background image

Zabezpieczenia transformatorów 
 
Rodzaje zakłóceń 
 
 
 
Zwarcia w transformatorach stanowią ok. 2% zwarć w systemie 
elektroenergetycznym.  Średnia awaryjność transformatorów to ok. 
2 awarie/1 rok/100szt. 
 
 
 

 
 
 
 

Uzwojenia (51%)

Przełącznik zaczepów (19%)

Izolatory przepustowe (9%)

Przewody wyjściowe (6%)

Rdzeń (2%)

Kadź i akcesoria (13%)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Możliwe przypadki wystąpienia zwarć wewnętrznych. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wzrost ciśnienia w kadzi przy różnych rodzajach zwarć 
wewnętrznych 
 
 
 
 
 
Wartości prądów zwarciowych przy zwarciu za transformatorem 

Napięcie 

zwarcia 

[%] 

Prąd 

zwarcia 

[p.u.] 

Dopuszczalny 

czas zwarcia 

(PN-EN 

60076-5) 

4,5 22,2 

6 16,7 

11 9,1 

2 s 

 
 

background image

 

 Zabezpieczenia 

transformatorów 

Zakres mocy znamionowych transformatora S

rT

 [MVA] 

Zakłócenie 

<1 1-2 

2-5 

5-7,5

7,5-

10 

10-100 >100 

Przetężenia 
wywołane 
zwarciami 
zewnętrznymi 

bezpie- 

czniki 

nadprądowe 
zwłoczne 2-

fazowe 

lub 3-fazowe

nadprądowe zwłoczne 

3-fazowe z blokadą 

napięciową 

odległo

-ściowe

nadprądowe 

bezzwłoczne 

Zwarcia 
wewnętrzne 
i na wypro-
wadzeniach 

bezpie-

czniki 

 

lub 

różnicowe 

wzdłużne 

różnicowe wzdłużne 

Zwarcia 
doziemne 

zerowoprądowe lub 

zerowonapięciowe 

zwłoczne 

gazowo - przepływowe (Buchholz) 

Obniżenie 
poziomu 
oleju i 
uszkodzenia 
wewnątrz 
kadzi 

1” 2” 

3” 

Przeciążenia 
ruchowe 

- nadprądowe zwłoczne jednofazowe 

Nadmierny 
wzrost 
temperatury 

termometr ze wskaźnikiem 

maksymalnej temperatury 

zabezpieczenie 

termometry-

czne ze zdalną 

sygnalizacją 

temperatury 

model 

cieplny 

 
 
 
 
 

background image

Zabezpieczenia bezpiecznikowe 
 
 

SN 

 nn 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Zabezpieczenie transformatora rozdzielczego małej mocy 
(<1000 kVA) 
 
Zalecane prądy znamionowe wkładek bezpiecznikowych SN 
typu BWMW (ABB) do zabezpieczania transformatorów  

Zalecane prądy znamionowe wkładek 

bezpiecznikowych [A] 

Znamionowe napięcie 

pierwotne transformatora 

Moc 

znamionowa 

transformatora 

[kVA] 

6 kV 

15 kV 

20 6,3 

3,15 

50 10 6,3 

100 20 10 
160 25 16 
250 40 16 
400 

63 

25 lub 31,5 

630 100 50 
800 - 63 

1000 -  63 

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Widok bezpieczników średniego napięcia wielkiej mocy typu BWMW 

 
 

 

100 

10 

0.1 

I/I

rT

 

t [s] 

p

d znam

ionowy tra

nsform

ato

ra

 

d

opusz

cz

aln

e pr

ze

ci

ąż

enie

 

prąd zwarciowy przy 
zwarciu doziemnym po 
stronie dolnej transf. 

udar prądu magnesującego 

maksymalny prąd zwarciowy 
przy zwarciu po stronie dolnej 
transf. 

 

charakterystyka wkładki 
topikowej SN 

charakterystyka 
bezpiecznika nn po stronie 
wtórnej 

 

charakterystyka urządzenia 
zabezpieczającego po 
stronie zasilania 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego od zwarć zewnętrznych 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Zabezpieczenie transformatora trójuzwojeniowego od zwarć zewnętrznych 

 
 
 
 

 

i

p

m

r

b

nast

k

I

k

k

I

ϑ

 

 

i

c

min

k

nast

k

I

I

ϑ

 

 

 

5

,

1

k

b

=

 
 
 
 
 
 
 
 

Q

A

 

51,I> 

zasilanie 

t

B

 

51,I> 

t

A

 

Q

B

 

OQ

A

 OQ

B

 

Q

A

 

zasilanie 

51,I> 

t

A

 

OQ

A

 

Q

B

 

t

B

 

OQ

B

 

Q

C

 

t

C

 

OQ

C

 

51,I> 

51,I> 

background image

 

Q

A

 

zasilanie 

51,I>

OQ

OQ

B

 

Q

B

 

27,U< 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne uzupełnione blokadą napięciową 

 
 
 

 

u

min

b

nast

kp

U

k

U

ϑ

 

 

U

min

 - 95% U

n

; k

b

 = 0,9 

 

 

 

