02лекция_РЗ-Трансформаторы_тока (1). Измерительные трансформаторы тока
 Скачать 2.96 Mb.
|
|
Измерительные трансформаторы тока 2 Назначение трансформаторов тока • для приведения (часто для уменьшения) тока к стандартному ряду (5А и 1А); • для обеспечения гальванической развязки вторичных цепей от первичных. 3 Принцип действия трансформатора тока 4 Вторичный ток I 2 ТТ обычно составляет 5 А или 1 А, лабораторные ТТ могут иметь также – 2 А и 2,5 А (I 2 =5 А, 1 А). Ряд токов [3] первичной обмотки: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 30000; 32000; 40000 А. Коэффициенты трансформации ТТ 5 Для устройств РЗ расчетной величиной является погрешность ТТ не более 10%. Часто для проверки РЗА учитываются следующие виды погрешностей. Максимальное значение токовой погрешности, измеряемое в [%]: 100 I I k I f 1 1 T 2 m где k T – коэффициент трансформации ТТ, I 1 и I 2 – первичный и вторичный токи ТТ Погрешности ТТ 6 При близких коротких замыканиях ток КЗ может достигать кратностей – до (30…50) I ном (редко до 100 I ном ), тогда ТТ насыщается и вторичный ток несинусоидален. Погрешность такого режима необходимо учитывать интегральным показателем, которым является полная погрешность, измеряемая в [%]: Погрешности ТТ T 0 2 1 T 2 1 dt i k i T 1 I 100 где T – период промышленной частоты, i 1 и i 2 – мгновенные значения первичного и вторичного токов ТТ (рис.?). Угловая погрешность – угол между векторами I 1 и I 2 , измеряемый в [град] или [мин]. 7 Схемы подключений трансформаторов тока Схема соединения ТТ в “полную звезду” обычно используется в сетях с заземленной нейтралью с U 110 кВ. В сетях с изолированной нейтралью U 35 кВ такая схема применяется редко – на ответственных электроустановках (например, защита шин). Коэффициент такой схемы k СХ =1 (отношение тока, протекаемого через реле, к току, протекаемому через вторичную обмотку ТТ). В реле КА4 протекает утроенный ток нулевой последовательности. Это нетрудно доказать, согласно методу симметричных составляющих токи фаз равны: 0 A 2 A 2 1 A C 0 A 2 A 1 A 2 B 0 A 2 A 1 A A I I a I a I I I a I a I I I I I В реле КА4 токи фаз А, В и С складываются. Суммы составляющих прямой и обратной последовательностей равны нулю, так как 0 1 a a 2 а результирующий ток, протекающий через реле КА4, равен 3I А0 . Обычно в индексе обозначение фазы А опускается и записывается 3I 0 8 Схемы подключений трансформаторов тока Схема соединения ТТ в “неполную звезду” используется исключительно в сетях с изолированной нейтралью U 35 кВ. Для такой схемы k СХ = 1, так как токи в реле и во вторичной обмотке ТТ равны. Особенностью схемы является то, что от двух ТТ можно получить ток третьей фазы ― I В , включив реле КА3 в обратный провод: I 2А + I 2С = ― I 2В так как для симметричной трехфазной сети выполняется равенство (токами нулевой последовательности пренебрегают, потому что при однофазных замыканиях на землю они несоизмеримо меньше рабочих). 9 Схемы подключений трансформаторов тока Схема соединения ТТ в “треугольник” обычно применяется в сетях с U 110 кВ для дифференциальной защиты трансформатора со стороны высшего напряжения. Коэффициент такой схемы можно вычислить, по I закону Кирхгофа, найдя токи в узле ТТ фазы А: 0 I I I C 2 A 2 p A 2 A 2 2 A 2 A 2 C 2 A 2 A 2 p CX I I a I I I I I I k 3 a 1 I a 1 I 2 A 2 2 A 2 10 Схемы подключений трансформаторов тока Схема соединения ТТ на разность фаз (раннее эту схему называли “неполный треугольник” или “восьмерка”) используется в сетях с изолированной нейтралью с U 35 кВ чаще всего для защиты высоковольтных ЭД, но иногда и для защиты линий. Аналогично, как для схемы соединения ТТ в “треугольник”, ее Выводы аналогичны схеме “треугольника”, так для узла получается выражение. Ее достоинство – наличие одного реле, простота. Недостатком является низкая чувствительность при витковых замыканиях обмотки двигателя в фазе В. 11 Схемы подключений трансформаторов тока Схема фильтра тока нулевой последовательности показана на используется в сетях с заземленной нейтралью с U 110 кВ для токовой защиты нулевой последовательности. Так как эта схема является фильтром, то для нее нет понятия коэффициента схемы. Через реле протекает утроенный ток нулевой последовательности 3I 0 ― доказывается аналогично схеме “полной звезды”. 