Zabezpieczenia transformatorów

Rodzaje zakłóceń



Zwarcia w transformatorach stanowią ok. 2% zwarć w systemie
elektroenergetycznym. Średnia awaryjność transformatorów to ok.
2 awarie/1 rok/100szt.

Uzwojenia (51%)

Przełącznik zaczepów (19%)

Izolatory przepustowe (9%)

Przewody wyjściowe (6%)

Rdzeń (2%)

Kadź i akcesoria (13%)

Możliwe przypadki wystąpienia zwarć wewnętrznych.

Wzrost ciśnienia w kadzi przy różnych rodzajach zwarć
wewnętrznych





Wartości prądów zwarciowych przy zwarciu za transformatorem

Napięcie

zwarcia

[%]

Prąd

zwarcia

[p.u.]

Dopuszczalny

czas zwarcia

(PN-EN

60076-5)

4,5 22,2

6 16,7

11 9,1

2 s

Zabezpieczenia

transformatorów

Zakres mocy znamionowych transformatora S

rT

[MVA]

Zakłócenie

<1 1-2

2-5

5-7,5

7,5-

10

10-100 >100

Przetężenia
wywołane
zwarciami
zewnętrznymi

bezpie-

czniki

nadprądowe
zwłoczne 2-

fazowe

lub 3-fazowe

nadprądowe zwłoczne

3-fazowe z blokadą

napięciową

odległo

-ściowe

nadprądowe

bezzwłoczne

Zwarcia
wewnętrzne
i na wypro-
wadzeniach

bezpie-

czniki

lub

różnicowe

wzdłużne

różnicowe wzdłużne

Zwarcia
doziemne

-

zerowoprądowe lub

zerowonapięciowe

zwłoczne

gazowo - przepływowe (Buchholz)

Obniżenie
poziomu
oleju i
uszkodzenia
wewnątrz
kadzi

-

1” 2”

3”

Przeciążenia
ruchowe

- nadprądowe zwłoczne jednofazowe

Nadmierny
wzrost
temperatury

-

termometr ze wskaźnikiem

maksymalnej temperatury

zabezpieczenie

termometry-

czne ze zdalną

sygnalizacją

temperatury

model

cieplny

Zabezpieczenia bezpiecznikowe

SN

nn

Zabezpieczenie transformatora rozdzielczego małej mocy
(<1000 kVA)

Zalecane prądy znamionowe wkładek bezpiecznikowych SN
typu BWMW (ABB) do zabezpieczania transformatorów

Zalecane prądy znamionowe wkładek

bezpiecznikowych [A]

Znamionowe napięcie

pierwotne transformatora

Moc

znamionowa

transformatora

[kVA]

6 kV

15 kV

20 6,3

3,15

50 10 6,3

100 20 10
160 25 16
250 40 16
400

63

25 lub 31,5

630 100 50
800 - 63

1000 - 63

Widok bezpieczników średniego napięcia wielkiej mocy typu BWMW

100

10

1

0.1

I/I

rT

t [s]

p

rą

d znam

ionowy tra

nsform

ato

ra

d

opusz

cz

aln

e pr

ze

ci

ąż

enie

prąd zwarciowy przy
zwarciu doziemnym po
stronie dolnej transf.

udar prądu magnesującego

maksymalny prąd zwarciowy
przy zwarciu po stronie dolnej
transf.

charakterystyka wkładki
topikowej SN

charakterystyka
bezpiecznika nn po stronie
wtórnej

charakterystyka urządzenia
zabezpieczającego po
stronie zasilania

Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego od zwarć zewnętrznych

Zabezpieczenie transformatora trójuzwojeniowego od zwarć zewnętrznych

i

p

m

r

b

nast

k

I

k

k

I

ϑ

⋅

⋅

⋅

≥

i

c

min

k

nast

k

I

I

ϑ

⋅

≤

5

,

1

k

b

=

A

B

Q

A

51,I>

zasilanie

t

B

51,I>

t

A

Q

B

OQ

A

OQ

B

A

Q

A

zasilanie

C

51,I>

t

A

OQ

A

Q

B

t

B

OQ

B

B

Q

C

t

C

OQ

C

51,I>

51,I>

A

B

Q

A

zasilanie

51,I>

OQ

A

OQ

B

Q

B

27,U<

t

&

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne uzupełnione blokadą napięciową

u

min

b

nast

kp

U

k

U

ϑ

⋅

≤

U

min

- 95% U

n

; k

b

= 0,9

u

z

U

c

k

nast

U

ϑ

≥

k

c

= 1,3

i

p

k

rt

I

b

k

nast

I

ϑ

⋅

⋅

≥

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

Prąd rozruchowy dobiera się tak, aby zabezpieczenie:
- nie działało przy zwarciach na szynach dolnego napięcia:

i

max

k

b

nast

I

k

I

ϑ

⋅

≥

;

