книги из ГПНТБ / Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие

для фильтра тока. Для фильтра тока прямой последовательности величина / 2 в (4.27) должна быть заменена на 1\.

Относительно потребления фильтра тока можно повторить все те же соображения, которые были высказаны о потреблении фильт­ ра напряжения. Как и тип фильтра напряжения, тип фильтра тока характеризуется энергетическими показателями а и р , определяе­ мыми по (4.11) и (4.12).

Понятию первичного напряжения небаланса для фильтров на­ пряжения обратной последовательности аналогично понятие пер­ вичного тока небаланса для фильтров тока обратной последова­ тельности. П е р в и ч н ы м т о к о м н е б а л а н с а называется ток обратной последовательности, который необходимо подвести к пер­ вичным зажимам фильтра, чтобы скомпенсировать вторичный ток (небаланса), вызванный первичным током прямой последователь­ ности. Этот первичный ток небаланса также не зависит от сопро­ тивления нагрузки и определяется показателем

последовательности 1\\ h — параметр, отклонение которого от рас­ четного значения вызвало появление небаланса.

Для фильтров тока прямой последовательности, как и для фильтров напряжений, изменение частоты вызывает отклонение вторичного тока от расчетного значения, определяемое выражением

(4.25). Значение к является показателем фильтра.

Аналогично потенциальной диаграмме фильтра напряжения в режиме холостого хода может быть построена диаграмма токов для фильтра тока в режиме короткого замыкания.

На рис. 4.18 дана схема простейшего фильтра тока обратной последовательности, аналогичная схеме рис. 4.11 для фильтра на­

159

пряжения. На рис. 4.18 показан режим короткого замыкания фильтра. В этом режиме распределение тока 1А на токи 1Ах и 1Ау зависит только от элементов плеча А. Токи пропорциональны про­ водимостям соответствующих элементов. Аналогично происходит и распределение тока / с на токи 1Сх и 1Су-

На рис. 4.19 показана диаграмма токов в фильтре для случая, когда к первичным зажимам подведена система токов прямой

последовательности. При этом токи 1А, 1В и /с образуют правиль­ ный треугольник. Поскольку ток / к между зажимами х и у должен

в этом случае отсутствовать, сумма токов 1Ах+1сх= 0, что и показа­ но на диаграмме. Кроме того, по первому закону Кирхгофа

образованию рис. 4.12 в 4.13. По тем же причинам, что и при вы­ воде выражения (4.16),

Таким образом, диаграмма рис. 4.19 дает возможность опреде­

Аналогично единичным фильтрам напряжения единичные фильтры тока являются представителями определенных типов фильтров. В табл. 4.2 даны параметры и показатели единичных фильтров тока обратной последовательности, обладающих более высокими показателями.

160

В табл. 4.2 даются те же параметры, что и в табл. 4.1 для фильтров напряжения. Значения потребления и активной мощности

k. В данном случае удобнее определять коэффициент k, на который следует разделить (а не умножить) все сопротивления единичного фильтра. Тогда, учитывая, что потребление, активная мощность и мощность нагрузки прямо пропорциональны квадрату тока на входе и обратно пропорциональны принятому значению масштаб­ ного коэффициента k, получаем выражения:

Выражения (4.31) -г- (4.33) для фильтров тока аналогичны выра­ жениям (4.22) -г- (4.24) для фильтров напряжения.

Все описанные до сих пор свойства фильтров тока аналогичны соответствующим свойствам фильтров напряжения. Однако есть и некоторые особенности фильтров тока.

Первой такой особенностью является выбор и расчет фильтров така, содержащих емкости. При применении в качестве источников тока измерительных трансформаторов тока с номинальным то­

ные сопротивления, а соответствующие им емкости получаются неконструктивно большими. Для уменьшения этих емкостей необ­ ходимо уменьшить токи на входе, что обычно осуществляется про­

приведенные к первичной стороне трансформаторов тока, остаются неизменными. Они определяются делением сопротивлений единич­ ного фильтра на масштабный коэффициент k, найденный из выра­ жений (4.31) н- (4.33). Действительное же сопротивление элемента на вторичнй стороне трансформатора тока в п \ раз больше.

Чем больше коэффициент трансформации пт, тем больше сопротивления элементов и меньше необходимая емкость. Однако коэффициент пт не может быть сделан слишком большим, так как

проще всего соединить вторичные обмотки измерительных транс­ форматоров тока в треугольник. Однако в ряде случаев для целей защиты и автоматики нужен ток нулевой -последовательности, для получения которого необходимо соединять трансформаторы тока

в звезду.

При соединении трансформаторов тока в звезду нулевая после­ довательность может быть исключена применением промежуточных трансформаторов. В качестве примера на рис. 4.21 показаны два варианта такой схемы. Этот способ наиболее целесообразен для фильтров, содержащих емкости, когда промежуточные трансфор­ маторы все равно необходимы. Однако для безъемкостных фильт­ ров применение промежуточных трансформаторов усложняет устройство.

