Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Для уменьшения намагничивающего тока I_нам нужно уменьшать поток Ф_т, связанный с током соотношением

откуда

(3.8)

где R_м – магнитное сопротивление стального сердечника ТТ.

Графически эта зависимость представляется характеристикой намагничивания, изображенной на рис.3.4.

В начальной части характеристики ток I_нам почти пропорционален Ф_т. При некотором значении потока Ф_т = Ф'_тs происходит насыщение магнитопровода, вследствие чего I_нам возрастает значительно быстрее, чем поток Ф_т, что вызывает резкое увеличение погрешностей. Следовательно, для ограничения погрешностей нужно ограничивать значение магнитного потока Ф_т, или, иначе говоря, магнитной индукции В_т = Ф_т/Q, не допуская насыщения магнитопровода (Q – площадь сечения магнитопровода). Магнитный поток Ф_т связан с наведенной им ЭДС Е₂ выражением

(3.9)

где согласно (3.4)

(3.9a)

С увеличением I₂ и сопротивления нагрузки Z_н будет расти ЭДС Е₂. Как видно из (3.9), соответственно возрастает магнитный поток Ф_т и создающий его ток I_нам, что вызывает увеличение погрешностей ТТ.

Для снижения погрешностей необходимо уменьшать Е₂, стремясь к тому, чтобы при максимальных токах КЗ, определяющих работу РЗ, возникающий в магнитопроводе поток Ф_т не вызывал его насыщения. Уменьшение Е₂ достигается уменьшением Z_н и I₂ за счет увеличения K_I, т.е. за счет выбора ТТ с большим номинальным первичным током.

Таким образом, для уменьшения погрешности ТТ должен иметь минимальную величину I_нам и 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_нам уменьшением числа витков w₂ вторичной обмотки против расчетного значения w₂ = w₁K_I. В результате этой коррекции вторичный ток I₂ увеличивается на 1-3%, частично компенсируя его уменьшение, вызванное наличием I_нам. Такой способ дает результат при малых значениях I_нам, т.е. 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 тока I_нам [23].

Вопрос 8 типовые схемы соединения обмоток трансформаторов тока

С хема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду. Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду, и их нулевые точки связываются одним проводом, называемым нулевым (рис.3.11). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток ТТ. Стрелками показаны условные положительные направления первичных и вторичных токов с учетом полярности обмоток ТТ, начала которых обозначены точками.

При нормальном режиме и трехфазном КЗ, как показано на рис.3.11, в реле I, II и III проходят токи фаз I_a = I_A/K_I; I_b =I_B/K_I; I_c = I_C/K_I, a в нулевом проводе – их геометрическая сумма:

(3.12)

которая при симметричных режимах равна нулю (рис.3.12, а).

При двухфазных КЗ ток проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к ТТ поврежденных фаз (рис.3.12, б), ток в неповрежденной фазе отсутствует:

I_C = – I_B.

Ток в нулевом проводе отсутствует как в нагрузочном (симметричном) режиме, так и при трех- и двухфазных КЗ. Однако в результате неидентичности характеристик и погрешностей ТТ в нулевом проводе протекает ток небаланса I_н.п = I_нб: в нормальном режиме он имеет значение 0,01—0,2 А, а при КЗ возрастает.

При однофазных КЗ первичный ток протекает только по одной поврежденной фазе (рис.3.12, в). Соответствующий ему вторичный ток протекает также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.

При двухфазных КЗ на землю (рис.3.12, г) ток проходит в двух реле, включенных на поврежденные фазы (например, В и С) (рис.3.12, г). В нулевом проводе протекает геометрическая сумма этих токов, отличная от нуля.

При двойном замыкании на землю в разных точках протекание токов в сети показано на рис.3.12, д. На участке между местами замыкания на землю условия аналогичны однофазному КЗ, а между источником питания и ближайшим к нему местом повреждения соответствуют двухфазному КЗ.

Н улевой провод схемы соединения в звезду является фильтром токов НП. Ток I₀ определяется из (3.12). Токи прямой и обратной последовательностей, как видно из рис.3.13, в нулевом проводе не проходят, так как сумма векторов каждой из этих систем равна нулю (рис.3.13, б, в). Токи же НП совпадают по фазе и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока: I_н.п = 3I₀.

