Ćwiczenie 5

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.
I2’
I 1’
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).
kh 
Ir
Ih
(Z.1)
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 RRTC1 wydanej przez Instytut Energetyki w Warszawie [6].

Dane techniczne
Dane ogólne:
Wartość prądu znamionowego wejściowego In
Napięcie pomocnicze
Pobór mocy w obw. napięcia pomocniczego
Częstotliwość znamionowa
Pobór mocy w obwodach prądowych
Obciążalność długotrwała obwodu prądowego
Wytrzymałość cieplna (1s)
Wytrzymałość dynamiczna (10ms)
Klasa dokładności
Czas działania
-wykonanie specjalne
Czas powrotu
5 A lub 1A
88...250 V AC/DC
≤ 8 VA/W
50 Hz
0,2 VA
2In
80 In
200In
5
15 ms...40 ms
7 ms...32 ms
< 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  I1  I2
(Z.2)
(Z.3)
Ih  Imax - 0.5Ir
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
działanie
2
zakres nastawień
1
0.7
blokowanie
0.1
Ih/In
1
2
3
4
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