164

Во многих случаях компенсация нулевой последовательности может быть осуществлена присоединением нулевого провода к соответствующей точке фильтра. Подобные схемы для фильтров

Рис. 4.22. Исключение нулевой последовательности соответствую­ щим присоединением нулевого провода к фильтру тока:

№ 1, 2, 3 и 5 табл. 4.2 показаны на рис. 4.22. При этом для фильтров № 1, 2 и 3 требуется один дополнительный промежуточ­ ный трансформатор вместо двух по рис. 4.21. Схема фильтра № 5 практически не усложняется.

§ 4.9. Фильтры нулевой последовательности

Большая часть сказанного о фильтрах обратной последо­ вательности относится и к фильтрам нулевой последовательности. Выражения (3.2), (4.6) и (4.7) справедливы и для фильтров ну­ левой последовательности. Справедливы и выражения (4.9) и (4.10), (4.26) и (4.27) при замене U2 на U0 и 12 на /о. Максималь­ ная мощность на нагрузке также имеет место при условии (4.8).

165

Для фильтров нулевой последовательности могут быть опреде­ лены также энергетические показатели, а и р , найденные по (4.11) и (4.12), и показатель у по (4.15).

Особенностью фильтров нулевой последовательности является их простота. Часто фильтрация осуществляется непосредственно

напряжения выполнен трехфазным, то он должен иметь четвертый (или четвертый и пятый) стержень для создания замкнутого пути по стали магнитному потоку нулевой последовательности, как по­ казано на рис. 4.25.

166

При выполнении фильтров непосредственно обмотками измери­ тельных трансформаторов в большинстве случаев сопротивление нагрузки несоизмеримо с внутренним сопротивлением фильтров. Для фильтров напряжения сопротивление нагрузки несоизмеримо больше внутреннего сопротивления фильтра и поэтому в выраже­ нии (3.2) последним можно пренебречь. Тогда, учитывая, что

Ux.x— mUo, находим

Для фильтров така сопротивление нагрузки часто несоизмеримо меньше внутреннего сопротивления фильтра. Тогда, согласно выра­ жению (4.7) и учитывая, что 1к=т10,

Если известна мощность нагрузки при заданном значении U0 или /0, то можно по (4.35) или (4.37) найти сопротивление 2нагр.

Пример^ 4.4. Необходимо выполнить реле напряжения нулевой последова­ тельности с регулировкой напряжения срабатывания от U0 = 1500 в до ^о = 6000 в. Реле предназначено для подключения к трансформаторам напря­ жения, имеющим схему соединения по рис. 4.23 и коэффициент трансформации

в каждой фазе, равный (ПООООА/Д)) : 100. Для осуществления реле исполь­ зуется магнитная система Э-520, имеющая мощность срабатывания, регулируе­ мую пружиной в пределах от S cp.uhb=0,06 ва до S o p ra n o =0,24 ва. Дополни­

тельная регулировка осуществляется переключением двух обмоток реле с по­ следовательного на параллельное соединение.

Очевидно, что наибольшее напряжение срабатывания £Уо=6000 в соответ­ ствует наибольшей затяжке пружины, т. е. S cp = 0,24 ва и последовательному

соединению обмоток. Тогда, согласно (4.35),

2нагр = "J2^o/SHarp = 4,73г • 10—6 • 60002/0 ,24 = 3350 ом.

Уменьшение затяжки пружины до минимальной приводит к уменьшению мощности срабатывания S Barp в четыре раза. Переключение обмоток реле на параллельное соединение приводит к уменьшению zHarp в четыре раза. При этом напряжение срабатывания, равное, согласно (4.35), U0 — y^S„arpzHarplm, уменьшается в четыре раза, т. е. до £/о=1500 в.

Из полученных результатов видно, что даже при параллельном соединении

167

имеющим порядок 0,5 ом. Таким образом, пользование выражением (4.35)

вданном случае допустимо.

Втех случаях, когда в трансформаторе напряжения отсутст­ вуют обмотки, соединенные по схеме фильтра нулевой последова­ тельности, а также при отсутствии измерительных трансформато­ ров напряжения приходится применять другие фильтры. Одна из

ток. Ввиду того, что такие трансформаторы применяются исклю­ чительно для защиты от замыканий на землю, они рассматрива­ ются в курсе релейной защиты.

§ 4.10. Комбинированные фильтры

Комбинированными фильтрами называются устройства, для которых напряжение и ток на выходе пропорциональны задан­ ной линейной комбинации симметричных составляющих напряже­ ний или токов на входе:

Если в (4.38) или в (4.39) ни один из коэффициентов не равен нулю, то выражение через симметричные составляющие не имеет

преимуществ перед выражением через фазные напряжения или токи:

168