Laboratorium elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej Cyfrowe zabezpieczenie różnicowe transformatora typu RRTC Wprowadzenie Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania, charakterystykami, sposobami wprowadzania wartości nastawianych, metodami badania cyfrowego zabezpieczenia różnicowego RRTC-1/2,. Na rysunku Z.1 przedstawiony jest schemat ideowy zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego. Przekładniki prądowe są zainstalowane po obu stronach zabezpieczanego obiektu i wyznaczają strefę chronioną tworząc wzajemnie połączony układ. W celu dokładnego wyrównania przekładni przekładników prądowych stosuje się przekładniki wyrównawcze, które mogą służyć także do kompensacji przesunięcia fazowego pomiędzy prądami po obu stronach transformatora. W gałęzi poprzecznej znajduje się przekaźnik różnicowy RI (prądowy), przez który w normalnym stanie pracy i przy zwarciach zewnętrznych prąd nie płynie lub płynie prąd różnicowy Ir o wartości zbliżonej do zera. W przypadku zwarcia wewnętrznego (zakłócenie wewnątrz strefy chronionej) prąd I2 i proporcjonalny do niego I2 zmieniają kierunek, co sprawia, że do przekaźnika RI dopływa prąd różnicowy I1 + I2 o znacznej wartości powodując zadziałanie zabezpieczenia i otwarcie odpowiednich wyłączników, chroniąc w ten sposób obiekt zabezpieczany przed uszkodzeniem lub całkowitym zniszczeniem. I1 I2 PP1 PP2 RI I1 Ir I2 Rys. Z.1. Schemat ideowy zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego W rzeczywistości w normalnym stanie pracy i przy zwarciach zewnętrznych w gałęzi poprzecznej pojawia się prąd różnicowy (uchybowy), którego przyczyną może być: zmiana położenia przełącznika zaczepów w przypadku transformatorów o regulowanej przekładni różne charakterystyki magnesowania przekładników prądowych nasycenie przekładników w czasie zwarć zewnętrznych
niedopasowanie przekładni przekładników prądowych W zabezpieczeniach różnicowych wprowadza się stabilizację, czyli uzależnienie działania zabezpieczenia od wzajemnej relacji prądu różnicowego Ir i hamującego Ih (będącego funkcją prądów płynących w uzwojeniach wtórnych przekładników), co przedstawione jest na rysunku Z.2 i nosi nazwę charakterystyki stabilizacji. Charakterystykę można kształtować poprzez zmianę początkowego prądu rozruchowego Iro i współczynnika stabilizacji kh, zdefiniowanego jako stosunek przyrostów prądu różnicowego i hamującego (zależność Z.1). k h Ir (Z.1) Ih Ir Iro Ih Rys. Z.2. Charakterystyka stabilizacji zabezpieczenia różnicowego Pomimo zastosowania stabilizacji zabezpieczenia, mogą się pojawić zbędne zadziałania. Podczas załączania transformatora pod napięcie występuje udar prądu magnesującego charakteryzującego się dużą zawartością prądu drugiej harmonicznej, która może być traktowana jak prąd różnicowy o dużej wartości, dlatego w celu wyeliminowania zbędnego zadziałania stosuje się blokowanie drugą harmoniczną. W przypadku wzrostu napięcia (wzrost strumienia magnesującego) także mogłoby wystąpić zbędne zadziałanie, lecz stosuje się blokowanie zabezpieczenia od prądu piątej harmonicznej, która jest charakterystyczna dla tego zjawiska. Inną przyczyną zbędnego zadziałania mogłoby być występowanie dużej zawartości drugiej i piątej harmonicznej w prądzie różnicowym w przypadku nasycenia przekładników strony wysokiego napięcia podczas zwarcia wewnętrznego, gdy transformator pracuje blisko źródła zasilania, co spowodowałoby blokowanie zabezpieczenia. Ten problem rozwiązano wyposażając zabezpieczenie w człon nadprądowy bezzwłoczny, działający w przypadku wystąpienia prądów zwarciowych większych niż wynika to z napięcia zwarcia. Opis zabezpieczenia różnicowego RRTC-1/2 transformatorów dwuuzwojeniowych Opis sporządzono na podstawie instrukcji obsługi zabezpieczenia różnicowego RRTC- 1 wydanej przez Instytut Energetyki w Warszawie [6].
