Размер шрифта
Цвет фона и шрифта
Изображения
Озвучивание текста
Обычная версия сайта
Надежность и сервис.
Быстро и в срок.
+7 (383) 388-51-54
+7 (383) 388-51-54
E-mail
sale@rza-estra.ru
Режим работы
Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
Продукция
  • Серия МКЗП-МИКРО 2.0
    • МКЗП-МИКРО 2.0-1
    • МКЗП-МИКРО 2.0-1-Т
    • МКЗП-МИКРО 2.0-1-ДШ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2-Т
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДШ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДЗ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2-Т-ДЗ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДШ-ДЗ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-3
    • МКЗП-МИКРО 2.0-3-Т
    • МКЗП-МИКРО 2.0-3-ДШ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-3-ДЗ
    • МКЗП-МИКРО 2.0-4
    • МКЗП-МИКРО 2.0/2.0М/2.0Д
  • Защитное реле ЭСТРА-ИКИ
    • ЭСТРА-ИКИ
  • Дифференциальная защита 6-110 кВ
    • ЭСТРА-ДЗТ
    • ЭСТРА-АРКТ
    • Дифференциальная защита МК-ДЗТ
  • Серия ЭСТРА-РЕЛЕ
    • ЭСТРА-РЕЛЕ
    • ЭСТРА-РЕЛЕ.Д
  • Защита генераторов для ГПУ, ДГУ и ДЭС
    • ЭСТРА-ГИД
  • Устройства защиты для реклоузеров
    • ЭСТРА-ПС
    • МКЗП-ПС с датчиками ЭСТРА ДТ и ЭСТРА-ВС
    • МКЗП-ПС с комбинированным датчиком КДТН-01
    • МКЗП-ПС (ТТ)
  • Датчики тока и напряжения
    • КДТН-01
    • КДТН-02
    • ЭСТРА-ДН-01
    • ЭСТРА-ДТ-01
    • ФТНП-01
    • ФТНП-02
  • Дуговая защита
    • МИКО-ДЗ
  • Блоĸи питания и наĸопители энергии
    • БПТ-01
    • БПТ-ДШ
    • ЭСТРА-БК
    • ЭСТРА-БПК
    • ЭСТРА-ИПР
  • Шкафы РЗА
    • ЭСТРА-ШЗТ-221
    • ЭСТРА-ШЗТ-РН-221
    • Шкаф комбинированный 6-35 кВ
    • Шкаф ДЗТ и АУВ
    • ШЗЗП-И/К-02
    • ШЗЗП-И/К-01
  • Защита от ОЗЗ
    • МКЗЗП-6-35-К
    • МКЗЗП-6-35-И
  • Защита элеĸтродвигателей и станционного оборудования
    • МКЗиД-0,4
    • МК-РЗР
    • МК-РЗГ
  • Программное обеспечение и сервисное оборудование
    • ЭСТРА-РОУТЕР
    • Преобразователь интерфейса RS485
    • Oscillo
    • Uprog
    • ЭСТРА-МОДЕМ
  • Серия МКЗП-М
    • МКЗП-М1
    • МКЗП-М1.1
    • МКЗП-М2
    • МКЗП-М3
  • Комплексные решения
    • Ретрофит ячеек КСО, КРУ
Компания
  • О компании
  • Видеоблог
  • История
  • Сертификаты
  • Сотрудники
  • Вакансии
  • Реквизиты
Проекты
  • Алматы
  • Краснодар
  • Отраслевые решения
  • Пермь
  • Петропавловск-Камчатский
  • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Москве и области
  • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Новосибирске
  • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Томске
  • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Ухте
  • Ставрополь
  • Челябинск
Обучение
Документы
  • Руководства по эксплуатации
  • Опросные листы
  • Карты уставок
  • Схемы привязки
  • 3D-модели
  • Монтажные схемы
  • Сертификаты и декларации
  • Программное обеспечение
  • Презентации
Поддержка
  • Техническая поддержка
  • Помощь в проектировании и типовые решения
  • Программное обеспечение
  • Часто задаваемые вопросы
  • Инструкции и чек-листы
  • Видео-инструкции
Контакты
Надежность и сервис.
Быстро и в срок.
+7 (383) 388-51-54
+7 (383) 388-51-54
E-mail
sale@rza-estra.ru
Адрес
г. Новосибирск, ул. Станционная, зд. 30а, корп. 3
Режим работы
Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
sale@rza-estra.ru
Продукция
Компания
Проекты
Обучение
Документы
Поддержка
Контакты
    Продукция
    Компания
    Проекты
    Обучение
    Документы
    Поддержка
    Контакты
      +7 (383) 388-51-54
      E-mail
      sale@rza-estra.ru
      Адрес
      г. Новосибирск, ул. Станционная, зд. 30а, корп. 3
      Режим работы
      Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
      Телефоны
      +7 (383) 388-51-54
      E-mail
      sale@rza-estra.ru
      Адрес
      г. Новосибирск, ул. Станционная, зд. 30а, корп. 3
      Режим работы
      Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
      • Продукция
        • Продукция
        • Серия МКЗП-МИКРО 2.0
          • Серия МКЗП-МИКРО 2.0
          • МКЗП-МИКРО 2.0-1
          • МКЗП-МИКРО 2.0-1-Т
          • МКЗП-МИКРО 2.0-1-ДШ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2-Т