 

u

z

U

c

k

nast

U

ϑ

 

 

k

c

 = 1,3 

 

 

 

i

p

k

rt

I

b

k

nast

I

ϑ

 

 
 

background image

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 Prąd rozruchowy dobiera się tak, aby zabezpieczenie: 
- nie działało przy zwarciach na szynach dolnego napięcia: 

 

 

 

i

max

k

b

nast

I

k

I

ϑ

6

,

1

2

,

1

k

b

÷

=

 

- nie działało przy przepływie udarowego prądu magnesującego przy 
załączaniu transformatora: 

 

 

 

i

rT

b

nast

I

k

I

ϑ

;  

3

2

k

b

÷

=

 

 

Q

A

 

zasilanie 

50,I>>

OQ

A

 

I

k

 

k

b

⋅I

k max

 

I

k max

 

obszar działania 

background image

Zabezpieczenie odległościowe 

 
 

 

 

 

 

 

 

T

Z

7

,

0

1

Z

=

T

2

Z

3

,

1

Z

=

 

 
 
 

OQ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Zabezpieczenie odległościowe transformatora 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Charakterystyki zabezpieczenia odległościowego 

Q

A

 

OQ

B

 

21,Z<

Q

B

 

t

2

 

1

 

t

1

 

t

3

 

Z

Z

2

 

Re{Z} 

Im{Z} 

Z

1

 

Z

2

 

Re{Z} 

Im{Z}

Z

1

 

Z

2

 

obszar 
normalnej 
pracy 

background image

 

Zabezpieczenie gazowo - przepływowe 

 
 

Transformator 

Konserwator 

min 5xD

wewn

 

min 3xD

wewn

min. 76 mm 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Usytuowanie przekaźnika gazowo-przepływowego względem kadzi 
transformatora i konserwatora [3] 

 
 
 
 

Transformator 

Konserwator 

71, Q 

80, v 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Konstrukcja przekaźnika gazowo - przepływowego. 

background image

 
 

a) 

b) 

c) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Przypadki zadziałania przekaźnika gazowo-przepływowego: a) gaz w 
nadmiernej ilości, b) obniżenie poziomu oleju, c) nadmierna prędkość 
przepływu oleju 

 
 
 

Zabezpieczenie od zwarć wewnętrznych doziemnych 

 
 

Q

A

 

51,3 I

0

>

 
 
 
 

Q

B

 

 
 
 
 

59,U

0

>

 
 
 
 

Pomiar prądu kolejności zerowej (lub napięcia kolejności zerowej) w punkcie 
neutralnym transformatora 

 
 

 

 

 

i

rT

nast

I

)

7

,

0

3

,

0

(

I

ϑ

÷

 

 

background image

Zabezpieczenie od zwarcia z kadzią 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schemat zabezpieczenia kadziowego transformatora 
 
 
 
 
 
Zabezpieczenie różnicowe 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schemat zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego 

 

izolacja, >10 

Ω 

50,I

0

>

Q

A

 

zasilanie 

87,

ΔI>

I

1

 

O Q

A

 i Q

B

 

1

Q

B

 

I

2

 

I’

2

I’

1

 

I

p

=I’

1

-I’

2

 

background image

 
 

1A1 

1A 

1B 

1C 

1B1 

1C1 

1A2

1B2

1C2

1N

2A1

2B1

2C1

2A2

2B2

2C2

2A

2B

2C

87 
ΔI> 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Trójfazowy schemat połączeń zabezpieczenia różnicowego niestabilizowanego 
dla transformatora w układzie YNd11. 

 
 

87 
ΔI> 

P1 P2

S2

S1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Korekcja fazy za pomocą dodatkowych przekładników pośredniczących 

 
 
 
 

1 2 3 

5 6 7 

 
 
 
 
 
 

Układ połączeń przekładników wyrównawczych korygujących niedopasowanie 
przekładni przekładników głównych 

 
 
 
 

background image

 Zabezpieczenie 

różnicowe niestabilizowane może nieprawidłowo działać 

w następujących sytuacjach: 

• 

przy zmianie przekładni transformatora, 

• 

przy zwarciu zewnętrznym i niejednakowych charakterystykach 
magnesowania przekładników górnego i dolnego napięcia, 

• 

przy załączaniu transformatora pod napięcie, 

• 

przy nadmiernych wartościach napięcia (przewzbudzenie). 

 
 
Zadanie: 

 
 Narysować układ połączeń przekładników prądowych stanowiący wraz z 
trzema przekaźnikami nadprądowymi bezzwłoczne zabezpieczenie różnicowe 
wzdłużne niestabilizowane transformatora 110/16.5 kV o mocy 16 MVA i 
grupie połączeń Yd11. Dobrać przekładnie przekładników i prąd rozruchu, który 
należy nastawić na przekaźnikach. Moc zwarciowa na szynach 110 kV: S

k

 = 

1200 MVA, napięcie zwarcia transformatora u

k

 = 11%. 

 
Określenie prądu rozruchowego: 
 
1. Odstrojenie się od udarów przy załączeniu transformatora 

i

sch

k

n

I

b

k

r

I

ϑ

 

k

b

 - wsp. bezpieczeństwa (2÷3) 

In - prąd znamionowy transformatora 
υ

i

 - przekładnia przekładników od strony zasilania 

k

sch

 - współczynnik schematu (1 dla Y, √3 dla Δ) 

 
2. Odstrojenie się od prądów wyrównawczych 

w

I

b

k

r

I

 

k

b

 - wsp. bezpieczeństwa (2) 

I

w

 - największy prąd wyrównawczy płynący przez gałąź różnicową 

 
3. Czułość przy zwarciach wewnętrznych 
 

c

k

min

z

I

r

I

 

I

zmin

 - najmniejszy prąd zwarcia wewnętrznego płynący przez gałąź różnicową 

k

c

 - współczynnik czułości (>2) 

 
Uwaga: Nie stosuje się dodatkowych przekładników wyrównawczych, jeśli prąd 
różnicowy nie przekracza 5% większego z prądów, których jest różnicą. 

background image

Udar prądu magnesującego 

 
 
 
 

Φ 

 

Φ 

Φ

u

 

 
 
 

Φ 

 
 
 

 

i

μ

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

i

μ

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

)

t

sin(

U

)

t

(

u

m

α

+

ω

=

  

napięcie zasilające 

 

dt

d

z

)

t

(

i

R

)

t

(

u

Φ

+

=

  

 

)]

t

cos(

[

z

U

dt

)

t

sin(

z

U

)

t

(

m

m

α

+

ω

ω

=

α

+

ω

=

Φ

- strumień w 

stanie ustalonym 

background image

 
W chwili załączania transformatora pod napięcie: 

)]

cos(

)

t

cos(

[

z

U

dt

)

t

sin(

z

U

)

t

(

m

t

0

m

u

α

+

α

+

ω

ω

=

α

+

ω

=

Φ

 

 

Dla fazy załączania 

α = 0 i chwili t = T/2:    

z

U

2

m

max

_

u

ω

=

Φ

 

 
 
 

I

I

I

I

T

T

T

T

I

faza T

faza S

faza R

400A

400A

400A

400A

0

0 (WN)

0

0

0

-400A

-400A

-400A

-400A

i        = 125A x  2

n T

I

I

I

I

TB

TB

TB

TB

I

faza T

faza S

faza R

2kA

2kA

2kA

2kA

0

0 (WN)

0

0

0

-2kA

-2kA

-2kA

-2kA

i        = 984A x  2

n TB

 

Oscylogramy prądów zarejestrowanych podczas załączania transformatora od strony 220 kV:
 

a) z rdzeniem 5-cio kolumnowym 426 MVA, b) z rdzeniem 3 kolumnowym 50 MVA 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Schemat zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Podstawowa charakterystyka zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego (I

u

 – 

prąd uchybowy) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I

r

 

działanie 

I

h

 

I

r0

 

α 

blokowanie 

1

2

I

u

 

Q

A

 

zasilanie 

O Q

A

 i Q

B

 

1

I

r

 

Q

B

 

I

h

 

2h,
5h

background image

 

Zabezpieczenie od nadmiernej wartości strumienia (przewzbudzenia) 

 

 Strumień skojarzony zależy od napięcia na uzwojeniu oraz jego 
częstotliwości: 
 

 

 

 

 

f

44

,

4

U

=

Ψ

 

 
gdzie: 

Ψ

 [Wb

zw]- amplituda strumienia skojarzonego, U [V] – skuteczna 

wartość napięcia, f [Hz] – częstotliwość napięcia. 
 

 

 

 

1

,

1

)

f

/

U

(

f

/

U

znamionowe

>

 
 
 
 

Zabezpieczenie od przeciążeń 

 
 

 

 

 

i

rT

nast

I

2

,

1

I

ϑ

   

s

10

t

p

=

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Zespoły zabezpieczeniowe typu RET316 i RET 670 dla pól transformatorowych 
 
Podstawowe funkcje zespołów zabezpieczeniowych RET316 i RET 670 

background image

IEC ANSI 

Funkcja 

RET316 

RET670

Δ

I> 

87T 

Różnicowe stabilizowane 
- dla transf. 2 i 3 uzwojeniowych 

 

 

Z< 21 

Odległościowe 5-strefowe 

 

 

I>,

 

50 

Bezzwłoczne, 
kierunkowe/bezkierunkowe 

 

 

I

0

>,

 

50N 

Bezzwłoczne, ziemnozwarciowe 
kierunkowe/bezkierunkowe 

 

 

I>,t,

 

51 

Bezzwłoczne, niezależne/zależne 
kierunkowe/bezkierunkowe 

 

 

I

0

>,t,

 

51N 

Bezzwłoczne, niezależne/zależne 
ziemnozw. 
kierunkowe/bezkierunkowe 

 

 

I

th

 49 

Termiczne, 

przeciążeniowe 

 

 

U<> 27/59 

Podnapięciowe, nadnapięciowe, 
zwłoczne 

 

 

(U/f)> 24 

Od 

przewzbudzenia 

 

 

f<> 81 

Częstotliwościowe 
- nad i podczęstotliwościowe 
- gradient częstotliwości