3.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Для уменьшения намагничивающего тока I_нам нужно уменьшать поток Ф_т, связанный с током соотношением

откуда

(3.8)

где R_м – магнитное сопротивление стального сердечника ТТ.

Графически эта зависимость представляется характеристикой намагничивания, изображенной на рис.3.4.

В начальной части характеристики ток I_нам почти пропорционален Ф_т. При некотором значении потока Ф_т = Ф'_тs происходит насыщение магнитопровода, вследствие чего I_нам возрастает значительно быстрее, чем поток Ф_т, что вызывает резкое увеличение погрешностей. Следовательно, для ограничения погрешностей нужно ограничивать значение магнитного потока Ф_т, или, иначе говоря, магнитной индукции В_т = Ф_т/Q, не допуская насыщения магнитопровода (Q – площадь сечения магнитопровода). Магнитный поток Ф_т связан с наведенной им ЭДС Е₂ выражением

(3.9)

где согласно (3.4)

(3.9a)

С увеличением I₂ и сопротивления нагрузки Z_н будет расти ЭДС Е₂. Как видно из (3.9), соответственно возрастает магнитный поток Ф_т и создающий его ток I_нам, что вызывает увеличение погрешностей ТТ.

Для снижения погрешностей необходимо уменьшать Е₂, стремясь к тому, чтобы при максимальных токах КЗ, определяющих работу РЗ, возникающий в магнитопроводе поток Ф_т не вызывал его насыщения. Уменьшение Е₂ достигается уменьшением Z_н и I₂ за счет увеличения K_I, т.е. за счет выбора ТТ с большим номинальным первичным током.

Таким образом, для уменьшения погрешности ТТ должен иметь минимальную величину I_нам и работать в прямолинейной части характеристики намагничивания.

Первое условие обеспечивается конструктивными параметрами магнитопровода (его сечением и диаметром) и выполняется при разработке и изготовлении ТТ.

Второе условие (работа в прямолинейной части характеристики) обеспечивается в процессе эксплуатации выбором нагрузки вторичной обмотки и уменьшением кратности первичного тока, подбором коэффициента ТТ.

В качестве дополнительной меры по повышению точности ТТ заводы-изготовители применяют компенсацию I_нам уменьшением числа витков w₂ вторичной обмотки против расчетного значения w₂ = w₁K_I. В результате этой коррекции вторичный ток I₂ увеличивается на 1-3%, частично компенсируя его уменьшение, вызванное наличием I_нам. Такой способ дает результат при малых значениях I_нам, т.е. токах, близких к номинальному, и используется для обмоток, питающих измерительные приборы.

Погрешности ТТ резко возрастают в переходном режиме в первый момент КЗ, когда в первичном токе I₁ появляется апериодическая составляющая, которая может вызвать насыщение магнитопровода ТТ и, как следствие, увеличение тока I_нам [23].

3.3. Требования к точности трансформаторов тока, питающих рз

Трансформаторы тока, питающие РЗ, должны работать с определенной точностью в пределах значений токов КЗ, на которые РЗ должна реагировать. Эти токи, как правило, превышают номинальные токи ТТ I_1 ном, и, следовательно, точная работа ТТ должна обеспечиваться при первичных токах I₁ > I_1 ном.

На основании опыта эксплуатации и теоретического анализа принято, что для обеспечения правильной работы большинства устройств РЗ погрешность в значении вторичного тока ТТ не должна превышать 10%, а по углу δ 7° [25].

Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность ТТ ε ≤ 10%, или, иначе говоря, если ток намагничивания не превосходит 10% тока I₁. Исходными величинами для оценки погрешности являются наибольший расчетный ток I_{1 расч max}, при котором для рассматриваемой защиты требуется точная работа ТТ, и сопротивление нагрузки Z_н. Нагрузка состоит из сопротивлений реле Z_P = R_P + jX_P, соединительных проводов R_п и переходных контактов R_п.к, которые для упрощения суммируются арифметически: Z_н = Z_P + R_п + R_п.к.

Предельные значения I_1 max и соответствующие им допустимые Z_н из условия 10%-ной погрешности должны давать заводы, изготавливающие ТТ. Предельные значения I_1 max обычно даются в виде кратности этого тока по отношению к номинальному первичному току ТТ: К_1 тах = I_1 max/ I_1 ном.

