ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

6-4. Трансформаторы тока

а) Устройство и принцип действия

Принципиальным отличием трансформатора тока от трансформатора напряжения является то, что его первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока и, следовательно, через нее проходит весь ток нагрузки или короткого замыкания. Этот ток является для трансформатора тока принужденным и проходит по его первичной обмотке независимо от состояния вторичной обмотки, т. е. от того, замкнута ли она на нагрузку, закорочена или разомкнута [Л. 43, 45, 47, 48, 56, 94].

Устройство и схема включения трансформатора тока показаны на рис. 6-11. Так же как и трансформатор напряжения, трансформатор тока состоит из стального сердечника С и двух обмоток: первичной и вторичной Часто трансформаторы тока изготавливаются с двумя и более сердечниками. В этих конструкциях первичная обмотка является общей для всех сердечников (рис. 6-11, 6). Первичная обмотка, выполняемая толстым проводом, имеет несколько витков и включается последовательно в цепь того элемента, в котором производится измерение тока или осуществляется защита. К вторичной обмотке, имеющей большое число витков, подключаются последовательно соединенные реле и приборы.

Ток, проходящий по первичной обмотке трансформатора тока, называется первичным и обозначается I1 а ток во вторичной обмотке называется вторичным и обозначается I2.

Ток I1 создает в сердечнике трансформатора тока магнитный поток Ф1 который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней вторичный ток I2, который также создает в сердечнике магнитный поток Ф2 но направленный противоположно магнитному потоку Ф1. Результирующий магнитный поток в сердечнике равен разности

Величина магнитного потока зависит не только от величины создающего его тока, но и от количества витков обмотки, по которой этот ток проходит. Произведение тока на число витков называется намагничивающей силой и выражается в ампер-витках (Ав). Поэтому выражение (6-3) можно заменить выражением

где I0 — ток намагничивания, являющийся частью первичного тока, обеспечивающий результирующий магнитный поток в сердечнике (в дальнейшем обозначается Iнам.);

, — число витков первичной и вторичной обмоток.

Разделив все члены выражения (6-4 б) на , получим:

Отношение витков называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Поскольку при величинах первичного тока, близких к номинальному значению, ток намагничивания не превышает 0,5—3% номинального тока, то в этих условиях можно с некоторым приближением считать Iнам= 0. Тогда из выражения (6-5) следует:

Согласно действующему стандарту [Л. 46] отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току называется номинальным коэффициентом трансформации. Номинальные коэффициенты трансформации указываются на щитках трансформаторов тока, а также на схемах в виде дроби, в числителе которой — номинальный первичный ток, а в знаменателе — номинальный вторичный ток, например: 600/5 или 1 000/1.

Все пересчеты с первичного тока на вторичный и со вторичного на первичный производятся по этим номинальным коэффициентам трансформации по формулам:

Для правильного соединения трансформаторов тока между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков выводы обмоток трансформаторов тока обозначаются (маркируются) заводами следующим образом: начало первичной обмотки—Л1 начало вторичной обмотки — u1; конец первичной обмотки — Л2, конец вторичной обмотки — u2.

При монтаже трансформаторов тока они обычно располагаются так, чтобы начала первичных обмоток Л1 были обращены в сторону шин, а концы Л2 — в сторону защищаемого оборудования.

При маркировке обмоток трансформаторов тока за начало вторичной обмотки н принимается тот ее вывод, из которого ток выходит, если в этот момент в первичной обмотке ток проходит от начала Н к концу К, как показано на рис. 6-12. При маркировке и включении реле по этому правилу ток в реле, как показано на рис. 6-12, при включении его через трансформатор тока сохраняет то же направление, что и при включении непосредственно в первичную цепь.

б) Погрешности трансформаторов тока

Коэффициент трансформации трансформаторов тока так же, как у трансформаторов напряжения, не является строго постоянной величиной и может из-за погрешностей отличаться от номинального значения. Величина погрешностей трансформатора тока зависит главным образом от кратности первичного тока по отношению к номинальному току первичной обмотки и от нагрузки, подключенной к вторичной

обмотке. Классификация трансформаторов тока по допустимым погрешностям приведена в табл. 6-2.

Допустимые погрешности, приведенные в табл. 6-2, соответствуют нагрузкам вторичной обмотки, не превышающим номинальной, и при вторичном токе, не превышающем 120% номинального. При увеличении нагрузки или тока выше указанных значений погрешность возрастает и трансформатор тока переходит в другой класс точности.

