Differensjalsbeskyttelse av en transformator

Transformatorers differensialbeskyttelse

Transformatorer er blant de viktigste komponentene i kraftsystemer. Som statiske, helt lukkede og ofte oljebeholdte enheter, forekommer feil på dem relativt sjeldent. Imidlertid kan selv en sjelden feil ha alvorlige konsekvenser for en krafttransformator. Derfor er det av ytterste viktighet å beskytte krafttransformatorer mot potensielle feil.

Feil på transformatorer deles hovedsakelig inn i to typer: eksterne feil og interne feil. Eksterne feil ryddes raskt av relésystemet utenfor transformatoren for å forhindre skade på transformatoren fra slike feil. For interne feil i denne typen transformator brukes et differensialbeskyttelsessystem.

Differensialbeskyttelsesordninger benyttes hovedsakelig for å beskytte mot fasetilfase- og fasetiljordfeil. Differensialbeskyttelsen for krafttransformatorer er basert på Merz-Prize-prinsippet for omløpende strøm. Slik beskyttelse brukes generelt for transformatorer med en effekt over 2 MVA.

Kobling for transformatorers differensialbeskyttelse

Krafttransformatorer er stjernekoblet på den ene siden og delta-koblet på den andre. Strømtransformatorer (CTs) på den stjernekoblede siden er deltakoblede, mens de på den deltakoblede siden er stjernekoblede. Neutralene til både strømtransformatorstrekningen og krafttransformatorstrekningen er jordet.

En bremsebobin er koblet mellom sekundærspolerne av strømtransformatorer. Denne bremsebobinen regulerer følsomheten i systemet. Arbeidsbobinen er plassert mellom tappingpunktet til bremsebobinen og stjernepunktet til sekundærespolerne av strømtransformatorer.

Drift av differensialbeskyttelsessystemet

Under normale forhold bærer arbeidsbobinen ingen strøm, da strømmene på begge sider av krafttransformatoren er i balanse. Når imidlertid en intern feil oppstår i vindingsene av krafttransformatoren, blir denne balansen forstyrret. Dermed bærer arbeidsbobinen i differensreléen en strøm som svarer til forskjellen i strøm mellom de to sidene av transformatoren. Dette fører til at relén utløser hovedbryterne på begge sider av krafttransformatoren.

Problemer med differensialbeskyttelsessystemet

Når en transformator settes i drift, flyter en midlertidig inrushestrøm gjennom den. Denne strømmen kan være så mye som 10 ganger fullbelastningsstrømmen og nedbrytes over tid. Denne magnetiseringsstrømmen flyter i primærspolen av krafttransformatoren, noe som fører til en forskjell i utdataen fra strømtransformatorer. Dette kan igjen føre til at differensialbeskyttelsen av transformatoren fungerer feilaktig.

For å løse dette problemet settes en sparkfus over relébobinen. Disse fusene har en tidsbegrenset invers karakteristikk og aktiveres ikke under den kortvarige inrusheperioden. Når en feil oppstår, springer fusene, slik at feilstrømmen kan flyte gjennom relébobinene og aktivere beskyttelsessystemet. Dette problemet kan også mildres ved å bruke en relé med en invers og definitiv minimumskarakteristikk i stedet for en øyeblikkelig relé.