Для любителей предохранителей

Многие типы трансформаторов защищаются сегодня предохранителями. Это ТНы, небольшие ТСНы и даже силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ малой мощности. Дешево, сердито и не нужно ничего настраивать.

Сегодня я предлагаю вам рассмотреть последствия установки предохранителя на масляный силовой трансформатор 6/0,4 кВ, в части получаемых защитных характеристик (чувствительность и время отключения). Обещаю, будет интересно!

Возьмем для примера ТП 6/0,4 кВ с трансформаторами 400 кВА. Соединение обмоток естественно D/Yo. Защищать предохранителями трансы Y/Yo – это уже из разряда невероятного, и, вроде, таким никто не занимается.

Стандартный уровень тока трехфазного короткого замыкания на шинах 6 кВ таких ТП составляет обычно 8-12 кА. Для расчета примем 10 кА.

Разделять токи на минимальный и максимальный режимы не будем потому, что это не сильно влияет на уровень токов КЗ на стороне 0,4 кВ, особенно за такими маломощными трансформаторами. Среднее напряжение сети 6,3 кВ.

Расчетная схема приведена на Рис.1

Рис. 1

Теперь давайте рассмотрим наиболее интересные моменты, касающиеся предохранителей

1. Времена отключения коротких замыканий

Найдем номинальный ток трансформатора на стороне 6,3 кВ

Согласно [1, стр.49] номинальный ток предохранителя 6,3 кВ принимается примерно равным 2*Iном.т

Принимаем предохранитель ПКТ-6-80, с номинальным током 80А. Его характеристику возьмем из [2, стр. 335]

Теперь найдем минимальный ток короткого замыкания на шинах 0,4 кВ (конец зоны защиты для ПКТ-6-80), чтобы проверить время отключения предохранителя. Для этого сначала рассчитаем сопротивления схемы.

1. Сопротивление системы

2. Сопротивление трансформатора

3. Отношение сопротивления системы к сопротивлению трансформатора

С точки зрения проверки чувствительности защиты/времени действия предохранителя критическим является ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора. Найдем этот ток для по кривым из [3, Приложение, Рис. П1]

Помня про наше соотношение Хс/Хт получаем минимальные токи КЗ через предохранитель (приведенный на сторону 6,3 кВ).

Металлический однофазный ток КЗ:

Дуговой однофазный ток КЗ:

Коэффициент 0,58 появляется из-за искажения тока КЗ при трансформации со стороны 0,4 на 6,3 кВ через обмотки D/Yo (см. видео по защитам трансформатора)

Ну, и наконец, получаем время отключения этих коротких замыканий по кривой ПКТ-6-80 (см. выше)

Время отключения металлического КЗ — 1,3 с

Время отключения дугового КЗ — 7 с

Если вспомнить, что на стороне 0,4 кВ практически не бывает металлических КЗ (все через дугу), то время отключения правильно выбранного предохранителя будет около 7 с! При этом ток КЗ в баке ТМГ на стороне 0,4 кВ не такой уж и маленький — 8,3 кА. Для транса это настоящая печалька.

 

2. Защита трансформатора от перегрузки

Максимальный рабочий ток ТМГ-400 с учетом срабатывания АВР на стороне 0,4 кВ (СВ на Рис. 1 включен) примерно равен 1,4*Iном.т

Ток защиты от перегрузки (ступень на отключение) выбирается обычно на 5% больше максимального рабочего тока присоединения

Этот ток меньше номинала ПКТ-6-80, поэтому предохранитель вообще не может осуществлять защиту от перегрузки

 

3. Согласование с вышестоящими защитами.

Предположим наша ТП питается от вышестоящей РП 6 кВ через фидер 1 (см. Рис. 2). На фидере 1 установлена защита с независимой характеристикой.

Рис. 2

Ориентировочные уставки защиты фидера 1:

Так как фидер питает одну ТП, то максимальный рабочий ток фидера можно принять равным максимальному рабочему току трансформатора.

 

Помним, что такая же уставка МТЗ будет у вводного автомата 0,4 кВ потому, что она тоже отстраивается от максимального рабочего тока трансформатора. Для согласования чувствительности защит примем ток защиты фидера на 10% больше.

Стандартное время МТЗ защиты фидера на городских ТП примерно 1 с.

 

Теперь, используя Гридис-КС, построим карту селективности защиты фидера и нашего предохранителя

Рис. 3

Как видно из карты защитные кривые пересекаются, причем при минимальных токах КЗ на стороне 0,4 кВ защита фидера будет работать быстрее, неселективно отключая ТП. Изменить эту ситуацию не получится потому, что для этого нужно двигать кривую защиты фидера «вверх и вправо». Вверх нельзя потому, что там уже стоит защита СВ 6 кВ РП со своими выдержками времени, и их менять нельзя. А вправо не получится потому, что мы перестанем резервировать КЗ за трансформатором (минимальный Кч.рез.=1,2)

Если даже попытаться подобрать зависимую характеристику на фидере, то придется многим пожертвовать. Например, защитой от перегрузки фидера. Она просто исчезнет из-за увеличения начального тока характеристики.