Требования к работе трансформаторов тока, питающих защиту, существенно отличаются от требований к трансформаторам тока, питающим измерительные приборы. Если трансформаторы тока, питающие измерительные приборы, должны работать точно в пределах своего класса при токах нагрузки, близких к их номинальному току, то трансформаторы тока, питающие релейную защиту, должны работать с достаточной точностью при прохождении токов к. з., значительно превышающих номинальный ток трансформаторов тока.

Правила устройств электроустановок [Л. 41] требуют, чтобы трансформаторы тока, предназначенные для питания релейной защиты, имели погрешность, как правило, не более 10%. Большая погрешность допускается в отдельных случаях, когда это не приводит к неправильным действиям релейной защиты.

Погрешности возникают вследствие того, что действительный процесс трансформации в трансформаторе тока происходит с затратой мощности, которая расходуется на создание в сердечнике магнитного потока, перемагничивание стали сердечника (гистерезис), потери от вихревых токов, нагрев обмоток. Указанные потери мощности вносят искажения в полученные выше соотношения между первичным и вторичным токами (6-7).

Процесс трансформации тока из первичной обмотки во вторичную хорошо иллюстрируется так называемой схемой замещения трансформатора тока, приведенной на рис. 6-13. На этой схеме z1 и z2 — сопротивления первичной и вторичной обмоток, а zнам. — сопротивление ветви намагничивания, которое характеризует указанные выше потери мощности.

Из схемы замещения видно, что первичный ток I1 входящий в начало первичной обмотки Н, проходит по ее сопротивлению z1 и в точке а разветвляется по двум параллельным ветвям.

Основная часть тока, являющаяся вторичным током I2, замыкается через сопротивление вторичной обмотки z2 и сопротивление нагрузки zH, состоящее из сопротивлений реле, приборов и соединительных проводов. Другая часть первичного тока Iнам. замыкается через сопротивление ветви намагничивания и, следовательно, в реле, подключенное к вторичной обмотке трансформатора тока, не попадает. Поскольку из всех затрат мощности наибольшая часть приходится на создание магнитного потока в сердечнике, то ветвь между точками а и б схемы замещения трансформатора тока называется ветвью намагничивания и весь ток Iнам. , проходящий по этой ветви, — током намагничивания.

Таким образом, схема замещения показывает, что во вторичную обмотку трансформатора тока поступает не весь трансформированный ток, равный I1 / nT , а его часть и что, следовательно, процесс трансформации происходит c погрешностями.

На рис. 6-14 приведена упрощенная векторная диаграмма трансформатора тока, из которой видно, что вектор вторичного тока I2 меньше первичного тока, деленного на коэффициент трансформации I1 / nT, на величину и сдвинут относительно него на угол

Таким образом, соотношение первичного и вторичного токов для действительных условий имеет вид:

(точки над обозначениями токов указывают на то, что вычитание должно производиться век-торно в соответствие с правилами, изложенными в гл. 1).

Различают следующие виды погрешностей трансформаторов тока.

Токовая погрешность, или погрешность в коэффициенте трансформации, определяется как арифметическая разность между первичным током, поделенным на номинальный коэффициент трансформации I1/nT и измеренным (действительным) вторичным током I 2 (отрезок на диаграмме рис. 6-14):

Угловая погрешность определяется как угол сдвига вторичного тока I2 относительно первичного тока I1 (см. рис. 6-14) и считается положительной, когда I2 опережает I1 .

Относительный ток намагничивания определяется как выраженное в процентах отношение численного значения вторичного тока намагничивания Iнам к первичному току I1/nT:

где есть численное значение вектора

тока намагничивания (Iнам. на векторной диаграмме рис. 6-14). Относительный ток намагничивания характеризует общую погрешность трансформатора тока как по току, так и по углу.

Полная погрешность определяется как выраженное в процентах отношение действующего значения разности между мгновенными значениями первичного и вторичного токов к действующему значению первичного тока:

При синусоидальных первичном и вторичном токах:

Из рассмотренного следует, что причиной возникновения погрешностей у трансформаторов тока является прохождение тока намагничивания, т. е. того самого тока, который создает в сердечнике трансформатора тока рабочий магнитный поток, обеспечивающий трансформацию первичного тока во вторичную обмотку. Чем меньше ток намагничивания, тем меньше погрешности трансформатора тока.

Как видно из схемы замещения (рис. 6-13), величина тока намагничивания зависит от э. д. с. Е2 и сопротивления ветви намагничивания zнам, т. е.

Электродвижущая сила E2 может быть определена, как падение напряжения от тока I2 в сопротивлении вторичной обмотки z2 и сопротивлении нагрузки zH, т. е.

