Микропроцессорное интегральное устройство релейной защиты трансформатора SPAD346C
Первоначально были рассмотрены устройства релейной защиты и автоматики трансформаторов, выполненных на специальных реле с БНТ и аналоговых реле. Наиболее сложной из рассматриваемых защит является продольная дифференциальная защита.
При выборе ее тока срабатывания необходимо обеспечить отстройку от броска тока намагничивания Iбр.ном, возникающего при подключении трансформатора к напряжению, и от максимального расчетного тока небаланса Iнб.расч.max при внешних коротких замыканиях, который может достигать 
, который содержит три составляющие 
. Одна из них I′нб. определяется погрешностями трансформаторов тока, а две другие I″нб.рпн и I"'нб. обусловлены схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора и наличием устройства РПН, а также неравенством абсолютных значений тока в цепях циркуляции защиты в нормальном режиме и при внешних КЗ, от неравенства выбранных стандартных коэффициентов трансформации трансформаторов тока с расчетными.
В качестве примера можно рассмотреть современную цифровую защиту понижающих трансформаторов на микропроцессорной элементной базе SPAD346C, выпускаемой совместным предприятием «АББ Реле-Чебоксары». Данная защита выполняет следующие интегрирующие функции:
- продольной токовой дифференциальной защиты (модуль SPCD3D53);
- дифференциальной токовой защиты нулевой последовательности обмотки высшего напряжения от КЗ на землю в сетях с заземленной нейтралью или токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на стороне высшего напряжения в сетях с изолированной нейтралью (модуль SPCD2D55);
- трехступенчатой токовой защиты от междуфазных КЗ, двухступенчатой токовой защиты от однофазных замыканий на землю и защиты от несимметричной работы (модуль SPCJ4D28).
Устройство SPAD346C относится к разряду интеллектуальных автоматических устройств, обладающих интегрированными функциями и свойствами адаптации к режимам работы трансформатора. Всесторонняя самодиагностика и выдача информации о неисправностях повышает надежность функционирования устройства.
Выводиться также информация об электрических величинах, в том числе и о параметрах настройки защит. Имеется возможность дистанционно изменять уставки релейной защиты.
Выполняются и другие функции. Функциональная схема устройства изображена на Рис. 35. Она содержит четыре блока.
Блок входных измерительных преобразователей тока. На вход этого блока додается переменный ток от измерительных трансформаторов тока ТА1-ТА4. Его промежуточные трансформаторы тока выполняются на номинальный ток 5 А с отпайкой, позволяющей подключать на номинальный ток 1 А. Они производят гальваническое разделение цепей устройства от цепей измерительных трансформаторов тока и преобразуют входные сигналы до необходимого уровня.
Блок входов/выходов является релейно-контактным модулем, содержащим пять реле, при срабатывании которых появляются дискретные сигналы BS1-BS5 настройки и оперативного управления программными функциями защитных отключений. В частности, на одно из реле может воздействовать газовая защита.
Вычислительно-логический блок состоит из трех микропроцессорных модулей, обеспечивающих выполнение функций, указанных выше защит. На вход блока подаются сигналы с выхода блока входных измерительных преобразователей тока и сигналы BS1-BS5 от блока входов/выходов. Вычислительно-логический блок производит обработку поступающих на его вход сигналов по заранее определенному алгоритму и формирует сигналы срабатывания выходных реле.
Рис.35. Функциональная схема микропроцессорного устройства релейной защиты трансформатора типа SPAD346C
Вычислительно-логический модуль SPCD3D53 выполняет функции двухступенчатой продольной дифференциальной токовой защиты. Ее принципиальное отличие от защиты, использующей аналоговые реле, состоит в том, что она обладает свойством программного сравнивания токов в плечах защиты при их отношении от 0,4 до 1,5 и производит компенсацию сдвига фаз вторичных фазных токов измерительных трансформаторов тока. В связи с этим появляется возможность независимо от группы соединения обмоток защищаемого трансформатора использовать одинаковую схему соединения трансформаторов тока дифференциальной защиты как с высшей, так и с низшей стороны (Рис. 35) и не учитывать составляющие тока небаланса I"'нб. и I"нб.рпн, так как они практически отсутствуют.