6

,

1

2

,

1

k

b

÷

=

- nie działało przy przepływie udarowego prądu magnesującego przy
załączaniu transformatora:

i

rT

b

nast

I

k

I

ϑ

⋅

≥

;

3

2

k

b

÷

=

A

Q

A

zasilanie

50,I>>

OQ

A

B

I

k

k

b

⋅I

k max

I

k max

Z

obszar działania

Zabezpieczenie odległościowe

T

Z

7

,

0

1

Z

⋅

=

T

2

Z

3

,

1

Z

⋅

=

OQ

A

A

Zabezpieczenie odległościowe transformatora

Charakterystyki zabezpieczenia odległościowego

B

Q

A

OQ

B

21,Z<

Q

B

t

t

2

Z

1

t

1

t

3

Z

Z

2

Re{Z}

Im{Z}

Z

1

Z

2

Re{Z}

Im{Z}

Z

1

Z

2

obszar
normalnej
pracy

Zabezpieczenie gazowo - przepływowe

Transformator

Konserwator

min 5xD

wewn

min 3xD

wewn

min. 76 mm

Usytuowanie przekaźnika gazowo-przepływowego względem kadzi
transformatora i konserwatora [3]

Transformator

Konserwator

71, Q

80, v

S

O

Konstrukcja przekaźnika gazowo - przepływowego.

a)

b)

c)

Przypadki zadziałania przekaźnika gazowo-przepływowego: a) gaz w
nadmiernej ilości, b) obniżenie poziomu oleju, c) nadmierna prędkość
przepływu oleju

Zabezpieczenie od zwarć wewnętrznych doziemnych

A

B

Q

A

51,3 I

0

>

Q

B

59,U

0

>

Pomiar prądu kolejności zerowej (lub napięcia kolejności zerowej) w punkcie
neutralnym transformatora

i

rT

nast

I

)

7

,

0

3

,

0

(

I

ϑ

⋅

÷

≥

Zabezpieczenie od zwarcia z kadzią

Schemat zabezpieczenia kadziowego transformatora





Zabezpieczenie różnicowe

Schemat zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego

izolacja, >10

Ω

50,I

0

>

A

B

Q

A

zasilanie

87,

ΔI>

I

1

O Q

A

i Q

B

2

1

Q

B

I

2

I’

2

I’

1

I

p

=I’

1

-I’

2

1A1

1A

1B

1C

1B1

1C1

1A2

1B2

1C2

1N

2A1

2B1

2C1

2A2

2B2

2C2

2A

2B

2C

87
ΔI>

Trójfazowy schemat połączeń zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego
dla transformatora w układzie YNd11.

87
ΔI>

P1 P2

S2

S1

Korekcja fazy za pomocą dodatkowych przekładników pośredniczących

1 2 3

4

5 6 7

8

9

Układ połączeń przekładników wyrównawczych korygujących niedopasowanie
przekładni przekładników głównych

Zabezpieczenie

różnicowe niestabilizowane może nieprawidłowo działać

w następujących sytuacjach:

•

przy zmianie przekładni transformatora,

•

przy zwarciu zewnętrznym i niejednakowych charakterystykach
magnesowania przekładników górnego i dolnego napięcia,

•

przy załączaniu transformatora pod napięcie,

•

przy nadmiernych wartościach napięcia (przewzbudzenie).

Zadanie:

Narysować układ połączeń przekładników prądowych stanowiący wraz z
trzema przekaźnikami nadprądowymi bezzwłoczne zabezpieczenie różnicowe
wzdłużne niestabilizowane transformatora 110/16.5 kV o mocy 16 MVA i
grupie połączeń Yd11. Dobrać przekładnie przekładników i prąd rozruchu, który
należy nastawić na przekaźnikach. Moc zwarciowa na szynach 110 kV: S

k

=

1200 MVA, napięcie zwarcia transformatora u

k

= 11%.

