Глава3. Третья трансформаторы тока и схемы их соединения

• Название: Третья трансформаторы тока и схемы их соединения
• Анкор: Глава3.doc
• Дата: 29.01.2017
• Размер: 5.44 Mb.
• Имя файла: Глава3.doc
• Тип: Глава; #993
• страница: 2 из 4

3.3. ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА, ПИТАЮЩИХ РЗ

Трансформаторы тока, питающие РЗ, должны работать с определенной точностью в пределах значений токов КЗ, на которые РЗ должна реагировать. Эти токи, как правило, превышают номинальные токи ТТ I_1HOM, и, следовательно, точная работа ТТ должна обеспечиваться при первичных токах I₁ > I_1HOM.

На основании опыта эксплуатации и теоретического анализа принято, что для обеспечения правильной работы большинства устройств РЗ погрешность в значении вторичного тока TT должна превышать 10%, а по углу δ 7^o [25].

Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность ТТ ε ≤ 10%, или, иначе говоря, если ток намагничивания не превосходит 10% тока I₁. Исходными величинами для оценки погрешности являются наибольший расчетный ток I_1РАСЧMAX, при котором для рассматриваемой защиты требуется точная работа ТТ, и сопротивление нагрузки Z_H. Нагрузка состоит из сопротивлений реле Z_P = R_P + jX_P, соединительных проводов R_П и переходных контактов R_П.К, которые для упрощения суммируются арифметически: Z_H = Z_P + R_П + R_П.К.

Предельные значения I_1MAX и соответствующие им допустимые Z_H из условия 10%-ной погрешности должны давать заводы, изготавливающие ТТ. Предельные значения I_1MAX обычно даются в виде кратности этого тока по отношению к номинальному первичному току ТТ: К_1MAX = I_1MAX/I_1HOM.

Кроме РЗ ТТ питают измерительные приборы. Точность работы ТТ, питающих измерительные приборы, характеризуется классом точности, а РЗ – предельной кратностью первичного тока I_{1 0} = I_1MAX/I_1HOM и допустимой нагрузкой Z_H.ДОП, при которых гарантируется, что полная погрешность ТТ ε не превысит 10%. Погрешности класса точности устанавливают, исходя из условий точной работы измерительных приборов в диапазоне токов нормальных режимов, а погрешность при предельной кратности тока К_{1 0}, в и нагрузке Z_H.ДОП в соответствии с требованиями, предъявляемыми РЗ.

Классы точности. Для промышленных установок изготавливаются ТТ классов точности 0,5; 1; 3; 5; 10 и Р. Каждый класс точности характеризуется определенной погрешностью по току ΔI и углу δ, установленной ГОСТ 7746-68. Эти погрешности приведены в табл. 3.1, они обеспечиваются только при первичных токах в пределах от 0,1 до 1,2 номинального, т. е. в диапазоне токов нагрузки, контролируемых измерительными приборами.


Для РЗ изготавливаются ТТ класса 10Р с ε ≤ 10% при токе номинальной предельной кратности (K_{1 0} ) и ТТ 5Р повышенной точности с гарантированной погрешностью ε = 5% при тех же кратностях первичного тока.

Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ, и поэтому их погрешности при номинальных токах не нормируются. Работа ТТ с погрешностью, соответствующей классу, обеспечивается при нагрузке вторичной обмотки, не выходя- щей за пределы номинальной.

Номинальной нагрузкой ТТ называется максимальная нагрузка, при которой погрешность ТТ равна значению, установленному для данного класса (табл. 3.1). Номинальную нагрузку принято выражать в виде полной мощности S_HOM, В • А, при номинальном вторичном токе 5 или 1 А и соsφ = 0,8, или в виде сопротивления нагрузки Z_H.HOM, Ом, при котором мощность ТТ равна номинальной S_H.HOM. Номинальная мощность S_HOM = U₂I_2HOM, при этом напряжение U₂ = I_2HOMZ_HOM. Тогда

а (3.10)



