Posouzení jištění transformátoru proti nadproudům

 

Na obr. je blokové schéma zapojení. Popis jištění a parametry transformátoru jsou uvedeny v tab.

 

2.1 Primární zkratový proud při zkratu na výstupu obou sekundárních vinutí

P_n = 2 380 kV·A, U_n = 22 kV, I_n = 62,5 A, u_K = 8,4 %

a) jmenovitá impedance transformátoru:

 

Z_nT = U_f/I_n = 22 000/(√3·62,5) = 203,227 Ω

 

b) impedance transformátoru nakrátko: Z_KT = u_K·Z_nT = 0,084 × 203,233 = 17,072 Ω

 

c) činný odpor a reaktance transformátoru nakrátko za podmínky, že:

 

u_KX∕u_KR = tg φ = 4,4 ⇒, cos φ = 0,222 a sin φ = 0,975: 

d) pro vedení AXEKCY 3× 1 × 70, 250 m platí:

R_K = 0,128 Ω

X_K = 0,073 Ω

 

e) celková impedance obvodu:

 

Z = √[(R_KT + R_X)² + (X_KT + X_X)²] = √[(3,790 + 0,128)² + (16,645 + 0,073)²] = 17,171 Ω

 

f) ustálený třífazový zkratový proud:

 

I_K3 = 22 000/(√3 · 17,171) = 740 A

 

g) ustálený dvoufázový zkratový proud:

 

I_K2 = 22 000/(2·17,171) = 641 A

 

S přihlédnutím na útlum venkovní napájecí sítě 22 kV budou skutečné zkratové poměry:

h) ustálený třífázový zkratový proud skutečný: I_K3s = 0,95I_K3 = 0,95 × 740 = 703 A

i) ustálený dvoufázový zkratový proud skutečný: I_K2s = 0,8I_K2 = 0,8 × 641 = 513 A

 

P_n = 1 190 kV·A, U_n = 22 kV, I_n = 31,25 A, u_K = 7,3 %

 

 

a) jmenovitá impedance transformátoru: Z_nT = U_f/I_n = 22 000/(√3·32,25) = 406,455 Ω

 

b) impedance transformátoru nakrátko: Z_KT = u_K·Z_nT = 0,073 × 406,455 = 29,671 Ω

 

c) činný odpor: R_KT = Z_KT·cos φ = 29,671 × 0,222 = 6,590 Ω

 

d) reaktance: X_KT = Z_KT·sin φ = 29,671 × 0,975 = 28,930 Ω

 

e) pro vedení AXEKCY 3× 1 × 70, 250 m platí: R_K = 0,128 Ω, X_K = 0,073 Ω

 

f) celková impedance obvodu: Z = √(R_KT + R_X)² + (X_KT + X_X)² = √(6,590 + 0,128)² + (28,930 + 0,073)² = 29,770 Ω

 

g) ustálený třífázový zkratový proud: I_K3 = 22 000/(√3·29,770) = 427 A

 

h) ustálený dvoufázový zkratový proud: I_K2 = 22 000/(2·29,770) = 369 A

 

S přihlédnutím na útlum venkovní napájecí sítě 22 kV budou skutečné zkratové poměry:

i) ustálený třífázový zkratový proud skutečný: I_K3s = 0,95I_K3 = 0,95 × 427 = 406 A

j) ustálený dvoufázový zkratový proud skutečný: I_K2s = 0,8I_K2 = 0,8 × 369 = 295 A

 

 

 

Tato ochrana (I_n = 5 A, 24 V DC) je nastavena na vypínací hodnotu proudu I_r = 1 × 5 × 75/5 = 75 A a vypínací doba 0,5 s. Ochrana jistí napájecí kabel 22 kV a transformátor proti dvoufázovému i třífázovému zkratu vzniklému na trase kabelu, vstupu primárního vinutí nebo výstupu jednoho nebo obou sekundárních vinutí transformátoru.

 

Tato ochrana (I_n = 25 A) s vypínáním bez časového zpoždění s původním nastavením na vypínací hodnotu proudu Ir = 0,8 × 25 × 75/5 = 300 A a mžiková vypínací doba 50 ms byla z důvodu chybných, tj. nežádoucích vypínání (rázovým přechodovým proudem při zapínání transformátoru) přestavena na vypínací hodnotu I_r = 1,2 × 25 × 75/5 = 450 A při nezměněné vypínací době 50 ms. Ochrana jistí napájecí kabel a transformátor proti dvoufázovým i třífázovým zkratům, vzniklým na trase kabelu a vstupu prim. vinutí. Na sekundární straně pouze v případě obou paralelně propojených vinutí přes plně otevřené řízené výkonové usměrňovače. Vypínání je mžikové (doba zpoždění 50 ms).

 

Z blokového schématu je zřejmé, že sekundární výstup obou vinutí není jištěn proudovými ochranami proti přetížení. Dodavatel technologie řešil problém vestavěnými zapojenými termistory, které prostřednictvím vyhodnocovacího relé dávají popud k vypínání transformátoru při překročení dovolené teploty vinutí. Podle vyjádření vedoucího elektroúdržby je funkce vypínacího obvodu ověřována rozpojením obvodu ve lhůtě minimálně jednou ročně. Proti tepelnému přetížení vinutí je transformátor jištěn kvalitativně vyšší tepelnou ochranou prostřednictvím vestavěných pozitivních termistorů a vyhodnocovacího relé, dávající popud k vypínání.

Podle štítkových údajů transformátoru je přípustný zkratový proud na straně 22 kV, 740 A po dobu 2 s. Zkratové proudy nedosahují uvedené hodnoty a jsou vypínány v podstatně kratších časových intervalech, a to proudy nad 450 A za 50 ms, proudy 75 až 450 A za 0,5 s. Proti tepelnému přetížení je jištění instalováno podle odst. 2, navíc je teplota komory transformátoru trvale sledována obsluhou. Jištění transformátoru vyhovuje bezpečnostním požadavkům provozu a čl. 8, tab. 9, normy ČSN 33 3051 (Ochrany elektrických strojů a rozvodných zařízení) platné v době instalace transformátoru.

 

S přihlédnutím na technickou zastaralost elektromechanických proudových ochran a nutnosti jejich pravidelného zkoušení lze doporučit jejich výměnu za moderní typ (např. SPAM 150C), který obsahuje výstup samočinné kontroly, má vícestupňové nadproudové moduly proti zkratům, přetížení, zemnímu spojení, varovný alarm začátku přetížení a komunikační port.