12 Схемы подключений трансформаторов тока Последовательное соединение ТТ используется для повышения нагрузочной способности ТТ. Для этого использут ТТ с одинаковыми k Т . Так как ток, протекающий через ТТ, одинаков, а напряжение на нагрузке делится на два, то нагрузка на каждый ТТ уменьшается в два раза. Часто такая схема используется на стороне высокого напряжения трансформатора со схемой соединения Y/ для его дифференциальной защиты. 13 Схемы подключений трансформаторов тока Параллельное соединение ТТ используется для уменьшения k Т . Если ТТ имеют одинаковый k Т , то результирующий коэффициент трансформации будет в два раза меньше. 14 Измерительные трансформаторы тока 15 Измерительные трансформаторы тока 16 Измерительные трансформаторы тока 17 Измерительные трансформаторы тока 18 Измерительные трансформаторы тока 19 Измерительные трансформаторы тока 20 Измерительные трансформаторы тока 21 Измерительные трансформаторы тока 22 Трансформаторы тока на U=110 кВ 23 Трансформаторы тока на U=500 кВ 24 Назначение ИПТ Измерительным преобразователем тока (ИПТ) является устройство, предназначенное для преобразования первичного тока в сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами измеряемого первичного тока и могут быть измерены с заданной точностью. Измерительные преобразователи тока входят в состав релейной защиты любого элемента электроэнергетической системы и электротехнической установки. От их технико-экономических показателей в немалой степени зависят технико-экономические показатели релейной защиты в целом, особенно с ростом номинального напряжения защищаемого элемента. Измерительные преобразователи тока могут быть классифицированы по следующим признакам. В зависимости от рода тока они разделяются на измерительные преобразователи переменного и постоянного тока. В дальнейшем будут рассматриваться ИПТ переменного тока для установок и сетей с номинальной частотой тока 50Гц. 25 Литература •Казанский В.Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 240 с.: ил. •Дорогунцев В. Г., Овчаренко Н. И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1979.—520 с., ил. •Фабрикант В.Л., Глухов В.П., ПаперноЛ.Б., Путниньш В.Я. Элементы автоматических устройств/ Учебник для вузов.. – М.: Высш. школа, 1981. – 400 с.; ил. •Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.:Энергия, 1980.-208 с. •Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1989. 26 Назначение ИПТ По назначению ИПТ разделяются на ИПТ для измерений и ИПТ для защиты. ИПТ, применяемые в трехфазных электроустановках, подразделяются на однофазные и многофазные. Первичным током однофазного ИПТ называется ток одной контролируемой фазы. Первичным током многофазного ИПТ называется заданная функция токов нескольких фаз, например ток нулевой последовательности или разность токов фаз защищаемой линии. В зависимости от вида преобразования ИПТ делятся на преобразователи тока в ток, тока в напряжение, тока в неэлектрическую величину. При этом по способу представления выходной информации ИПТ подразделяются на аналоговые, дискретные и цифровые. Целесообразно разделять ИПТ в зависимости от уровня напряжения, определяющего конструкцию, а иногда и принцип действия ИПТ. С учетом применяемых в настоящее время номинальных напряжений различают ИПТ низкого (до 1кВ) и высокого (свыше 1кВ) напряжений. Основные виды преобразователей тока для релейной защиты представлены на рисунке 1. 27 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА 28 Трансформаторы тока Трансформатором тока называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительного него по фазе на угол, близкий к нулю. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке. В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли. Трансформатор тока работает в условиях, близких к короткому замыканию (КЗ), что является для него нормальным режимом (например, для силовых трансформаторов этот режим – аварийный). 