عضو هيات علمي گروه مهندسي سيستم هاي قدرت -تورج امرايي

دانشکده مهندسي برق

دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي

فصل هفتم

حفاظت ترانسفورماتور

1

به نام خدا

حفاظت سيستم هاي قدرت

دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي دانشکده مهندسي برق

فهرست

مقدمه

انواع حفاظت ترانسفورماتور

حفاظت اضافه جريان

حفاظت ديفرانسيل معمولي و درصدي

حفاظت ديفرانسيل ترانسفورماتور سه فاز

حفاظت ديفرانسيل ترانسفورماتور تکفاز سه سيم پيچ

حفاظت خطاي زمين محدود شده براي سمت ستاره ترانسفورماتور سه فاز

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده به استفاده از ترانسهاي کمکي

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده در حضور ترانسفورماتور زمين

حفاظت ديفرانسيل اتوترانسفورمر

2

انواع حفاظت ترانسفورماتور 3

سنجش پارامترهاي الکتريکي در هنگام بروز خطا: طرح هاي حفاظت الکتريکي -

حفاظت اضافه شار يا ولت به هرتز

حفاظت زمين شدن تانك يا هسته

حفاظت هاي جرياني

حفاظت ديفرانسيل

سنجش سرعت گاز يا سيال هنگام خطا: طرح هاي حفاظت مکانيکي

دستگاه فشار شکن

رله افزايش سريع فشار

رله بوخهلز

.متناسب با خطاهاي محتمل و نيز قدرت نامي طرح هاي حفاظت ترانسفورماتور طراحي مي شوند

حفاظت اضافه شار يا ولت به هرتز4

داغ باعث تواند مي شار اضافه اين آنگاه رود فراتر هسته اشباع شار از سينوسي ماندگار حالت شار اگر سطح براي معكوس زمان مشخصه يك .شود هسته و عايق آسيب و ترانسفورماتور مجموعه شدن

.رود مي بكار تريپ سطح براي معين زمان مشخصه يك و هشدار

V/f 1.25 1.20 1.15 1.1

سيب زمان ا 1 5 20 inf

V/f > 1.1 Alarm

V/f > 1.2 Trip

حفاظت هاي جرياني

2500ترانسفورماتورهاي با قدرت زيرKVA توسط فيوز حفاظت مي شوند.

2500ترانسفورماتورهاي با قدرت بينKVA 55000وKVA توسط رله هاي اضافه جريان آني يا تاخيردار .حفاظت مي شوند

5000ترانسفورماتورهاي با قدرت بين KVA توسط طرح هاي حفاظت ديفرانسيل و رله هاي جرياني . حفاظت مي شوند

5

از طريق فيوز براي ترانسفورماتورهاي با قدرت پايين و رله هاي .اضافه جريان براي قدرت هاي بالاتر استفاده مي شود

حفاظت هاي جرياني6

خطاهاي .برد بکار ترانسفورماتور داخلي خطاهاي براي ميتوان را جريان اضافه حفاظت .شود ترانسفورماتور عايق و پيچها سيم آسيب باعث تواند مي داخلي

انجام فيوز يا و آني يا معکوس زمان جريان اضافه هاي رله طريق از جريان اضافه حفاظت .پذيرد مي

بايد فيوز نامي جريان .برد بکار کوچك ترانسفورماتورهاي اوليه سمت در توان مي را فيوز .باشد حداکثر بار جريان درصد 150 حدود از بالاتر

ايجاد ترانسفورماتور نمودن برقدار يا کليدزني هنگام در که ترانسفورماتور هجومي جريان ترانسفورماتورهاي اوليه در که فيوز اوت کات .شود فيوز عملکرد باعث نبايد شود مي

.فيوزهاست نوع اين از اي نمونه رود مي بکار توزيع

هدف از اين حفاظت آشکارسازي جريانهاي ناشي از اضافه بار طولاني مدت روي

.درصد جريان بار حداکثر باشد 115جريان تنضيمي رله بايد دست کم . ترانسفورماتور استدر استفاده از رله هاي اضافه جريان آني مهمترين مانع جريان هجومي ترانسفورماتور است .

