 |
Токовые дифференциальные реле типа РНТ-565
|
|
|
|
Отличительной особенностью реле серии РНТ является наличие в нём быстронасыщающегося трансформатора тока, с помощью которого реле отстраивается от тока небаланса при внешнем КЗ, а также от вторичного тока броска намагничивающего тока силового трансформатора.
Первичные обмотки (рабочая Wр и уравнительные WI Ур, WII Ур) выполнены применительно к ТТ с номинальным вторичным током 5А.
В качестве исполнительного органа используется токовое реле типа РТ-40.
Намагничивающая сила срабатывания Fср, определённая заводом-изготовителем, равна 100 А ± 5 А и является для всех реле серии РНТ величиной постоянной. МДС срабатывания реле РНТ-565 в небольших пределах может регулироваться переменным сопротивлением Rш , включённым параллельно обмотке исполнительного реле. На рисунке 14 приведена схема внутренних соединений реле РНТ-565.
Реле имеет три первичные обмотки, которые расположены на среднем стержне НТТ. Первичные обмотки имеют отпайки через определённое число витков, выведенные на коммутатор.
Одна из трёх первичных обмоток, называемая рабочей обмоткой Wр, включается в дифференциальную цепь защиты. По ней проходит геометрическая сумма токов от ТТ, установленных в плечах защиты. Результирующий ток Iр, проходящий по рабочей (дифференциальной) обмотке, возбуждает в сердечнике НТТ рабочий магнитный поток.
Уравнительные обмотки WIур и WIIур используются для компенсации неравенства МДС, обусловленных неодинаковыми токами, поступающими от трансформаторов тока, установленных в плечах дифференциальной защиты.
 |
Рисунок 14. Схема внутренних соединений реле РНТ-565
Для уяснения роли уравнительных обмоток рассмотрим упрощённую схему включения реле РНТ-565 в одну фазу токовых цепей защиты двухобмоточного силового трансформатора (рисунок 15). Первичные обмотки реле РНТ-565 будут правильно подключены к трансформаторам тока ТА1 и ТА2, если вторичные токи 
, поступающие от плеч защиты к зажимам 4,6 и 3, создают две равные по величине и встречные магнитодвижущие силы 
в нормальном режиме и при внешнем КЗ. Соблюсти второе условие несложно, - для этого необходимо учесть полярность зажимов вторичных обмоток ТА1 и ТА2 и направить вторичные токи в дифференциальную обмотку (Wр) как показано на рисунке15.
|
|
|
Для того, чтобы понять как соблюдается первое условие (равенство по модулю 
), рассмотрим конкретный пример. Примем значение первичного тока на стороне ВН 
. Тогда 
. Коэффициент трансформации ТА1 150/5, ТА2 2000/5. Вторичные токи в номинальном режиме:
.
Предположим, что на коммутаторе рабочей обмотки набран 21 виток (20+1). Тогда МДС 
, создаваемая током первого плеча 
Рисунок 15. Схема соединения обмоток трансформаторов тока
и первичных обмоток реле РНТ-565
Очевидно, что вторичный ток второго плеча дифференциальной защиты должен создавать МДС 
равную МДС . Для этого необходимо к 21 витку рабочей обмотки добавить несколько витков, которые должны обтекаться меньшим вторичным током 
. Для этого разделим МДС на величину тока .
Округлим в сторону уменьшения расчётное число витков. Итак, для вторичного тока второго плеча необходимо к 21 витку рабочей обмотки добавить 4 витка обмотки WIIур (рисунок15).
В силу того, что на коммутаторах реле РНТ (и ДЗТ) нет возможности набрать дробное число витков (25,4), магнитодвижущие силы 
несколько отличаются друг от друга.
Это неравенство магнитодвижущих сил равносильно протеканию по дифференциальной обмотке тока небаланса 
(третьей составляющей полного тока небаланса). Оценим количественно третью составляющую тока небаланса. Для этого разделим алгебраическую разность магнитодвижущих сил на число витков дифференциальной обмотки.
|
|
|
.