29 Трансформаторы тока Двухобмоточные (одноступенчатые) ТТ используются на напряжения до (220 330)кВ, для более высоких напряжений двухобмоточные ТТ оказываются неприемлемыми, так как, например, с ростом номинального напряжения от 330кВ до 750кВ объем изоляции обмоток увеличивается в (6 8) раз (при самом благоприятном случае) /4/. Выполняя ТТ каскадными, представляется возможность при высоком номинальном напряжении несколько снизить их стоимость, но при этом ухудшаются метрологические показатели ТТ. Каскадный трансформатор тока состоит из нескольких ступеней, например, двухкаскадный ТТ имеет мощный магнитопровод верхней ступени и четыре магнитопровода нижней ступени. Вторичная обмотка верхнего магнитопровода включается на общую первичную обмотку нижних магнитопроводов. Основная изоляция трансформаторов верхней и нижней ступеней рассчитана на половину фазного напряжения сети. Витковая изоляция между обмотками и сердечником, а также изоляция выводов рассчитаны на сравнительно низкий уровень напряжения (амплитуда испытательного напряжения 3,5кВ). 30 Трансформаторы тока Метрологические свойства ТТ в большой степени зависят от конструкции и материала магнитопровода. Наибольшее увеличение номинальной мощности обеспечивает шихтованный магнитопровод из холоднокатаной трансформаторной стали. Поэтому большинство технических ТТ имеют замкнутые ленточные магнитопроводы из холоднокатаной трансформаторной стали. В последнее время шире стали использовать аморфное железо. У ТТ с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом погрешности зависят от амплитуды индукции в магнитопроводе, зависящей от силы первичного тока. Погрешности возрастают в режиме глубокого насыщения, когда амплитуда индукции превышает индукцию насыщения магнитопровода, что особенно вероятно в переходном режиме короткого замыкания. Кроме того, у замкнутого ферромагнитного магнитопровода возможна значительная остаточная индукция, которая может вызвать большие погрешности в начале переходного режима короткого замыкания и заметное замедление быстродействующей РЗ. Полная погрешность современных ТТ в установившихся режимах достигает 10%, а в переходных может быть в несколько раз выше. Это относится и к токовой погрешности, максимальное значение которой в переходных режимах может быть равно 90%. 31 Трансформаторы тока Выполняя магнитопровод с небольшим немагнитным зазором, удается свести остаточную индукцию практически к нулю и таким путем устранить запаздывание быстродействующей защиты. По мере увеличения зазора снижается нелинейность расчетной схемы замещения, и при достаточно большом зазоре ТТ с ферромагнитным магнитопроводом становится практически линейным при условии, что амплитуда индукции в магнитопроводе в расчетном режиме не превышает индукцию насыщения. Одновременно возрастает намагничивающий ток, при котором наступает насыщение, благодаря этому уменьшается вероятность насыщения в заданном режиме. Трансформаторы тока с зазором используются как линейные, но стоимость их выше, чем подобных ТТ с магнитопроводом, а номинальная мощность ниже, хотя и не в такой степени, как у ТТ без ферромагнитного магнитопровода. Предельная мощность сигнала традиционного ТТ соответствующая первичному току предельной кратности, может достигать 10 кВА и более при предельной кратности 20; номинальная мощность сигнала порядка 25 ВА и более. 32 Трансформаторы тока К основным недостаткам ТТ относятся погрешности, ограничивающие точность работы релейной защиты, и высокая стоимость, значительную часть которой составляют стоимость меди и электротехнической стали (что особенно актуально в наше время), и которая существенно возрастает с ростом номинального напряжения, а также большие масса и габариты, пожароопасность маслонаполненных ТТ. 33 Активный трансформатор тока 34 Активный трансреактор 35 Активный ТТ на основе элемента Холла 36 Трансформатор тока с неферромагнитным магнитопроводом Имеется множество разработок по усовершенствованию измерительных преобразователей тока на основе трансформатора, в которых уменьшение погрешностей измерения достигается за счет усложнения конструкции и применения дополнительных и вспомогательных электронных схем. В некоторых ИПТ ферромагнитный магнитопровод заменяется магнитопроводом из материала с другими характеристиками, например, трансформаторный датчик с замкнутым магнитодиэлектрическим магнитопроводом