3.2. Параметры, влияющие на уменьшение нама ничивающего тока

Для уменьшения намагничивающго тока I_HAMнужно уменьшать поток Ф_Т, связанный с током соотношением

откуда

(3.8)

где R_M– магнитное сопротивление стального сердечника ТТ.

Графически эта зависимость представляется характеристикой намагничивания, изображенной на рис. 3.4. В начальной части характеристики ток I_HAMпочти пропорционален Ф_T. При некотором значении потокапроисходит насыщение магнитопровода, вследствие чегоI_HAMвозрастает значительно быстрее, чем поток Ф_T, что вызывает резкое увеличение погрешностей. Следовательно, для ограничения погрешностей нужно ограничивать значение магнитного потока Ф_T, или, иначе говоря, магнитной индукции В_T= Ф_T/Q, не допуская насыщения магнитопровода (Q– площадь сечения магнитопровода). Магнитный поток Ф_Tсвязан с наведенной им ЭДС Е₂выражением

(3.9)

где согласно (3.4)

E₂ = I₂(Z₂ + Z_H). (3.9а)

С увеличением I₂и сопротивления нагрузкиZ_Hбудет расти ЭДС Е₂. Как видно из (3.9), соответственно возрастает магнитный поток Ф_Tи создающий его токI_HAM, что вызывает увеличение погрешностей ТТ.

Для снижения погрешностей необходимо уменьшать Е₂стремясь к тому, чтобы при максимальных токах КЗ, определяющих работу РЗ, возникающий в магнитопроводе поток Ф_Tне вызывал его насыщения. Уменьшение Е₂достигается уменьшениемZ_HиI₂за счет увеличенияK_I, т. е. за счет выбора ТТ с большим номинальным первичным током.

Таким образом, для уменьшения погрешности ТТ должен иметь минимальную величину I_HAMи работать в прямолинейной части характеристики намагничивания.

Первое условие обеспечивается конструктивными параметрами магнитопровода (его сечением и диаметром) и выполняется при разработке и изготовлении ТТ.

Второе условие (работа в прямолинейной части характеристики) обеспечивается в процессе эксплуатации выбором нагрузки вторичной обмотки и уменьшением кратности первичного тока, подбором коэффициента ТТ.

В качестве дополнительной меры по повышению точности ТТ заводы-изготовители применяют компенсацию I_HAMуменьшением числа витковw₂вторичной обмотки против расчетного значенияw₂ =w₂К_I. В результате этой коррекции вторичный токI₂увеличивается на 1-3%, частично компенсируя его уменьшение, вызванное наличиемI_HAM. Такой способ дает результат при малых значенияхI_HAM, т. е. при токах, близких к номинальному, и используется для обмоток, питающих измерительные приборы.

Погрешности ТТ резко возрастают в переходном режиме в первый момент КЗ, когда в первичном токе I₁, появляется апериодическая составляющая, которая может вызвать насыщение магнитопровода ТТ и, как следствие, увеличение токаI_HAM[23].

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 токахI₁>I_1HOM.

На основании опыта эксплуатации и теоретического анализа принято, что для обеспечения правильной работы большинства устройств РЗ погрешность в значении вторичного тока TTдолжна 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 токI_1РАСЧMAX, при котором для рассматриваемой защиты требуется точная работа ТТ, и сопротивление нагрузкиZ_H. Нагрузка состоит из сопротивлений релеZ_P=R_P+jX_P, соединительных проводовR_Пи переходных контактовR_П.К, которые для упрощения суммируются арифметически:Z_H=Z_P+R_П+R_П.К.

Предельные значения I_1MAXи соответствующие им допустимыеZ_Hиз условия 10%-ной погрешности должны давать заводы, изготавливающие ТТ. Предельные значенияI_1MAXобычно 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_1HOMи допустимой нагрузкойZ_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 нагрузкеZ_H.ДОПв 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 ΔIи 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 нагрузкиZ_H.HOM, Ом, при котором мощность ТТ равна номинальнойS_H.HOM. Номинальная мощностьS_HOM=U₂I_2HOM, при этом напряжениеU₂=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> 1,2I_HOMTTпогрешности 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 токаK_{1 0}=I_1MAX/I_1HOMТТот сопротивления нагрузкиZ_Hс соsφ = 0,8, при которых полная погрешность ε = 10%. Характер подобной зависимости приведен на рис. 3.5, а. Пользуясь такой кривой, можно, задаваясь определенным значениемZ_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 нагрузкеZ_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 токI_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%.