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]

6-5. Выбор трансформаторов тока

а) Исходные данные

Все трансформаторы тока выбираются, как и другие аппараты, по номинальному току и напряжению установки и проверяются на термическую и динамическую устойчивость при коротких замыканиях.

Кроме того, трансформаторы тока, используемые для включения релейной защиты, проверяются на величину погрешности, которая, как указывалось выше, не должна превышать 10% по току и 7° по углу [Л. 41]. Для проверки по этому условию в информационных материалах заводов-поставщиков трансформаторов тока и в другой справочной литературе [Л. 46, 70, 94] даются следующие специальные характеристики и параметры трансформаторов тока.

1) Кривые зависимости 1 0 % -ной кратности m от сопротивления нагрузки zH подключенной к вторичной обмотке трансформатора тока (для трансформаторов тока, выпущенных в соответствии с ГОСТ 7746-55).

Согласно указанному ГОСТу 10%-ной кратностью m называется отношение, т. е. кратность, первичного тока, проходящего через трансформатор тока , к его номинальному току, при которой токовая погрешность трансформатора тока f [см. (6-10)] составляет 10% при заданной нагрузке zH. Угловая погрешность при этом достигает 7° (рис. 6-16).

Таким образом, зная кратность первичного тока, проходящего через трансформатор тока m=I1 / I1 HOM , можно по кривым 10%-ной кратности для данного типа трансформатора тока определить допустимую нагрузку zH.ДОП. при которой погрешность трансформатора тока не будет превышать 10%.

И, наоборот, зная действительную величину нагрузки, которая подключена (или должна быть подключена) к вторичной обмотке трансформатора тока zH можно по кривым 10%-ной кратности определить допустимую кратность первичного тока mДОП., при которой токовая погрешность трансформатора тока также не будет превышать 10%. При этом допустимый первичный ток будет равен:

2) Кривые зависимости предельной кратности K10 от сопротивления нагрузки zH подключенной к вторичной обмотке (для трансформаторов тока, выпущенных в соответствии с ГОСТ 7746-68).

Согласно указанному ГОСТу предельной кратностью K10 называется наибольшее отношение, т. е. наибольшая кратность, первичного тока, проходящего через трансформатор тока, к его номинальному току I1 / I1 HOM , при которой полная погрешность трансформатора тока е по (6-12) при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%. При этом гарантируемая предельная кратность при номинальной вторичной нагрузке zH.HOM называется номинальной предельной кратностью К10 HOM Аналогично рассмотренному выше, можно, пользуясь кривыми предельной кратности, определить либо допустимую нагрузку по известной кратности первичного тока, либо допустимую кратность первичного тока по известной нагрузке, при которых полная погрешность трансформатора тока не будет превышать 10%.

3) Типовые кривые намагничивания, представляющие собой зависимость максимальных значении индукции в сердечнике трансформатора тока ВM от действующих значений напряженности магнитного поля Н; средняя длина магнитного пути; сечение сердечника; номинальное число ампер-витков.

Как известно [Л. 12], максимальное значение индукции (Т) и напряженность магнитного поля (А/см) выражаются формулами:

где Е2 — вторичная э. д. с. трансформатора тока, В; f — частота переменного тока, равная 50 Гц; — число витков вторичной обмотки; S — сечение сердечника трансформатора тока, см2; .

где IHAM— намагничивающий ток, А; l — средняя длина магнитного пути, см.

Пользуясь указанными формулами и типовыми кривыми намагничивания, можно определить величину тока намагничивания IHAM, затем определить вторичный ток трансформатора тока:

и оценить допустимость полученной погрешности трансформатора тока.

4) Действительные характеристики намагничивания (в литературе называются также вольт-амперными), представляющие собой зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока U2 от проходящего по этой обмотке тока намагничивания IHAM, т. е. U2 = f ( IHAM) (см. § 15-6).

Пользуясь действительными характеристиками намагничивания, можно также определить IHAM и I2 и оценить допустимость полученной погрешности.

Порядок расчетов с использованием рассмотренных выше специальных характеристик приводится ниже.

б) Нагрузка вторичной обмотки трансформаторов тока

Нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока складывается из последовательно включенных сопротивлений: реле, приборов, жил контрольного кабеля и переходного сопротивления в месте контактных соединений — и в общем случае равна:

Для упрощения расчетов производится арифметическое, а не геометрическое сложение полных и активных сопротивлений.

Нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока зависит также от схемы их соединения и вида короткого замыкания. Поэтому нагрузка должна определяться для наиболее загруженного трансформатора тока с учетом схемы соединения и для такого вида короткого замыкания, при котором получаются наихудшие результаты. В общем виде нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока определяется как

Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока U2 равно падению напряжения в подключенной к ней нагрузке:

где I2= I1 / n T— ток, проходящий по вторичной обмотке.

Поэтому для определения zH необходимо по формуле (6-18) вычислить U2 с учетом действительного прохождения токов во вторичных цепях при данной схеме соединения вторичных обмоток и расчетном виде к. з.

Сопротивление жил контрольных кабелей и проводов определяется по формуле

где l — длина кабеля, м; —удельная проводимость, равная 57 Ом/м для меди и 34 Ом/м для алюминия; S — сечение жилы кабеля или провода, мм2.

Сопротивление реле и прибором определяется по их известному потреблению:

где Sреле — потребление реле и приборов, В -А; Iреле — ток, при котором задано потребление, А,

Расчетные формулы для наиболее распространенных схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и при различных видах к. з. приведены в табл. 6-3.

в) Расчетный первичный ток

Расчетная проверка трансформаторов тока на допустимую погрешность производится при различных значениях первичного тока, который зависит от условий работы защиты и от величины тока к. з.

В общем виде расчетный первичный ток равен:

где I 1 MAKC— максимальный ток, проходящий через трансформатор тока при к. з. в таких точках защищаемой сети, где увеличение погрешностей трансформатора тока сверх допустимой может вызвать неправильное действие защиты;

— коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при к. з., которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе к. з.

Для практических расчетов погрешностей трансформаторов тока принимаются следующие значения максимального тока I 1 MAKC для разных типов защит [Л. 43, 94]:

а) Отсечки и максимальные токовые защиты с независимой характеристикой выдержки времени

где Iс.з. — вторичный ток срабатывания защиты; nT — коэффициент трансформации трансформатора тока; 1,1 — коэффициент, учитывающий возможное уменьшение вторичного тока на 10% из-за погрешностей трансформатора тока; — коэффициент схемы (см. § 7-3).

б) Максимальные токовые защиты с зависимой характеристикой выдержки времени

где I к.з. макс — максимальное значение тока к. з., проходящего через трансформатор тока, при к. з. в точках, в которых производится согласование данной защиты с защитами смежных участков сети.

в) Токовые направленные защиты и дистанционные направленные защиты с отдельным органом направления мо щности. Максимальный ток I 1 MAKC определяется по формуле (6-23) для двух случаев: при к. з. в начале защищаемой линии и при к. з. на шинах подстанции, от которой отходит защищаемая линия, и принимается равным большему значению тока к. з., проходящему через проверяемый трансформатор тока, в указанных случаях.

г) Дистанционные защиты. Максимальный ток I 1 MAKC определяется по формуле (6-23) при к. з. в конце первой зоны защиты. Если схема дистанционной защиты выполнена так, что при однофазных к. з. защита выводится из действия, то I 1 MAKC принимается при к. з. в начале первой зоны.

д) Дифференциальные защиты. Максимальный ток I 1 MAKC определяется по формуле (6-23) при к. з. вне зоны защиты (сквозное к. з.) в условиях, когда через трансформатор тока проходит наибольший ток.

Коэффициент учитывающий влияние переходных процессов, на основании опыта эксплуатации принимается равным [Л. 43]:

а) для всех защит, выполненных с реле, имеющими быстронасыщающиеся трансформаторы (БНТ), а также для всех защит, имеющих выдержку времени 0,5 с и больше

б) для максимальных токовых зашит и отсечек с выдержкой времени меньше 0,5 с

в) для направленных защит с выдержкой времени меньше 0,5 с

г) для дистанционных защит с выдержкой времени меньше 0,5 с

д) для дифференциальных защит без БНТ

г) Проверка трансформаторов тока по кривым 10%-ной кратности

Проверка производится в следующем порядке.

1) По формулам (6-17), (6-19), (6-20) и табл. 6-3 определяется фактическая нагрузка zH которая подключена или должна быть подключена к вторичной обмотке трансформатора тока.

