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: 4 из 4

3.7. ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ
Наряду с РЗ, реагирующими на полный ток фазы, применяются устройства РЗ, реагирующие на симметричные составляющие прямой I₁, обратной I₂ и нулевой I₀ последовательностей. Для осуществления таких устройств необходимы фильтры, выделяющие симметричные составляющие из токов трехфазной сети.

Фильтры токов симметричных составляющих (рис. 3.22,а) представляют собой специальные схемы, на выходе которых (зажимы mn) получается ток I_Ф, пропорциональный соответствующей симметричной составляющей токов трехфазной сети, питающих фильтр ZI₂. К выходным зажимам фильтра подключается реле KА [18].



Имеются фильтры простые, выделяющие только одну последовательность (прямую, обратную или нулевую), икомбинированные, ток на выходе которых пропорционален двум или всем трем симметричным составляющим токов сети. В общем случае ток на выходе комбинированного фильтра

I_Ф = k₁I₁ + k₂I₂ + k₃I₀ (3.19)

где k₁,k₂ и k₃ – постоянные коэффициенты фильтра.

Фильтры токов обратной последовательности. Допустим, что фильтр Z12 на рис. 3.22, а – фильтр ОП, I_Ф = + kI₂.Токи прямой и нулевой последовательностей через такой фильтр не проходят, при подводе токов I₁, и I₀, к фильтру I₂ его выходной ток I_Ф = 0. Питание фильтра тока ОП может производиться фазными токами (рис. 3.22, а) или их разностью: I_A – I_B, I_B – I_C, I_C – I_A (рис. 3.22, б). Разность токов двух фаз не содержит составляющей НП I₀ так как при вычитании одного фазного тока из другого нулевые составляющие взаимно компенсируются. Поэтому при питании фильтра I₂ разностью фазных токов он должен запирать только токи прямой последовательности.

Рассмотрим трансформаторный фильтр тока ОП (рис. 3.23, а). По этой схеме ЧЭАЗ выполняется фильтр типа РТ-2. Фильтр состоит из трансреактора ТАV, резистора R и двухобмоточного трансформатора Т₀.



Трансреактор ТАV имеет две первичные и одну вторичную обмотки. Первичные обмотки включены на ток фаз А и В разноименной полярностью; создаваемый ими магнитный поток пропорционален разности токов I_A – I_B. Он индуцирует во вторичной обмотке трансформатора, включенного на ток фазы А ЭДС, отстающую от потока Ф_Т, и тока I_A – I_B на 90^о (рис. 3.23, б): Е_Т = – М(I_A – I_B), где М – реактивное сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией обмоток трансреактора, т. е.

Е_Т = – jX_T(I_A – I_B) (3.20)

Наличие воздушного зазора в магнитопроводе трансреактора обеспечивает линейную зависимость ЭДС от тока I_A – I_B. Значение X_T подбирается равным . По активному сопротивлению R проходит ток I_C, создающий напряжение

U_R = I_CR (3.21)

Выходной контур фильтра mn образуется вторичной обмоткой трансреактора и сопротивлением R. Напряжение на разомкнутых зажимах

U_mn = U_R + E_T.

Выразив U_R и E_T через токи с помощью (3.20) и (3.21), получим

U_mn = I_CR – j(I_A – I_B)X_T. (3.22)

Чтобы установить влияние каждой последовательности на U_mn, определим его значение, пользуясь выражением (3.22) при поочередном питании фильтра токами разных последовательностей.

Токи нулевой последовательности (I_Ao = I_Bo = I_Co). В фазах А и В I_Ao и I_Bo взаимно уничтожаются. Ток I_Co, проходящий по R, компенсируется с помощью трансформатора Т₀, первичная обмотка которого включена в нулевой провод звезды. Коэффициент трансформации Т₀ принят равным 1/3, поэтому вторичный ток I_T2 = 1/3I_T1 = I₀. Как видно из рис. 3.23, а, ток I_T2 направлен навстречу току I_C, в результате чего I_oC компенсируется током I_T2. Следовательно, токи НП взаимно компенсируются и не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи прямой последовательности (I_A1, I_B1, I_C1) создают напряжения Е_Т и U_R, образующие U_mn на выходе фильтра по выражению (3.22). Построив на векторной диаграмме (рис. 3.23, в) вектор (I_A – I_B,) и отстающий от него на 90⁰ вектор

