Файл: Назначение релейной защиты.docx

Возможность объединения в единую сеть нескольких цифровых защит, осуществление передачи данных и управление этими устройствами с верхнего уровня.

Все эти особенности позволяют не только снизить затраты на техническое обслуживание, но и поднять на новый более высокий уровень культуру эксплуатации энергетического оборудования. К факторам, сдерживающим широкое внедрение цифровой техники, можно отнести их относительно высокую цену, необходимость наличия на каждом энергетическом объекте и непосредственно у лиц, занимающихся эксплуатацией микропроцессорных устройств соответствующей компьютерной техники, а также необходимость обучения обслуживающего персонала.

Микропроцессорные устройства будут работать параллельно с существующими полупроводниковыми комплексами, а затем и полностью заменят их.

7. Трансформаторы тока и схемы их соединений

Трансформатор тока – важный элемент релейной защиты. Он питает цепи защиты током сети и выполняет роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты.

Рис. 7.1

7.1. Принцип действия

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в силовую цепь. Вторичная обмотка замыкается на сопротивление нагрузки Z_Н – последовательно включенные реле и приборы.

Ток I₁, протекая по обмотке, создаёт магнитный поток Ф₁=I₁, под воздействием этого потока во вторичной обмотке наводиться ЭДС Е₂. По обмотке протекает ток I₂.

Если не учитывать потерь то:
, (7.1)

где – витковый коэффициент трансформации.
В заводских материалах на трансформаторы тока указывают номинальный коэффициент трансформации . Если не учитывать потери, то n_в=n_т.

В действительности же I₂ отличается от расчетного значения. Часть тока I₁ тратиться на создание намагничивающего потока:
(7.2)

Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет. Магнитопровод быстро расплавится. Кроме того на вторичной разомкнутой обмотке появиться высокое напряжение, достигающие десятков киловольт.

---

Вторичная обмотка обязательно должна быть заземлена – если произойдет пробой изоляции, то при заземленной вторичной обмотке получится короткое замыкание, защитная аппаратура отключит поврежденный трансформатор, заземление вторичной обмотке делается прежде всего для обеспечения техники безопасности.

Причиной погрешностей в работе трансформаторов тока является ток намагничивания. Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия релейной защиты, поэтому стараются уменьшить ток намагничивания.

7.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Ток I_нам состоит из активной и реактивной составляющих.

I_а.нам – обусловлена активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока.

I_р.нам – создает магнитный поток, который индуктирует во вторичной обмотке ЭДС Е₂.

Для уменьшения I_а.нам магнитопровод выполняется из шихтованной стали.

При насыщении I_нам возрастает значительно быстрее, чем поток Ф_т, что вызывает резкое увеличение погрешностей. (см. рис. 7.2 – характеристика намагничивания трансформатора тока.)

Для ограничения погрешностей нужно уменьшить Ф_т:

Рис. 7.2
Ф_тЕ₂=I₂(Z₂+Z_н). (7.3)
Этого можно добиться, либо снизив ток I₂ за счет подбора соответствующего коэффициента трансформации (повысить n_т для снижения кратности максимального первичного тока ), либо уменьшив сопротивление нагрузки вторичной обмотки Z_н .

Требования к точности трансформаторов тока, питающих релейную защиту

Погрешность трансформаторов тока по току (I) не должна превышать 10%, а по углу () – 7.

Эти требования обеспечиваются, если I_нам0,1I₁.

Для каждого типа трансформаторов тока имеются определённые значения К_1макс и Z_н, при которых погрешность  будет равна 10%. Поэтому исходными величинами для оценки погрешности являются I

---

_1макс и Z_н:
Z_н=Z_р+Z_п, (7.4)

где Z_п – сопротивление проводов,

Z_р – сопротивление реле.
Для упрощения в расчетах сопротивления суммируются арифметически.