Примечание. Если бы вторичный ток первого плеча был на 0,08 А меньше чем 3,33 А, то небаланс в дифференциальной защите отсутствовал бы
Определим относительное значение третьей составляющей тока небаланса
.
В дифференциальных защитах двухобмоточного трансформатора в реле функцию дифференциальной обмотки могут выполнять две уравнительные (рисунок 16).
Рисунок 16. Схема включения реле РНТ-565 в дифференциальной защите
трансформатора при помощи двух уравнительных обмоток
В последней схеме рабочая обмотка не задействована. Вторичный ток первого плеча дифференциальной защиты 
обтекает витки уравнительной обмотки WIур и создает магнитодвижущую силу 
одного направления
.
Вторичный ток 
второго плеча проходит по двадцати пяти виткам обмотки WIур и создаёт магнитодвижущую силу 
встречного направления
.
Последние два выражения показывают, что небаланс в дифференциальной цепи реле с использованием двух уравнительных обмоток остаётся на прежнем уровне.
При расчёте дифференциальной защиты плечо защиты, в котором вторичный ток в номинальном режиме больше (в нашем случае это 
), называют основной стороной. Исходя из тока срабатывания I2ср основной стороны, определяют необходимое число витков в дифференциальной обмотке. Вернёмся к рассмотренному выше примеру (рисунки 15 и16) и предположим, что путём расчёта тока срабатывания защиты имеем Iс.з=132,8 А. Тогда с учётом коэффициента трансформации ТА1 и коэффициента схемы (схемы соединения обмоток трансформаторов тока на основной стороне и реле) определим ток срабатывания реле
.
Необходимое число витков в дифференциальной обмотке, которое наберём с помощью коммутатора, определим по формуле
Второе плечо дифференциальной защиты с вторичным номинальным током меньшим 
называют неосновной стороной защиты.
Исходя из равенства магнитодвижущих сил 
или 
определим расчётное число витков дифференциальной обмотки для неосновной стороны
|
|
|
.
Примем Wнеосн = 25 вит.
Таким образом, полярность подключения вторичных обмоток измерительных ТТ к первичным обмоткам реле РНТ-565 должна быть такой, чтобы вторичные токи 
в рабочей (дифференциальной) обмотке (рисунок 15) или в уравнительных обмотках (рисунок 16) были направлены встречно в нормальном режиме работы защищаемого трансформатора или при внешнем КЗ. При этом преобладание одной МДС , созданной большим током 
компенсируется дополнительной встречной МДС 
созданной вторичным током 
неосновной стороны, обтекающим дополнительные витки уравнительной обмотки.
При КЗ в защищаемой зоне магнитодвижущие силы рабочей и уравнительной обмоток, созданные вторичными токами внутреннего КЗ совпадают по фазе и алгебраически складываются. При этом суммарная МДС значительно превосходит Fср.
Рабочая обмотка, включаемая в дифференциальную цепь защиты мало влияет на загрузку трансформаторов тока, так как при внешнем КЗ и в нормальном режиме по ней проходит лишь разность токов 
.
Уравнительные обмотки, которые включаются в плечи защиты (рисунок16), обтекаются полными вторичными токами внешнего КЗ или нормального режима и являются дополнительной нагрузкой на трансформаторы тока. Поэтому при расчёте дифференциальной защиты и анализе её функционирования необходимо учитывать полные сопротивления уравнительных обмоток, которые могут вызывать несколько большие погрешности в работе трансформаторов тока. Исходя из этого, схему включения релеРНТ-565, приведённую на рисунке 15, можно считать более предпочтительной. Схема реле РНТ-565 позволяет производить ступенчатую регулировку тока срабатывания Iср в следующих пределах 2,87÷12,5А(при Fср = 100 А). Рабочая обмотка имеет максимальное число витков 35.
.
Минимальное число витков, которое можно набрать с помощью коммутатора, равно 8
.
Реле имеет следующие дискретные уставки по току срабатывания: 2,86; 2,94; 3,03; 3,12; …12,5 А.
