Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки

27 июл. 2009 г. | 27.7.09

С учетом тока нагрузки защищаемого элемента, его рабочего напряжения и вида РЗ выбирают тип ТТ и его номинальный коэффициент трансформации, после чего проводят проверку на термическую и динамическую стойкость. Выбранные таким образом ТТ проверяют на точность и надежность работы питающейся от них РЗ, исходя из следующих требований ПУЭ:
1) обеспечения точности работы измерительных органов РЗ при КЗ в расчетных точках электрической сети, выбираемых в зависимости от типа РЗ, при этом полная погрешность ТТ ε не должна превышать 10%;
2) предотвращения отказа срабатывания РЗ при наибольших значениях тока КЗ в начале участка, защищаемого РЗ, вследствие чрезмерного увеличения погрешности ТТ и искажения формы кривой вторичного тока, могущей вызвать вибрацию контактов у электромеханических реле, снижение чувствительности и быстродействия у полупроводниковых реле под влиянием высших гармоник;
3) ограничения напряжения во вторичных цепях ТТ и РЗ до допустимых значений при Iк max.
Для выполнения первого требования, как правило, выбирается ТТ класса Р с коэффициентом трансформации, обеспечивающим необходимую кратность тока при КЗ в требуемой для рассматриваемой РЗ точке сети. Для выбора допустимой нагрузки при заданной кратности Красч = Iк.paсч/I1 TT и полной погрешности ТТ ε ≤ 10% используются кривые предельной кратности, построенные по заводским данным, или характеристики намагничивания, снятые при разомкнутой первичной обмотке – вольт-амперные характеристики U2 =f(Iнам).

Выбор zh по кривым предельной кратности К10 = f(Zн).
Этот метод является самым простым и им следует пользоваться как основным методом расчета требуемой точности работы ТТ класса Р:
а) рассчитывают значение максимального первичного тока КЗ I1 расч max, при котором для рассматриваемой РЗ погрешность ε не должна превышать 10%;
б) вычисляют максимальную кратность найденного первичного тока I1 расч max по формуле

K расч max= I1 расч max / I1 ном.тт

в) по заводской характеристике K10 = f(Z) для данного типа ТТ и принятого коэффициента трансформации КI определяют Zн.доп для Красч тах;
г) определяют действительное сопротивление нагрузки Zн с учетом сопротивления проводов и реле и проверяют выполнение условия Zн ≤ Zн.доп. Если окажется, что Zн > Zн.доп, то необходимо или увеличить коэффициент трансформации КI ТТ, или выбрать ТТ, у которого при Красч тах допускается большее значение Zн.доп, или уменьшить Zн (за счет увеличения сечения жил соединительного кабеля или сокращения его трассы), либо принять ТТ с вторичным номинальным током 1 А.

Выбор Zн по вольт-амперным характеристикам ТТ U2 = f(I2нам).
При отсутствии сведений о погрешности ТТ его пригодность для данной РЗ и допустимую нагрузку вторичной цепи Zн можно приближенно оценить по характеристике зависимости вторичного тока намагничивания I2нам от вторичного напряжения U2. Характеристику снимают опытным путем по схеме, приведенной на рис.1, а. Меняя напряжение U2 на зажимах вторичной обмотки, измеряют соответствующий каждому значению U2 ток Iнам во вторичной обмотке, который является Iнам, поскольку первичная обмотка разомкнута. На основании полученных данных строится зависимость U2 = f(I2нам) (рис.1, б).
Вследствие малого значения сопротивления вторичной обмотки Z2 принимается, что U2 ≈ E2, и тогда полученная характеристика может рассматриваться как зависимость Е2 = f(I2нам).
На основании этой характеристики можно определить значения Е2 и I2нам, при которых наступает насыщение (по точке Н – конец прямолинейной части), и, пользуясь формулой Е2= I2( Z2+ Zн), вычислить допустимую нагрузку Zн.доп при заданном токе КЗ I2 = I1/KI. Погрешность ε = I2HAM Н/I2%. Этот метод может применяться для проверки погрешности ТТ, имеющих малое сопротивление R2 по сравнению с Zн.
Для выполнения второго условия используется зависимость параметра А от токовой погрешности ТТ А = f(fi). Начнем с рассмотрения поведения ТТ при кратностях первичного тока в насыщенной части характеристики намагничивания.