на основе порошка карбонильного железа Р–10. Такой датчик используется в режиме трансреактора с большим сопротивлением нагрузки (больше или равной [15 20] кОм). Имеются разработки устройств релейной защиты и автоматики на датчиках тока с магнитодиэлектрическим магнитопроводом. Все усовершенствования ИПТ на основе трансформатора не устраняют основной недостаток – высокую стоимость ИПТ. 37 Трансреактор Трансреактор по конструктивной схеме подобен ТТ. У него информационным параметром является мгновенное значение вторичного напряжения. Трансреактор является дифференцирующим ИПТ. Нелинейность расчетной схемы замещения особенно сильно влияет на погрешности трансреактора даже в установившемся режиме. Поэтому магнитопроводы всех трансреакторов выполняются с зазорами. У ТТ с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом отдаваемые мощности несколько выше, чем у трансреактора. Но при выполнении ТТ с зазором они равноценны по мощности. К существенным недостаткам трансреакторов относится то, что он усиливают высшие гармонические составляющие первичного тока. В устройствах релейной защиты трансреакторы применяются преимущественно как промежуточные измерительные преобразователи. Значительно реже они применяются в качестве первичных ИПТ. 38 Радиоэлектронный трансформатор тока В нем информация о первичном токе передается с высокого потенциала электроустановки с помощью радиосигналов на ультракоротких волнах. Такой ИПТ состоит из полукомплекта высокого напряжения и полукомплекта низкого напряжения. В полукомплект высокого напряжения входит ТТ обычного типа, выполненный на низкое напряжение, и передатчика. Находясь под воздействием сигнала ТТ, радиопередатчик выдает сигнал, несущий информацию о первичном токе. Радиоприемник полукомплекта низкого напряжения воспринимает этот сигнал и формирует на выходе радиоэлектронного ТТ информацию о первичном токе в той или иной форме, удобной для дальнейшего использования. На напряжение (330 500) кВ радиоэлектронный ТТ стоит значительно дешевле традиционного ТТ. К основным недостаткам радиоэлектронных ТТ можно отнести необходимость в источнике питания на высоком напряжении, создание паразитных полей, подверженность влиянию внешних магнитных полей (МП). 39 Оптико-электронный трансформатор тока В этом ИПТ информация о токе преобразуется в оптические сигналы, которые по световоду поступают в оптико-электрический преобразователь сигналов, установленный на потенциале земли, и преобразуются в электрические сигналы измерительной информации ОЭТТ. Предельная мощность сигнала ОЭТТ не превышает 40ВА. Если ОЭТТ выполнен как аналоговый ИПТ, то при данном сопротивлении нагрузки мощность его сигнала, как и у традиционного ТТ, прямо пропорциональна квадрату кратности первичного тока, а возможная номинальная мощность ОЭТТ в 250 раз меньше, чем у традиционного ТТ. По этой причине ОЭТТ не взаимозаменяем с традиционным ТТ. Для получения возможности широко применять ОЭТТ в релейной защите необходимы устройства РЗ с входными параметрами, согласованными с параметрами ОЭТТ. 40 Преобразователь тока с емкостной связью между цепями высокого и низкого напряжений Такой преобразователь состоит из трансформатора тока, устанавливаемого на проводе линии, и выходного устройства, находящегося под потенциалом земли. Связь между ними осуществляется через емкости, в качестве которых используются специальные конденсаторы или высоковольтные изоляторы линии подвесного или опорного типа. В состав выходного блока входят вспомогательный трансформатор и генератор токов высокой частоты. Преимуществом емкостной связи является ее сравнительная простота, меньшая стоимость и возможность получения на выходе преобразователя относительно большой мощности. ИПТ данного типа может быть применен на ЛЭП как постоянного, так и переменного тока. К недостаткам можно отнести использование генератора тока высокой частоты и специального измерительного трансформатора тока, находящегося под потенциалом измеряемого тока высокого напряжения. 