Рис. 4

Например, на Рис. 4 подобрана нормально инверсная характеристика с начальным током 240 А, вместо 85,1 А, иначе полной селективности добиться сложно. Можно конечно попробовать подобрать другой наклон и начальный ток кривой, но из графика видно, что оптимально все равно не получиться.

Есть и еще одна проблема. Как только вы примете на фидере зависимую характеристику защиты, то она перестанет согласовываться с независимой характеристикой СВ и ввода РП.

В итоге получаем, что при использовании предохранителя 6 кВ на практике невозможно добиться полной селективности с вышестоящими защитами. Это тоже не очень хорошо

 

Выводы

1. Предохранитель защищает только от коротких замыканий. Для защиты от перегрузки вам придется искать другие способы (например, вводной автомат 0,4 кВ)

2. Времена отключения токов КЗ в конце зоны защиты (обмотки и выводы НН
трансформатора) у предохранителя очень большие. Это увеличивает объем
повреждения и будет негативно сказываться на сроке службы трансформатора

3. Предохранитель очень сложно согласовать с вышестоящими защитами. Фактически вы всегда будете нарушать условие селективности

4. При несимметричных КЗ на стороне 0,4 кВ через предохранители 6 кВ будут
протекать разные по величине токи. Таким образом, один из предохранителей может сработать раньше остальных и мы получим неполнофазный режим. Данный режим особенно опасен для двигателей.

Так, что, не использовать предохранители для защиты силовых трансформаторов?

Я бы сказал, что лучше не использовать, но это мнение релейщика. Для заказчика предохранители — это способ сэкономить и упростить электроустановку, поэтому он их и применяет и будет применять.

Единственно, что нужно помнить о всех недостатках предохранителей перед
нормальной релейной защитой и не использовать их для ответственных
объектов.

 

Список литературы

  1. «Защита трансформаторов распределительных сетей», М.А. Шабад., 1981 г, Энергоиздат
  2. «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», М.А. Шабад., 2003 г, ПЭИПК
  3. “Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ”, А.В. Беляев, 1988г., Энергоатомиздат
  • Евгений

    А если учесть еще и возможное отклонение типовой времятоковой кривой предохранителя на 20% [1, стр. 45- 47], то о селективности с вышестоящими защитами вообще можно забыть.

    • https://plus.google.com/101616571412194372232 Дмитрий Василевский

      Да, этот момент еще больше ухудшает положение

  • Антон

    Дмитрий, а как Вы считаете, как радикальное решение: может просто отказаться от селективности защиты ОЛ 6 кВ с предохранителем? Тогда при КЗ вместо случая отсутствия защитного аппарата трансформатора и отключения выключателем от защит ОЛ 6 кВ мы получим неселективное отключение выключателем от защит ОЛ 6 кВ.
    С предохранителем как-то спокойнее – в последнее время качество проектной документации ухудшается, иногда попадаются выполненные расчеты уставок шараж-монтаж организациями после которых волосы дыбом встают. С наладкой тоже в последнее время не все ок. Все хотят быстро и дешево, а про качество забывают.

    P.S. Сам поклонником предохранителей не являюсь. Характеристики подбирать удовольствие не из приятных. А потом еще их от руки в А-каде рисовать. Гридис-КС, что ли приобрести…

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Так вроде селективность с предохранителем сегодня смотрят для минимального КЗ на стороне ВН. Даже у Шабада это где-то было. По-другому не получается. Я думаю, что если защита линии отключает одинаковый объем нагрузки с предохранителем (как в статье), то можно и неселективно работать (еще и плавкую вставку спасем). А вот если отпайки на линии висят — это уже плохо.

      Гридис теперь можно приобрести на компанию, чтобы самому не тратить деньги. Если интересно могу выставить счет

      • Антон

        Когда отпайки на линии висят вообще беда. Были случаи, когда на одной ОЛ висело сразу несколько трансформаторов, при чем разной мощности — от 250 до1600 с разными номиналами предохранителей — там со всеми по селективности не пройдешь — от чего-то отказываться приходилось. На счет приобретения — подумаю. Проблему, я считаю, правильную поднимаете.

        • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

          спасибо

  • http://vk.com/id346684518 Дмитрий Матвиенко

    Цитата: «Защищать предохранителями трансы Y/Yo – это уже из разряда невероятного, и, вроде, таким никто не занимается». Хочется спросить автора, а чем же тогда защищают трансы в КТП 10/0,4 кВ в сельских распредсетях? Там их тьма тьмущая и все Y/Yo?

