ТА

Принцип действия. Трансформаторы тока (ТТ) являются вспомогательными элементами, с помощью которых ИО РЗ получают информацию о значении, фазе и частоте тока защищаемого объекта. От достоверности получаемой информации зависит правильность действия устройств РЗ. Поэтому основным требованием к ТТ, питающим устройства РЗ, является точность трансформации контролируемого тока с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Принцип устройства ТТ поясняют схемы, приведенные на рис.3.1. Заметим, что один из вторичных зажимов ТТ должен обязательно заземляться по условиям техники безопасности.

Трансформатор тока (рис.3.1, а) состоит из первичной обмотки w₁, включаемой последовательно в цепь контролируемого тока, вторичной обмотки w₂, замкнутой на сопротивление нагрузки Z_н, состоящее из последовательно включенных элементов РЗ или измерительных приборов, и стального магнитопровода 1, с помощью которого осуществляется магнитная связь между обмотками. Первичный ток I₁ проходящий по виткам первичной обмотки w_l, и ток I₂, индуцированный во вторичной обмотке w₂, создают магнитодвижущие силы (МДС) I₁w_l и I₂w₂, которые вызывают соответственно магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, замыкающиеся по стальному магнитопроводу 1. Намагничивающие силы и создаваемые ими магнитные потоки с учетом их положительных направлений, показанных на рис.3.1, геометрически вычитаются, образуя результирующую МДС I_намw₁ и результирующий магнитный поток трансформатора Ф_т [41]:

                                  (3.1)

                                              (3.1а)

Поток Ф_т, называемый рабочим или основным, пронизывает обе обмотки и наводит во вторичной обмотке ЭДС Е₂, которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки ток I₂. Поток Ф_т создается МДС I_намw₁ и, следовательно, током I_нам. Последний является частью тока I₁ и называется намагничивающим током. Если I_нам = 0, выражение (3.1) примет вид

I_lw_l = I₂w₂,

откуда

                                                                                                    (3.2)

где  – коэффициент трансформации, называемый витковым, в отличие от номинального¹. При отсутствии намагничивающего тока вторичный ток I₂ (расчетный ток) равен первичному току I₁ поделенному на коэффициент трансформации ТТ, равный К_Iв. В этом случае первичный ток полностью трансформируется во вторичную обмотку w₂, и ТТ работает идеально без потерь и погрешностей.

Причины погрешности. В реальном ТТ I_нам ≠ 0, как это следует из (3.1). Ток I_HAM является обязательной частью первичного тока I₁, он образует МДС, создающую поток Ф, который и осуществляет трансформацию. Из выражения (3.1) вторичный ток реального ТТ

                                                                           (3.3)

где k_I = w₂/w_l – витковый коэффициент трансформации.

Из выражения (3.3) следует, что действительный вторичный ток I₂ отличается от расчетного (идеального) значения I₁/k_I, определенного по формуле (3.2), на значение I_нам/k_I, которое вносит искажение в абсолютное значение и фазу вторичного тока. Таким образом, причиной, вызывающей погрешность в работе ТТ, является ток намагничивания I_нам

Векторная диаграмма и виды погрешностей ТТ. Искажающее влияние тока намагничивания на вторичный ток ТТ показано на векторной диаграмме рис.3.3, в основу которой положена схема замещения (см. рис.3.1, б).

В схеме замещения магнитная связь между первичной и вторичной обмотками ТТ заменена электрической, а все величины первичной стороны приведены к виткам вторичной обмотки: I'₁= I₁/K_I и I'_нам= I_нам/k_I.

Погрешность по току ΔI (f_i,) и полная погрешность ε =|I_нам| выражаются в относительных единицах или процентах как отношение действующих значений этих погрешностей к действующему значению приведенного первичного тока.

Относительная токовая погрешность

                                                                                    (3.5)

Относительная полная погрешность

                                                                                           (3.6)

* Ток I'_нам имеет две составляющих: I'_a нам, которая определяет потери энергии на нагрев магнитопровода вихревыми токами, и I'_р нам, которая осуществляет намагничивание сердечника, т. е. создает поток Ф_т. Составляющая I'_a нам << I'_р нам, поэтому углом γ можно пренебречь и считать, что вектор I'_нам совпадает по фазе с Ф_т и равен I'_р нам.

Если вторичный ток несинусоидален, то ток намагничивания выражается как среднее квадратичное значение разности мгновенных значений реального и расчетного токов i₂:

Тогда

                                                                                (3.7)

Здесь К_I – номинальный коэффициент трансформации ТТ.

Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I₂ опережает I^’₁, как показано на рис.3.3. Относительные погрешности ε, , f_i и δ увеличиваются с увеличением тока намагничивания I_нам.

TV

Информацию о контролируемом напряжении ИО РЗ получают от первичных трансформаторов напряжения (ТН). Основными параметрами ТН (рис.6.1) являются: номинальное первичное напряжение U_1ном (равное номинальному напряжению контролируемой электрической сети), вторичное номинальное напряжение U_2ном, значение которого обычно принимается равным 100 или 100/В. Отношение этих величин, называемое номинальным коэффициентом трансформации, К_Uном = U_1ном/ U_2ном [24].

Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н (н) и К (k) обозначаются изготовителями так же, как и у силовых трансформаторов: у первичной обмотки буквами А и X, у вторичной соответственно а и х. Для питания устройств РЗ используются в большинстве случаев ТН, установленные на сборных шинах ПС и РУ электростанций, к вторичным обмоткам которых подключаются РЗ всех присоединений (рис.6.2, а), или на каждом присоединении, питающие РЗ только этого присоединения.

 ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор напряжения работает с погрешностью, искажающей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе. В "идеальном" ТН, работающем без погрешностей, вторичное напряжение

                                                                                                          (6.1)

где U₁ – напряжение, подведенное к зажимам первичной обмотки; К_U – коэффициент трансформации "идеального" ТН, равный отношению количества витков первичной и вторичной обмоток. Однако за счет падения напряжения ΔU (рис.6.4, б) в первичной и вторичной обмотках действительное значение вторичного напряжения будет равно:

                                                                                                      (6.2)

что вытекает из эквивалентной схемы замещения ТН и векторной диаграммы (рис.6.4, а, б). Из этой же схемы следует

                                                                                      (6.2а)

Падение напряжения в обмотках ТН ΔU обусловливает появление погрешности, искажающей значение и фазу U₂ (рис.6.4, б) по сравнению с расчетным напряжением U₂ = U₁/K_U = U'₁ по выражению (6.1).

Поскольку значения Z₁ и Z₂, а также ток намагничивания I_нам определены конструкцией ТН, в условиях эксплуатации уменьшить его погрешность можно только уменьшением тока

нагрузки I₂. Допустимые погрешности нормируются при номинальном напряжении, соответственно чему ТН подразделяются на классы: 0,2; 0,5; 1 и 3. Один и тот же ТН может работать в разных классах точности в зависимости от значения нагрузки. Заводы обычно указывают номинальную мощность, подразумевая под ней максимальную нагрузку, которую может питать ТН в гарантированном классе точности. Кроме того, для ТН указывается максимальная мощность по условиям нагрева, которая значительно превосходит его номинальную мощность. Погрешность по значению вторичного напряжения принято оценивать в процентах:

                                                                                            (6.3)

Погрешность по фазе оценивается углом сдвига δ между векторами первичного и вторичного напряжений (рис.6.4, б).

В начало