При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из ТТ в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может привести к непредусмотренному действию реле, установленному в нулевом проводе. В рассмотренной схеме реле, установленные в фазах, реагируют на все виды КЗ, а реле в нулевом проводе – только на КЗ на землю. Схема соединения ТТ и обмоток реле в звезду применяется в РЗ, действующих при всех видах КЗ.

Как рассматриваемая, так и другие схемы соединения ТТ и реле характеризуются отношением тока в реле I_р к току в фазе I_ф, которое называется коэффициентом схемы:

(3.13)

Для схемы соединения в звезду k_сх = 1.

Схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду. Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и соединяются так же, как и в схеме соединения в звезду (рис.3.14, а). В реле I и III проходят токи соответствующих фаз I_a = I_A/K_I; I_c = I_C/K_I, а в обратном (общем) проводе (реле IV) ток равен их геометрической сумме:

(3.14)

С учетом векторной диаграммы I_а + I_c = –I_b, т.е. I_о.п равен току фазы, отсутствующей во вторичной цепи (рис. 3.14, б).

При трехфазном КЗ и в нормальном режиме токи проходят по обоим реле I и III и в обратном проводе. В случае двухфазного КЗ токи появляются в одном или двух реле (I и III) в зависимости от того, какие фазы повреждены. Ток в обратном проводе при двухфазных КЗ между фазами А и С, в которых установлены ТТ согласно рис.3.12, б с учетом того, что I_c = – I_а, равен нулю, а при замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно [см. (3.14)] равен: I_о.п = – I_а и I_о.п = – I_c.

В случае однофазного КЗ фаз (А или С), в которых установлены ТТ, во вторичной обмотке ТТ и обратном проводе проходит ток КЗ. При замыкании на землю фазы В, в которой ТТ не установлен, токи в РЗ не появляются. Коэффициент схемы k_сх = 1.

Схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду. Вторичные обмотки ТТ, соединенные последовательно разноименными выводами (рис.3.15), образуют треугольник. Реле, соединенные в звезду, подключаются к вершинам треугольника. Из токораспределения видно, что в каждом реле протекает ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

П ри симметричной нагрузке и трехфазном КЗ в реле проходит ток, в раз больший тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 30° (рис.3.16).

В табл.3.2 приведены значения токов при других видах КЗ в предположении, что коэффициент трансформации ТТ равен единице. Схема соединений ТТ в треугольник обладает следующими особенностями:

— токи в реле протекают при всех видах КЗ;

— РЗ по такой схеме реагируют на все виды повреждений;

— отношение тока в реле к фазному току зависит от вида КЗ;

— токи НП не выходят за пределы треугольника.

Отсюда следует, что при КЗ на землю в реле попадают только прямая и обратная последовательности, т.е. только часть тока КЗ. Описанная выше схема применяется в основном для дифференциальных и дистанционных РЗ.

Поскольку в рассматриваемой схеме ток в реле при трехфазных симметричных режимах в раз больше тока в фазе, коэффициент схемы согласно (3.13) равен:

С хема соединения с двумя ТТ и одним реле, включенным на разность токов двух фаз. Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах (например, A и С на рис.3.17); их вторичные обмотки соединяются разноименными зажимами, к которым подключается обмотка реле. Из токораспределения, показанного на рис.3.17 для случая, когда по первичной цепи проходят положительные токи I_А, I_В, I_С, находим, что ток в реле I_p равен геометрической разности токов двух фаз I_а и I_c, т.е.

(3.15)

где I_a = I_A/K_I; I_c = I_C/K_I.

При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ разность токов I_а – I_c в раз больше тока в фазе (I_а и I_c) и, следовательно,

(3.15а)

При двухфазном КЗ АС (фазы, на которых установлены ТТ):

(3.15б)

где

При двухфазных КЗ АВ или ВС в реле поступает ток только одной фазы I_а или I_c:

(3.15в)

где I_ф = I_а или I_ф = I_c.

И з (3.15а) – (3.15в) следует, что данная схема по сравнению со схемами полной и двухфазной звезды имеет худшую в раз чувствительность при КЗ между фазами АВ и ВС.

