ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ДОПУСТИМОЙ ВТОРИЧНОЙ НАГРУЗКИ

 

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 I _{к 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 К _расч = I _к._paсч /I _{1 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 U ₂ =f(I _нам ).

Выбор z_h по кривым предельной кратности К ₁₀ = f (Z _н). 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 I _{1 расч max}, при котором для рассматриваемой РЗ погрешность ε; не должна превышать 10%;

б) вычисляют максимальную кратность найденного первичного тока I _{1 расч max} по формуле

(3.11)

в) по заводской характеристике K ₁₀ = f(Z) для данного типа ТТ и принятого коэффициента трансформации К _Iопределяют Z _н.доп для К _{расч тах};

г) определяют действительное сопротивление нагрузки Z _н с учетом сопротивления проводов и реле и проверяют выполнение условия Z _н≤ Z _н.доп. Если окажется, что Z _н > Z _н.доп, то необходимо или увеличить коэффициент трансформации К _IТТ, или выбрать ТТ, у которого при К _{расч тах} допускается большее значение Z _н.доп, или уменьшить Z _н (за счет увеличения сечения жил соединительного кабеля или сокращения его трассы), либо принять ТТ с вторичным номинальным током 1 А.

Выбор Z _н по вольт-амперным характеристикам ТТ U ₂ = f (I _2нам). При отсутствии сведений о погрешности ТТ его пригодность для данной РЗ и допустимую нагрузку вторичной цепи Z _н можно приближенно оценить по характеристике зависимости вторичного тока намагничивания I _2нам от вторичного напряжения U ₂. Характеристику снимают опытным путем по схеме, приведенной на рис.3.7, а. Меняя напряжение U ₂на зажимах вторичной обмотки, измеряют соответствующий каждому значению U ₂ток I _нам во вторичной обмотке, который является I _нам,
поскольку первичная обмотка разомкнута. На основании полученных данных строится зависимость U ₂ = f (I _2нам) (рис.3.7, б).

Вследствие малого значения сопротивления вторичной обмотки Z ₂принимается, что U ₂≈ E ₂, и тогда полученная характеристика может рассматриваться как зависимость Е ₂= f (I _2нам).

На основании этой характеристики можно определить значения Е ₂ и I _2нам, при которых наступает насыщение (по точке Н – конец прямолинейной части), и, пользуясь формулой (3.9а), вычислить допустимую нагрузку Z _н.доп при заданном токе КЗ I ₂= I ₁ /K _I. Погрешность ε; = I _{2HAM Н} /I₂%. Этот метод может применяться для проверки погрешности ТТ, имеющих малое сопротивление R ₂ по сравнению с Z _н.

Для выполнения второго условия используется зависимость параметра А от токовой погрешности ТТ А = f(f _i ). 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 f _i) до 20% и более и значительным искажением формы кривой вторичного тока I ₂, 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 f _i),тем больше искажается форма кривых токов I ₂и I _нам. Проверка надежности действия ИО при глубоком насыщении ТТ сводится к определению значения токовой погрешности при максимальной кратности тока КЗ К _mах = I _{к тах} /I _{ном ТТ} вслучае повреждения в начале защищаемого участка. Это значение f _i 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 I ₂ и I _нам, лает преувеличенные значения погрешности f _i, 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.3.8, а) прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН). При мгновенных значениях индукции B _t < B _s,при которой наступает глубокое насыщение магнитопровода, характеристика намагничивания представляется в виде вертикальной прямой (рис.3.8, а). При этом I _нам = 0 и I ₂ = I^’ ₁ – работа ТТ считается идеальной.

При B _t > B _sмагнитопровод ТТ насыщается, и дальнейшее изменение B _tпрекращается независимо от значения I _нам. 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.3.7). Схема замещения, характеризующая работу ТТ с ПХН, показана на рис.3.8, б. Ветвь намагничивания, соответствующая вертикальной прямой ПХН, должна иметь бесконечно большое сопротивление Х _нам = ∞, поскольку I _нам= 0, а при работе на горизонтальном участке ПХН Х _нам скачкообразно уменьшается до нуля. При этом е ₂ = 0, I' _нам = I' ₁. Поэтому ветвь намагничивания в схеме замещения заменяется рубильником S (рис.3.8, б). При работе ТТ в вертикальной части характеристики рубильник разомкнут (I _нам = 0), а в горизонтальной – замкнут (Х _нам= 0).

Кривые мгновенных значений (i ₁, i ₂, i _нам), напряжения (u ₂) и магнитной индукции (В) приведены на рис.3.9. Первичный ток i ₁определяется параметрами сети и имеет форму синусоиды. Вторичный ток i ₂на участках А совпадает с i ₁ пока B _t <B _s.Bмомент времени t ₁индукция B _tдостигает значения B _s(насыщения), рубильник S в схеме замещения (рис.3.8, б) замыкается, i ₂ →; 0. Ток i ₂ затухает по экспоненциальному закону с постоянной времени вторичной цепи τ = L ₂ /R ₂. В момент времени t₂ (когда B _t < B _s ) магнитопровод ненасыщен, и ток i ₂ снова равен i' ₁. В следующем полупериоде процесс повторяется. Методика на основе ПХН позволяет определить формы кривых I ₂ и I _нам и найти значение I ₁ при котором наступает насыщение (момент t ₁)и значение I _нам при заданном значении I _1max.

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 f _i, = F(A) приведена на рис.3.10. Она построена с использованием обобщенных характеристик f _i = F' (I _lуд), полученных экспериментально на модели ТТ с магнитопроводом из одинакового сорта стали, с одинаковыми удельными параметрами. Поэтому. характеристика, приведенная на рис.3.10, справедлива для всех типов однокаскадных ТТ отечественного производства. Коэффициент А выражается в виде отношения максимального первичного тока I _1max,для которого ищется значение f _i, к первичному току I _{расч 10}, определенному по кривым предельной кратности для заданной нагрузки Z _н, при ε; = 10%, cos φ; = 0,8; А = I _1max/ I _{1расч 10}, или в виде отношения кратностей этих токов: А = К _1mах /К _{1расч 10}.

Пользуясь зависимостью f _i, = F(A), можно по заданному значению К _1mахнаходить значение f _i, или по заданному f _i, определять значение К _1mах.В обоих случаях для определения значения К _расч10 необходимо иметь кривые предельной кратности К ₁₀= f(Z _н.доп ). Для реле разных типов допустимы разные значения f _{i 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 f _{i доп} для конкретных реле и устройств РЗ из рис.3.10 определяется А и вычисляется отношение К _mах /А. Если К _mах /А > К _расч, то в качестве расчетной кратности принимается К _расч = К _mах /А.

Если К _mах /А < К _расч, то в качестве расчетной сохраняется кратность К _расч.