Кроме РЗ ТТ питают измерительные приборы. Точность работы ТТ, питающих измерительные приборы, характеризуется классом точности, а РЗ – предельной кратностью первичного тока I₁₀ = I_1 max/ I_1 ном и допустимой нагрузкой Z_н.доп, при которых гарантируется, что полная погрешность ТТ е не превысит 10%. Погрешности класса точности устанавливают, исходя из условий точной работы измерительных приборов в диапазоне токов нормальных режимов, а погрешность при предельной кратности тока К₁₀ и нагрузке Z_н.доп в соответствии с требованиями, предъявляемыми РЗ.

Классы точности. Для промышленных установок изготавливаются ТТ классов точности 0,5; 1; 3; 5; 10 и Р. Каждый класс точности характеризуется определенной погрешностью по току ΔI и углу δ, установленной ГОСТ 7746-68. Эти погрешности приведены в табл.3.1, они обеспечиваются только при первичных токах в пределах от 0,1 до 1,2 номинального, т.е. в диапазоне токов нагрузки, контролируемых измерительными приборами.

Для РЗ изготавливаются ТТ класса 10Р с ε ≤ 10% при токе номинальной предельной кратности (К₁₀) и ТТ 5Р повышенной точности с гарантированной погрешностью ε = 5% при тех же кратностях первичного тока.

Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ, и поэтому их погрешности при номинальных токах не нормируются. Работа ТТ с погрешностью, соответствующей классу, обеспечивается при нагрузке вторичной обмотки, не выходящей за пределы номинальной.

Номинальной нагрузкой ТТ называется максимальная нагрузка, при которой погрешность ТТ равна значению, установленному для данного класса (табл.3.1). Номинальную нагрузку принято выражать в виде полной мощности S_ном, В • А, при номинальном вторичном токе 5 или 1 А и cos φ = 0,8, или в виде сопротивления нагрузки Z_н.ном, Ом, при котором мощность ТТ равна номинальной S_н.ном. Номинальная мощность S_hom =U₂I_2ном, при этом напряжение U₂ = I_2номZ_ном. Тогда

(3.10)

В зависимости от конструкции и класса точности ТТ значение номинальной нагрузки находится в пределах от 2,5 до 100 В • А. При токе I₁ > 1,2 I_номТТ погрешности ТТ выходят за пределы, установленные для данного класса. Следует отметить, что класс точности не может служить основанием для выбора ТТ, питающих РЗ, так как предусматриваемые им погрешности имеют место при номинальных токах, в диапазоне которых РЗ не работает. Для РЗ, исходя из указанных выше требований к погрешностям ТТ, заводы, изготавливающие ТТ, должны согласно ГОСТ 7746-68 давать в своих информационных материалах кривые предельной кратности К₁₀ для ТТ класса Р. Эти кривые представляют собой зависимость предельной максимальной кратности первичного тока К₁₀=I_1max/I_номТТ от сопротивления нагрузки Z_н с cos φ. = 0,8, при которых полная погрешность ε = 10%. Характер подобной зависимости приведен на рис.3.5, а. Пользуясь такой кривой, можно, задаваясь определенным значением Z_н, определять допустимую кратность первичного тока К₁₀, при которой ε (I_нам) не превосходит 10% найденного К₁₀, или, задаваясь значением К₁₀, определять допустимое значение Z_н, при котором ε ≤ 10%.

При предельной кратности К₁₀ и нагрузке Z_н, соответствующей любой точке кривой К₁₀ = f(Z_н), ТТ работают на перегибе характеристики намагничивания в точке H (рис.3.4 и 3.6), т.е. вблизи начала насыщения магнитопровода. Соответствующий этой точке ток I_наc и является указанным выше предельным максимальным током.

На рис.3.5, б приведена характеристика предельной кратности ТТ типа ТФЗМ 110 OБ-IV-5-88 вторичной обмотки класса точности 10Р для разных К₁₀ [27].

Аналогичные характеристики заводы, производящие ТТ, представляют и для других классов обмоток. Эти характеристики при необходимости могут использоваться для оценки нагрузки на ТТ и значений токов, при которых погрешность ТТ не превышает 10%.