В случае двухфазного КЗ между фазами В и С за силовым трансформатором с соединением обмоток звезда – треугольник ток в реле I_р = I_а – I_c оказывается равным нулю, так как токи I_а и I_c равны по значению и совпадают по фазе, что видно из токораспределения на рис.3.19.

Рассматриваемая схема может применяться только для РЗ от междуфазных КЗ в тех случаях, когда она обеспечивает необходимую чувствительность при двухфазных КЗ и когда не требуется ее действие при КЗ за трансформатором с соединением обмотки ^y/_Δ. Коэффициент схемы при симметричных режимах

Схема соединения ТТ в фильтр токов НП. Трансформаторы тока устанавливаются на трех фазах, одноименные зажимы вторичных обмоток соединяются параллельно, и к ним подключается обмотка реле КА (рис.3.18). Ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:I_p = I_a + I_b + I_c = 3I₀.

Рассматриваемая схема является фильтром токов НП. Ток в реле появляется только при одно- и двухфазных КЗ на землю. Поэтому схема применяется для РЗ от КЗ на землю.

Включение реле по схеме на рис.3.18 равносильно его включению в нулевой провод звезды по рис.3.11.

Анализ работы схем соединения ТТ при двухфазных КЗ за трансформаторами с соединением обмоток ^y/_Δ или ^Δ/_y. Особым случаем по характеру токораспределения являются двухфазные КЗ за трансформаторами с соединением обмоток ^y/_Δ или ^Δ/_y.

Токораспределение на стороне звезды трансформатора с соединением обмоток ^y/_Δ (рис.3.19, а) при КЗ на стороне треугольника. Для простоты принимается, что коэффициент трансформации трансформатора N_T = 1. При этом отношение линейных токов обмоток с соединением ^y/_Δ равно 1, а токов в фазах

(3.16)

При двухфазном КЗ на стороне треугольника, например между фазами b и с (рис.3.19, а), ток в неповрежденной фазе I_а = 0, а токи в поврежденных фазах b и с равны току КЗ, т. е.

I_с = –I_b = I_к

Как видно из рис.3.19, а, в треугольнике ток I_K делится на две части: одна замыкается по обмотке фазы с и другая – по последовательно включенным обмоткам фаз b и с. Поскольку сопротивление второй цепи в 2 раза больше, чем первой, ток в обмотке фазы с равен , а в обмотках а и b .

Токи на стороне звезды соответствуют токам в обмотках одноименных фаз треугольника и превышают их с учетом (3.16) в раз:

(3.17)

П ри КЗ между фазами ab и са картина распределения токов будет аналогичной. Таким образом, при двухфазном КЗ на стороне треугольника трансформатора токи на стороне звезды появляются во всех трех фазах. В двух фазах они равны и одинаково направлены. В третьей фазе ток противоположен первым двум и равен их сумме, т.е. в 2 раза больше каждого из них.

Токораспределение на стороне треугольника при двухфазном КЗ за трансформатором с соединением обмоток ^Δ/_y (рис.3.19, б). Распределение и соотношение токов на стороне треугольника получается аналогично предыдущему случаю на стороне звезды. Анализ условий работы максимальных токовых РЗ (МТЗ), подключенных к ТТ, соединенным по разным схемам, при КЗ за трансформатором ^y/_Δ (или ^Δ/_y) показывает:

1) в схеме полной звезды (рис.3.19, б) в одной фазе появляется ток , а в двух других ; сумма токов в нулевом проводе равна нулю. Реле I, II, III действуют, но два из них имеют в 2 раза меньшую чувствительность, чем третье;

2) в схеме неполной звезды ток проходит по обеим фазам и обратному проводу, в последнем он равен геометрической сумме токов указанных фаз или току фазы, отсутствующей в схеме.

Если ТТ окажутся на фазах с меньшими первичными токами , то в таком случае условие чувствительности будет в 2 раза хуже, чем в схеме полной звезды. Для устранения этого недостатка следует использовать реле в обратном проводе, где проходит сумма токов фаз, равная току КЗ в третьей фазе:

;

3) в схеме с включением одного реле на разность токов двух фаз ток в реле в случае, показанном на рис.3.19, а, б, будет отсутствовать.