Гумаров Р.Т., Шабанов В.А., Шарипова С.Ф.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

Промежуточный быстронасыщающийся трансформатор для дифференциальной защиты входных многообмоточных трансформаторов

Современные многоуровневые преобразователи частоты содержат на входе многообмоточный трансформатор. При большой мощности преобразователя частоты такие трансформаторы должны снабжаться дифференциальной защитой. При дифференциальной защите силовых трансформаторов отстройка от бросков апериодической составляющей намагничивающего тока часто осуществляется при помощи промежуточного быстронасыщающегося трансформатора. Для предотвращения ложного действия дифференциальной защиты от токов небаланса при внешних повреждениях применяются схемы с тормозным обмотками. В статье рассматривается конструкция быстронасыщающегося трансформатора для дифзащиты входных многообмоточных трансформаторов.

Число вторичных обмоток входного трансформатора зависит от числа уровней и может быть от трех до двенадцати. Самыми распространенными являются входные трансформаторы с шестью трехфазными вторичным обмотками.  На рисунке 1 представлена принципиальная схема включения быстронасыщающегося трансформатора для защиты входного многообмоточного силового трансформатора с одной первичной и шестью вторичными обмотками. Одним штрихом на рисунке 1 обозначены рабочие обмотки, а двумя штрихами – тормозные обмотки быстронасыщающегося трансформатора..

Рисунок 1. Схема включения быстронасыщающегося трансформатора.

Питание тормозных катушек реле от обмоток быстронасыщающегося трансформатора приводит к тому, что тормозное действие защиты, будучи очень слабым, при малых токах повреждения усиливается с ростом токов повреждения, особенно при сквозных коротких замыканиях. Это дает возможность повысить чувствительность защиты при внутренних коротких замыканиях и снизить опасность срабатывания при внешних повреждениях, что позволяет обеспечить требуемую селективность защиты.

Быстронасыщающийся промежуточный трансформатор имеет одну пару рабочих обмоток (первичную и вторичную), расположенных на среднем стержне магнитопровода, и семь пар тормозных обмоток, расположенных на крайних стержнях магнитопровода. Первичные обмотки крайних стержней Т^/₁ , Т^/₂, Т^/₃, Т^/₄, Т^/₅, Т^/₆, Т^/₇ имеют малое число витков и включаются на фазные вторичные токи высокой и низких сторон защищаемого трансформатора. Вторичные обмотки крайних стержней Т"₁, Т"₂, Т"₃, Т"₄, Т"₅, Т"₆, Т"₇ соединяются в звезду и служат для питания тормозных катушек. Первичная обмотка Р^/ среднего стержня имеет большое число витков и обтекается током небаланса. Вторичная обмотка P" среднего стержня питает рабочую катушку реле.

 Для двух и трех обмоточных трансформаторов магнитопровод быстронасыщающегося трансформатора состоит из Ш-образных пластин, имеющих на среднем стержне прорезь для обеспечения быстрого насыщения. Для защиты многообмоточных трансформаторов пластины магнитопровода изгибаются и из них составляется сердечник в виде многолучевой звезды. (Рисунок 2).

 В нормальном режиме ток в обмотке Р^/ очень мал, и реле практически не развивает рабочего момента. Тормозной момент реле, пропорциональный в данном случае векторной сумме токов измерительных трансформаторов TT₁, TT₂, TT₃, TT₄, TT₅, TT₆, TT₇ (рисунок 1) оказывается больше рабочего момента, и защита не работает. Число витков обмоток подбирается таким образом, чтобы тормозное действие в этом режиме было невелико. Поэтому достаточно небольшого увеличения тока небаланса, чтобы защита сработала. Таким образом, обеспечивается высокая чувствительность защиты.

Рисунок 2. Конструкция магнитопровода быстронасыщающегося трансформатора для дифзащиты многообмоточного трансформатора.

 При сквозных коротких замыканиях резко возрастают токи не только в рабочих, но и в тормозных обмотках Т"₁, Т"₂, Т"₃, Т"₄, Т"₅, Т"₆, Т"₇ и, соответственно, растет тормозной момент.

 Ток в обмотке Р^/ растет в еще большей степени, однако насыщение среднего стержня магнитопровода препятствует значительному росту напряжения на обмотке P", и рабочий момент реле возрастает в меньшей степени чем тормозной момент. Благодаря этому обеспечиваетcя отстройка защиты от токов небаланса при сквозных коротких замыканиях.

При коротких замыканиях в зоне защиты ток возрастает только в обмотке высшего напряжения многообмоточного трансформатора. При этом ток небаланса в обмотке P и, соответственно, рабочий момент реле увеличиваются, а тормозной момент, пропорциональный сумме токов измерительных трансформаторов тока, значительно снижается и защита срабатывает.

Как и в обычных двух и трех обмоточных трансформаторах, броски намагничивающего тока многообмоточного трансформатора имеют значительную апериодическую составляющую. Эта составляющая насыщает средний стержень магнитопровода и препятствует тем самым трансформации периодической составляющей этого тока в обмотку Р". Поэтому значительного роста рабочего момента в реле не происходит и защита при включении преобразователя частоты не срабатывает.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ на изобретение № 96284: Промежуточный быстронасыщающийся трансформатор для дифференциальной защиты силовых трансформаторов / Сурба С.С. // 01.01.1953 г.

2. Патент РФ на изобретение № 2396625: Трансформатор / Казаков В.В., Вафин Ш.И. // 11.12.2008 г.

3. Гончарук А.И. Расчёт и конструирование трансформаторов / А.И. Гончарук. – М.: «Энергоатомиздат», 1990. – 256 с. – ISBN 5-283-00610-7.