты трансформации стандартных трансформаторов  тока таковы, что практически невозможно с их помощью сделать равными  между собой вторичные токи в плечах дифференциальной защиты (12­\ и /2­2 на  рис. 6­1). Неравенство значений вторичных токов вызывает ток небаланса, как  это видно из выражения (6­1а). Неравенство значений вторичных токов и ток небаланса могут также возникнуть за счет: различных погрешностей, с которыми работают разнотипные трансформаторы  тока (ITT и 2ТТ на рис. 6­1); регулирования напряжения на одной из сторон трансформатора, на которой и  будут изменяться значения первичного и вторичных токов при неизменных  значениях токов на других сторонах; углового сдвига между первичными токами в фазных выводах трансформатора  при стандартной группе соединения обмоток У/Д­11 (рис 1­3); если не принять  специальных мер, этот же угловой сдвиг будет и между вторичными токами. Перечисленные особенности силового трансформатора определяют и  особенности его дифференциальной защиты, для выполнения которой должны  быть решены две основные задачи: отстройка от бросков тока намагничивания,  возникающих при включении трансформатора; отстройка от токов небаланса при внешних к.з. 3. Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под  напряжение Ток намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение  может достигать, как уже указывалось, 8­кратного значения номинального тока,  Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент но он быстро затухает и через 0,5—1 с становится уже намного меньше  номинального. Эта особенность использовалась для выполнения грубых, но  быстродействующих дифференциальных защит — так называемых  дифференциальных отсечек. Ток срабатывания этой отсечки выбирается в 3—4  раза большим номинального тока трансформатора. Благодаря такой грубой  настройке и с учетом некоторого замедления срабатывания (собственного  времени выходного промежуточного реле) дифференциальная отсечка может  быть отстроена от бросков тока намагничивания, но лишь за счет низкой ее  чувствительности при к. з. в зоне действия. Именно из­за низкой  чувствительности дифференциальная отсечка применяется крайне редко и не  предусматривается в новых Правилах [1]. Для отстройки от броска тока намагничивания применялась и выдержка  времени 0,5—1 с, однако с начала 1950­х годов в СССР такое выполнение  дифференциальной защиты не допускается, независимо от типа и места  включения защищаемого Рис. 6­2. Характерная кривая броска тока намагничивания в одной из фаз при  включении силового трансформатора под напряжение (а) и кривая тока к. з. (б) трансформатора. Исключение составляют дифференциальные защиты, которые  устанавливаются совместно с другими — быстродействующими  дифференциальными защитами в роли вспомогательных, например, для защиты  понижающего трансформатора от к.з. на стороне НН [5]. В настоящее время наиболее широко применяются дифференциальные защиты, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используются  особенности несинусоидальной формы кривой тока в дифференциальной цепи  при включении трансформатора под напряжение, а именно: смещение кривой броска тока намагничивания в одну сторону от нулевой линии  и отсутствие обратных полуволн (рис. 6­2,а); наличие в броске тока намагничивания бестоковых пауз длительностью около 7 —10 мс именно за счет отсутствия обратных полуволн в токах намагничивания  (рис. 6­2,а); большое содержание в броске тока намагничивания четных гармоник (главным  образом второй). Подавляющее большинство дифференциальных защит в СССР выполнено на  отечественных реле серий РНТ и ДЗТ, в которых для отстройки от бросков тока Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент намагничивания используется первая из перечисленных особенностей. В этих  реле исполнительный орган (токовое реле) включен в дифференциальную цепь  защиты через промежуточный трансформатор, работающий с повышенной  индукцией в магнитопроводе. Когда в первичную обмотку такого  трансформатора тока подается однополярный ток (рис. 6­2, а), апериодическая  составляющая этого тока вызывает глубокое насыщение магнитопровода, весь  первичный ток становится током намагничивания и, таким образом, в идеальном случае во вторичную обмотку не трансформируется. Следовательно,  исполнительный орган, включенный на вторичную обмотку насыщенного  трансформатора тока, не может сработать. Такой трансформатор тока  называется быстронасыщающимся (БНТ) или насыщающимся (НТТ). Если происходит к.з. в зоне действия защиты и через первичную обмотку НТТ  проходит синусоидальный (двухполярный) ток к.