Dane techniczne Dane ogólne: Wartość prądu znamionowego wejściowego In 5 A lub 1A Napięcie pomocnicze 88...250 V AC/DC Pobór mocy w obw. napięcia pomocniczego 8 VA/W Częstotliwość znamionowa 50 Hz Pobór mocy w obwodach prądowych 0,2 VA Obciążalność długotrwała obwodu prądowego 2In Wytrzymałość cieplna (1s) 80 In Wytrzymałość dynamiczna (10ms) 200In Klasa dokładności 5 Czas działania 15 ms...40 ms -wykonanie specjalne 7 ms...32 ms Czas powrotu < 40 ms Nastawienia dotyczące zabezpieczenia: Prąd rozruchowy 0,1In...0,7In Współczynnik stabilizacji 0,2...0,7 Zawartość prądu 100Hz blokującego zabezpieczenie* 10...30% Zawartość prądu 250Hz blokującego zabezpieczenie* 5...20% Przeznaczenie Zabezpieczenie różnicowe RRTC-1/2 stosowane jest do ochrony transformatorów dwuuzwojeniowych, generatorów oraz silników od zwarć wewnętrznych oraz na wyprowadzeniach. Zasada działania zabezpieczenia różnicowego RRTC-1/2 Działanie zabezpieczenia oparte jest o porównywanie prądów płynących po obu stronach zabezpieczanego obiektu (transformatora), prądy przesunięte są w fazie i o różnej wartości, dlatego w celu ich porównania i wyznaczenia wartości prądu różnicowego (Z.2) oraz hamującego zwanego także stabilizującym (Z.3) należy najpierw je dopasować. W starszych zabezpieczeniach dopasowanie odbywało się za pomocą przekładników wyrównawczych, których w przypadku zabezpieczenia RTC-1/2 nie trzeba stosować. Zabezpieczenie jest w pełni cyfrowe, a wszelkie przeliczenia wykonywane są czysto matematycznie. Ir 2 I1 I (Z.2) Ih Imax - 0.5Ir (Z.3) Prądy I1 i I2 są to prądy dopływające do transformatora przeliczone na wtórną stronę przekładników zainstalowanych po stronie średniego napięcia. Prąd różnicowy oparty jest na
I prawie Kirchhoffa, dlatego w przypadku, gdy jeden prąd wpływa, a drugi odpływa we wzorze (Z.2) występuje znak minus. Wartość Imax jest to większa z wartości I1 i I2. Zabezpieczenie powinno skutecznie chronić transformator od zwarć wewnętrznych oraz na wyprowadzeniach, a nie powinno reagować na zwarcia zewnętrzne oraz prąd różnicowy w normalnym stanie pracy. Poprawne działanie zapewnia stabilizowana charakterystyka działania przedstawiona na rysunku Z.3 oraz blokada od prądu drugiej i piątej harmonicznej, a także wyłączanie prądów większych niż wynika to z napięcia zwarcia (poprzez działanie jak zabezpieczenia nadpradowe). Warunki do zadziałania zabezpieczenia powstają, jeśli prąd różnicowy jest większy od wartości prądu sumy blokowania Ibl, czyli wartości wynikającej z wzajemnego przemnożenia prądu hamującego i współczynnika stabilizacji kh powiększonej o hamowanie od drugiej i piątej harmonicznej. Minimalna wartość prądu sumy blokowania równa jest nastawionemu początkowemu prądowi rozruchowemu Iro. Ir/In 4 3 2 działanie zakres nastawień 1 0.7 0.1 1 2 3 4 blokowanie Ih/In Rys. Z.3. Charakterystyka działania zabezpieczenia różnicowego RRTC-1/2 Podłączenie zabezpieczenia do transformatora dwuuzwojeniowego Zabezpieczenie podłączone jest po obu stronach transformatora za pomocą przekładników prądowych połączonych w układzie gwiazdy, ponadto przekładniki podłączone są przeciwsobnie. W zabezpieczeniu RRTC-1/2 uzwojenia prądowe mają swoje początki na nieparzystych numerach listwy zaciskowej. W zabezpieczeniu nie ma potrzeby stosowania przekładników wyrównawczych.