Предельные значения К_1макс и Z_н из условия 10% погрешности дают заводы, изготавливающие трансформаторы тока.
Класс точности

Выпускаются трансформаторы тока следующих классов точности: 0,5;1;3;10 (для подсоединения к ним измерительных приборов) и Р (для релейной защиты).
Таблица 7.1

Класс	Погрешность1
	по току, %	по углу, 
0,5	0,5	40
1	1	80
3	3	Не нормируется
Р	Не нормируется

При диапазоне первичных токов 0,1I₁1,2 от номинального.
Номинальная нагрузка – максимальная нагрузка, при которой погрешность равна значению, установленному для данного класса – S_н.ном(ВА) при I_2ном=5А или 1А и cos=0,8:
. (7.5)
Кривые предельной кратности – К₁₀=f(Z_ном) – приводятся в заводской документации (Рис.2.2.2).

Имеются и другие характеристики, например зависимость I₂=f(I₁) (рис.7.3).

Рис. 7.2 Рис. 7.3

7.3. Типовые схемы соединений трансформаторов тока

7.3.1. Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Схема соединения представлена на рис. 7.3.1, векторные диаграммы иллюстрирующие работу схемы на рис. 7.3.2, 7.3.3, 7.3.4.

В нормальном режиме (если он симметричный) (практически из–за погрешностей трансформаторов тока проходит небольшой ток – ток небаланса).

---

Рис.7.3.1
Трехфазное КЗ



Рис. 7.3.2.

Двухфазное КЗ

Рис. 7.3.3
Однофазное КЗ




Рис. 7.3.4
Схема применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ.

Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле I_р к току в фазе I_ф, это отношение называется коэффициентом схемы , для данной схемы k_сх=1.

7.3.2. Соединение трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду

Схема соединения представлена на рис. 7.3.1.

Рис. 7.3.1
При трехфазном КЗ при симметричной нагрузке в реле проходит линейный ток в раз больше тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 30.

Особенности схемы:

1) токи в реле проходят при всех видах КЗ, защиты построенные по такой схеме реагируют на все виды КЗ;

2) отношение тока в реле к фазному току зависит от вида КЗ;

3) токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника трансформаторов тока, не имея пути для замыкания через обмотки реле.

Схема применяется в основном для дифференциальных защит трансформаторов и дистанционных защит.

Коэффициент схемы: .


8. Измерительные трансформаторы напряжения

8.1. Принцип действия

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам.
На рис. 6.1.1 изображен двухобмоточный измерительный трансформатор. Первичная обмотка w1 имеет несколько тысяч витков, вторичная w2

---

– несколько сотен. Буквой А(а) на схемах принято обозначать начало первичной (вторичной) обмотки, буквой Х(х) – конец. Напряжение вторичной обмотки можно определить как
, (8.1)

где  – коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

Рис. 8.1.1
Для питания защит ТН могут устанавливаться на шинах электростанций и подстанций и питать защиты всех присоединений (рис. 8.1.2 а) или устанавливаться на каждом присоединении (рис. 8.1.2 б).


а) б)

Рис. 8.1.2
При переключении присоединений с одной системы шин на другую необходимо производить переключение питания её защит на ТН другой системы шин. Обычно такое переключение делается автоматически при операциях с разъединителями (рис. 8.1.3).

Рис. 8.1.3

8.2. Погрешности трансформаторов напряжения

Формула (8.1) справедлива лишь для идеального трансформатора, однако за счет падения напряжения U в первичной и вторичной обмотках действительное значение вторичного напряжения
. (8.2)
Для уменьшения U необходимо уменьшать сопротивление обмоток Z₁ и Z₂, ток намагничивания I_НАМ и ток нагрузки I₂.

ТН подразделяются на три класса: 0,5;1 и 3.

В каталогах указывается номинальная мощность – максимальная нагрузка, которую может питать ТН в гарантированном классе точности.

Связь нагрузки с номинальной мощностью отображает формула

. (8.3)


8.3. Схемы соединений трансформаторов напряжения

8.3.1. Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду

Схема предназначена для получения напряжения фаз относительно земли и линейных напряжений.

Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи является обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

---