2) По формулам (6-21)—(6-23) определяется расчетный первичный ток, при котором должна производиться проверка данного трансформатора тока.

3) Определяется расчетная кратность первичного тока по формуле

В этой формуле коэффициент 0,8 учитывает то, что кривые 10% -ной кратности построены по средним (типовым) характеристикам намагничивания стали, используемой для изготовления сердечников трансформаторов тока, и что отклонение действительных характеристик от типовых может достигать 20% (такое отклонение допускается ГОСТ 7746-55).

Работа трансформатора тока при 10%-ной погрешности происходит в той части характеристики намагничивания, когда сердечник уже приближается к насыщению. В этих условиях даже небольшое отклонение действительного тока от расчетного может вызвать резкое увеличение тока намагничивания и как следствие этого увеличение погрешности трансформатора тока. Поэтому, для того чтобы при расчетах по заводским кривым 10%-ной кратности не допустить значительную ошибку, рекомендуется учитывать указанный выше разброс характеристик и вводить в формулу (6-24) коэффициент 0,8.

4) По кривым 10%-ной кратности для данного типа трансформатора тока и данного коэффициента трансформации определяется по расчетной кратности mрасч допустимая нагрузка z н. доп на вторичную обмотку трансформатора тока.

5)Сравниваются фактическая и допустимая нагрузки. Если то трансформатор тока удовлетворяет требованиям 10%-ной погрешности. Если то необходимо уменьшить zH путем уменьшения количества подключаемых реле и приборов или увеличения сечения контрольного кабеля (или уменьшения его длины). Уменьшение zH может быть также достигнуто путем последовательного соединения двух вторичных обмоток трансформатора тока.

6) Если нагрузку уменьшить нельзя, то по тем же кривым 10%-ной кратности по определенной в п. 1 фактической нагрузке zH определяется допустимая кратность первичного тока mдоп. и проверяется возможность снижения расчетной кратности mрасч так, чтобы выполнялось условие

Снижение расчетной кратности может быть достигнуто путем увеличения номинального первичного тока трансформатора тока, т. е. путем перехода на трансформатор тока с большим коэффициентом трансформации.

д) Проверка трансформаторов тока по кривым предельной кратности

Проверка производится в точно таком же порядке, что и рассмотренная выше проверка по кривым 10%-ной кратности. Однако поскольку ГОСТ 7746-68 не оговаривает допустимости отклонения действительных кривых предельной кратности от приведенных в информационных материалах завода, то расчетная кратность первичного тока определяется по формуле

которая отличается от формулы (6-24) отсутствием коэффициента 0,8.

е) Проверка трансформаторов тока по типовым характеристикам намагничивания

Для расчетной проверки трансформаторов тока этим методом необходимо иметь следующие данные:

типовые характеристики намагничивания стали сердечников трансформаторов тока ВM= f (H);

число витков вторичной обмотки или номинальное число ампер-витков

сечение стали сердечника трансформатора тока S, см2;

среднюю длину магнитного пути l, см;

омическое сопротивление вторичной обмотки r2, Ом.

Все эти данные согласно ГОСТ 7746-68 должны указываться в информационных материалах заводов — поставщиков трансформаторов тока.

Проверка производится в следующем порядке:

1) По формулам (6-17), (6-19), (6-20) и табл. 6-3 определяется фактическая нагрузка, подключаемая к вторичной обмотке zH.

2) По формулам (6-21)—(6-23) определяется первичный расчетный ток I 1 расч и вторичный расчетный ток:

3) Определяется вторичная э. д. с. по формуле:

Входящее в формулу (6-27) сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока z2 не является постоянной величиной и поэтому в информационных материалах завода теперь не приводится. Для практических расчетов можно принимать следующие значения: для трансформаторов тока с кольцевым сердечником и равномерно распределенной вторичной обмоткой z2 = r2, для трансформаторов тока других исполнений приближенно z2 = 1,25 r2 [Л. 45].

4) По формуле (6-14) определяется величина индукции в сердечнике ВM при расчетных условиях. При этом если известно не то определяется количество витков вторичной обмотки как

5) По типовым характеристикам намагничивания и известной величине ВM определяется соответствующее ей значение напряженности магнитного поля Н. При этом с учетом того, что типовые характеристики намагничивания могут отличаться от действительных на 20%, типовые характеристики снижаются на эту величину. Снижение характеристик производится путем уменьшения на 20% соответственно ординат и абсцисс для нескольких точек характеристики [Л. 56].