176
– j(I_A – I_B), получим

– j(I_A – I_B) =

Подставив полученное значение в (3.21), найдем



Это означает, что токи прямой последовательности не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи обратной последовательности (I_A2, I_B2, I_C2). Из диаграммы на рис. 3.23, г следует, что вектор – j(I_A – I_B) совпадает по фазе с вектором I_C2 и больше его в раз. С учетом этого Е_Т = – jX_T(I_A – I_B) = . Напряжение U_R = I_C2R совпадает по фазе с Е_Т и с ним суммируется. Подставляя полученное значение в (3.22), находим



Поскольку токи прямой и нулевой последовательностей не создают напряжения на выходе фильтра, результирующее напряжение

(3.23)

Для рассмотренного фильтра с учетом (3.23)

(3.24)

где Z_Ф – сопротивление фильтра, измеренное со стороны выходных зажимов mn при разомкнутой цепи на входе фильтра; Z_P – сопротивление реле. Реле, питающиеся через фильтр ОП (фильтр-реле), действуют только при несимметричных КЗ и не реагируют на симметричную нагрузку и трехфазные КЗ, когда I₂ = 0.

Ток небаланса. За счет неточного подбора сопротивлений фильтра при отсутствии тока I₂ может появиться ток небаланса I_НБ, который ограничивает чувствительность фильтра-реле. Поэтому I_НБ должен сводиться к минимальному значению регулированием сопротивлений. Баланс сопротивлений может нарушиться при изменении частоты в сети, питающей фильтр, из-за того, что реактивные сопротивления X_L, X_C зависят от частоты. Это свойство фильтров является их недостатком.

Чувствительность фильтра зависит от чувствительности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый источник питания отдает наибольшую мощность приемнику в случае равенства значений их полных сопротивлений, т. е. при Z_P = Z_Ф. Следовательно, для обеспечения максимальной отдачи мощности фильтром необходимо выполнить условие

R_P = R_Ф и Х_Р = – Х_Ф. (3.25)

В фильтрах обычно используются чувствительные электромагнитные или поляризованные реле, которые подключаются к фильтру через выпрямитель.

Фильтры токов прямой последовательности. Учитывая, что токи прямой последовательности отличаются от обратной только чередованием фаз, любой фильтр ОП можно превратить в фильтр прямой последовательности, изменив на его зажимах последовательность подводимых фаз. Например, если на фильтре, изображенном на рис. 3.22, а, поменять местами фазы В и С, то на выходных зажимах фильтра появится напряжение U_mn, пропорциональное токам прямой последовательности, а токи ОП не будут давать напряжения на выходе фильтра. Наряду с фильтрами токов прямой и обратной последовательностей, применяются также комбинированные фильтры

I₁ + kI₂; I₁ + kI₀.
3.8. НОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРВИЧНОГО ТОКА

Увеличение кратности первичного тока при КЗ и постоянной времени затухания апериодической составляющей существенно ухудшает работу ТТ, вызывая их насыщение в переходных режимах и, как следствие этого, искажение трансформации первичного тока, что создает опасность ложной работы быстродействующих РЗ.

Одним из способов снижения погрешности трансформации переменной составляющей первичного тока является использование магнитопроводов с немагнитными зазорами. Сопротивление ветви намагничивания ТТ с такими магнитопроводами велико для переменной и мало для апериодической составляющей. Поэтому апериодическая составляющая напряжения на вторичной обмотке ТТ, а следовательно, и апериодическая составляющая индукции относительно малы, и магнитопровод не насыщается. Наличие зазора приводит к увеличению периодической составляющей тока намагничивания. Чтобы снизить погрешность ТТ по периодической составляющей 50 Гц, нагрузку можно шунтировать конденсатором, образующим резонансный контур с ветвью намагничивания ТТ, что создает такие же условия работы ТТ, что и снижение тока намагничивания с частотой 50 Гц. Наличие немагнитного зазора значительно уменьшает значение остаточной индукции в магнитопроводе.