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДШ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДЗ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2-Т-ДЗ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-2-ДШ-ДЗ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-3
          • МКЗП-МИКРО 2.0-3-Т
          • МКЗП-МИКРО 2.0-3-ДШ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-3-ДЗ
          • МКЗП-МИКРО 2.0-4
          • МКЗП-МИКРО 2.0/2.0М/2.0Д
        • Защитное реле ЭСТРА-ИКИ
          • Защитное реле ЭСТРА-ИКИ
          • ЭСТРА-ИКИ
        • Дифференциальная защита 6-110 кВ
          • Дифференциальная защита 6-110 кВ
          • ЭСТРА-ДЗТ
          • ЭСТРА-АРКТ
          • Дифференциальная защита МК-ДЗТ
        • Серия ЭСТРА-РЕЛЕ
          • Серия ЭСТРА-РЕЛЕ
          • ЭСТРА-РЕЛЕ
          • ЭСТРА-РЕЛЕ.Д
        • Защита генераторов для ГПУ, ДГУ и ДЭС
          • Защита генераторов для ГПУ, ДГУ и ДЭС
          • ЭСТРА-ГИД
        • Устройства защиты для реклоузеров
          • Устройства защиты для реклоузеров
          • ЭСТРА-ПС
          • МКЗП-ПС с датчиками ЭСТРА ДТ и ЭСТРА-ВС
          • МКЗП-ПС с комбинированным датчиком КДТН-01
          • МКЗП-ПС (ТТ)
        • Датчики тока и напряжения
          • Датчики тока и напряжения
          • КДТН-01
          • КДТН-02
          • ЭСТРА-ДН-01
          • ЭСТРА-ДТ-01
          • ФТНП-01
          • ФТНП-02
        • Дуговая защита
          • Дуговая защита
          • МИКО-ДЗ
        • Блоĸи питания и наĸопители энергии
          • Блоĸи питания и наĸопители энергии
          • БПТ-01
          • БПТ-ДШ
          • ЭСТРА-БК
          • ЭСТРА-БПК
          • ЭСТРА-ИПР
        • Шкафы РЗА
          • Шкафы РЗА
          • ЭСТРА-ШЗТ-221
          • ЭСТРА-ШЗТ-РН-221
          • Шкаф комбинированный 6-35 кВ
          • Шкаф ДЗТ и АУВ
          • ШЗЗП-И/К-02
          • ШЗЗП-И/К-01
        • Защита от ОЗЗ
          • Защита от ОЗЗ
          • МКЗЗП-6-35-К
          • МКЗЗП-6-35-И
        • Защита элеĸтродвигателей и станционного оборудования
          • Защита элеĸтродвигателей и станционного оборудования
          • МКЗиД-0,4
          • МК-РЗР
          • МК-РЗГ
        • Программное обеспечение и сервисное оборудование
          • Программное обеспечение и сервисное оборудование
          • ЭСТРА-РОУТЕР
          • Преобразователь интерфейса RS485
          • Oscillo
          • Uprog
          • ЭСТРА-МОДЕМ
        • Серия МКЗП-М
          • Серия МКЗП-М
          • МКЗП-М1
          • МКЗП-М1.1
          • МКЗП-М2
          • МКЗП-М3
        • Комплексные решения
          • Комплексные решения
          • Ретрофит ячеек КСО, КРУ
      • Компания
        • Компания
        • О компании
        • Видеоблог
        • История
        • Сертификаты
        • Сотрудники
        • Вакансии
        • Реквизиты
      • Проекты
        • Проекты
        • Алматы
        • Краснодар
        • Отраслевые решения
        • Пермь
        • Петропавловск-Камчатский
        • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Москве и области
        • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Новосибирске
        • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Томске
        • Реализованные проекты релейной защиты и автоматики в Ухте
        • Ставрополь
        • Челябинск
      • Обучение
      • Документы
        • Документы
        • Руководства по эксплуатации
        • Опросные листы
        • Карты уставок
        • Схемы привязки
        • 3D-модели
        • Монтажные схемы
        • Сертификаты и декларации
        • Программное обеспечение
        • Презентации
      • Поддержка
        • Поддержка
        • Техническая поддержка
        • Помощь в проектировании и типовые решения
        • Программное обеспечение
        • Часто задаваемые вопросы
        • Инструкции и чек-листы
        • Видео-инструкции
      • Контакты
      • +7 (383) 388-51-54
        • Телефоны
        • +7 (383) 388-51-54
      • г. Новосибирск, ул. Станционная, зд. 30а, корп. 3
      • sale@rza-estra.ru
      • Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
      Главная
      —
      Статьи
      —Дифференциальная защита трансформатора: принцип, торможение и уставки

      Дифференциальная защита трансформатора: принцип, торможение и уставки

      1. Принцип действия и зона защиты
      2. Трансформаторы тока и токовые цепи
      3. Почему ДЗТ трансформатора такая сложная защита?
      4. Торможение и характеристика срабатывания
      5. Отстройка от броска тока намагничивания и перевозбуждения
      6. Витковое замыкание: до какого предела его видит дифзащита
      7. Газовая защита как вторая линия
      8. Контроль небаланса в дифференциальной цепи
      9. Расчет уставок: порядок действий и порядок величин
      10. Трансформатор отключился действием дифзащиты: что делать
      11. Выбор защиты по мощности трансформатора
      12. Устройства ЭСТРА
      13. Частые вопросы
      14. Источники

      Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ, код ANSI 87T) сравнивает токи, входящие в защищаемый объект и выходящие из него. При повреждении внутри зоны баланс токов нарушается, и защита отключает трансформатор со всех сторон без выдержки времени. Это защита работает быстро и селективно одновременно: ей не нужно согласование со смежными защитами, потому что зона ограничена комплектами трансформаторов тока.

      В статье рассмотрены принцип действия ДЗТ и границы ее зоны, состав тока небаланса и назначение торможения, требования ПУЭ к мощности трансформатора, при которой защита обязательна, и граница чувствительности защиты при витковых замыканиях в обмотке.

      Принцип действия и зона защиты

      Трансформаторы тока устанавливают с каждой стороны защищаемого трансформатора, а их вторичные обмотки соединяют так, чтобы при внешнем коротком замыкании и в нагрузочном режиме вторичные токи циркулировали по соединительным проводам, не заходя в дифференциальное реле. При коротком замыкании внутри трансформатора токи с обеих сторон направлены встречно, к месту повреждения, баланс нарушается, и реле срабатывает.

      В микропроцессорном исполнении физического сравнения токов в проводах нет. Устройство вычисляет дифференциальный ток как сумму приведенных фазных токов, приводя их к стороне, где вторичный ток максимален, и принимает этот ток за базовый.

      Функциональная схема дифференциальной защиты трансформатора с торможением

      Рисунок 1. Функциональная схема дифференциальной защиты с торможением ЭСТРА-ДЗТ.

      Зона действия защиты лежит между комплектами трансформаторов тока и охватывает обмотки, вводы и ошиновку. ПУЭ требует выполнять защиту так, чтобы в зону ее действия входили соединения трансформатора со сборными шинами. Допускается использовать встроенные в трансформатор ТТ, но только при наличии защиты, которая с требуемым быстродействием отключает короткое замыкание в соединениях трансформатора со сборными шинами.

      Отсюда следует практический вывод для проектирования: место установки ТТ определяет не только зону защиты, но и то, останется ли ошиновка защищенной основной защитой или потребует отдельного решения.

      Трансформаторы тока и токовые цепи

      Точность ТТ определяет ток небаланса, а ток небаланса определяет уставку. При близких коротких замыканиях магнитопровод трансформатора тока насыщается, и полная погрешность превышает 10 %, поэтому требование десятипроцентной погрешности проверяют для всех комплектов ТТ, входящих в схему защиты. Порядок выбора ТТ под устройства РЗА разобран в отдельном материале о выборе трансформатора тока.

      Схема соединения вторичных обмоток зависит от того, компенсирует ли устройство фазовый сдвиг между сторонами. В ЭСТРА-ДЗТ компенсация выполняется внутренними преобразованиями сигналов, поэтому вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока рекомендуется соединять в звезду: это снижает нагрузку на ТТ.

      Для компенсации фазового сдвига между сторонами защищаемого объекта и удаления токов нулевой последовательности необходимо задать группу математического соединения вторичных цепей ТТ для корректного устранения фазового угла между сторонами трансформатора (в соответствии с часовой группой). В зависимости от указанной группы соединения, вторичные токи по формулам приведения будут преобразовываться для устранения фазных сдвигов. Так как обмотки силового трансформатора могут быть собраны или в звезду, или в треугольник, то выделяют две основные группы соединения:

      • звезда/звезда — нулевая группа;
      • звезда/треугольник — 11 группа.

      Все остальные группы можно получить с помощью изменения полярности обмоток или с помощью перестановки названий обмоток фаз. Также необходимо учитывать группу подключения вторичных цепей измерительных трансформаторов тока:

      • первичные и вторичные токи сонаправлены — нулевая группа;
      • первичные и вторичные токи направлены встречно — шестая группа.
      Группа, задаваемая в настройках устройства, для схем Y/Δ и Δ/Y
      Схема соединения защищаемого трансформатора Со стороны звезды Со стороны треугольника
      ТТ 0 группы ТТ 6 группы ТТ 0 группы ТТ 6 группы
      Y/Δ-1151106
      Y/Δ-17106
      Δ/Y-1111560
      Δ/Y-11760
      Группа, задаваемая в настройках устройства, для схем Y/Y и Δ/Δ
      Схема соединения защищаемого трансформатора Со звезды стороны ВН Со звезды стороны НН
      ТТ 0 группы ТТ 6 группы ТТ 0 группы ТТ 6 группы
      Y/Y-06006
      Y/Y-66060
      Δ/Δ-06006
      Δ/Δ-66060

      Источник: Руководство по эксплуатации ЭСТРА-ДЗТ, таблица 4.1.6.

