Материал: Lekcija_No_7

На мощных генераторах, имеющих две и более параллельных ветви в фазах обмотки статора, применяют специальную поперечную дифференциальную защиту, предназначенную для защиты генератора от витковых замыканий в обмотке статора. При этом со стороны нулевых выводов каждая параллельная ветвь должна иметь изолированный вывод.

Принцип действия поперечной диф. защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора.

Такое сравнение можно осуществлять с помощью трёхсистемной или односистемной схемы поперечной защиты. Обычно применяется односистемная схема, которая выполняется при помощи одного трансформатора тока устанавливаемого в цепь между двумя нулевыми точками соединённых в звезду параллельных ветвей обмотки статора и одного реле сравнивающего сумму токов параллельных ветвей всех трёх фаз обмотки статора генератора.

Упрощённая схема односистемной поперечной дифференциальной защиты генератора представлена на рис. 7-5.

Рис.7 5. Поперечная односистемная диф. защита генератора

При витковом замыкании в одной из ветвей (например, фазы А на рис. 7-5) сопротивление этой ветви и э.д.с. E&1,A уменьшаются. В контуре, образованном обеими

ветвями фазы А, возникает разность э.д.с. E& = E& 2, À −E&1, À и ток Iê = X1À +E&X2À . Ток виткового к.з. протекает по трансформатору тока поперечной защиты и вызывает её срабатывание.

Величина Iк зависит от количества замкнувшихся витков, поскольку Е прямо пропорционально их числу.

Необходимо отметить, что в месте повреждения величина тока может оказаться во много раз больше за счёт тока, циркулирующего в контуре образованном коротко замкнутыми витками.

Поперечная диф. защита будет работать также при замыканиях между витками ветвей разных фаз и может не сработать при замыканиях между витками разных ветвей одной фазы при одинаковом числе замкнувшихся витков т.к. в этом случае

E& = E& 2, À −E&1, À = 0 .

С целью повышения чувствительности токовое реле поперечной защиты включается через фильтр токов основной частоты для отстройки от воздействия гармоник, кратных трём, наличие которых обусловлено искажением формы кривой э.д.с. генератора.

На генераторах с непосредственным охлаждением обмоток поперечная диф. защита выполняется без выдержки времени с действием на отключение и развозбуждение генератора.

Кроме своего основного назначения – защиты от витковых замыканий, поперечная диф. защита может также в некоторых случаях срабатывать и при междуфазных к.з. в обмотке статора генератора, резервируя продольную диф. защиту генератора.

Ток срабатывания токового реле поперечной диф. защиты отстраивается от максимального тока небаланса, который может проходить в реле при внешних к.з. и принимается равным:

Iс.з.= (0,2÷0,3) Iном

В качестве токовых реле в поперечной диф. защите применяются реле типа

РТ-40/Ф.

Кнедостаткам рассматриваемой схемы поперечной диф. защиты следует отнести наличие «мёртвой зоны» при малом числе замкнувшихся витков.

Кдостоинствам защиты относятся простота исполнения, а также достаточно высокая чувствительность.

Выводы:

1.Поперечная дифференциальная защита является основной защитой от витковых замыканий в обмотке статора генератора имеющего параллельные ветви в фазах статорной обмотки.

2.Принцип действия поперечной дифференциальной защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора.

3.Односистемная поперечная диф. защита, нашедшая наибольшее применение на генераторах, имеющих параллельные ветви в фазах обмотки статора, отличается простотой и обладает необходимым быстродействием и чувствительностью.

4.К недостаткам односистемной поперечной диф. защиты относятся наличие «мёртвой зоны» при малом числе замкнувшихся витков обмотки статора, а также невозможность её использования в качестве защиты от витковых замыканий

на генераторах, не имеющих параллельных ветвей.

5.4.Защита от однофазных замыканий на землю в цепи статора

генератора

Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надёжность эксплуатации, генераторы напряжением 2 кВ и выше, как правило, работают с изолированной нулевой точкой (нейтралью) или с нейтралью заземлённой через дугогасящий реактор. Поэтому для выполнения защиты от однофазного замыкания на землю в обмотках статора генератора используются те же принципы, что и для защит от замыканий на землю линий электропередач.

При замыкании на землю фазы статора генератора ток в месте повреждения пропорционален числу замкнувшихся витков и величине ёмкости присоединённой сети.

Ток в месте однофазного замыкания на землю при замыкании на главных выводах обмотки статора генератора равен:

Таким образом, U0, I0, Iз, появляющихся при замыкании на землю пропорциональны числу замкнувшихся витков. Графически эта зависимость представлена на рис. 7-6.

Рис.7 6. Зависимость U0, I0, Iз от числа замкнувшихся витков

обмотки статора генератора.