Nastawiane parametry W celu zapewnienia poprawności działania zabezpieczenia RRTC-1/2 konieczne jest wprowadzenie odpowiednich wartości następujących parametrów: początkowy prąd rozruchowy Iro (prąd rozruchowy), którego standardowo nastawiana wartość wynosi 0,5In, gdzie prądem In dla zabezpieczenia RRTC-1/2 jest prąd w uzwojeniu wtórnym przekładników zainstalowanych po stronie średniego napięcia. Wartość prądu rozruchowego w zależności od potrzeby możemy nastawić w zakresie 0,1In...0,7In współczynnik stabilizacji kh (hamowania), którego wartość standardowo nastawiana jest na 0,5, a w zależności od potrzeby z przedziału 0,2...0,7 grupę połączeń transformatora, istnieje możliwość nastawienia jednej z ośmiu grup połączeń: Yy0; Yy(d)0; Yy6; Yy(d)6; Yd1; Yd5; Yd7; Yd11 znamionowy prąd po stronie pierwotnej przekładników dla obu stron transformatora znamionowe prądy uzwojeń górnego i dolnego napięcia transformatora Oprócz wartości nastaw wprowadzanych przez użytkownika dla zapewnienia poprawnej pracy zabezpieczenia wprowadzone zostały wartości parametrów zwanych nastawieniami serwisowymi (zmian ich wartości dokonywać może jedynie personel serwisowy): współczynnik blokowania i limit blokowania drugą harmoniczną współczynnik blokowania i limit blokowania piątą harmoniczną współczynnik modyfikacji i limit całkowity blokowania Przebieg ćwiczenia 1. Badania prądu rozruchowego Badania należy przeprowadzić zasilając zabezpieczenie od strony WN (rys. 3) i od strony SN (rys. 2) ze źródeł prądowych testera UTC-GT.. Wartości parametrów nastawianych w zabezpieczeniu należy wprowadzić zgodnie ze wskazówkami prowadzącego. RRTC-1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I2 Rys. 2. Schemat pomiarowy do pomiaru prądu rozruchowego (zasilanie jednofazowe od strony średniego napięcia).
RRTC-1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I1 Rys. 3. Schemat pomiarowy do pomiaru prądu rozruchowego (zasilanie jednofazowe od strony wysokiego napięcia) Po załączeniu zasilania należy zwiększać wartość prądu (najpierw strona WN, potem strona SN) do chwili zadziałania zabezpieczenia. Pomiary należy wykonać dla kilku wartości początkowego prądu rozruchowego Iro przeprowadzając po trzy pomiary dla każdej wartości. 2. Pomiar charakterystyki stabilizacji Do pomiaru charakterystyk stabilizacji należy wykorzystać dwa źródła prądowe (rys. 1 i rys. 2). Dla nastawionej wartości prądu, wymuszonej od strony wysokiego napięcia zabezpieczenia należy dla drugiej strony (SN) wymuszać prąd do momentu zadziałania zabezpieczenia. Wartości wskazane przez tester (I2, I1) należy zanotować w tablicy w celu wyznaczenia charakterystyki. Należy również z zabezpieczenia odczytać wartość prądu różnicowego (Ir) oraz prądu hamowania (Ih) przy zadziałaniu zabezpieczenia. Następnie należy zwiększyć wartość prądu WN o 1 A i ponownie zwiększać wartość po stronie przeciwnej do momentu zadziałania zabezpieczenia. Czynność należy powtórzyć wielokrotnie uzyskując szereg punktów pomiarowych, na podstawie których możliwe jest wyznaczenie charakterystyki Ir = f(ih) i porównania na jej podstawie wartości współczynnika stabilizacji oraz początkowego prądu rozruchowego z wartościami nastawionymi w zabezpieczeniu. Nie należy przekraczać wartości prądu 10 A jako prądu określonego przez producenta jako wartość dopuszczalna długotrwale. 3. Symulacja zwarć badanie czasu zwłoki zabezpieczenia Wykorzystując tryb pracy testera Zwarcie określić czas działania zabezpieczenia. Informacje dodatkowe: Dokumentacja techniczna testera UTC-GT dostępna na stronie producenta: http://www.ien.com.pl/tl_files/pliki/eaz-publikacje/instrukcjautc.pdf
Zawartość sprawozdania: Badanie zabezpieczenia RRTC-1/2 o Pomiar prądu rozruchowego schemat zasilania zabezpieczenia wyniki w postaci tabelarycznej ocena dokładności działania o Pomiar charakterystyk stabilizacji schemat zasilania zabezpieczenia wyniki w postaci tabelarycznej charakterystyki stabilizacji wyznaczenia współczynnika hamowania i porównanie go z wartością nastawioną o Symulacja zwarć schemat zasilania zabezpieczenia wyniki w postaci tabelarycznej Uwagi i wnioski