6) Из формулы (6-15) определяется ток намагничивания

7) Определяется действительный вторичный ток и погрешность трансформатора тока, при угловой погрешности = 0 :

Если то трансформатор тока удовлетворяет 10%-ной погрешности.

Расчетная проверка трансформаторов тока по типовым характеристикам намагничивания может производиться и в другом, рассмотренном ниже порядке:

1) и 2) выполняются так же.

3) Определяется величина тока намагничивания из условия, чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 10%:

4) По формуле (6-15) определяется Н.

5) По сниженным на 20% типовым характеристикам намагничивания и известному Н определяется соответствующее значение ВM.

6) Из формулы (6-14) определяется э. д. с. Е2:

7) Определяется допустимое сопротивление вторичной цепи трансформатора тока, равное zВ.Ц. = z2 + zН.ДОП. при котором погрешность трансформатора тока не будет превышать 10%

8) Определяется допустимое сопротивление нагрузки на вторичную обмотку

Если то трансформатор тока удовлетворяет 10%-ной погрешности.

ж) Проверка трансформаторов тока по действительным характеристикам намагничивания

Проверка производится в следующем порядке:

1) По формулам (6-17), (6-19), (6-20) и табл. 6-3 определяется фактическая нагрузка zH подключенная к вторичной обмотке.

2) По формулам (6-21)—(6-23) определяется расчетный первичный ток I 1 расч. по формуле (6-26) — расчетный вторичный ток I 2 расч.

3) По формуле (6-30) определяется ток намагничивания I НАМ при определенном выше расчетном вторичном токе и погрешности трансформатора тока 10%.

4) Строится наиболее низкая характеристика намагничивания проверяемых трансформаторов тока U2 = f (I НАМ ) и по этой характеристике и полученному выше току намагничивания I НАМ определяется соответствующее ему значение напряжения U2.

5) Определяется допустимое сопротивление нагрузки zН.ДОП. при котором погрешность трансформаторов тока не будет превышать 10% по величине и 7° по углу, по формуле:

Формула (6-31) выводится на основании следующих соотношений. Из выражения (6-8) следует, что когда при расчетных условиях трансформатор тока работает с погрешностью 10%, т. е. когда его ток намагничивания составляет Iнам = 0,1 I 1 расч. то действительный вторичный ток равен:

С другой стороны, э. д. с. E2, определенная по характеристике намагничивания при том же токе намагничивания IHAM равна:

Приравнивая правые части уравнений (6-32) и (6-33), получаем:

Таким образом, для того чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала допустимых 10%, нагрузка на его вторичную обмотку не должна превышать zн.доп, определенного по формуле (6-31). Пользуясь этой же методикой, можно произвести обратную проверку, т. е. по известной нагрузке zH определить погрешность трансформаторов тока. Ниже рассмотрен пример такой проверки.

Пусть требуется определить погрешности трансформаторов тока типа ТПФ-1/3, 200/5 при одинаковой нагрузке па его вторичные обмотки z1 = 1 Ом. Сопротивление вторичных обмоток z2 = 0,3 Ом для обмотки класса 1 и z2 = 0,4 Ом для обмотки класса 3. Расчетный первичный ток I 1 расч. = 2 000 А.

1) Определяется расчетный вторичный ток

2) Строятся характеристики намагничивания обоих сердечников трансформаторов тока (рис. 6-17).

3) Определяются э. д. с. вторичных обмоток по формуле:

Для сердечника класса 1 Е2 = 50 (0,3 + 1) = 65 В.

Для сердечника класса 3 Е2 = 50 (0,4 + I) = 70 В.

4) Принимая из-за их незначительного различия, по характеристикам намагничивания, приведенным на рис. 6-17, определяются токи намагничивания.

Для сердечника класса 1 ток намагничивания при напряжении 65 В составляет IНАМ= 1,1 А.

Таким образом, во вторичной обмотке будет проходить ток не 50 А, а 50— 1,1 = 48,9 А. Следовательно, погрешность этого сердечника равна:

что не превышает допустимых 10%.

