История релейной защиты.
Защита генератора. Защита статора от повреждений на землю для блоков генератор-трансформатор
Автор: Вальтер Шоссиг (W Schossig) >> подробнее об авторе
Статья была опубликована в июньском номере журнала в 2011 году >> о журнале
Перевод с английского: Перевертов Валерий Юрьевич
Первая статья, посвященная защите статора от повреждений на землю, была опубликована в этом журнале осенью 2009г, там были рассмотрены первые защиты и «сфокусировано» внимание на защитах, применяющихся при работе генераторов на сборные шины. С увеличением единичной мощности машин или работе на энергосистему становится важным использование блочных трансформаторов.
90% Защита статора от повреждений на землю
При блочной схеме подключения (генератор-трансформатор) генератор не связан гальванически с системой. Реле напряжения, подключенные к обмоткам заземленного трехфазного ТН, соединенным по схеме «разомкнутого треугольника» или подключенные к трансформатору напряжения, расположенному между нейтралью и землей, позволяют обнаружить повреждения на землю в обмотках силового трансформатора на стороне генератора, на вводах генератора и в обмотке статора. Повреждение в обмотке статора может быть обнаружено только в случае, если оно не слишком близко к нейтрали. Дополнительно чувствительность ограничена влиянием шунтирующих межобмоточных емкостей. Напряжение помехи может быть уменьшено за счет емкостей в схеме подключения генератора или активных сопротивлений в схеме подключения заземляющего трансформатора. Чтобы избежать эффекта оксидации, сопротивление выбиралось таким, чтобы ограничить ток повреждения на землю величиной в 15А. Это было пределом чувствительности данного защитного принципа.
Сопротивление используемых ламп (“железных ламп») зависело от температуры нити накала. В нормальном режиме нить была холодной, а ее сопротивление небольшим. Между трансформатором и генератором имелась емкостная связь. При перенапряжениях на стороне ВН сопротивление низкое и емкости разряжались на землю. Это означает, что сопротивление лампы низкое, когда источник ЭДС незначительный. В случае повреждения на землю лампы нагреваются, что увеличивает их сопротивление и ограничивает ток повреждения на землю. Этот принцип мог применяться только в низковольтных системах, где мощность ограничена. На Рисунке 3 показана используемая схема. Нейтраль генератора G заземлена через трансформатор напряжения S. Во вторичной обмотке ТН реле R соединено последовательно с лампами. Для защиты всей обмотки, соединенной в звезду с нейтральной точкой, доктор Роберт Поль (Dr. Robert Pohl) предложил «смещать» нейтраль искусственно. В его патенте (DRP 456761, 1928) показан источник тока P, соединенный последовательно с трансформатором напряжения S. Теперь становится возможным создавать ток больше тока срабатывания реле R даже в случае повреждения на землю непосредственно в нейтральной точке.
Используя электромагнитные реле было возможным «контролировать» примерно 80% обмотки, начиная с вводов генератора. При использовании реле с подвижной катушкой (магнитоэлектрических) зона защиты может быть увеличена до 90%. Остаточное напряжение (напряжение смещения) необходимо выпрямлять. Расширение зоны защиты возможно благодаря тому, что момент вращения уменьшается в линейной зависимости от напряжения в реле с постоянным магнитом и в квадрате в электромагнитных реле.
Рисунок 1. Реле защиты от тока утечки на корпус типа RV2 (Siemens, 1935)
Рисунок 2. 100% защита статора от повреждений на землю
а – на переменном токе
в – на постоянном токе
Рисунок 3. Заземление нейтрали генератора с помощью ламп.
Согласно патенту доктора Бутоу (Dr. Bütow), нейтраль смещалась (доктор Поль (Dr.Pohl, AEG))
Рисунок 4. Защита с помощью вспомогательного напряжения частотой 20 Гц (Siemens)
Рисунок 5. Защита от токов утечки на корпус, Л.Фершль (Fershl. L.),компания ÖSSW, 1953
В качестве решения был использован патент АТ875427 – удаление влияния высших гармоник, проникающих через емкости связи блочного трансформатора