При использовании реле РНТ-565 в защитах двухобмоточных трансформаторов, генераторов, сборных шин для расширения диапазона уставок дополнительно к рабочей обмотке может подключаться незадействованная уравнительная обмотка. В этом случае
|
|
|
.
Рабочие и уравнительные обмотки реле РНТ-565 длительно выдерживают ток до 10 А в нормальном режиме работы, когда одновременно обтекаются током все первичные обмотки, а суммарный магнитный поток в сердечнике НТТ близок к нулю.
Ток срабатывания исполнительного реле (РТ-40) составляет 0,16÷0,17 А.
Время срабатывания реле при токе Iр равном 3 Iср не превышает 40 мс.
Коэффициент надёжности реле при токе в первичной обмотке реле, равном 5· Iср не менее 1,35; при токе Iр = 2 Iср – не менее 1,2.
Реле имеет один замыкающий контакт. Коммутационная способность контакта в индукционной цепи постоянного тока с постоянной времени
5 мс составляет не менее 60 Вт при напряжении 24 ÷ 250 В и токе до 2 А.
Не рекомендуется включение реле РНТ с разомкнутой короткозамкнутой обмоткой.
В качестве примера использования реле РНТ-565 рассмотрим несколько схем их включения в схемы дифференциальной защиты силовых трансформаторов. В дифференциальной защите трёхобмоточного трансформатора (рисунок 17) в реле РНТ-565 задействованы все три первичные обмотки.
Рисунок 17. Схема включения реле РНТ-565
В нормальном режиме работы трансформатора вторичный ток первого плеча (основной стороны) проходит по рабочей обмотке и создаёт магнитодвижущую силу пропорциональную току 
и числу витков рабочей обмотки.
Вторичный ток второго плеча дифференциальной защиты 
обтекает витки уравнительной обмотки WI ур и создаёт магнитодвижущую силу 
.
МДС возбуждает в сердечнике НТТ встречный магнитный поток 
(по отношению к магнитному потоку рабочей обмотки), который частично размагничивает сердечник НТТ.
Вторичный ток третьего плеча 
обтекает витки уравнительной обмотки WII ур и создаёт МДС 
.
В нормальном режиме работы трансформатора результирующий магнитный поток в сердечнике НТТ должен быть равен нулю. Для этого должно соблюдаться равенство
или
.
Число витков в рабочей обмотке определяется исходя из значения расчётного тока срабатывания защиты.
На следующем этапе расчёта дифференциальной защиты определяют число витков в каждой уравнительной обмотке.
Дополним рассматриваемый пример конкретными цифровыми данными.
Пусть напряжение питающей сети 110 кВ. На стороне среднего напряжения (СН) напряжение 35 кВ, на стороне низкого напряжения (НН) – 10 кВ.
Пусть ток на стороне СН составляет 300 А, ток на стороне НН составляет 1100 А. Тогда с коэффициентом трансформации силового трансформатора ток на стороне высокого напряжения (ВН) составляет 200 А.
|
|
|
Примем коэффициенты трансформации измерительных ТТ: ТА1 – 300/5; ТА2 – 800/5; ТА3 – 4000/5.
Определим вторичные токи в плечах защиты
1) 
2) 
3) 
Пусть по результатам расчёта тока срабатывания реле оказалось 
Тогда МДС рабочей обмотки
.
Для вторичного тока среднего плеча примем число витков уравнительной обмотки WI ур равное, например, 22. МДС , создаваемая этой обмоткой
Определим МДС , которую должна создавать уравнительная обмотка WII ур, исходя из равенства МДС основной и неосновной сторон
Чтобы получить МДС 
равную 26,78 А в уравнительной обмотке WII ур необходимо набрать число витков
Примем в обмотке WII ур округлённое в сторону уменьшения число витков 19.
На рисунке 18 приведены рабочая и уравнительные обмотки реле с набранными числами витков, соответствующими рассмотренному примеру
Рисунок 18. Рабочая и уравнительные обмотки реле РНТ-565
|
|
|
