1.5 Первичные измерительные преобразователи в релейной защите и их схемы соединения с нагрузкой

 

Наиболее распространенными измерительными преобразователями являются электромагнитные трансформаторы тока и напряжения. Кроме того, используют трансреакторы, трансформирующие первичный ток в пропорциональную  ему  вторичную ЭДС. В отличие от трансформаторов тока трансреакторы имеют сердечник с  немагнитным зазором. Режим работы их близок к режиму холостого  хода.

Измерительные преобразователи выполняют две основные функции:

 - осуществляют гальваническую развязку вторичных цепей  от цепей высокого напряжения. Это облегчает обслуживание и повышает  безопасность;

 - обеспечивают во вторичной цепи стандартные значения токов (1 и 5 А) и напряжений (100 и В) при различных токах и напряжениях в первичной цепи.

1.5.1 Трансформаторы тока

 

По своему назначению трансформаторы тока делятся на предназначенные для  устройств измерений и для релейной защиты. К точности их работы, в зависимости от назначения, предъявляются различные требования. Основным режимом работы трансформатора тока, предназначенного для измерений, является нормальный рабочий. В пределах рабочих токов он должен обеспечить необходимую точность трансформации, в соответствии со своим классом точности. Работа трансформаторов тока в схемах многих типов релейных защит происходит в аварийных режимах, когда токи КЗ значительно превосходят нормальные рабочие. Поэтому допускается значительно большая погрешность - 10%.                       

У трансформаторов тока имеется три вида погрешностей: токовая, полная и угловая, значения которых тесно связаны друг с другом и зависят от степени насыщения магнитопровода трансформатора тока и  сопротивления нагрузки z_н.

Величина I, равная разности между иI₂ (рис. 7) называется токовой погрешностью, обозначается буквой f, выражается чаще всего в процентах и вычисляется по формуле:

 

 

 

                                            .

Угол  показывает на сколько действительный ток сдвинут относительно «идеального» токаI₂, рассчитанного по формуле. Он определяет угловую погрешность трансформатора тока и указывается в градусах. Если f10%, то угловая погрешность не более 10 градусов. Однако при глубоком насыщении магнитопровода трансформатора тока в случаях близких к КЗ угловая                погрешность может достигнуть больших      значений и вызвать неправильное срабатывание направленных реле, поэтому в таких схемах не допускается работа с трансформаторами с >45⁰, что соответствует f>50%.

Геометрическая разность I – полная погрешность трансформатора тока:

.

 

Это выражение справедливо для синусоидального вторичного тока.

Согласно ПУЭ все трансформаторы тока, используемые в релейной защите должны обеспечивать:

- точную работу измерительных органов защиты в конкретных расчетных условиях, для чего полная погрешность трансформатора не должна превышать 10%;

- надежную (без вибрации) работу контактов измерительных органов защиты при максимальном токе КЗ, когда могут быть повышенные погрешности трансформатора тока и искажение формы кривой вторичного тока;

- отсутствие опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформаторов тока при максимальном значении тока КЗ.

Все трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению, проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ. Кроме того, трансформаторы тока, используемые для включения релейной защиты,  проверяются на значение погрешности, которая не должна превышать 10 % по току и 7 % по углу. Последняя проверка может проводится по кривым зависимости предельной кратности от сопротивления нагрузки, подключенной к вторичной обмотке.

Предельной кратностью называется наибольшее отношение первичного тока, проходящего через трансформатор тока, к его номинальному току, при котором полная погрешность трансформатора тока при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%. Кривые предельной кратности для большинства отечественных трансформаторов тока приведены в справочной литературе.

При проверке в начале определяется значение предельной кратности:

,

где - максимально возможный расчетный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора тока;- номинальный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора тока.

Затем определяется нагрузка вторичной обмотки трансформатора:

,

            где - сопротивления соединительных кабелей, приборов, реле, контактов соответственно.

По кривой предельной кратности (рис. 8), соответствующей типу, классу вторичной обмотки и коэффициенту трансформации трансформатора тока, находится допустимое значение нагрузки .

Если  то погрешность трансформатора тока в любом режиме работы оборудования не превысит 10%.

При <необходимо уменьшить вторичную нагрузку или заменить трансформатор.

   

                    

              Рис. 8. Определение допустимой нагрузки по кривой

                      предельной кратности

 

Увеличить допустимую нагрузку можно последовательным соединение вторичных обмоток одного и того же трансформатора.