Очевидно, что максимальные значения U0, I0 и Iз будут иметь место при замыкании на землю на главных выводах генератора (ωз=100%), а при приближении точки замыкания к нейтрали генератора ωз уменьшается от 100% до 0 и, следовательно, уменьшаются до нуля значения U0, I0 и Iз при замыкании в нейтрали генератора.

При использовании дугогасящей катушки (для компенсации ёмкостного тока замыкания на землю) ток замыкания на землю Iз состоит из 2-х составляющих: ёмкостной – замыкающейся через ёмкостное сопротивление сети Хс и индуктивной – замыкающейся через индуктивное сопротивление ХL дугогасящей катушки.

Результирующий ток будет равен:

Для защиты генераторов от замыканий на землю в обмотке статора работающих непосредственно на шины применяют токовую защиту нулевой последовательности.

Применяют два способа выполнения токовой защиты нулевой последовательности: с помощью трёхтрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности и с помощью однотрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности.

Однако, защита, выполненная с помощью 3-х трансформаторного фильтра нулевой последовательности (рис. 7-7, а) имеет недостаточную чувствительность, так как срабатывает при токах замыкания на землю порядка 15-20А (из-за необходимости отстройки защиты от токов небаланса, определяемых погрешностями трансформаторов тока).

Защита, выполненная с помощью однотрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности с подмагничиванием (ТНП или ТШНП), получается более чувствительной (так как имеет ток срабатывания порядка 3-5А) (рис. 7-7, б).

Рис. 7 7. Защита от замыканий на землю

а) с обычными ТТ

В эксплуатации используются трансформаторы тока нулевой последовательности двух типов: кабельного типа ТНП – для защиты генераторов, имеющих кабельные выводы и шинного типа ТНПШ – для защиты генераторов с шинными выводами.

По принципу действия ТНП и ТНПШ аналогичны трансформаторам тока нулевой последовательности применяемых в схемах защиты от однофазных замыканий на землю кабельных линий. ТНП и ТНПШ конструктивно представляют собой два магнитопровода, внутри которых проходят кабели или токопроводы, соединяющие защищаемый генератор со сборными шинами. Они выполняют роль первичных обмоток ТНП.

На рис. 7-8 приведена характеристика намагничивания ТНП, по которой можно определить величину напряжения, наводимого во вторичной обмотке при прохождении первичного тока определённой величины. Без подмагничивания ТНП работают в начальной части характеристики намагничивания. При прохождении по первичной цепи тока Iз во вторичной обмотке наводится э.д.с. Е1 (точка А). Если сердечник ТНП подмагничивать от постороннего источника, э.д.с. на вторичной обмотке будет определяться суммой двух магнитных потоков: Фз, создаваемого током замыкания на землю Iз и Фμ, создаваемого током подмагничивания Iμ. Рабочая точка ТНП в этом случае переходит в среднюю (крутую) часть характеристики (точка Б), и ток Iз, проходящий в первичной цепи будет наводить во вторичной обмотке э.д.с. Е2 значительно большей величины, чем Е1. Таким

образом, подмагничивание позволяет в 10-15 раз увеличить мощность трансформатора тока.

Для того, чтобы подмагничивание не создавало тока во вторичной обмотке ТНП, обмотки подмагничивания, расположенные на разных сердечниках, соединяются встречно, а вторичные обмотки согласно. При таком соединении обмоток подмагничивания, создаваемые ими потоки Фμ направлены в 2-х сердечниках ТНП в противоположные стороны, а наводимые ими э.д.с. во вторичных обмотках направлены на встречу друг другу, так что сумма их равна нулю. Потоки Фз, создаваемые Iз имеют одинаковое направление, поэтому создаваемые ими э.д.с. во вторичных обмотках суммируются. В результате ток в реле защиты пропорционален току замыкания на землю.

Таким образом, использование подмагничивания сердечника ТНП существенно повышает чувствительность защиты.

Обычно подмагничивание осуществляется переменным током от ТН генератора.

Рис. 7 8. Схема включения обмоток (а) и характеристика намагничивания ТНП (б)

Трансформатор тока ТНШ (или ТНПШ), сердечники которого охватывают все три фазы, устанавливают между генератором и его выключателем. Ток нулевой последовательности в первичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности зависит также от местонахождения точки замыкания на землю. При замыканиях во внешней сети (например, в точке К1 на рис. 7-9 через ТНП проходит ёмкостный ток генератора Iс.г., а при замыкании на выводах обмотки статора генератора (в точке К2) – разность между полным ёмкостным током сети генераторного напряжения и ёмкостным током генератора, т.е. I=IсΣ-Iс.г.

Рис. 7 9. Ёмкостные токи в ТНП генератора при замыканиях на землю в различных

точках сети генераторного напряжения.

При разветвленной сети генераторного напряжения СΣ>>Сг и следовательно IcΣ>>Icг. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора должна