      Устройство имеет девять входов по току, объединенных в три группы по три фазы, что соответствует трем сторонам трехобмоточного трансформатора. Номинальный переменный ток цепей защиты от междуфазных КЗ составляет 5 А, диапазон измеряемых фазных токов 0,2–200 А, основная относительная погрешность измерения токов ±2 %, ток термической стойкости 20 А длительно и 500 А в течение 1 с.

      Заземление вторичных цепей выполняют в одной точке на каждый комплект ТТ. Две точки заземления в одной токовой цепи создают параллельный путь для тока и искажают измерение, а отсутствие заземления оставляет цепь под наведенным потенциалом.

      Почему ДЗТ трансформатора такая сложная защита?

      У трансформатора токи сторон различаются по величине в коэффициент трансформации и по фазе в зависимости от группы соединения обмоток. К этому добавляются неодинаковые коэффициенты трансформации ТТ и регулирование напряжения под нагрузкой, которое меняет соотношение токов сторон в процессе работы.

      Ток небаланса дифференциальной защиты трансформатора складывается из трех составляющих: погрешности трансформаторов тока, неточности выравнивания токов плеч и изменения коэффициента трансформации при работе РПН.

      Первое условие выбора первичного тока срабатывания — отстройка от этого тока небаланса. Второе условие — отстройка от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение. По «Руководящим указаниям» коэффициент отстройки от бросков тока намагничивания принимают 1,0–1,3 для дифференциальных защит с реле серии РНТ-560 и 1,2–1,5 для защит с реле ДЗТ-11; в практических расчетах обычно берут 1,3 и 1,5 соответственно.

      Здесь и лежит ограничение электромеханической защиты. Условие отстройки от броска тока намагничивания не позволяет выбрать ток срабатывания дифференциальной защиты на реле серий РНТ-560 или ДЗТ-10 существенно меньшим номинального тока трансформатора, и это известный недостаток таких реле. Порог защиты упирается в номинальный ток, а все, что дает меньший дифференциальный ток, для защиты невидимо.

      Микропроцессорные устройства снимают это ограничение частично. Механизм рассмотрен в следующих двух разделах.

      Торможение и характеристика срабатывания

      Чтобы защита не сработала при внешнем коротком замыкании и в режиме с максимальными нагрузочными токами, применяют торможение сквозными токами. Тормозной сигнал определяется как полуразность значений токов плеч, а ток срабатывания растет вместе с тормозным сигналом. Физический смысл простой: чем больше ток проходит через трансформатор насквозь, тем больше может быть погрешность измерения, и тем выше должен быть порог, чтобы эта погрешность не была принята за повреждение.

      Характеристика срабатывания ЭСТРА-ДЗТ состоит из трех участков. Первый определяется только начальным током срабатывания. Второй и третий задаются начальными токами торможения и коэффициентами торможения. Начальный ток срабатывания и токи торможения задаются в относительных единицах номинального тока объекта.

      Параметр Диапазон Заводское значение
      Начальный ток срабатывания, о.е.0,20–1,500,30
      Ток торможения участка 1, о.е.0,50–1,491,00
      Ток торможения участка 2, о.е.1,50–3,002,00
      Коэффициент торможения на участке 10,20–0,900,30
      Коэффициент торможения на участке 20,30–0,900,50
      Время срабатывания, с0,00–0,500,02

      Характеристика имеет три участка, а уставок торможения две: Kторм1 задает наклон второго участка характеристики, Kторм2 задает наклон третьего. Первый участок наклона не имеет и определяется только начальным током срабатывания.

      Заводское время срабатывания 0,02 с показывает, что означает на практике «без выдержки времени»: задержка нужна лишь на вычисление гармонического состава и на подтверждение решения.

      Тормозная характеристика дифференциальной защиты трансформатора с тремя участками

      Рисунок 2. Характеристика срабатывания ДЗТ: первый участок задан начальным током срабатывания, второй и третий — коэффициентами торможения.

      Отстройка от броска тока намагничивания и перевозбуждения

      При включении трансформатора под напряжение возникает бросок тока намагничивания (БТН), который течет только со стороны питания и потому выглядит для защиты как внутреннее повреждение. Цифровая обработка сигналов позволяет контролировать процентный состав гармонических составляющих в дифференциальном токе: рост второй гармоники служит критерием выявления броска и блокирования защиты на отключение. В ЭСТРА-ДЗТ уровень блокировки по второй гармонике задается в диапазоне 10–80 % при заводском значении 20 %.

      Бросок тока намагничивания возникает не во всех фазах одинаково, поэтому в устройстве предусмотрена перекрестная блокировка: превышение уровня второй гармоники в одной фазе блокирует защиту и в остальных. Время работы перекрестной блокировки задается в диапазоне 0,10–2,00 с при заводском значении 0,10 с.

