1.5. Насыщающиеся трансформаторы тока (нтт)

В дифференциальной токовой защите для улучшения ее характеристик применяются НТТ. При внешних КЗ и при включении силовых трансформаторов возникает переходный процесс. Защита при этом действовать не должна, но ток переходного процесса воздействует на дифференциальную защиту. В начальный момент он обычно содержит апериодическую составляющую. НТТ в этом случае автоматически увеличивает ток срабатывания реле (загрубляет реле), и защита не действует.

Н ТТ TLAT содержит трехстержневой ферромагнитный сердечник (рис. 1.7). Воздействующая величина ток I₁ поступает в первичную обмотку w₁, а к вторичной w₂ подключается измерительное максимальное реле тока КА.

Рис. 1.7. Насыщающийся трансформатор тока

Характеристика I_р = f(I₁) НТТ зависит от характера изменения тока I₁. Если ток i₁ синусоидальный, то магнитная индукция В в сердечнике изменяется в широких пределах и изменению индукции пропорционально среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток I_р в реле. В этом случае НТТ действует как обычный трансформатор тока.

Если в токе i₁ присутствует апериодическая составляющая, то изменяется режим работы НТТ→ насыщается его магнитопровод. Среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток I_р в реле получаются намного меньшими.

Обмотки w′_к и w′′_к предусмотрены для усиления действия апериодической составляющей. Они соединены так, что магнитные потоки левого и среднего стержней складываются. Поэтому часть тока обмотки w₁ попадает в обмотку w₂ путем двойной трансформации. Таким образом, апериодическая составляющая не трансформируется в обмотку w′_к и ухудшает трансформацию периодической составляющей. Ток двойной трансформации поэтому оказывается относительно мал. При отсутствии апериодической составляющей ток двойной трансформации возрастает.

1.6. Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения

При нарушении симметричного режима трехфазной системы в полных фазных токах и напряжениях наряду с током I₁ и напряжением U₁ прямой последовательности появляются составляющие обратной последовательности I₂, U₂ и нулевой последовательности I₀, U₀.

Для выделения симметричных составляющих из полных токов и напряжений применяются специальные устройства — фильтры. Фильтром тока или напряжения симметричных составляющих называется электрическая схема, состоящая из трансформаторов, активных и реактивных сопротивлений, параметры которых подобраны таким образом, чтобы пропускать в реле, включенное на выходе фильтра, только составляющие одной определенной последовательности и не пропускать других.

Фильтр тока обратной последовательности.

Фильтр тока нулевой последовательности.

Фильтр напряжения обратной последовательности.

Фильтр напряжения нулевой последовательности.

Фильтр тока нулевой последовательности.

Фильтр тока нулевой последовательности состоит из трех трансформаторов тока, вторичные обмотки которых включены параллельно, а к точкам соединения подключить обмотку реле КА (рис. 1.8, а).

В соответствии с методом симметричных составляющих первичный ток нулевой последовательности

.

При этом ток в реле I_р = I_а + I_b + I_c.

Для реальных ТТ с учетом их токов намагничивания и коэффициентов трансформации ток в реле

I_р = (1/ K_I)*(I_А + I_В + I_С) – (1/ K_I)*(I_намА + I_намВ + I_намС) = 3I₀/ K_I – I_нб,

где I_нб = (I_намА + I_намВ + I_намС) / K_I – ток небаланса.

Ток нулевой последовательности появляется при повреждениях на землю. В других режимах, когда он отсутствует, через реле проходит только небольшой ток небаланса, который появляется за счет погрешностей в работе фильтра и наличия некоторой несимметрии подводимых токов в нагрузке фильтра.

Рассмотренная схема используется обычно в защитах элементов сетей с заземленными нейтралями (трехтрансформаторный первичный фильтр тока нулевой последовательности).

Рис. 1.8. Фильтры тока нулевой последовательности

Применяется также однотрансформаторный первичный фильтр, который представляет собой специальный измерительный трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП). Трансформатор (рис. 1.8, б) состоит из тороидального магнитопровода М, на котором располагается вторичная обмотка. Магнитопровод надевается на трехфазный кабель К, который является первичной обмоткой ТТНП.

Первичный ток ТТНП – сумма фазных токов, проходящих по проводам кабеля. В нормальном режиме и при многофазных КЗ сумма фазных токов равна нулю, поэтому магнитный поток в магнитопроводе отсутствует, а ЭДС вторичной обмотки и ток в реле КА тоже равны нулю.

Существенное отличие ТТНП от трехтрансформаторного фильтра состоит в том, что его ток небаланса определяется только несимметрией расположения проводов фаз кабеля относительно магнитопровода и вторичной обмотки. Поэтому он значительно меньше тока небаланса трехтрансформаторного фильтра и обычно не превышает I_нб = 8... 10 мА.

Область применения ТТНП – защиты от замыкания на землю в системах с изолированной и компенсированной нейтралью.

Для повышения чувствительности защиты ТТНП выполняют с подмагничиванием. Сущность подмагничивания состоит в том, что с помощью дополнительной обмотки в ТТНП создается вспомогательный магнитный поток, благодаря которому трансформатор работает в оптимальном режиме, отдавая во вторичную цепь наибольшую мощность.

ТТНП с подмагничиванием используется в защитах от замыкания на землю синхронных генераторов.