41 Трансформатор тока с нагрузкой, управляемой напряжением Современные устройства релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем и электротехнических комплексов и измерительные приборы, как правило, управляются напряжением, то есть срабатывают при подведении к ним заданного напряжения от преобразователя тока, и для их правильного функционирования это напряжение с достаточной точностью должно быть пропорционально первичному току. Наряду с преобразователями тока, основанными на новых принципах действия (оптоэлектронные и т. д.), по-видимому, и в будущем еще будут широко применяться схемы преобразования, выполняемые на обычных электромагнитных трансформаторах тока. 42 Трансформатор тока с нагрузкой, управляемой напряжением Возможно также использование первичного трансреактора. При одинаковой мощности, отдаваемой в его вторичную цепь, постоянном сопротивлении активно-индуктивной нагрузки и постоянной времени T1 первичной цепи, приблизительно не превышающей 0,2с, масса магнитопровода такого трансреактора оказывается значительно больше, чем у ТТ. Однако трансреактор имеет более легкий магнитопровод, чем ТТ при бóльших T1 и активной нагрузке. Вместе с тем известные недостатки первичного трансреактора (разброс характеристик разных экземпляров при серийном производстве, «подчеркивание» высших гармоник первичного тока, повышенное влияние наводок в соединительных проводах) ограничивают его применение. 43 Датчик Холла В некоторых твердых телах, обтекаемых током и расположенных в магнитном поле, возникает разность потенциалов. Это явление называется эффектом Холла, а возникающая разность потенциалов – электродвижущей силой (ЭДС) Холла. В устройствах с преобразователями Холла (рисунок 2) реализуется зависимость: U X =k X B X i X , где U X – выходное напряжение преобразователя Холла, снимаемое с его боковых граней; k X – коэффициент пропорциональности; B X – нормальная к поверхности преобразователя Холла составляющая индукции магнитного поля; i X – ток питания преобразователя Холла. 44 Датчик Холла i X B X 2 3 1 Обозначения: 1 – элемент Холла; 2 – усилитель; 3 – выходное устройство. 45 Датчик Холла Преобразователи Холла обладают линейной функцией преобразования в очень широком диапазоне магнитных индукций и позволяет осуществлять непрерывное измерение индукций магнитных полей с точностью до 1% в пределах 10 –4 Тл до 10 Тл. Так как выходное напряжение U X обычно не превышает несколько десятков милливольт, то элемент Холла 1 действует на выходное устройство 3 через усилитель 2. Устройства с преобразователями Холла практически безынерционны, точно воспроизводят форму кривой тока в широком диапазоне амплитуд и частот, и имеют небольшую стоимость. Недостатками устройств с преобразователями Холла являются: относительно сложная технология изготовления, наличие остаточного напряжения, относительно малая величина выходного сигнала и влияние на преобразователь Холла токов соседних фаз защищаемой и соседней линий, токов в земле, отсутствие общего заземления у входа и выхода датчика Холла, что затрудняет его совместную работу со схемами и не дает возможность суммировать выходные сигналы с нескольких датчиков Холла, а также довольно сильная зависимость параметров полупроводниковых преобразователей Холла от температуры. 46 Датчик Холла 47 Датчик Холла 48 Магнитотранзисторный датчик тока Магнитотранзистор представляет собой биполярный транзистор, конструкция и рабочий режим которого оптимизированы для получения максимальной чувствительности коллекторного тока к магнитному полю. Основными достоинствами магнитотранзисторных преобразователей являются: магнитотранзистор, как и датчик Холла, измеряет индукцию магнитного поля, а не ее производную; магнитотранзистор является направленным элементом; возможность непосредственного суммирования нескольких магнитотранзисторов путем параллельного соединения коллекторов. Основными недостатками магнитотранзисторных преобразователей являются: наличие шумов; влияние токов соседних фаз защищаемой и соседней линий, токов в земле; зависимость параметров магнитотранзистора от температуры. В качестве ИПТ можно использовать магниторезисторы и магнитодиоды. По своим основным характеристикам ИПТ на них подобны ИПТ на магнитотранзисторах. 