      Перевозбуждение трансформатора возникает при повышении напряжения обмотки выше номинального или при снижении частоты. Сердечник насыщается в оба полупериода, поэтому в токе намагничивания отсутствует постоянная составляющая, а в дифференциальном токе появляются пятая и седьмая гармоники. Блокировка защиты в этом режиме выполняется по фиксации пятой гармоники. В ЭСТРА-ДЗТ уровень блокировки по пятой гармонике задается в диапазоне 10–50 % при заводском значении 30 %.

      Вычисление гармонического состава требует времени, и отключение от дифференциальной защиты замедляется примерно на половину периода основной частоты. Чтобы не терять быстродействие при тяжелых внутренних повреждениях, вводят грубую дифференциальную ступень, которая действует при больших токах независимо от гармонического состава. В ЭСТРА-ДЗТ эту роль выполняет дифференциальная токовая отсечка.

      У отсечки своя задача, названная в руководстве прямо: она резервирует дифференциальную защиту при токах междуфазных КЗ большой кратности, которые приводят к насыщению первичных измерительных трансформаторов тока. Отсечка действует без торможения, ее время срабатывания не превышает 20 мс. Замедление порядка 40 мс задают уставкой, когда нужна лучшая отстройка от бросков тока при внешних КЗ и при самозапуске электродвигателей.

      ПУЭ допускает выполнение защиты только отсечкой на трансформаторах мощностью до 25 МВ·А, если при этом обеспечивается требуемая чувствительность. На трансформаторах большей мощности ДТО дополняет дифференциальную защиту с торможением и работает вместе с ней.

      Витковое замыкание: до какого предела его видит дифзащита

      Витковое замыкание входит в перечень повреждений, от которых защита обязана действовать. ПУЭ прямо называет виды повреждений и ненормальных режимов работы, требующих устройств релейной защиты: многофазные замыкания в обмотках и на выводах, однофазные замыкания на землю, витковые замыкания в обмотках, токи, обусловленные внешними КЗ и перегрузкой, понижение уровня масла (ПУЭ, п. 3.2.51). Термин «трансформаторы» ПУЭ распространяет и на автотрансформаторы соответствующих напряжений и мощностей.

      Физика повреждения объясняет, почему выявить его тяжело. В замкнутых накоротко витках наводится ЭДС, и по ним течет большой ток, который разрушает изоляцию и греет обмотку. Со стороны питания картина другая: замкнута малая доля витков обмотки, приращение первичного тока невелико, и в дифференциальную цепь приходит сигнал, соизмеримый с током небаланса.

      Токовая отсечка при витковых замыканиях не действует и представляет собой, по существу, защиту от междуфазных и однофазных коротких замыканий. Дифференциальная защита с торможением работает иначе: она предназначена для селективной защиты трансформатора от коротких замыканий с малыми значениями дифференциальных токов, к которым относятся и витковые замыкания. Торможение позволяет держать начальный ток срабатывания низким, потому что порог поднимается только при сквозных токах.

      Дифференциальные защиты на микроэлектронной и микропроцессорной базе при больших токах короткого замыкания фиксируют внутреннее повреждение за 15–20 мс, а ток срабатывания у них составляет 0,1–0,3 номинального тока электроустановки. Витковые замыкания в обмотках из одного провода, замыкания между разными витками параллельных проводов и повреждения через дугу требуют значительно меньших токов срабатывания дифференциальной защиты, порядка 0,03–0,05 номинального тока трансформатора, что для современных дифференциальных защит не осуществимо.

      Разрыв между достижимым и требуемым составляет от трех до десяти раз. Именно он и определяет зону нечувствительности защиты при витковых замыканиях.

      Ниже этого порога дифференциальная защита повреждение не различает. Замыкание нескольких витков не дает достаточного дифференциального тока и остается для ДЗТ в зоне нечувствительности, продолжая при этом развиваться: изоляция разрушается дальше, дефект переходит в замыкание большей части обмотки или в междуфазное КЗ, и только тогда защита срабатывает.

      Что работает в этой зоне:

      Признак Функция Действие
      Газообразование и разложение маслаГазовая защита (63)Сигнал, затем отключение
      Медленный рост тока небалансаКонтроль небаланса в дифференциальной цепиСигнализация
      Несимметрия токовТЗОП (46)Сигнал или отключение

      Место повреждения релейная защита не определяет. Задача РЗА — зафиксировать факт и отключить трансформатор; где именно нарушена изоляция и какого характера дефект, устанавливают по анализу растворенных в масле газов и по результатам ревизии.

      Газовая защита как вторая линия

      При внутренних повреждениях в трансформаторе, даже самых незначительных, выделяются газообразные продукты разложения масла или органической изоляции, чем обеспечивается действие газовой защиты в самом начале возникновения постепенно развивающегося повреждения. В некоторых случаях опасных внутренних повреждений трансформаторов, таких как «пожар» стали и межвитковые замыкания, действует только газовая защита, а электрические защиты трансформатора не работают из-за недостаточной чувствительности.