В максимальном расчетном токе небаланса Iнб.расч.max сохраняется только составляющая I′нб., обусловленная погрешностями измерительных трансформаторов тока. Тем самым появляется возможность повышать чувствительность защиты, а для отстройки от I′нб. применяется торможение при внешних КЗ. Для отстройки от броска тока намагничивания вторая ступень защиты имеет блокировку по второй гармонике тока.
Первая грубая ступень защиты аналогична дифференциальной токовой отсечке, ее ток срабатывания Iсз принято обозначать как 3ΔI >>. Он может быть принят равным (5...30)Iт.ном и определяется отстройкой защиты от броска тока намагничивания. Время срабатывания не более 40 мс.
Вторая чувствительная ступень защиты кроме блокировки по второй гармонике, содержащейся в броске тока намагничивания трансформатора, автоматически загрубляется при внешних КЗ. Поэтому ее начальный ток срабатывания, который обозначается как 3ΔI >, принимается не более 0,5Iт.ном, время срабатывания не превышает 45 мс. Защита имеет также блокировку по пятой гармонике тока намагничивания. Она исключает срабатывание защиты в случае увеличения тока намагничивания вследствие повышения напряжения на зажимах трансформатора.
Вычислительно-логический модуль SPCD2D55 подключается к нулевому проводу трех фаз измерительных трансформаторов тока ТА1 и к одному из трансформаторов тока, установленных в нейтрали защищаемого трансформатора (на схеме рис. 35 – это ТА3). При заземленной нейтрали модуль функционирует как продольная дифференциальная токовая защита нулевой последовательности обмотки высшего напряжения трансформатора, а при изолированной – как двухступенчатая токовая защита нулевой последовательности. В продольной дифференциальной защите предусматриваются торможение, выдержка времени и блокировка от второй гармоники тока в нейтрали трансформатора.
Вычислительно-логический модуль SPCJ4D28 программно реализует трехступенчатую токовую защиту от междуфазных КЗ, двухступенчатую токовую защиту от однофазных замыканий на землю и защиту от несимметричных режимов.
Трехступенчатая токовая защита от междуфазных КЗ имеет следующие уставки срабатывания по току и времени:
первая ступень – токовая отсечка, ее уставки срабатывания
, 
;
вторая ступень — токовая отсечка с выдержкой времени
, 
;
третья ступень — максимальная токовая защита имеет
и зависимую или независимую от тока выдержку времени. Здесь Iном=1 или 5А.
Для двухступенчатой токовой защиты от однофазных замыканий на землю. Воздействующей величиной защиты является ток нулевой последовательности. Ее уставки срабатывания по току и времени следующие:
первая (вторая) ступень - токовая отсечка или токовая отсечка с выдержкой времени, ее уставки
, 
;
третья ступень – максимальная токовая защита, ее ток срабатывания 
, а выдержка времени может быть как независимой, ток и зависимой от тока. Здесь Iном=0,2 или 1А.
Защита от несимметричных режимов. Ее уставка по току ΔI определяется по разности максимального Iф.max и минимального Iф.min фазных токов, отнесенной к максимальному току, т.е.:
а выдержка времени tΔ=1.. .30 с.
Вычислительно-логический блок выдает сигналы выходной информации SSI-SS4 и отключающие воздействия TS1-TS4.
Блок выходных реле осуществляет прием сигналов от вычислительно-логического блока и обеспечивает срабатывания реле. Микропроцессорная часть устройства производит постоянный контроль состояния выходных реле.
Блок питания (на схеме не показан) обеспечивает необходимый уровень напряжения для функционирования различных блоков устройства. Он предназначен для работы от постоянного или выпрямленного переменного оперативного тока и обеспечивает стабилизированный уровень напряжения ±12В; ±24В. Кроме указанных блоков, устройства SPAD346C содержит и другие элементы, например, передатчик и приемник волоконно-оптической линии связи.