. که بايد به نحو مناسب از جريان خطا تميز داده شود

حفاظت ديفرانسيل7

يك از ثانويه و اوليه جريان اختلاف آنگاه دهد رخ پيچ سيم دو به محدود ناحيه در خطايي اگر اساس بر که است حساسي رله ديفرانسيل رله .کند مي عمل رله و شده بيشتر مشخص حد

برابر در ژنراتور و ترانسفورماتور اصلي حفاظت .کند مي عمل آن به شده وارد جريان اختلاف .است ديفرانسيل حفاظت مبناي بر داخلي خطاهاي

حفاظت ديفرانسيل درصدي8

يك در چنجر تپ وجود مانند خطا عوامل ساير و طرفين در جريان ترانسهاي در خطا وجود بدليل يك ترانسفورماتور ناحيه از خارج خطاهاي يا و خطا غير و نرمال شرايط تحت ترانسفورماتور طرف

برابر در رله عملکرد از جلوگيري براي حالت اين در .کرد خواهد عبور ديفرانسيل رله از حداقل جريان عمل جريان عنوان به جريان يك و مقاوم يا(Ir) نگهدارنده جريان نام به جريان يك از شرايط اين

مي گفته درصدي ديفرانسيل حفاظت طرح آن به که شود مي استفاده ديفرانسيل طرح در (Id)کننده . .شود

جريان که است اين رله عملکرد شرط جريان از مشخصي درصد يك از ديفرانسيل

.رود بالاتر نگهدارنه

K 20شيب مشخصه بوده و مي تواند مقاديري مانند .درصد باشد 40تا

عوامل ايجاد خطا در حفاظت ديفرانسيل درصدي

9

Inrush Currentجريان هجومي ترانسفورماتور -1

مي بوجود زني کليد لحظه البته و ترانسفورماتور هسته خطي غير مشخصه دليل به جريان اين .است توجه قابل آن دوم هارمونيك مولفه که است اين در خطا جريان با جريان اين تفاوت .آيد تشخيص با توان مي البته .کرد اتستفاده خطا جريان از آن تمايز براي ميتوان ظرط اين از لذا

.داد تشخيص را هجومي جريان نيز آن شدن برقدار و ترانسفورماتور بودن خاموش زمان

CT Saturationاشباع ترانسفورماتور جريان -2

. به اشباع برود CTتحت جريانهاي اتصال کوتاه بيرون از ناحيه ترانسفورماتور ممکن است يك طرف به اشباع برود آنگاه جريانهاي ثانويه متفاوت بوده و لذا ممکن است رله CTاگر

راهکار غلبه بر اين مشکل پيدا کردن بدترين شرايط خطا . ديفرانسيل به اشتباه عمل کند . و لحاظ نمودن آن در منحني رله ديفرانسيل است

بي باري يا جريان صفر

تا 8جريان هجومي برابر جريان عادي 10

حفاظت ديفرانسيل ترانسفورماتور سه فاز

10

دارد حفاظتي طرح در مهمي تاثير بودن ستاره يا مثلث پيچ سيم اتصال نوع.

به بسته فاز نظر از هم و دامنه نظر از هم خطا غير و عادي حالت در ثانويه و اوليه جريانهاي ثانويه جريانهاي عادي شرايط تحت رله درست عملکرد براي لذا .دارند فرق اتصال نوع

.باشند يکسان دامنه و فاز نظر از بايد هردوطرف از رله به ورودي

سمت در همنام کميتهاي از قوي فشار سمت کميتهاي که شود مي فرض استاندارد طبق .هستند جلوتر الکتريکي درجه 30 ضعيف فشار

مناسب اتصال با را آمده بوجود فازهاي اختلاف توان مي CT نمود جبران ها.

:چند نکته

حفاظت ديفرانسيل ترانسفورماتور سه فاز

11

در مربوطه کميتهاي بين (الكتريكي خطاي وقوع بدون)عادي حالت در درجه 30 فاز اختلاف باعث قدرت ترانسفورماتور در مثلث -ستاره اتصال و ستاره اتصال با .نمود يكسان فاز اختلاف نظر از را جريانها اين ديفرانسيل رله به جريانها اين ورود از قبل بايد لذا .شد خواهد ثانويه و اوليه نمودن يكسان براي همچنين .نمود يكسان فاز اختلاف نظر از را ديفرانسيل رله به ورودي ثانويه جريانهاي توان مي فاز سه هاي CT مثلث

کوچكي ترانسهاي) کمكي جريان ترانسهاي از استاتيكي و الكترومكانيكي هاي رله در توان مي فاز يا دامنه نظر از رله به ورودي ثانويه جريانهاي هاي رله در .نمود استفاده Interposing Current Transformer يا (گيرند مي قرار ميشود نصب رله که تابلويي همان در و رله از قبل که

.نيست اتصالات اين به نيازي ديجيتالي

هاي اوليه CT ترانسفورماتور قدرت CT هاي ثانويه

حفاظت خطاي زمين محدود شده براي سمت ستاره ترانسفورماتور سه فاز

12

براي . زمين در محدوده سيم پيچ ترانسفورماتور پاسخ مي دهد-در اين حالت طرح حفاظتي نشان داده شده فقط براي خطاهاي فاز . سمت ديگر يك جريان را مي بينند لذا رله عمل نمي کند CTسمت نوترال و براين سه CTخطاهاي خارج از محدوده سيم پيچ چون