      Газовое реле устанавливают в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. Реагирующий блок имеет сигнальный поплавок, отключающий поплавок и напорную пластину. При слабом газообразовании газ скапливается в верхней части корпуса реле, уровень масла снижается, сигнальный поплавок опускается и замыкает сигнальный контакт. При коротком замыкании внутри бака дуга разлагает масло, поток масла или смеси масла с газом устремляется в расширитель, отклоняет напорную пластину, и замыкается отключающий контакт.

      Функциональная схема газовой защиты трансформатора и устройства РПН в ЭСТРА-ДЗТ

      Рисунок 3. Функциональная схема газовой защиты в ЭСТРА-ДЗТ: две ступени бака трансформатора, ступень бака РПН и входы контроля изоляции цепей.

      ПУЭ задает, где газовая защита обязательна: на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более, на шунтирующих реакторах 500 кВ, на внутрицеховых понижающих трансформаторах мощностью 630 кВ·А и более. Газовую защиту можно устанавливать также на трансформаторах мощностью 1–4 МВ·А. Защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла. Отсюда и берутся две ступени газовой защиты.

      Тот же пункт требует отдельного газового реле и реле давления для защиты контакторного устройства РПН с разрывом дуги в масле. Контактор РПН при переключениях гасит дугу в масле штатно, поэтому его газовое реле работает по своим уставкам и не может быть объединено с реле бака.

      В ЭСТРА-ДЗТ предусмотрено три сигнала для подключения контактов газовой защиты: первый и второй от газового реле бака трансформатора с выбором действия на сигнал или отключение, третий сигнал от реле бака РПН с действием на сигнал. Первую ступень при необходимости переводят на отключение, назначив соответствующий логический сигнал на дискретный вход и подключив к нему внешний ключ управления. Выдержка времени каждой ступени задается в диапазоне 0,00–300,00 с при заводском значении 1,00 с.

      Отдельно решена надежность самих цепей. Для блокировки ступеней при неисправности изоляции их цепей предусмотрены входы «РКИ ГЗ», на которые заводят контакты внешних реле контроля изоляции: при срабатывании РКИ ступень выводится из работы. Наличие питания в цепях газовой защиты контролирует отдельный вход «Питание ГЗ». Отдельная панель для газовой защиты при этом не нужна.

      Еще одно ограничение задает ПУЭ: на дифференциальную и газовую защиты трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов не должны возлагаться функции датчиков пуска установки пожаротушения, пуск выполняется от специального устройства обнаружения пожара.

      Контроль небаланса в дифференциальной цепи

      Между нормальным режимом и срабатыванием защиты есть промежуточное состояние, когда ток небаланса вырос, но порога еще не достиг. Причин две: развивающийся дефект в трансформаторе и неисправность токовых цепей, чаще всего обрыв или шунтирование фазы вторичной цепи одного из комплектов ТТ. Вторая причина опаснее, чем кажется. При обрыве или шунтировании фазы вторичной цепи ток от этой фазы не поступает в дифференциальные реле, баланс нарушается, и в реле появляется избыточный ток, равный по величине току оборванной фазы. Чернобровов описывает этот механизм для дифференциальной защиты шин, где неправильное срабатывание при обрыве токовой цепи отключает всю подстанцию; у дифференциальной защиты трансформатора причина и следствие те же.

      Функция контроля небаланса в ЭСТРА-ДЗТ действует только на сигнализацию, отключение выключателей не производится. Технические параметры: ток срабатывания 0,10–2,00 о.е. с шагом 0,01 при заводском значении 0,50 о.е., коэффициент торможения 0,20–0,90 при заводском 0,30, время срабатывания 0,00–300,00 с при заводском 10 с.

      Выдержка времени в десять секунд отстраивает сигнализацию от переходных режимов и от работы резервных защит, а действие только на сигнал дает службе РЗА время разобраться до того, как трансформатор будет отключен.

      Расчет уставок: порядок действий и порядок величин

      Полный расчет с формулами и числовыми примерами выходит за рамки этой статьи, но порядок действий выглядит так.

      Начальный ток срабатывания ДЗТ. Отстраивают от расчетного максимального тока небаланса в нагрузочном режиме, умножая его на коэффициент отстройки. Расчетный ток небаланса собирают из погрешности ТТ, диапазона регулирования РПН и погрешности выравнивания токов плеч.

      Коэффициенты торможения второго и третьего участков. Выбирают из условия отстройки тока срабатывания от расчетного тока небаланса при токе торможения, соответствующем концу каждого участка. Чем шире диапазон РПН, тем круче должна быть характеристика.

      Уставки блокирования. Вторая гармоника для отстройки от БТН, пятая для блокирования при перевозбуждении. Заводские значения ЭСТРА-ДЗТ (20 % и 30 %) подходят как стартовые и уточняются по опыту эксплуатации.

      Уставка сигнализации небаланса. Отстраивается от того же тока небаланса, но с меньшим запасом и при токе торможения, соответствующем максимальному рабочему току трансформатора. Значение уточняют после ввода трансформатора в работу по фактическому небалансу в нагрузочном режиме.