Работа ТТ в режиме глубокого насыщения.
При КЗ в начале защищаемой зоны РЗ кратность первичных токов, проходящих через ТТ защищаемых элементов, может оказаться очень большой. В этих условиях ТТ могут работать в режиме глубокого насыщения, который характеризуется двумя особенностями: резким увеличением тока намагничивания ТТ с соответствующим ростом погрешностей (ε и fi) до 20% и более и значительным искажением формы кривой вторичного тока I2, в составе которого наряду с основной появляются и высшие гармоники. При этом как электромеханические, так и статические ИО, реагирующие на ток, могут отказать в работе: первые – из-за вибрации контактов, вторые – из-за изменения характеристик срабатывания реле. Чем больше значение погрешности ТТ (ε и fi), тем больше искажается форма кривых токов I2 и Iнам. Проверка надежности действия ИО при глубоком насыщении ТТ сводится к определению значения токовой погрешности при максимальной кратности тока КЗ Кmах = Iк тах/Iном ТТ в случае повреждения в начале защищаемого участка. Это значение fi не должно превосходить предельно допустимого, при котором еще обеспечивается правильная работа рассматриваемого ИО.
Расчет погрешностей ТТ, работающих в режиме насыщения, методом эквивалентных синусоид, при резком искажении синусоид токов I2 и Iнам, лает преувеличенные значения погрешности fi, а значение допустимой нагрузки получается меньше реального значения.
Более точным и простым способом расчета погрешностей насыщенного ТТ является способ, основанный на замене (аппроксимации) действительной характеристики намагничивания (рис.2, а) прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН). При мгновенных значениях индукции Bt < Bs, при которой наступает глубокое насыщение магнитопровода, характеристика намагничивания представляется в виде вертикальной прямой (рис.2, а). При этом Iнам = 0 и I2 = I’1 – работа ТТ считается идеальной.
При Bt > Bs магнитопровод ТТ насыщается, и дальнейшее изменение Bt прекращается независимо от значения Iнам. Характеристика намагничивания насыщенного ТТ изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс, мало отличаясь от действительной характеристики намагничивания на ее участке за точкой перегиба (точка H) (рис.1). Схема замещения, характеризующая работу ТТ с ПХН, показана на рис.2, б. Ветвь намагничивания, соответствующая вертикальной прямой ПХН, должна иметь бесконечно большое сопротивление Хнам = ∞, поскольку Iнам = 0, а при работе на горизонтальном участке ПХН Хнам скачкообразно уменьшается до нуля. При этом е2 = 0, I'нам = I'1. Поэтому ветвь намагничивания в схеме замещения заменяется рубильником S (рис.2, б). При работе ТТ в вертикальной части характеристики рубильник разомкнут (Iнам = 0), а в горизонтальной – замкнут (Хнам= 0).
Кривые мгновенных значений (i1, i2, iнам), напряжения (u2) и магнитной индукции (В) приведены на рис.3. Первичный ток i1 определяется параметрами сети и имеет форму синусоиды. Вторичный ток i2 на участках А совпадает с i1 пока Bt меньше Bs. B момент времени t1 индукция Bt достигает значения Bs (насыщения), рубильник S в схеме замещения (рис.2, б) замыкается, i2→ 0. Ток i2 затухает по экспоненциальному закону с постоянной времени вторичной цепи τ = L2/R2. В момент времени t2 (когда Bt < Bs) магнитопровод ненасыщен, и ток i2 снова равен i'1. В следующем полупериоде процесс повторяется. Методика на основе ПХН позволяет определить формы кривых I2 и Iнам и найти значение I1 при котором наступает насыщение (момент t1) и значение Iнам при заданном значении I1max.
Для упрощения расчета погрешностей ТТ вводится коэффициент А, являющийся обобщенным параметром, определяющим при ε = 10% = const и соs φ = 0,8 значение токовой погрешности. Зависимость fi, = F(A) приведена на рис.4. Она построена с использованием обобщенных характеристик fi = F'(Ilуд), полученных экспериментально на модели ТТ с магнитопроводом из одинакового сорта стали, с одинаковыми удельными параметрами. Поэтому. характеристика, приведенная на рис.4, справедлива для всех типов однокаскадных ТТ отечественного производства. Коэффициент А выражается в виде отношения максимального первичного тока I1max, для которого ищется значение fi, к первичному току Iрасч 10, определенному по кривым предельной кратности для заданной нагрузки Zн, при ε = 10%, cos φ = 0,8; А = I1max/ I1расч 10, или в виде отношения кратностей этих токов: А = К1mах/К1расч 10.
Пользуясь зависимостью fi, = F(A), можно по заданному значению К1mах находить значение fi, или по заданному fi, определять значение К1mах. В обоих случаях для определения значения Красч10 необходимо иметь кривые предельной кратности К10 = f(Zн.доп). Для реле разных типов допустимы разные значения fi доп при работе ТТ в условиях глубокого насыщения: 50% – для РТ-40, РТ-80 и РТ-90, направленных PC (индукционные и полупроводниковые с нуль-индикатором на магнитоэлектрическом реле); 40% – для РТ-40 (выпуск до 1969 г.) и РБМ с жесткими упорами и т.д.
При известном fi доп для конкретных реле и устройств РЗ из рис.4 определяется А и вычисляется отношение Кmах/А. Если Кmах/А > Красч, то в качестве расчетной кратности принимается Красч = Кmах/А.
Если Кmах/А < Красч, то в качестве расчетной сохраняется кратность Красч.


рис.1


рис.2


рис.3


рис.4


(«Релейная защита энергетических систем» Н.В. Чернобровов)

- $ Поддержать проект -

Ещё можно купить полезную книгу!




Ещё можно изучить на сайте:
Рекомендуется:

3 комментариев:

Анонимный комментирует...

Большое спасибо! Воспользовался материалами, снял характеристику трансформатора в собственном проекте и наконец-то понял, что происходит. Спасибо автору за практический совет.

Слав комментирует...

Спасибо товарищу Чернобровову. Это выдержка из его книги.

Анонимный комментирует...

ЭЛ-23-09 =)

Отправить комментарий


Воспользуйтесь поиском, что бы найти нужный материал.

Архив










Яндекс.Метрика