з. (рис. 6­2,6), то НТТ  трансформирует этот ток во вторичную обмотку и обеспечивает срабатывание  исполнительного органа реле РНТ или ДЗТ. Надо отметить, что ток к. з. также  может иметь апериодическую составляющую, которая насыщает НТТ и  препятствует трансформации периодической составляющей. Но апериодическая составляющая тока к. з. быстро затухает, после чего реле срабатывает за счет  периодической составляющей. Полное время срабатывания защиты с НТТ при  самых неблагоприятных условиях не превышает 0,12 с [22]. В отличие от описанного идеального случая реальный НТТ трансформирует  часть однополярного тока намагничивания. Кроме того, при включении  трехфазного трансформатора под напряжение в одной из фаз может  отсутствовать апериодическая составляющая броска тока намагничивания (так  называемый периодический бросок тока намагничивания, который хорошо  трансформируется НТТ). Такая форма кривой тока на входе НТТ может иметь  место и в том случае, если основные трансформаторы тока дифференциальной  защиты работают с большими погрешностями и трансформируют только  периодическую составляющую броска тока намагничивания. Все эти возможные  случаи не позволяют выполнить с помощью НТТ высокочувствительную  дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически  принимается ток срабатывания для реле РНТ /с. з ^ 1,3/ном гр, а для ДЗТ /с. з ^  1,5/ном гр, т. е. больше номинального тока защищаемого трансформатора. Применяемый в основном в зарубежной практике способ отстройки от броска  тока намагничивания с помощью второй гармоники позволяет выполнить  дифференциальную защиту с током срабатывания, меньшим номинального тока  трансформатора, но имеет известные недостатки: существенное замедление  срабатывания при к. з. в зоне и даже возможность отказа при больших  кратностях тока к. з., когда во вторичном токе глубоко насыщенных  трансформаторов тока дифференциальной защиты появляются четные  гармоники. Во избежание отказа отключения поврежденного трансформатора  дополнительно устанавливается грубая дифференциальная отсечка. Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017 ГККП «Политехнический колледж» управления образования города Шымкент С помощью полупроводниковых элементов появилась возможность использовать для отстройки от броска тока намагничивания и различие длительности  бестоковых пауз в броске тока намагничивания и в токе к.з. при повреждении в  трансформаторе (рис. 6­2,а и б). Исследования последних лет показали, что при  всех основных вариантах формы кривой броска тока намагничивания имеется  бестоковая пауза. Она фиксируется специальной схемой и сравнивается с  заранее заданным значением паузы. Если зафиксированная пауза оказывается  больше, чем заданное значение, действие защиты запрещается.  Дифференциальное реле, использующее этот принцип, названо время­ импульсным [2, 21], и на его основе создана дифференциальная защита типа  ДЗТ­21. При к.з. в зоне действия защиты бестоковые паузы в токе к. з. могут  иметь место лишь при больших кратностях тока, когда происходит глубокое  насыщение основных трансформаторов тока дифференциальной защиты.  Учитывая возможность бездействия время­импульсного реле, в защите на этот  случай предусмотрена дополнительная дифференциальная токовая отсечка с  большим током срабатывания. Предлагаются и другие способы отстройки дифференциальных защит  трансформаторов от броска намагничивающего тока, использующие описанные  отличия формы кривой этого тока от синусоиды. Например, разработана  полупроводниковая приставка к реле серий РНТ­560 и ДЗТ­10, которая  загрубляет эти реле при появлении паузы в первой производной броска  дифференциального тока. Такая приставка могла бы значительно повысить  чувствительность существующих дифференциальных защит трансформаторов к  токам к. з. 4. Закрепление нового материала (10 мин):  Опрос учащихся по следующим вопросам: 1. Назначение дифференциальной защиты; 2. Токовая отсечка (основная защита от КЗ в двигателе); 3. Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ); 5. Домашнее задание ( 3 мин): Л­1, стр 258 ­ 264  6. Подведение итогов урока.  Выставление и комментарии оценок (  2 мин): ___________________ 7. Рефлексия (  2 мин):____________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________ «Проверено»: ___________________                       Нуранова Ж.У.                                    (Председатель ПЦК)                                     (ФИО преподавателя)         Ф ЮКПК  705 ­14 ­2017