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: 207; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!