Określenie prądu rozruchowego:

1. Odstrojenie się od udarów przy załączeniu transformatora

i

sch

k

n

I

b

k

r

I

ϑ

⋅

⋅

≥

k

b

- wsp. bezpieczeństwa (2÷3)

In - prąd znamionowy transformatora
υ

i

- przekładnia przekładników od strony zasilania

k

sch

- współczynnik schematu (1 dla Y, √3 dla Δ)

2. Odstrojenie się od prądów wyrównawczych

w

I

b

k

r

I

⋅

≥

k

b

- wsp. bezpieczeństwa (2)

I

w

- największy prąd wyrównawczy płynący przez gałąź różnicową

3. Czułość przy zwarciach wewnętrznych

c

k

min

z

I

r

I

≤

I

zmin

- najmniejszy prąd zwarcia wewnętrznego płynący przez gałąź różnicową

k

c

- współczynnik czułości (>2)

Uwaga: Nie stosuje się dodatkowych przekładników wyrównawczych, jeśli prąd
różnicowy nie przekracza 5% większego z prądów, których jest różnicą.

Udar prądu magnesującego

Φ

Φ

Φ

u

Φ

u

t

u

i

μ

i

μ

t

)

t

sin(

U

)

t

(

u

m

α

+

⋅

ω

⋅

=

-

napięcie zasilające

dt

d

z

)

t

(

i

R

)

t

(

u

Φ

⋅

+

⋅

=

)]

t

cos(

[

z

U

dt

)

t

sin(

z

U

)

t

(

m

m

α

+

⋅

ω

−

⋅

⋅

ω

=

α

+

⋅

ω

⋅

=

Φ

∫

- strumień w

stanie ustalonym

W chwili załączania transformatora pod napięcie:

)]

cos(

)

t

cos(

[

z

U

dt

)

t

sin(

z

U

)

t

(

m

t

0

m

u

α

+

α

+

⋅

ω

−

⋅

⋅

ω

=

α

+

⋅

ω

⋅

=

Φ

∫

Dla fazy załączania

α = 0 i chwili t = T/2:

z

U

2

m

max

_

u

⋅

ω

⋅

=

Φ

I

I

I

I

T

T

T

T

I

faza T

faza S

faza R

400A

400A

400A

400A

0

0 (WN)

0

0

0

-400A

-400A

-400A

-400A

i = 125A x 2

n T

I

I

I

I

TB

TB

TB

TB

I

faza T

faza S

faza R

2kA

2kA

2kA

2kA

0

0 (WN)

0

0

0

-2kA

-2kA

-2kA

-2kA

i = 984A x 2

n TB

Oscylogramy prądów zarejestrowanych podczas załączania transformatora od strony 220 kV:

a) z rdzeniem 5-cio kolumnowym 426 MVA, b) z rdzeniem 3 kolumnowym 50 MVA

Schemat zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego

Podstawowa charakterystyka zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego (I

u

–

prąd uchybowy)

I

r

działanie

I

h

I

r0

α

blokowanie

1

2

I

u

A

B

Q

A

zasilanie

O Q

A

i Q

B

2

1

I

r

Q

B

I

h

2h,
5h

Zabezpieczenie od nadmiernej wartości strumienia (przewzbudzenia)

Strumień skojarzony zależy od napięcia na uzwojeniu oraz jego
częstotliwości:

f

44

,

4

U

⋅

=

Ψ

gdzie:

Ψ

[Wb

⋅

zw]- amplituda strumienia skojarzonego, U [V] – skuteczna

wartość napięcia, f [Hz] – częstotliwość napięcia.

1

,

1

)

f

/

U

(

f

/

U

znamionowe

>

.

Zabezpieczenie od przeciążeń

i

rT

nast

I

2

,

1

I

ϑ

⋅

≥

s

10

t

p

=

Zespoły zabezpieczeniowe typu RET316 i RET 670 dla pól transformatorowych

Podstawowe funkcje zespołów zabezpieczeniowych RET316 i RET 670

IEC ANSI

Funkcja

RET316

RET670

Δ

I>

87T

Różnicowe stabilizowane
- dla transf. 2 i 3 uzwojeniowych

√

Z< 21

Odległościowe 5-strefowe

√

I>,

→

50

Bezzwłoczne,
kierunkowe/bezkierunkowe

√

√

I

0

>,

→

50N

Bezzwłoczne, ziemnozwarciowe
kierunkowe/bezkierunkowe

√

√

I>,t,

→

51

Bezzwłoczne, niezależne/zależne
kierunkowe/bezkierunkowe

√

√

I

0

>,t,

→

51N

Bezzwłoczne, niezależne/zależne
ziemnozw.
kierunkowe/bezkierunkowe

√

√

I

th

49

Termiczne,

przeciążeniowe

√

√

U<> 27/59

Podnapięciowe, nadnapięciowe,
zwłoczne

√

√

(U/f)> 24

Od

przewzbudzenia

√

√

f<> 81

Częstotliwościowe
- nad i podczęstotliwościowe
- gradient częstotliwości

√

√