      Проверка чувствительности. Для дифференциальной защиты трансформатора по ПУЭ допускается коэффициент чувствительности kч ≥ 2. При недостаточной чувствительности из-за большого тока небаланса приходится применять более сложные реле с торможением.

      Трансформатор отключился действием дифзащиты: что делать

      Дифференциальная защита не имеет выдержки времени и не резервирует смежные элементы, поэтому ее срабатывание означает повреждение внутри зоны либо неисправность в измерительных цепях. Разбор идет по этому разветвлению.

      Снять данные с терминала. Протокол аварии и осциллограмму. ЭСТРА-ДЗТ хранит 1000 протоколов аварий, 8000 протоколов событий и до 100 осциллограмм. Осциллограмма показывает, был ли ток повреждения, как он распределился по сторонам и что происходило с тормозным сигналом.

      Проверить токовые цепи. Обрыв или шунтирование фазы вторичной цепи дает дифференциальный ток без всякого повреждения трансформатора. Признак: срабатыванию предшествовал рост небаланса, зафиксированный функцией контроля небаланса, а тока повреждения на осциллограмме нет.

      Проверить действие газовой защиты. Совместное действие дифференциальной и газовой защит указывает на повреждение внутри бака. Действие только газовой защиты на сигнал при молчащей ДЗТ характерно для развивающегося дефекта, включая витковое замыкание малой части обмотки.

      Отобрать пробу масла и газ из реле. Вид и характер дефекта определяют по отношениям концентраций пар газов: водорода, метана, ацетилена, этилена и этана. Отношения разделяют частичные разряды, искровые разряды низкой и высокой энергии с дугой и термические дефекты в диапазонах до 300 °C, от 300 до 700 °C и выше 700 °C. При перегревах токоведущих соединений и элементов конструкции остова основным газом является этилен C₂H₄ при нагреве выше 700 °C или ацетилен C₂H₂ при нагреве, вызванном дуговым разрядом, либо при температурах выше 1000 °C.

      Витковое замыкание относится к дефектам электрического характера, и в масле его сопровождают газы разрядной группы.

      О проверке защиты. При вводе дифференциальной защиты с током срабатывания, выбранным по условию отстройки от броска тока намагничивания, рекомендуется провести пять опытов включения трансформатора под напряжение на холостой ход, наблюдая за поведением защиты. Для микропроцессорных устройств к этому добавляется снятие осциллограмм включения: по ним видно фактическое содержание второй гармоники и запас по уставке блокирования.

      Выбор защиты по мощности трансформатора

      Пороги задает ПУЭ, п. 3.2.54. Продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени предусматривается на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более, а также на трансформаторах мощностью 4 МВ·А при параллельной работе для селективного отключения поврежденного трансформатора. На трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1 МВ·А, дифференциальная защита может быть предусмотрена, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности при выдержке времени максимальной токовой защиты более 0,5 с, либо если трансформатор установлен в районе, подверженном землетрясениям. Когда дифференциальная защита не предусматривается, со стороны питания устанавливают токовую отсечку без выдержки времени.

      Устройства ЭСТРА

      Блок микропроцессорный дифференциальной защиты с торможением ЭСТРА-ДЗТ применяется в качестве основной защиты силовых двух- и трехобмоточных трансформаторов напряжением до 110 кВ, линий и реакторов от всех видов повреждений внутри зоны защиты.

      Тип защищаемого объекта задается в настройках: понижающий двухобмоточный трансформатор, повышающий двухобмоточный, трехобмоточный с обмотками СН и НН, трехобмоточный с расщепленной обмоткой низшего напряжения, линия, реактор. Номинальная мощность объекта задается в диапазоне 0,10–125,0 МВ·А, напряжение сторон 0,40–120,00 кВ, коэффициенты трансформации ТТ каждой стороны 5–4000.

      Состав функций защиты и автоматики:

      Функция Код ANSI Ступеней
      Дифференциальная защита с торможением87T1
      Дифференциальная токовая отсечка87T1
      Контроль небаланса в дифференциальной цепи—1
      Газовая защита трансформатора632
      Газовая защита РПН631
      Токовая отсечка стороны ВН501
      МТЗ сторон ВН, СН, НН с зависимой ВТХ и комбинированным пуском по напряжению50, 51, 51Vпо 2
      ТЗНП стороны ВН51N1
      ТЗОП стороны ВН461
      Защита от перегрузки—1
      Защита от потери охлаждения493
      Контроль цепей напряжения60+
      ЛЗШ, ЛЗТ, защита от дуговых замыканий от внешнего датчика—+
      УРОВ, АПВ, АУВ, автоматика управления обдувом50BF, 79, 49+

      Аппаратно устройство несет 30 дискретных входов и 22 дискретных выходов, девять входов по току, два порта RS485 с MODBUS RTU, два порта Ethernet с MODBUS TCP и МЭК 60870-104, USB и порт синхронизации времени PPS. Габаритные размеры 204×173×211 мм, масса не более 2,5 кг, номинальное напряжение питания ~/=220 В.