49 Катушка Роговского Состоит из обмотки, намотанной на немагнитный сердечник. Она располагается вокруг проводника, через который проходит измеряемый ток. Напряжение, индуктируемое в обмотке, определяется по формуле: где u(t) – выходное напряжение катушки; t – время; j – мгновенное значение потока в j–ом витке при общем их числе N. Выходное напряжение катушки Роговского пропорционально степени изменения измеряемого тока, поэтому существенным ее недостатком является подчеркивание высших гармонических составляющих первичного тока. N j j dt d t u 1 50 Катушка Роговского При измерении синусоидальных токов в результате дифференцирования последних на выходе получаются сигналы синусоидальной формы, сдвинутые на 90 градусов, что не влияет на результат измерения (если определяются только токи). Измерительные преобразователи для релейной защиты работают в условиях интенсивных переходных процессов. Вследствие этого, чтобы получить напряжение, пропорциональное измеряемому току, выходное напряжение катушки должно быть проинтегрировано, в частности, с помощью RC-цепочки или операционного усилителя. Интегрирование создает задержку в получении информации об измеряемом сигнале, а необходимость в интегрирующем элементе усложняет конструкцию данного ИПТ и снижает его точность и надежность. 51 Катушка Роговского 52 ТТ на основе катушки Роговского 53 Индукционные преобразователи, встраиваемые в защищаемый объект К таким преобразователям относятся: кольцевые и точечные измерительные преобразователи, располагаемые внутри электродвигателя в плоскости, перпендикулярной оси вращения его ротора, против лобовых частей обмотки статора; встраиваемые в силовые трансформаторы индукционные датчики поля рассеяния, выполняемые в виде плоских измерительных катушек; датчик намагничивающего тока силовых трансформаторов, контролирующий напряженность магнитного поля и выполненный в виде измерительной катушки, помещенной внутри защищаемого трансформатора, на поверхности стержня магнитопровода параллельно его оси и другие подобные датчики. Защиты на таких измерительных преобразователях, реагируют на магнитное поле, создаваемое токами в поврежденных витках обмоток защищаемого объекта. Основным недостатком встраиваемых измерительных преобразователей является то, что они предназначены только для защит конкретного объекта, и, большинство из них, должны устанавливаться на стадии изготовления защищаемого объекта. 54 Магнитный трансформатор тока МТТ представляет собой магнитный зонд индукционного типа, который устанавливается в магнитном поле измеряемого тока, но на изоляционном расстоянии от провода 1 (рисунок 3) и целиком располагаются на потенциале земли. Простота и дешевизна МТТ обусловлена тем, что они не имеют частей, находящихся под высоким напряжением, и не требуют применения дорогостоящей электрической изоляции. Основным его элементом является обмотка 2, и он устанавливается таким образом, чтобы взаимная индуктивность его обмотки и провода 1 с первичным током была постоянной и по возможности большой. Для увеличения этой взаимной индуктивности МТТ нередко снабжается разомкнутым магнитопроводом 3 той или иной конфигурации. Под воздействием первичного тока в обмотке 2 МТТ индуцируется ЭДС взаимоиндукции, которая, как и у традиционного ТТ или трансреактора, используется для формирования аналогового сигнала измерительной информации. МТТ чувствителен к магнитным помехам, создаваемым токами других фаз, токами в земле и токами соседних линий. Поэтому приходится принимать специальные меры для защиты МТТ от этих магнитных помех. 55 Магнитный трансформатор тока Обозначения: 1 – провод с измеряемым током; 2 – обмотка; 3 – магнитопровод. 3 2 2 1 56 Магнитный трансформатор тока На рисунке 3 изображен дифференциальный МТТ типа ТВМ, применяемый в защитах элементов электрических сетей напряжением (35 220) кВ. Магнитопровод 3 такого МТТ изготовлен из листовой трансформаторной стали в форме перевернутой буквы П. Обмотка 2 состоит из двух секций в виде одинаковых катушек, укрепленных на полюсах магнитопровода 3. МТТ устанавливается в плоскости, перпендикулярной проводу 1 с измеряемым током. Секции обмотки соединены последовательно, так что напряжение на выходе ТВМ равно геометрической сумме напряжений отдельных секций. Как и у традиционного ТТ или трансреактора, предельно возможная мощность сигнала МТТ определяется условиями насыщения магнитопровода. Недостатком МТТ является весьма малая мощность аналоговых сигналов измерительной информации. Она на несколько порядков меньше, чем у традиционного ТТ, поэтому МТТ не взаимозаменяем с традиционным ТТ или трансреактором. 