Д) Общая оценка реле на сравнении фаз
Из принципа действия рассмотренных реле следует, что они срабатывают в течение первого полупериода тока к. з. В результате этого реле, работающие на сравнении фаз, отличаются большим быстродействием. Это порождает и недостаток. Работа таких быстродействующих реле может искажаться влиянием апериодической слагающей тока к. з., возникающей в переходных режимах, и гармонических составляющих в напряжениях U 1 и UII . Отстройка от помех является важной проблемой при конструировании реле, работающих на сравнении фаз.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И ИХ ПОГРЕШНОСТИ
Трансформаторы тока являются очень важным элементом релейной защиты. Они питают цепи защиты током сети и выполняют роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты. От точности этой информации зависит надежная и правильная работа релейной защиты. Поэтому основным требованием к трансформаторам тока является точность трансформации с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Принцип устройства трансформатора тока [Л. 19, 20, 89], схема его замещения и векторная диаграмма приведены на рис. 3-1. Напомним некоторые положения о работе трансформаторов тока и рассмотрим причины, вызывающие их погрешность.
Принцип действия. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь контролируемого тока I 1 (рис. 3-1, а). Вторичная обмотка замыкается на сопротивление нагрузки z Н, состоящее из последовательно включенных реле и различных приборов.
|
|
Ток I 1, проходящий по виткам первичной обмотки w 1 , и ток I 2, индуктированный во вторичной обмотке w 2 , создают намагничивающие силы (н. с), которые вызывают магнитные потоки Ф1 и Ф2, замыкающиеся по стальному магнитопроводу 1. Намагничивающие силы и создаваемые ими магнитные потоки геометрически складываются, образуя результирующую н. с. I нам w 1 и результирующий магнитный поток трансформатора Фт:
Поток Фт, называемый рабочим или основным, пронизывает обе обмотки и наводит во вторичной обмотке э. д.с. Е2, которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки ток I 2. Поток Фт создается н. с. . I нам w 1 следовательно, током I нам. Последний
* Под номинальным коэффициентом трансформации подразумевается отношение номинального первичного тока трансформатора тока ко вторичному n Т = I 1ном / I 2ном. В заводских материалах дается номинальный коэффициент трансформации, а не витковый. При /Нам = 0 nТ=nB, поскольку согласно (3-2) 11/1г = w 2 1 w 1 = nB
Выражение (3-2) показывает, что при отсутствии намагничивающего тока вторичный ток III (расчетный ток) равен первичному току I 1, поделенному на коэффициент трансформации пв и сдвинут относительно первичного тока по фазе на 180°. В этом случае первичный ток полностью трансформируется во вторичную обмотку w 2 и трансформатор тока работает идеально без погрешностей и потерь.
|
|
Причины погрешности. В действительности ток намагничивания I нам не может быть равен нулю, так как он создает рабочий магнитный ноток Фт, который осуществляет трансформацию первичного тока во вторичную обмотку. При отсутствии тока I нам , а следовательно, и потока Фт трансформация невозможна, так как во вторичной обмотке не будет наводиться э. д. с. Е2 и ток I 2 будет равен нулю. С учетом этого ток I нам ≠ 0 и тогда вторичный ток I2 из уравнения (3-1) получается равным:
Таким образом, причиной, вызывающей погрешность в работе трансформаторов тока, является ток намагничивания.
Векторная диаграмма и виды погрешностей трансформаторов тока. Искажающее влияние тока намагничивания показано на векторной диаграмме рис. 3-1, в, в основу которой положена схема замещения (рис. 3-1, б). В схеме замещения магнитная связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора тока заменена электрической, а все величины первичной стороны приведены к виткам вторичной обмотки.
|
|
В выражениях (3-5) и (3-5а) коэффициент трансформации пТ принимается равным номинальному коэффициенту трансформации. Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I 2 опережает I 1 как показано на рис. 3-1, в. Относительные погрешности ε, Δ I и δ увеличиваются с увеличением тока намагничивания I нам.
Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия устройств релейной защиты. Поэтому уменьшение погрешности трансформаторов тока является очень важной задачей, она сводится к уменьшению тока намагничивания трансфор маторов тока 1.
3-2. ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УМЕНЬШЕНИЕ НАМАГНИЧИ ВАЮЩЕГО ТОКА
Ток намагничивания (рис. 3-1, в) состоит из составляющей I ´ a .нам, обусловленной активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока, и составляющей I ´р.нам создающей магнитный поток Фт, который индуктирует во вторичной обмотке э. д. с. Е2. Ток I ´р.нам » I ´ a .нам.