REF: Restricted Earth Fault

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده

13

از واقع در و بوده قبل مانند ستاره سمت در زمين خطاي حفاظت .شود مي انجام قبل مشابه فاز سه ديفرانسيل حفاظت حالت اين در هر جريان نيز و ستاره سمت نوترال جريان که شده فرض واقع در .شوند مي تغذيه فاز ديفرانسيل حفاظت به مربوط هاي CT ثانويه

رله يك به نوترال جريان نيز و فاز سه جريان مجموع اختلاف ديگر عبارت به و شده اعمال مغناطيسي هسته يك روي فاز سه از يك و بوده يکسان نوترال مسير جريان نيز و فاز سه هر جريان جمع پيچ سيم بيرون در زمين خطاهاي براي لذا .شود مي داده ديفرانسيل

خواهد عمل رله لذا و کرده فرق جريانها اين باشد داخل خطا اگر .شود نمي ايجاد CT ثانويه در موجود جرياني رله در جرياني عملا .کرد

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده به استفاده از ترانسهاي کمکي

14

ICT يا ترانس هاي نسبت دور نيز و درجه 30 فاز اختلاف کردن خنثي براي

شده محدود زمين خطاي حفاظت بعنوان استفاده

حفاظت ترکيبي ديفرانسيل و خطاي زمين محدود شده در حضور ترانسفورماتور زمين

15

ايجفاد نقطفه نفوترال در -الفف -هدف از ترانس زميندر . کمك به تعادل فازها اسفت -سمت اتصال مثلث ب

نظر داشته باشيد که جريان هر فاز از دو نيم سيم پفيچ . مختلف روي دو ستون متفاوت از هسته عبور مي کند

وجفود : در سفمت ثانويفه مشکل ترانسفورماتور زمين خطاهاي زمين بدليل نقطه نوترال بوجود آمده ناشي از ترانسفورماتور زمين باعث جاري شفدن مولففه صففر

هاي مربوط به رله هاي ففاز CTجريان و عبور آن از از شده که اگر دامنه آن زياد باشد باعث عملکرد اشفتباه

لفذا بايفد از . رله هاي ديفرنسيل خطاي فاز خواهد شد .ورود اين مولفه صفر به رله هاي فاز جلوگيري کرد

3:1با نسبت تبديل ICTبا اتصال يك مجموعه : راهکارمطابق شکل فوق مي توان مانع ورود جريانهاي مولففه

. صفر به رله هاي خطاي فاز شد

ترانسفورماتور قدرت

جریان فاز همراه با مولفه صفر

جریان مولفه صفر

جریان فاز بدون مولفه صفر

حفاظت ديفرانسيل اتوترانسفورمر

16

طرح هاي حفاظت ديفرانسيل اتوترانسفورمر به نوعي مشابه يك ترانسفورماتور . سه سيم پيچ است

حفاظت مکانيکي

17

موضعي شدن داغ باعث ترانسفورماتور تانك درون در الكتريكي خطاي گونه هر وقوع افزايش باعث شده ايجاد گاز روغن تجزيه اثر در .شد خواهد الكتريكي قوس ايجاد و

براي .شود مي ترانسفورماتور روغن سريع جابجايي يا و تانك محفظه فشار :کرد استفاده مكانيكي حفاظتي هاي رله از توان مي داخلي خطاهاي آشكارسازي

شکن فشار دستگاه: Pressure Relief

گيرداگر مي قرار ترانسفورماتور بالاي در لايه چند ديسكي صفحه يك صورت به اين ترانسفورماتور انفجار از جلوگيري براي رود فراتر مشخصي حد يك از فشار

فشار کنترل با و شده محفظه حجم افزايش طريق از فشار کاهش به اقدام دستگاه .شود مي بسته دوباره

روغن فشار سريع افزايش رله: شكن فشار دستگاه از سريعتر لذا و کرده گيري اندازه را فشار افزايش شيب رله اين

bar/sec 0.07 .دهد مي تشخيص را خطا

حفاظت مکانيکي18

Buchholz Relay: رله بوخهلز

سطح دو داراي .گيرد مي قرار کنزرواتور و تانك بين .رود مي بکار ترانسفورماتورها همه در تقريبا :است عملکردي

آلارم سطح:

اتصال بدليل هسته در داغ نقاط ايجاد اي حلقه بين جزيي خطاهاي بدليل گاز تدريجي شدن جمع هسته هاي ورقه شدن کوتاه

تريپ سطح:

کنزرواتور و تانك بين روغن سريع جابجايي

پيچ سيم شديد کوتاه اتصال خطاهاي دليل به