Расчетная э. д. с. сердечника класса 3 составляет 70 В. Однако из характеристики намагничивания этого сердечника видно, что начиная с тока намагничивания, равного примерно 5,5 А, происходит его насыщение, вследствие чего напряжение на вторичной обмотке остается неизменным и равным примерно 51 В. Поэтому наибольший действительный вторичный ток, который может проходить по вторичной обмотке и подключенной к ней нагрузке 1 Ом, составляет:

з) Проверка возможности использования трансформаторов тока при погрешности более 10%

В ряде случаев в схемах максимальных токовых защит и токовых отсечек могут быть использованы трансформаторы тока, работающие с погрешностью более 10%. Использование таких трансформаторов тока возможно, если величина действительного вторичного тока, который они дают при к. з. в зоне действия защиты, достаточна для ее надежного действия.

Проверка производится по действительным характеристикам намагничивания в следующем порядке.

1) Строится характеристика намагничивания U2 = f (IНАМ). Затем по формуле Е2 = U2— IНАМ z2 определяется э. д. с. трансформатора тока для нескольких произвольно выбранных значений IНАМ и на том же графике строится характеристика E2 = f (IНАМ).

2) По формулам (6-17), (6-19), (6-20) и табл. 6-3 определяется фактическая нагрузка zH, подключенная к вторичной обмотке.

3) Определяется э. д. с. трансформатора тока при прохождении по его первичной обмотке тока к. з., при котором должно быть обеспечено надежное действие защиты

4. По характеристике E2 = f (IНАМ) и определенному выше значению э. д. с. определяется соответствующее ей значение тока намагничивания IНАМ.

5) Определяется действительный вторичный ток

6) Определяется коэффициент чувствительности защиты

где ICP. — вторичный ток срабатывания реле защиты. Для надежного действия защиты необходимо, чтобы

и) Проверка отсутствия вибрации токовых реле при больших погрешностях трансформаторов тока

При работе трансформаторов тока с большими погрешностями происходит искажение формы кривой вторичного тока, вследствие чего при определенных условиях может возникнуть неустранимая вибрация электромагнитных токовых реле. При вибрации подвижной системы реле не происходит замыкания его контактов и защита отказывает в действии. Поэтому при работе трансформаторов тока с погрешностью более 10% необходимо производить дополнительную проверку.

Опытом эксплуатации и специальными испытаниями установлено, что неустранимая вибрация наступает при следующих условиях: у реле типа ЭТ-520 при погрешности трансформаторов тока 35% и больше при кратности тока в реле относительно тока срабатывания 3,5 и более; у реле тина РТ-40 при погрешности 40% и больше при кратности 4 и более.

Таким образом, для проверки пригодности трансформаторов тока необходимо определить действительную кратность тока в реле относительно тока срабатывания при работе трансформаторов тока с погрешностью 35 или 40% соответственно.

Кратность тока в реле определяется по формулам:

где — расчетный вторичный ток в реле защиты; 0,65 и 0,6 — коэффициенты, учитывающие уменьшение действительного вторичного тока в реле при погрешности трансформаторов тока 35 и 40% соответственно; kcx — коэффициент схемы (см. § 7-3).

При для реле ЭТ-520 или для реле PT-40 вибрация не возникает и реле работают надежно.

Если же для реле ЭТ-520 или для реле РТ-40, то необходимо определить нагрузку zH на вторичную обмотку трансформаторов тока, при которой его погрешность не будет превышать 35 или 40% соответственно для разных реле.

Расчет производится по действительным характеристикам намагничивания в следующем порядке:

1) Строится наиболее низкая характеристика U 2 = f (IНАМ) и аналогично п. 3. характеристика E2 = f (IНАМ).

2) Определяется ток намагничивания при погрешности трансформатора тока соответственно 35 или 40%:

для реле ЭТ-520 IНАМ = 0,35 I 2 расч; для реле РТ-40 IНАМ = 0,4 I 2 расч;.

3) По характеристике E2 = f (IНАМ) и полученным значениям IНАМ определяются соответствующие значения э. д. с. Е2.

4) Определяется допустимое сопротивление нагрузки по формулам:

8 Июнь, 2009              75171              ]]>Печать]]>
9 / 37 ( Хорошо )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы