Differenzialschutz eines Transformators

Differenzialschutz eines Transformatoren

Transformatoren sind wichtige Komponenten in Stromversorgungssystemen. Als statische, vollständig abgeschlossene und in der Regel ölgetauchte Geräte treten Fehlfunktionen bei ihnen relativ selten auf. Dennoch können auch seltene Fehlfunktionen schwere Folgen für einen Starkstromtransformator haben. Daher ist der Schutz von Starkstromtransformatoren gegen mögliche Fehlfunktionen von größter Bedeutung.

Fehlfunktionen an Transformatoren werden hauptsächlich in zwei Arten unterteilt: externe Fehlfunktionen und interne Fehlfunktionen. Externe Fehlfunktionen werden schnell durch das Relais-System außerhalb des Transformators beseitigt, um Schäden am Transformator durch solche Fehlfunktionen zu vermeiden. Für interne Fehlfunktionen dieses Transformatortyps wird ein Differenzialschutzsystem eingesetzt.

Differenzialschutzsysteme werden hauptsächlich zur Abwehr von Phasen-zu-Phasen- und Phasen-zu-Erde-Fehlern verwendet. Der Differenzialschutz für Starkstromtransformatoren basiert auf dem Merz-Preis-Kreisstromprinzip. Dieser Schutz wird normalerweise auf Transformatoren mit einer Leistung über 2 MVA angewendet.

Verbindung für den Differenzialschutz des Transformators

Starkstromtransformatoren sind auf einer Seite sternförmig und auf der anderen Seite dreiecksgestellt. Die Stromwandler (CTs) auf der sternförmig geschalteten Seite sind dreiecksgestellt, während die auf der dreiecksgestellten Seite sternförmig sind. Die Neutralen sowohl der Sternschaltung der Stromwandler als auch der Sternschaltung des Starkstromtransformators sind geerdet.

Ein Einschränkungsspule ist zwischen den Sekundärwicklungen der Stromwandler angeschlossen. Diese Einschränkungsspule regelt die Empfindlichkeit des Systems. Die Arbeitswicklung befindet sich zwischen dem Anzapfungspunkt der Einschränkungsspule und dem Sternpunkt der Sekundärwicklungen der Stromwandler.

Funktionsweise des Differenzialschutzsystems

Unter normalen Umständen führt die Arbeitswicklung keinen Strom, da die Ströme auf beiden Seiten des Starkstromtransformators im Gleichgewicht sind. Wenn jedoch eine interne Fehlfunktion in den Wicklungen des Starkstromtransformators auftritt, wird dieses Gleichgewicht gestört. Infolgedessen führen die Arbeitswicklungen des Differenzialrelais einen Strom, der dem Unterschied der Ströme auf beiden Seiten des Transformators entspricht. Als Ergebnis schaltet das Relais die Hauptleistungssicherungen auf beiden Seiten des Starkstromtransformators aus.

Probleme mit dem Differenzialschutzsystem

Wenn ein Transformator energisiert wird, fließt ein transienter Magnetisierungsstrom durch ihn. Dieser Strom kann bis zu zehnmal so groß wie der Nennstrom sein und nimmt mit der Zeit ab. Dieser Magnetisierungsstrom fließt in der Primärwicklung des Starkstromtransformators und führt zu einem Ungleichgewicht in der Ausgabe der Stromwandler. Dies kann wiederum dazu führen, dass der Differenzialschutz des Transformators falsch arbeitet.

Um dieses Problem zu lösen, wird eine Kick-Sicherung über die Relaiswicklung angebracht. Diese Sicherungen sind zeitbegrenzt und haben eine inverse Charakteristik. Sie reagieren nicht während der kurzen Dauer des Einströmstosse. Bei einem Fehler springen die Sicherungen, wodurch der Fehlerstrom durch die Relaiswicklungen fließen und das Schutzsystem aktivieren kann. Dieses Problem kann auch durch die Verwendung eines Relais mit inverser und definierter Mindestcharakteristik anstelle eines schnelldurchschaltenden Relais gemildert werden.