В зависимости от конструкции и класса точности ТТ значение номинальной нагрузки находится в пределах от 2,5 до 100 В • А. При токе I₁ > 1,2 I_HOMTT погрешности ТТ выходят за пределы, установленные для данного класса. Следует отметить, что класс точности не может служить основанием для выбора ТТ, питающих РЗ, так как предусматриваемые им погрешности имеют место при номинальных токах, в диапазоне которых РЗ не работает. Для РЗ, исходя из указанных выше требований к погрешностям ТТ, заводы, изготавливающие ТТ, должны согласно ГОСТ 7746-68 давать в своих информационных материалах кривыепредельной кратности К_{1 0}, для ТТ класса Р. Эти кривые представляют собой зависимость предельной максимальной кратности первичного тока K_{1 0} = I_1MAX/I_1HOMТТ от сопротивления нагрузки Z_H с соs φ = 0,8, при которых полная погрешность ε = 10%. Характер подобной зависимости приведен на рис. 3.5, а. Пользуясь такой кривой, можно, задаваясь определенным значением Z_H, определять допустимую кратность первичного тока К_{1 0}, при которой ε(I_HAM) не превосходит 10% найденного К_{1 0}, или, задаваясь значением К_{1 0}, определять допустимое значение. Z_H, при котором ε ≤ 10%.

При предельной кратности К_{1 0} и нагрузке Z_H, соответствующей любой точке кривой К_{1 0} = f(Z_H), ТТ работают на перегибе характеристики намагничивания в точке Н (рис. 3.4 и 3.6), т. е. вблизи начала насыщения магнитопровода. Соответствующий этой точке ток I_HAC, и является указанным выше предельным максимальным током.

На рис. 3.5, б приведена характеристика предельной кратности ТТ типа ТФЗМ 110 ОБ-IV-5-88 вторичной обмотки класса точности 10Р для разных К_I [27].

Аналогичные характеристики заводы, производящие ТТ, представляют и для других классов обмоток. Эти характеристики при необходимости могут использоваться для оценки нагрузки на ТТ и значений токов, при которых погрешность ТТ не превышает 10%.
3.4. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ДОПУСТИМОЙ ВТОРИЧНОЙ НАГРУЗКИ

С учетом тока нагрузки защищаемого элемента, его рабочего напряжения и вида РЗ выбирают тип ТТ и его номинальный коэффициент трансформации, после чего проводят проверку на термическую и динамическую стойкость. Выбранные таким образом ТТ проверяют на точность и надежность работы питающейся от них Р3, исходя из следующих требований ПУЭ:

1) обеспечения точности работы измерительных органов РЗ при КЗ в расчетных точках электрической сети, выбираемых в зависимости от типа РЗ, при этом полная погрешность ТТ е не должна превышать 10%;

2) предотвращения отказа срабатывания РЗ при наибольших значениях тока КЗ в начале участка, защищаемого РЗ, вследствие чрезмерного увеличения погрешности ТТ и искажения формы кривой вторичного тока, могущей вызвать вибрацию контактов у электромеханических реле, снижение чувствительности и быстродействия у полупроводниковых реле под влиянием высших гармоник;

3) ограничения напряжения во вторичных цепях ТТ и РЗ до допустимых значений при I_{K MAX} .

Для выполнения первого требования, как правило, выбирается ТТ класса Р с коэффициентом трансформации, обеспечивающим необходимую кратность тока при КЗ в требуемой для рассматриваемой РЗ точке сети. Лля выбора допустимой нагрузки при заданной кратности К_РАСЧ = I_К.РАСЧ/I_1ТТ и полной погрешности ТТ ε ≤ 10% используются кривые предельной кратности, построенные по заводским данным, или характеристики намагничивания, снятые при разомкнутой первичной обмотке – вольт-амперные характеристики U₂ = f(I_HAM).