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Думаю, там предохранители стоят больше для красоты потому, что от тех же однофазных за трансом они вообще не защищают. При ПКТ-80 и ТМГ-400 с Y/Yo ток однофазного КЗ будет примерно в 3 раза ниже, чем для D/Yo. Даже с учетом, что коэффициент искажения будет 0,66, а не 0,58 все равно ток на стороне 6,3 кВ будет равен около 120 А. ПКТ-80 отключит такой ток примерно за «никогда».
      Даже если возьмем плавкую вставку как Iном, а не как 2*Iном (обычно там однотрансформаторные ТПшки и перегрузка не допускается), то ПКТ-40 отключит ток в 120 А секунд за 20-30. Скорее всего ПКТ будут защищать только от КЗ на стороне ВН, но так как эти ТПшки обычно никого не волнуют, то их строят по принципу «и так сойдет»
      Мне вообще кажется, что за использование трансов Y/Yo нужно предусматривать административную ответственность) Более гадкого транса придумать сложно

      • http://vk.com/id346684518 Дмитрий Матвиенко

        Проблемы известные. Поэтому защита таких установок подразумевает максимальное снижение вероятности однофазных КЗ в определенной части установки. По сути, отходящие фидера защищены линейными АВ, шины к линейным АВ защищены вводным АВ, сторона ВН находится в зоне защиты линии, так что наименее защищенными остаются обмотка НН, вывода (шпильки) 0,4 кВ, вводной кабель 0,4 кВ и клеммы вводного АВ. Поэтому текущая эксплуатация подразумевает надежное ограждение оголенных частей от попадания посторонних предметов. Таких частей две — шпильки 0,4 на баке (закрываются кожухом) и клеммы вводного АВ (находится в закрытом РШ). Ничего сложного и при ответственном отношении к делу, проблем особых нет. А будет простая и дешевая альтернатива ПКТ, тогда и … а будет ли?

      • алекс телл

        Да,действительно Y/Yo это «чудо».Сам живу в сельской местности,почти в конце линии, рядом родительский двор, зимой у меня в розетке 260-270в. у родителей 170-180в питаемся по разным фазам. Но ТОЭ гласят что в трехфазной четырехпроводной сети нейтральный провод обеспечивает симметрию ФАЗНЫХ напряжений приемника при несимметричной нагрузке! Звоню в местный РЭС говорю диспетчеру что напряжение высокое, ответ -«Да это у тебя ноль слабенький,проверь его». У меня одни восклицательные знаки?!!!… Ну да ладно думаю пройдусь по линии до ТП,может где ноль оборвался? Дошел до ТП все в порядке! Замерил токи на ТП по фазам и в нейтрали на стороне 0,4кв, получилось ф А-20 А,ф В-43 А, ф С-76 А, Io-37А. Uл 410-400-410 в. Uф-280-220-240в. Ток в контуре 1,8 А. Стою голову ломаю,картинка с определением из учебника электротехники в голове.На работе с ребятами инженерами пообщался,-«Да это просто ваша ТП слабая, или контур сгнил вот и косит». А почему ток в контуре, и нулевой проводник так нагружен???… И только от Дмитрия из «Курса защит трансформаторов 10/0,4кв» узнал об особенностях трансформаторов Y/Yo. Так же В журнале «Новости Электротехники» 6 (60) 2009 года,есть интересная статья А.Федоровской и В.Фишмана «Силовые трансформаторы 6(10)/0,4кв. Особенности применения различных схем соединения обмоток». Интересная таблица 1. как раз по поводу предохранителей, и упоминается о трансформаторах Y/Yo,

        • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

          про слабый ноль — это разговоры в пользу бедных.. Y/Yo дает перекосы напряжения при несимметричной нагрузке на стороне 0,4 кВ, а на стороне 0,4 кВ всегда несимметричная нагрузка.. жуткие трансы — качество ЭЭ отстой, защиту нормально не выбрать и в чем преимущество перед D/Yo я так и не понял (стоят они кстати одинаково).. самое смешное, что некоторые заводы (Козлова, например) стали делать симметрирующую обмотку для Y/Yo, но только он тогда стоит дороже

        • Влад

          Типовая ситуация. Нейтральный проводник служит прежде всего для получения напряжения 220 В, а его симметрирующие свойства зависят от его сопротивления. Но даже при его нулевом сопротивлении не будет идеальной симметрии, поскольку при несимметричной нагрузке возникают несимметричные потери напряжения в фазных проводниках. Схема соединения обмоток Y/Yo применяется повсеместно, и не только в сельских сетях. В городских сетях большинство таких трансформаторов. Это наиболее дешевые в производстве и эксплуатации трансформаторы. При применении таких трансформаторов о качестве электроэнергии не может быть и речи, поскольку трансформаторы очень чувствительны к несимметричной нагрузке фаз из-за большого сопротивления нулевой последовательности. Статистика измерений напряжений в сельских сетях свидетельствует о большом разбросе напряжений по фазам. И это реальность. Экономия средств на трансформаторы со схемами D/Yo и Y/Z и нулевые проводники с сечением, равным фазному, приводит к низкому качеству напряжения.

  • http://vk.com/id215009996 Иван Филин

    Я в силу своего молодого опыта думал что предохранители остались только в цепях постоянного тока и на 0,4 кВ, а в защитах высоковольтных линий (6-10 кВ) от них давно отказались, не ужели их до сих пор используют?

    • http://vk.com/id346684518 Дмитрий Матвиенко

      Вот предохранитель ПСН-35. До сих пор используется для защиты тр-ров 35 кВ на о-очень упрощенных ПС

      • http://vk.com/id215009996 Иван Филин

        вон оно как, благодарю)

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.