6.2. Токи небаланса в дифференциальной защите

Правильный учет тока небаланса в схеме дифференциальной защиты имеет существенное значение, поскольку от его величины зависит ток срабатывания защиты.

В схеме с циркулирующими токами ток .

Выразим вторичные токи через первичные с учетом погрешности ТТ:

,

где I_Iнам и I_IIнам – токи намагничивания, отнесенные ко вторичным обмоткам ТТ.

При внешнем КЗ I_I = I_II, то .

Следовательно, для уменьшения тока небаланса необходимо выравнивать токи I_Iнам и I_IIнам по величине и по фазе, тогда их разность будет минимальной.

Ток небаланса будет равен нулю при полной идентичности характеристик намагничивания ТТ. Выполнить эти требования с абсолютной точностью на практике не удается, и поэтому ток небаланса всегда имеется. Он возрастает с увеличением магнитной индукции В, которая в свою очередь повышается при увеличении первичного тока I_к и вторичной нагрузки z_н. Особенно значительно растет I_нб при насыщении ТТ, т.к. при этом резко усиливается различие в токах намагничивания ТТ. Поэтому, помимо обеспечения наибольшей идентичности характеристик намагничивания, стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего КЗ сердечники ТТ не насыщались.

Для выполнения этого условия используются специальные ТТ, насыщающиеся при возможно больших кратностях тока КЗ и вторичной нагрузки z_н, имеющие больший коэффициент трансформации п_Т. Также необходимо выравнивать нагрузку вторичных обмоток ТТ, т.е. обеспечить условие z_Iн=z_IIн.

Токи намагничивания, а вместе с ними и токи небаланса резко возрастают в первый момент КЗ. В первый момент КЗ ток КЗ состоит из периодической I_п и апериодической I_а составляющих.

Каждая составляющая, протекая по первичной обмотке ТТ, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника, образуя ток I_нам.

Скорость изменения апериодической составляющей значительно меньше скорости изменения переменной составляющей . Поэтому ток I_а плохо трансформируется во вторичную цепь и большая часть I_а.нам идет на намагничивание сердечника. В результате этого ТТ насыщается, что ухудшает трансформацию периодической составляющей и повышает долю этого тока I_п.нам, идущую на намагничивание. Таким образом, подмагничивающее действие апериодической составляющей резко увеличивает намагничивающие токи и токи небаланса в переходном режиме КЗ.

Существенное влияние на увеличение тока небаланса оказывает остаточное намагничивание сердечников ТТ.

ТТ остается в намагниченном состоянии, если проходящий через него ток отключается в момент времени, когда он и создаваемый им магнитный поток не равны нулю. В этом случае в сердечнике ТТ остается магнитный поток Ф_ост, который был в нем в момент отключения тока. Если при последующем КЗ остаточный поток Ф_ост совпадает по знаку с магнитным потоком, обусловленный током КЗ, то результирующий поток, равный их сумме, может достигнуть весьма большой величины и вызвать насыщение магнитопровода, в результате которого резко возрастает ток намагничивания и соответственно ток небаланса I_нб.

Точных и удобных способов расчета тока небаланса не существует. На практике пользуются лишь приближенными расчетными формулами.

Для отстройки уставки срабатывания от токов небаланса применяют следующую формулу:

;

,

где k_ап – коэффициент апериодичности, больший единицы (2-3); k_одн – коэффициент однотипности ТТ (0,5-0,7 для однотипных ТТ; 1 – для разнотипных); ε – полная погрешность ТТ; k_зап – коэффициент запаса, учитывающий неточность расчетов (1,3-2); I_{к.вн.mах} – максимальный ток внешнего КЗ.

Ток срабатывания измерительного органа определяется как .

Коэффициент чувствительности k_ч защиты определяется минимальным током в реле при КЗ в защищаемой зоне: . Однако обеспечить такую чувствительность не всегда удается. Вследствие этого, производители устройств РЗ используют ряд мер по повышению чувствительности дифференциальной защиты.