57 Дискретный трансформатор тока Для расширения области применения маломощных ИПТ их можно дополнять аналого-дискретными преобразователями (АДП) – усилителями, устанавливая АДП в непосредственной близости от ИПТ. На рисунке 4 изображена структурная схема ДТТ, где при помощи МТТ 2 получается аналоговый сигнал, несущий информацию о проходящем в проводнике 1 токе i1. Сигнал с МТТ 2 воздействует на вход АДП 3. При помощи АДП маломощные аналоговые сигналы преобразуются в достаточно мощные дискретные сигналы, которые несут информацию о комплексном действующем значении или о других интегральных характеристиках первичного тока i1. Совокупность аналогового ИПТ и АДП называется дискретным трансформатором тока. В отношении вида дискретных сигналов ДТТ подразделяются на одноимпульсные, многоимпульсные и цифровые. Сигналы ДТТ мало чувствительны к помехам и к затуханию в канале связи и могут передаваться на значительные расстояния как по обычным контрольным или телефонным кабелям, причем сколь угодно малого сечения, так и по волоконно-оптическим линиям связи. Так как в ДТТ используется магнитный трансформатор, то дискретный ТТ оказывается чувствительным к магнитным помехам. К недостаткам ДТТ также можно отнести их сложность и высокую стоимость. 58 Дискретный трансформатор тока i 1 2 3 1 Обозначения: 1 – провод с измеряемым током; 2 – магнитный ТТ; 3 – аналого-дискретный преобразователь. 59 Магнитоуправляемый контакт – геркон Геркон представляет собой герметизированный электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей. На рисунке 5 представлена конструкция МК с замыкающим контактом. Он состоит из герметичной стеклянной колбы 1 с впаянными ферромагнитными электродами (контакт – деталями) 2. 1 2 2 Обозначения: 1 – стеклянная колба; 2 – ферромагнитные контакт – детали (электроды) 60 Магнитоуправляемый контакт – геркон При воздействии на геркон внешнего магнитного поля, созданного катушкой управления, постоянным магнитом или проводником с током, магнитный поток замыкается через электроды 2 и создает в растворе контактов тяговое усилие, стремящееся притянуть электроды к друг другу. Причем степень воздействия магнитного поля является функцией косинуса угла между направлением силовых линий управляющего магнитного поля и, в данном случае, продольной осью геркона (если силовые линии параллельны продольной оси МК, то степень воздействия этого поля будет максимальной). При определенной напряженности H CP магнитного поля геркон срабатывает. Размыкание контактов происходит в тот момент, когда тяговое усилие становится меньше сил упругости контакт – деталей. Таким образом, геркон может использоваться одновременно в качестве измерительного и реагирующего органа релейной защиты. 61 Магнитоуправляемый контакт – геркон Если снабдить (рисунок 6) МК 2 обмоткой 3, то он также может применяться в качестве аналогового датчика тока /34, 35/. В этом случае совокупность находящихся в магнитном поле токоведущей шины 1 ферромагнитных контактных пластин геркона 2 и охватывающей их обмотки 3 можно рассматривать как магнитный датчик тока с разомкнутым сердечником. Информационной величиной в этом случае служит ЭДС ЕДТ, получаемая на выводах обмотки 3. Обозначения: 1 – провод с измеряемым током; 2 – геркон; 3 – обмотка. E ДТ i 1 1 2 3 62 Магнитоуправляемый контакт – геркон а – поляризованный размыкающий; б – нейтральный размыкающий с параллельной магнитной системой; в – нейтральный переключающий; г – нейтральный замыкающий с последовательно-параллельной магнитной системой; д – нейтральный замыкающий с баллоном из ферромагнитного материала. Обозначения: 1 – постоянный магнит; 2 – пассивная немагнитная контакт – деталь; 3 – баллон из магнитного материала. 2 а б в г д 3 1 63 Магнитоуправляемый контакт – геркон 1 3 2 Конструкция реле с внутренним расположением геркона Обозначения: 1 – геркон; 2 – катушка; 3 – обмотка. 64 Шунт 65 Датчики тока |