Так как величина вторичного тока I2 зависит от величины первичного тока I1, то Е2, а следовательно, и ток намагничивания Iнам. возрастают при увеличении тока I1 или увеличении сопротивления нагрузки zH , подключенной ко вторичной обмотке.

Сопротивление ветви намагничивания zнам зависит от конструкции трансформаторов тока и качества стали, из которой выполнен сердечник. Это сопротивление не является постоянной величиной, а зависит от характеристики намагничивания стали. При насыщении стали сердечника трансформатора тока zнам резко уменьшается, что приводит к возрастанию Iнам и как следствие этого к возрастанию погрешностей трансформатора тока.

Таким образом, условиями, определяющими величины погрешностей трансформаторов тока, являются: отношение, т. е. кратность, первичного тока, проходящего через трансформатор тока, к его номинальному току и величина нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке. Выбор трансформаторов тока по этим условиям рассмотрен в § 6-5.

в) Схемы соединения трансформаторов тока

Для подключения реле и измерительных приборов вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 6-15.

На рис. 6-15, а дана основная схема соединения в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных к. з.

На рис. 6-15, б дана схема соединения в неполную звезду, используемая главным образом для включения защиты от междуфазных к. з. в сетях с изолированными нулевыми точками.

На рис. 6-15,в дана схема соединения в треугольник, используемая для получения разности фазных токов (например, для включения дифференциальной защиты трансформаторов).

На рис. 6-15, г дана схема соединения на разность токов двух фаз. Эта схема используется для включения защиты от междуфазных к. з., так же как схема на рис. 6-15, б.

На рис. 6-15, д дана схема соединения на сумму токов всех трех фаз, используемая для включения защиты от однофазных к. з. и замыканий на землю. Как известно, сумма токов симметричной трехфазной нагрузки, а также токов симметричного трехфазного и двухфазного к. з. равна нулю. Поэтому в указанных случаях ток в реле, подключенном к этой схеме, также равен нулю. При однофазных к. з. и замыканиях на землю ток проходит только по одной поврежденной фазе, поэтому сумма фазных токов не будет равна нулю и в реле будет проходить ток повреждения.

Практически из-за того, что трансформаторы тока имеют неодинаковые погрешности, в реле и при симметричных токах в фазах проходит небольшой ток, называемый током небаланса. Рассмотренная схема называется также схемой фильтра нулевой последовательности.

На рис. 6-15, e дана схема последовательного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе.

При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т. е. на каждый уменьшается в 2 раза. Происходит это потому, что ток в цепи, равный I2 = I1/nT, остается неизменным, а напряжение, приходящееся па каждый трансформатор тока, составляет I2zH / 2. Рассмотренная схема применяется при использовании маломощных трансформаторов тока, например, встроенных в вводы выключателей.

На рис. 6-15, ж дана схема параллельного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе. Схема имеет особенность, которая состоит в том, что ее коэффициент трансформации в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного трансформатора тока. Происходит это от того, что ток в реле равен сумме вторичных токов трансформаторов тока, т. е. в 2 раза больше каждого. Поэтому если коэффициент трансформации каждого трансформатора тока равен nT =I1/ I2, то коэффициент трансформации схемы равен nCX =I1 / 2 I2, т. е. в 2 раза меньше.

Это свойство используется для повышения мощности встроенных трансформаторов тока тина ТВ-35 с малыми коэффициентами трансформации: 50/5, 75/5. Дело в том, что вторичная обмотка трансформатора тока ТВ-35 с коэффициентом трансформации, например, 50/5 = 10 должна иметь всего 10 витков, так как токоведущий стержень ввода представляет собой одновитковую первичную обмотку. При таком малом числе витков трансформатор тока имел бы весьма малую мощность. Для повышения мощности эти трансформаторы тока выполняются с коэффициентом трансформации не 50/5, а 50/2,5 — 20 и имеют поэтому 20 витков вторичной обмотки. Благодаря удвоенному количеству витков мощность трансформатора тока возрастает, но для получения стандартного коэффициента трансформации 50/5 вторичные обмотки двух трансформаторов тока одной фазы 50/2,5 соединяются параллельно.

Кроме того, схема параллельного соединения используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации. Например, для получения коэффициента трансформации 37,5/5 соединяют параллельно два стандартных трансформатора тока с коэффициентом трансформации 75/5.

8 Июнь, 2009              65783              ]]>Печать]]>
11 / 51 ( Отлично )

Последние комментарии : 1

Григорий Фурлетов             Добавлен: 23 Январь, 2013 16:19       Ответить

Интересная статья. Наконец-то я разобрался с ТТ. Вот только картинки почетче хотелось бы увидеть.

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы