книги / Электрические аппараты

целесообразно перейти от схемы замещения с магнитной связью обмоток (рис. 22.1, б) к схеме замещения с электри­ ческой связью обмоток (рис. 22.1, в). При этом параметры

ТТприводятся ко вторичной обмотке [22.1].

На этой схеме r'v х[— параметры первичной обмотки,

приведенные ко вторичной обмотке; г2 — активное сопро­ тивление вторичной обмотки; х2 — индуктивное сопротив­ ление вторичной обмотки; R2, Х2 — параметры нагрузки и г 0<’ х[— параметры ветви намагничивания. В качестве ко­ эффициента приведения параметров схемы к вторичной об­ мотке применено отношение числа витков w2/w\. При та­ ком коэффициенте приведения значение х2 может быть от­ рицательным. Параметр х2 в Т-образной схеме замещения является чисто расчетным, и отрицательный знак не имеет физического смысла. Поскольку г[ и х'х включены после­ довательно с большим сопротивлением Z u то на работу ТТ они не влияют и схема замещения принимает вид, показан­ ный на рис. 22.1, г.

Основными параметрами ТТ являются следующие: номинальное напряжение — линейное напряжение энер­

госистемы, в которой ТТ должен работать. Это напряжение определяет изоляцию между первичной обмоткой, находя­ щейся под высоким потенциалом, и вторичной, один конец которой заземлен;

номинальный первичный I 1ном U бТОрЫЧНЬШ /2ном TOKtl это длительные токи, которые аппарат может пропускать. ТТ обычно имеют запас по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20 % выше номи­ нального значения. Номинальный вторичный ток ТТ прини­ мается равным 1 или 5 А;

номинальный коэффициент трансформации — отношение номинальных значений первичного и вторичного токов:

кНОМ

Действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие погрешности, вызываемой поте­ рями в трансформаторе. Различают токовую погрешность и угловую;

токовая погрешность в процентах определяется выраже­ нием

h

условные положительные направления токов: первичного тока — ток втекает в начало первичной обмотки, вторич­ ного— ток вытекает из начала вторичной обмотки (рис. 22.1,6). Обе обмотки намотаны в одну сторону. При таком положительном направлении токов в ТТ без погрешностей векторы вторичного /2 и первичного h токов совпадают по фазе. В реальном ТТ между векторами 1\ и / 2 существует угол, который называется угловой погрешностью и измеря­ ется в минутах. Если вторичный ток опережает первичный, то погрешность по углу положительная. Угловую погреш­ ность необходимо учитывать при определении активной мощности цепи, равной U1 cos ср где ф — угол между то­ ком / и напряжением U, а также при измерениях энергии

и в ряде релейных защит, работа которых зависит от уг­ ла ф.

Классы точности и нормированные погрешности приве­ дены в [22.1]. Класс точности трансформатора определяет­ ся его погрешностью по току в процентах при первичном токе, равном 100— 120 % /шом.

В зависимости от погрешности по ГОСТ 7746—78 разли­ чают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

Наряду с токовой и угловой погрешностью ГОСТ 7746—78 предусмотрена полная погрешность е, %, она ха­ рактеризует относительный намагничивающий ток:

где 1\ — действующее значение первичного тока; i2 — мгно­ венное значение вторичного тока; й — мгновенное значение

точности при номинальном значении cos ф2Ном=0,8. Иногда применяется понятие номинальной мощности

Р2ном — Р2пом 72ноч *

Поскольку значение тока / 2HOM стандартизовано, то но­ минальное сопротивление нагрузки однозначно определяет и номинальную мощность трансформатора;

номинальная предельная кратность первичного тока по отношению к его номинальному значению, при которой пол­ ная погрешность достигает 5 или 10 %. Соответственно ТТ имеют класс точности 5Р и ЮР. Нагрузка и ее коэффици­ ент мощности должны быть номинальными;

максимальная кратность вторичного тока — отношение наибольшего вторичного тока к его номинальному значе­ нию при номинальной вторичной нагрузке. Максимальная кратность вторичного тока определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание первичного то­ ка не ведет к возрастанию потока.

В аварийном режиме ТТ обтекаются током КЗ и их об­ мотки подвергаются воздействию больших токов;

динамическая стойкость ТТ (кратность) определяется отношением допустимого тока ударного КЗ к амплитуда номинального первичного тока;

термическая стойкость (кратность), задается отношени­ ем допустимого в течение 1 с тока КЗ к номинальному зна­ чению первичного тока.

Так как ток первичной обмотки задается сетью, то наи­ большим термическим и динамическим воздействиям под­ вергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограни­ чивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегченных условиях.

22J. ЗАВИСИМОСТЬ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

а) Векторная диаграмма трансформатора тока. Положи­ тельное направление ЭДС первичной обмотки Е' совпада­

ет с положительным направлением тока 1\ (рис. 22.2). По­ скольку поток Ф0 пронизывает и первичную и вторичную обмотки, то ЭДС вторичной обмотки £2 совпадает по на­ правлению с ЭДС Е[. Для вторичной обмотки при приня­ том положительном направлении тока /2, воспользовавшись •вторым законом Кирхгофа, можно написать

Знак минус перед Е2 обусловлен тем, что ЭДС Е2 направ­ лена встречно току / 2.

1Построим векторную диаграмму вторичной цепи. ЭДС

водим вектор —Е2 и строим треугольники падения напря­

жения на нагрузке R2, Х2 и на вторичной обмотке г2, х2. Падение напряжения /2 есть напряжение на на­ грузке U2. Первичный ток 1[ можно найти, воспользовав­

шись законом полного тока

терь в стали магнитопровода (сопротивление Хтст). Со­ ставляющая 1^ необходима для проведения потока Ф0

соблюдалось бы равенство первичных и вторичных МДС

ким образом, погрешность по току пропорциональна отрез­

'Fi

ипогрешность по углу в угловых минутах

где а — угол между вторичной ЭДС — Е2 и током /2; г|> — угол потерь в сердечнике, равный arctg (IoJhp) •

Чем меньше намагничивающий ток, тем меньше по­ грешность и по току, и по углу.

Намагничивающий ток связан с напряженностью поля

С ростом Фот увеличиваются Я, МДС /ot<yi и погрешность

A /:i. Для уменьшения погрешности сопротивление вторич­ ной цепи делается возможно меньшим, так как при этом

уменьшается Е ^ = h V (Кг + r2)2 + № + *г)2- В обычных силовых трансформаторах, являющихся источником напря­ жения, сопротивление нагрузки много больше сопротивле-

ния обмоток, а выходная мощность P2 — U2IZ2н обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки Z2HТок нагруз­ ки также обратно пропорционален ее сопротивлению: / 2= = t/2/Z2H. В ТТ сопротивление вторичной обмотки соизме­ римо, а иногда даже больше сопротивления нагрузки. При

цессе работы первичный ток ТТ изменяется в широких пре­

При изменении первичного тока изменяется только про­ ницаемость ра.

T e. с ростом первичного тока индукция в магнитопроводе растет линейно.

том же рисунке приведена кривая Вт (Н). С ростом пер­ вичного тока вначале ца увеличивается и погрешность па­

При отсутствии компенсации погрешность по току всег­ да отрицательна и с ростом первичного тока изменяется по U-образной кривой. Аналогично зависит от тока угловая погрешность, но она имеет положительный знак.

Для получения определенного класса точности погреш­ ность ТТ должна находиться в допустимых пределах. Так, погрешности для ТТ класса точности 0,5 должны лежать внутри области, ограниченной ломаными линиями 3 (рис. 22.4) при нагрузке (0,25-т-1)Z2hom и cos(p2 = 0,8.

Для магнитных материалов, применяемых в ТТ, в рабо­ чем диапазоне индукций (0,06—0,1 Тл) кривую намагни­

вой первичной обмоткой в виде шины или стержня. Одна­ ко для получения высокого класса точности (классы 1; 0,5) первичная номинальная МДС должна быть не ниже опре­ деленной величины. Для современных магнитных материа­ лов и разработанных одновитковых конструкций при клас­ се точности 0,5 минимальный первичный ток должен быть

С целью снижения погрешности необходимо уменьшать ак­ тивное г2 и реактивное х2 сопротивления вторичной обмот­ ки. При уменьшении Z02 допустим, в 2 раза, уменьшаются в 2 раза ЭДС £ 2 и индукция Вт , При этом упадут напря­ женность поля Н и МДС IoW\. В соответствии с равенст­ вом F2« F i —IqWi вторичный ток увеличится из-за умень­ шения IqWu При изменении сопротивления нагрузки вбли­

с (22.16) погрешность возрастает пропорционально длине магнитопровода I. Поэтому длину I стремятся сократить. Увеличение сечения магнитопровода S уменьшает погреш­ ность, однако А/ уменьшается медленнее, чем растет сече­ ние. Следует также отметить, что с ростом сечения увели­ чиваются средняя длина витка обмотки и ее активное сопротивление, что вызывает некоторое увеличение по­ грешности. Так как при этом повышается масса стали, ме­ ди и ТТ в целом, увеличение сечения магнитопровода не всегда рационально.

При прочих равных условиях переход на материал с большей магнитной проницаемостью уменьшает погреш­

а следовательно, и погрешность.

22.3. КОМПЕНСАЦИЯ ПОГРЕШНОСТИ

Для снижения погрешностей применяется их компенсация. Разли­ чают компенсацию токовой и угловой погрешностей. Чаще всего не­ обходима компенсация токовой погрешности. Эта компенсация выпол­ няется для диапазона (0,1ч-1,2) /том и применяется в ТТ, используе­ мых для измерений. В ТТ, используемых для релейной защиты, ком­ пенсация погрешности применяется реже.

Простейшим методом компенсации токовой погрешности является витковая коррекция. Если W2 —Î^2hom—Î^ihom^hom» ТО ПОГРЕШНОСТЬ ВСеГДЗ имеет отрицательный знак и определяется уравнением (22.4). Если чис­ ло витков вторичной обмотки уменьшить (отмотать), то при W2<w2HOM коэффициент трансформации становится меньше, а вторичный ток /2= = /1аи1/щ2 может быть больше, чем /гвом^/шомач/а’гном. Таким образом, создается положительная погрешность по току, частично компенсирую­ щая отрицательную.

Токовая погрешность с учетом отмотки вторичных витков

Второй член в скобках является витковой коррекцией. На рис. 22.4 кривые 1 относятся к трансформатору без компенсации, а кривые 2— К тому же трансформатору после отмотки вторичных витков.

При отмотке вторичных витков кривая погрешности перемещается

параллельно самой себе в область меньших погрешностей и при боль­ шом токе может быть даже положительной. Если вторичная нагрузка мала (0,25 Zjhom), то погрешность может даже выйти из допустимых пределов данного класса.

Наибольшую компенсацию необходимо вводить при малых первич­ ных токах. Однако при этом в области номинальных токов при малых нагрузках появляется положительная погрешность, выходящая за пре­ делы класса. Поэтому витковая коррекция не всегда эффективна, что является ее недостатком.

На угловую погрешность отмотка вторичных витков не оказывает влияния. Для уменьшения угловой погрешности на магнитопроводе ТТ

нитной проницаемости путем подмагничивания магнитопровода ТТ по­ лями рассеяния (рис. 22.5). Вторичная обмотка выполнена в виде со­

гласно соединенных катушек 1 и 2 с числом витков w 2 и w2 соответст­ венно. Первичная обмотка 3, имеющая w\ витков, расположена на правом стержне. Внутри магнитопровода располагается магнитный шунт 4.

Если пренебречь намагничивающим током, то можно написать

Распределение вторичной обмотки по двум стержням и установка шунта 4 создают увеличенные потоки рассеяния. На левом стержне при прохождении тока /2 создается МДС /гиСЭта МДС создает по­

ток рассеяния Ф82 который замыкается через шунт. На правом стержне действует МДС, равная hwi—/2ш". Под действием этой МДС возника­