      Устройство и функции микропроцессорных терминалов подробнее разобраны в отдельной статье о микропроцессорных терминалах релейной защиты.

      Частые вопросы

      Как работает дифференциальная защита?

      Она сравнивает токи, входящие в защищаемый объект и выходящие из него. В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании эти токи связаны коэффициентом трансформации, и дифференциальный ток близок к нулю. При повреждении внутри зоны токи направлены встречно, к месту повреждения, дифференциальный ток растет, и защита отключает объект без выдержки времени. Зона ограничена комплектами трансформаторов тока, поэтому согласование со смежными защитами не требуется.

      Какие защиты применяются на силовом трансформаторе?

      От внутренних повреждений: дифференциальная защита и газовая защита, на трансформаторах меньшей мощности вместо дифзащиты ставят токовую отсечку со стороны питания. От внешних коротких замыканий: МТЗ сторон, при необходимости с комбинированным пуском по напряжению, и ТЗНП на стороне с глухозаземленной нейтралью. От ненормальных режимов: защита от перегрузки, защита от потери охлаждения, контроль уровня масла. Полный перечень видов повреждений, от которых защита обязательна, дает ПУЭ, п. 3.2.51.

      Чем продольная дифференциальная защита отличается от поперечной?

      Продольная сравнивает токи по концам одного защищаемого объекта и применяется на трансформаторах, линиях, реакторах, генераторах. Поперечная сравнивает токи параллельных ветвей и применяется на параллельных линиях и на генераторах, у которых фаза выполнена двумя и более параллельными ветвями, выведенными наружу (Чернобровов Н.В. § 15-3). На трансформаторах поперечная дифференциальная защита не применяется.

      Входит ли ошиновка в зону дифференциальной защиты?

      Да, если защита выполнена по требованию ПУЭ: в зону ее действия должны входить соединения трансформатора со сборными шинами (ПУЭ, п. 3.2.55). При использовании встроенных в трансформатор ТТ зона сокращается, и соединения со сборными шинами должна закрывать другая защита с требуемым быстродействием.

      Нужна ли дифференциальная защита трансформатору 1000 кВ·А?

      По ПУЭ не обязательна. Дифференциальная защита может быть предусмотрена на трансформаторах мощностью не менее 1 МВ·А, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности при выдержке времени МТЗ более 0,5 с, либо если трансформатор стоит в сейсмическом районе (ПУЭ, п. 3.2.54). В остальных случаях ставят токовую отсечку со стороны питания.

      Почему газовая защита сработала, а дифференциальная нет?

      Типичная картина для развивающегося внутреннего дефекта, включая витковое замыкание малой части обмотки. Дифференциальный ток при этом ниже уставки, а разложение масла уже идет. РД 153-34.0-35.518-2001 прямо указывает, что при межвитковых замыканиях и «пожаре» стали может действовать только газовая защита. Трансформатор в такой ситуации выводят в ревизию, не дожидаясь срабатывания электрических защит.

      Как определить витковое замыкание в трансформаторе?

      Релейная защита фиксирует факт повреждения, а вид дефекта устанавливают по анализу растворенных в масле газов согласно СТО 34.01-23-003-2019. Витковое замыкание относится к дефектам электрического характера. Точное место повреждения определяют при ревизии активной части.

      Источники

      1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание. Раздел 3 «Защита и автоматика», глава 3.2 «Релейная защита», пп. 3.2.51–3.2.56.
      2. РД 153-34.0-35.518-2001. Инструкция по эксплуатации газовой защиты. — М.: СПО ОРГРЭС, 2001.
      3. СТО 34.01-23-003-2019. Методические указания по техническому диагностированию развивающихся дефектов маслонаполненного высоковольтного электрооборудования по результатам анализа газов, растворенных в минеральном трансформаторном масле. — ПАО «Россети», 2019.
      4. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. — М.: Энергоатомиздат, 1998. Гл. 15, 16, 19.
      5. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — 4-е изд. — СПб.: ПЭИПК, 2010. С. 214–244.
      6. Александров А.М. Дифференциальные защиты трансформаторов. — СПб.: ПЭИПК, 2011. 223 с.
      7. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. — М.: Энергоатомиздат, 2007. Гл. 6.
      8. Методические указания по расчету и выбору уставок защит распределительных сетей 6–35 кВ. — 2-е изд. — Новосибирск: НГТУ, НПП «ЭСТРА», 2026.
      9. Руководство по эксплуатации блока микропроцессорного дифференциальной защиты с торможением ЭСТРА-ДЗТ. Версия 1.09. ТУ 27.12.31-121-23566247. — Новосибирск: НПП «ЭСТРА».
      Назад к списку
      Продукция
      Компания
      Проекты
      Отрасли
      Обучение
      Документы
      Поддержка
      Статьи
      Новости
      Контакты
      +7 (383) 388-51-54
      +7 (383) 388-51-54
      E-mail
      sale@rza-estra.ru
      Режим работы
      Пн. – Пт.: с 9:00 до 18:00
      sale@rza-estra.ru
      2026 © Все права защищены
      Политика конфиденциальности
      Разработано в