Если ТТ не используются для измерения, то вместо них можно применять простые и дешевые электромагнитные датчики, называемые магнитными ТТ (МТТ). Вторичная обмотка МТТ располагается вдали от токоведущих частей на стальном сердечнике и не требует специальной изоляции от высокого напряжения. Первичный ток, протекая по проводу защищаемого объекта, создает магнитное поле. Часть силовых линий этого поля замыкается по сердечнику МТТ, индуцируя ЭДС Е₂. Размеры и стоимость такого устройства значительно меньше, чем у обычных ТТ, но его мощность невелика (примерно 0,5 Вт).

Для уменьшения влияния помех в ОРГРЭС разработаны магнитные ТТ с дифференциальными датчиками типа ТВМ. Подобные ТТ представляют собой стальной сердечник П-образной формы с двумя одинаковыми, соединенными встречно-последовательно обмотками 1 и 2, надетыми на полюсы сердечника (рис. 3.24, б).



Проекция провода фазы А, для контроля за которым предназначен изображенный на рис. 3.24, б датчик, находится в центре сердечника. Магнитный поток Ф_A, пропорциональный току I_A, проходит по полюсам сердечника в противоположных направлениях. При этом, поскольку обмотки ТВМ соединены встречно, ЭДС обеих обмоток суммируются арифметически: ЭДС Е_А равна удвоенной ЭДС каждой обмотки.

Магнитные потоки, создаваемые токами других фаз (например, и , пропорциональные току I_B), проходят по полюсам ТВМ в одном направлении, и индуцируемые ими ЭДС в обмотках вычитаются. Благодаря этому уменьшаются помехи, создаваемые в ТВМ токами соседних фаз. Трансформаторы ТВМ устанавливаются на разъединителях или отделителях высокого напряжения и крепятся с помощью фиксаторов из немагнитного материала.

В связи с внедрением микроэлектронных и микропроцессорных РЗ, имеющих очень малое потребление цепей тока и напряжения, разрабатываются ТТ и ТН, в которых информация о значениях тока и напряжения передается с помощью волоконно-оптических каналов. Существует несколько способов выполнения таких измерительных трансформаторов. Один из них основан на установке на потенциале ЛЭП маломощных датчиков тока и напряжения и системы преобразования информации о токах и напряжениях в цифровую форму. Эта информация передается по оптическому каналу, имеющему хорошие изолирующие свойства, на оптико-электронные приемники, расположенные на потенциале земли, где осуществляется обратное преобразование световых импульсов в напряжения, пропорциональные току и напряжению ЛЭП. Такие ТТ и ТН пока не получили широкого распространения, так как в энергосистемах продолжается использование электромеханических устройств РЗ, потребление которых велико, и мощности оптико-электронных ТТ и ТН оказывается недостаточно.
Вопросы для самопроверки

1. Доказать, что схема включения реле на сумму токов трех фаз представляет собой фильтр токов нулевой последовательности.

2. К чему может привести неправильная полярность одного трансформатора тока в схеме включения реле на сумму токов трех фаз?

3. Почему к трансформаторам тока предъявляются высокие требования со стороны РЗ?

4. Каково назначение четвертого обратного (нулевого) провода в схеме полной звезды?

5. В каких случаях применяются схемы включения реле на разность токов двух фаз?

6. В чем преимущество комбинированной схемы (неполная звезда и ФТНП) по сравнению со схемой полной звезды?

1 Под номинальным коэффициентом трансформации подразумевается отношение номинального первичного тока ТТ ко вторичному: K_IB = I_1HOM/I_2HOM. В заводских материалах дается номинальный коэффициент трансформации. При I_HAM = 0 K_I = K_IB = w₂/w₁.

 Ток 1нам имеет две составляющих: которая определяет потери энергии на нагрев магнитопровода вихревыми токами, и которая осуществляет намагничивание сердечника, т. е. создает поток Ф_T. Составляющая << поэтому углом у можно пренебречь и считать, что вектор совпадает по фазе с Ф_T и равен .