Выбор Z_H по кривым предельной кратности К_{1 0} = f(Z_H). Этот метод является самым простым и им следует пользоваться как основным методом расчета требуемой точности работы ТТ класса Р:

а) рассчитывают значение максимального первичного тока КЗ I_1РАСЧMAX, при котором для рассматриваемой РЗ погрешность а не должна превышать 10%;

б) вычисляют максимальную кратность найденного первичного тока I_1РАСЧMAX по формуле

(3.11)

в) по заводской характеристике К_{1 0} = f(Z_H) для данного типа ТТ и принятого коэффициента трансформации К_I определяют Z_H.ДОП для К_{РАСЧ.МАХ};

г) определяют действительное сопротивление нагрузки Z_H с учетом сопротивления проводов и реле и проверяют выполнение условия Z_H ≤ Z_H.ДОП. Если окажется, что Z_H > Z_H.ДОП, то необходимо или увеличить коэффициент трансформации К_I ТТ, или выбрать ТТ, у которого при K_{РАСЧМАХ} допускается большее значение Z_H.ДОП, или уменьшить Z_H (за счет увеличения сечения жил соединительного кабеля или сокращения его трассы), либо принять ТТ с вторичным номинальным током 1 А.

Выбор Z_H по вольт-амперным характеристикам ТТ U₂ = f(I_2HAM). При отсутствии сведений о погрешности ТТ его пригодность для данной РЗ и допустимую нагрузку вторичной цепи Z_H можно приближенно оценить по характеристике зависимости вторичного тока намагничивания I_2HAM от вторичного напряжения U₂ . Характеристику снимают опытным путем по схеме, приведенной на рис. 3.7,а. Меняя напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки, измеряют соответствующий каждому значению U₂ ток I_HAM во вторичной обмотке, который является I_HAM, поскольку первичная обмотка разомкнута. На основании полученных данных строится зависимость U₂ = f(I_2HAM) (рис. 3.7, б).



Вследствие малого значения сопротивления вторичной обмотки Z₂ принимается, что U₂ ≈ E₂ и тогда полученная характеристика может рассматриваться как зависимость E₂ = f(I_2HAM).

На основании этой характеристики можно определить значения Е₂ и I_2HAM, при которых наступает насыщение (по точке Н – конец прямолинейной части), и, пользуясь формулой (3.9а), вычислить допустимую нагрузку Z_H.ДОП при заданном токе КЗ I₂ = I₁/K_I. Погрешность ε = I_2HAM.Н /I₂ %. Этот метод может применяться для проверки погрешности ТТ, имеющих малое сопротивление R₂ по сравнению с Z_H.

Для выполнения второго условия используется зависимость параметра А от токовой погрешности ТТ А = f (f_i) . Начнем с рассмотрения поведения ТТ при кратностях первичного тока в насыщенной части характеристики намагничивания.

Работа ТТ в режиме глубокого насыщения. При КЗ в начале защищаемой зоны РЗ кратность первичных токов, проходящих через ТТ защищаемых элементов, может оказаться очень большой. В этих условиях ТТ могут работать в режиме глубокого насыщения, который характеризуется двумя особенностями: резким увеличением тока намагничивани ТТ с соответствующим ростом погрешностей (ε и f_i) до 20% более и значительным искажением формы кривой вторичного тока I₂, в составе которого наряду с основной появляются и высшие гармоники. При этом как электромеханические, так и статические ИО, реагирующие на ток, могут отказать в работе: первые – из-за вибрации контактов, вторые – из-за изменения характеристик срабатывания реле. Чем больше значение погрешности ТТ (ε и f_i), тем больше искажается форма кривых токов I₂ и I_2HAM. Проверка надежности действия ИО при глубоком насыщении ТТ сводится к определению значения тоновой погрешности при максимальной кратности тока КЗ K_MAX = I_{K MAX}/I_{HOM TT} в случае повреждения в начале защищаемого участка. Это значение f_i не должно превосходить предельно допустимого, при котором еще обеспечивается правильная работа рассматриваемого ИО.

Расчет погрешностей ТТ, работающих в режиме насыщения, методом эквивалентных синусоид, при резком искажении синусоид токов I₂ и I_2HAM, дает преувеличенные значения погрешности f_i , а значение допустимой нагрузки случается меньше реального значения.

Более точным и простым способом расчета погрешностей насыщенного ТТ является способ, основанный на замене (аппроксимации) действительной характеристики намагничивания (рис. 3.8, а) прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН). При мгновенных значениях индукции В_t < В_S, при которой наступает глубокое насыщение магнитопровода, характеристика намагничивания представляется в виде вертикальной прямой (рис. 3.8, а). При этом I_HAM = 0 и , – работа ТТ считается идеальной.

При В_t > В_S магнитопровод ТТ насыщается, и дальнейшее изменение В, прекращается независимо от значения I_HAM. Характеристика намагничивания насыщенного ТТ изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс, мало отличаясь от действительной характеристики намагничивания на ее участке за точкой перегиба (точка Н) (рис. 3.7). Схема замещения, характеризующая работу ТТ с ПXН, показана на рис. 3.8, б. Ветвь намагничивания, соответствующая вертикальной прямой ПXН, должна иметь бесконечно большое сопротивление X_HAM = ∞ поскольку I_HAM = 0, а при работе на горизонтальном участке ПXН X_HAM скачкообразно уменьшается до нуля. При этом e₂ = 0, . Поэтому ветвь намагничивания в схеме замещения заменяется рубильником S (рис. 3.8, б). При работе ТТ в вертикальной части характеристики рубильник разомкнут (I_HAM = 0), а в горизонтальной – замкнут (X_HAM = 0).

Кривые мгновенных значений (i₁, i₂,i_HAM), напряжения (u₂) и магнитной индукции (В) приведены на рис. 3.9. Первичный ток i₁ определяется параметрами сети и имеет форму синусоиды. Вторичный ток i₂ на участках А совпадает с i₁ пока В_t < В_S. В момент времени t₁ индукция В_t достигает значения В_S (насыщения), рубильник S в схеме замещения (рис. 3.8, б) замыкается, , i₂ → 0. Ток i₂ затухает по экспоненциальному закону с постоянной времени вторичной цепи τ =L₂/R₂. В момент времени t₂ (когда В_t < В_S) магнитопровод ненасыщен, и ток i₂ снова равен . В следующем полупериоде процесс повторяется. Методика на основе ПXН позволяет определить формы кривых I₂ и I_HAM и найти значение I₁ при котором наступает насыщение (момент t₁) и значение I_HAM, при заданном значении I_1MAX.

Для упрощения расчета погрешностей ТТ вводится коэффициент А, являющийся обобщенным параметром, определяющим при ε = 10% = соnst и соs φ = 0,8 значение токовой погрешности. Зависимость f_i = F(А) приведена на рис. 3.10. Она построена с использованием обобщенных характеристикf_i = F^’(I_1УД), полученных экспериментально на модели ТТ с магнитопроводом из одинакового сорта стали, с одинаковыми удельными параметрами. Поэтому характеристика, приведенная на рис. 3.10, справедлива для всех типов однокаскадных ТТ отечественного производства. Коэффициент А выражается в виде отношения максимального первичного тока I_MAX, для которого ищется значение f_i, к первичному току I_{РАСЧ1 0}, определенному по кривым предельной кратности для заданной нагрузки Z_H при ε = 10%, соs φ = 0,8; А = I_1MAX/I_{РАСЧ1 0}, или в виде отношения кратностей этих токов: А = K_1MAX/K_{РАСЧ1 0}.



Пользуясь зависимостью f_i = F(А), можно по заданному значению K_1MAX находить значение f_i или по заданному f_i определять значение K_1MAX. В обоих случаях для определения значения K_{РАСЧ1 0} необходимо иметь кривые предельной кратности К_{1 0} = f(Z_H.ДОП). Для реле разных типов допустимы разные значения f_iДОП при работе ТТ в условиях глубокого насыщения: 50% – для РТ-40, РТ-80 и РТ-90, направленных РС (индукционные и полупроводниковые с нуль-индикатором на магнито- электрическом реле); 40% – для РТ-40 (выпуск до 1969 г.) и РБМ с жесткими упорами и т.д.

При известном f_iДОП для конкретных реле и устройств РЗ из рис. 3.10 определяется А и вычисляется отношение К_MAX/A. Если К_MAX/A > К_РАСЧ, то в качестве расчетной кратности принимается К_РАСЧ = К_MAX/A.

Если К_MAX/A < К_РАСЧ, то в качестве расчетной сохраняется кратность К_РАСЧ.