Для уменьшения I ´ a .нам магнитопровод трансформатора тока выполняется из шихтованной стали, имеющей небольшие активные потери.
|
|
Для уменьшения второй составляющей I р.нам нужно уменьшать поток ФТ, связанный с I р.нам известным соотношением
1 Следует отметить, что на практике значение тока I2 подсчитывается без учета погрешностей по выражению (3-2), согласно которому I2 = I1/nТ. Эго допустимо при малых значениях Iнам. Например, при токах I1, близких к номинальному, когда Iнам составляет 0,5—3% расчетного тока I2. При больших кратностях первичного тока и особенно при насыщении магнитопровода Iнам возрастает и расчет I2 необходимо вести с учетом погрешностей по выражению (3-3).
где R м — магнитное сопротивление стального сердечника 1 трансформатора тока.
Графически эта зависимость представляется характеристикой намагничивания, изображенной па рис. 3-2.
В начальной части характеристики ток намагничивания почти пропорционален ФТ. При некотором значении потока ФТ = Ф'Т происходит насыщение магнитопровода,
вследствие чего ток намагничивания возрастает значительно быстрее, чем поток Фт, что вызывает резкое увеличение погрешностей. Следовательно, для ограничения по грешностей нужно ограничивать ве личину магнитного потока ФТ или магнитной индукции ВТ = Фт/Q, не допуская насыщения магнитопровода.
Из принципа работы трансформатора тока вытекает, что поток Фт должен иметь такую величину, при которой наведенная им вторичная э. д. с. Е2 была бы достаточной для компенсации падения напряжения в цепи вторичной обмотки. Как известно, поток Фт связан с наведенной им э. д. с. Е2 выражением
Поскольку вторичный ток I 2 = I 1 / nT , то с увеличением I 1 и z Н э. д. с. Ег растет, а следовательно, растет магнитный поток Фт и намагничивающей ток I нам .
Таким образом, для уменьшения Фт (а следовательно, и I нам) нужно уменьшать Е2, стремясь к тому, чтобы при максимальных значениях тока к. з. возникающий в трансформаторе поток Фт не насыщал магнитопровод. Уменьшение Е2 достигается уменьше нием z Н и уменьшением вторичного тока I 2 путем повышения коэффициента трансформации трансформатора тока пТ, или иначе говоря, путем снижения кратности максимального первичного тока I 1 макс , проходящего через трансформатор тока по отношению к его номинальному току I 1ном:
Существенное влияние на величину намагничивающего тока оказывают конструктивные параметры.
Как вытекает из выражения (3-6), для уменьшения Ip .нам необходимо уменьшать магнитное сопротивление R м и увеличивать число витков первичной обмотки w 1 . Для уменьшения R м = l /μ Q нужно увеличивать сечение стали магнитопровода Q, сокращать путь l , по которому замыкается поток Фт, и применять сталь с высокой магнитной проницаемостью μ, добиваясь увеличения прямолинейной части характеристики намагничивания трансформатора тока и ее крутизны.
В качестве дополнительной меры по повышению точности трансформаторов тока заводы-изготовители применяют компенсацию I нам уменьшением числа витков w 2 вторичной обмотки против расчетного значения w 2 = w 1 n 1 . В результате этой коррекции вторичный ток I 2 увеличивается на 1—3%, компенсируя, таким образом, его уменьшение на 1—3% за счет I нам. Такой способ дает результат при малых значениях I нам, т.е. при токах, близких к номинальному. Следует заметить, что при коррекции витков витковый коэффициент трансформации становится меньше номинального: пв < пТ.
Таким образом, для уменьшения погрешностей трансформатор тока должен иметь минимальную величину I нам и работать в пря молинейной части своей характеристики намагничивания. Это условие обеспечивается: а) конструктивными параметрами магнитопровода; б) правильным выбором нагрузки вторичной обмотки z Н и в) снижением величины вторичного тока за счет уменьшения кратности первичного тока К1макс, что достигается выбором соответствующего коэффициента трансформации пТ. В процессе проектирования и эксплуатации электрических установок ограничение погрешностей трансформаторов тока возможно только за счет уменьшения кратности первичного тока К1макс и нагрузки вторичной обмотки zH.
Погрешности трансформаторов тока резко возрастают в первый момент к. з., когда в первичном токе имеется апериодическая составляющая (см. § 10-3); это необходимо учитывать при расчете быстродействующих защит.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 276; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!