книги / Электрические аппараты

ет поток рассеяния ФаЬ который также проходит через шунт 4. Выбрав соответствующим образом магнитное сопротивление шунта, можно да'

В результате МДС, необходимая для проведения потока Ф0 резко па­ дает, что ведет к уменьшению как токовой, так и угловой погрешнос­ тей ТТ. При токах, близких к номинальному и превышающих его, проис­ ходит насыщение шунта и компенсация перестает действовать.

Рис. 22.5. Трансформатор тока с компенсацией погрешности увеличени­ ем потоков рассеяния

Наряду с повышением магнитной проницаемости магнитопровода положительную роль в снижении погрешности играет также уменьше­ ние индуктивного сопротивления вторичной обмотки х2 в результате так называемого двойного рассеяния [22.1].

Применение высококачественных магнитных материалов типа стали марки 3413, пермаллоя и др. с высокой магнитной проницаемостью и малыми активными потерями позволяет создавать малогабаритные ТТ с малой погрешностью и без применения компенсации.

22.4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

а) Работа ТТ при КЗ в контролируемой сети. Трансфор­ маторы тока являются одним из основных звеньев релей­ ной защиты. Поэтому они должны быть термически и ди­ намически стойкими и обладать погрешностью, обеспечи­ вающей нормальную работу релейной защиты. При больших кратностях первичного тока магнитопровод ТТ насыщается и погрешность резко растет.

Практика показала, что если полная погрешность до-

Рис. 22.6. Зависимость номиналь­ ной предельной кратности от со­ противления нагрузки

стигла 10 %, то при дальнейшем возрастании первичного тока она столь быстро увеличивается, что нормальная ра­ бота релейной защиты невозможна. Поэтому номинальная предельная кратность ТТ должна быть выше отношения тока КЗ к номинальному. Типичная зависимость номи­ нальной предельной кратности от сопротивления нагруз­ ки показана на рис. 22.6. Уменьшая сопротивление нагруз­ ки, можно увеличивать и номинальную предельную крат­ ность.

Трансформаторы, предназначенные для дифференци­ альной защиты, выбираются с одинаковой номинальной предельной кратностью. При этом ток небаланса защиты, равный разности вторичных токов трансформаторов (при одинаковом первичном токе), получается небольшим.

При КЗ вследствие насыщения магнитопровода кривая вторичного тока резко отличается от синусоиды. Прибли­

Трансформаторы с многовитковой первичной обмоткой при КЗ в контролируемой сети подвергаются повышенной электрической нагрузке. Индуктивное сопротивление та ­ кой обмотки соизмеримо с сопротивлением остальной ко­ роткозамкнутой цепи. При этом на обмотку может ложить­ ся существенная часть напряжения сети, вследствие чего возможен пробой междувитковой изоляции.

б) Работа ТТ при наличии в токе КЗ апериодической составляющей. До сих пор рассматривался установивший­ ся режим, когда в первичной обмотке ТТ протекает сину­ соидальный ток неизменной амплитуды. В действительно­ сти начало КЗ характеризуется переходным процессом при наличии апериодической составляющей тока (§ 1.8). Наи­ более тяжелый случай для ТТ возникает, когда начальное значение апериодической составляющей равно амплитуде переменной составляющей (полная апериодическая состав­ ляющая) :

l'i = — AnePmC0S + Апорт e~l/Tl.

где /терт — амплитуда периодической составляющей тока; Тх — постоянная времени цепи КЗ.

Примем, что магнитопровод ненасыщен, его магнитная проницаемость ца постоянна и индуктивность цепи намаг­

и первичный токи, приведенные ко вторичной обмотке; /г — вторичный ток; г2 — активное сопротивление вторичной об­ мотки; RH— сопротивление нагрузки; / 'п — амплитуда

переменной составляющей первичного тока, приведенная ко вторичной обмотке.

Решение этой системы дает мгновенные значения токов i0 и i2 [22.2]. Введем постоянную времени цепи намагничи­

вания T '=Lo/(R n+ r 2).

Если cû(7v) 2> 1 и cû7’/^>1/((o7’i) (что часто имеет место), то намагничивающий ток

■sin oat mГ ]■

Намагничивающий ток состоит из периодической состав­ ляющей

ходит через максимум, апериодическая составляющая вторичного тока *2апер проходит через нуль [22.2]. Из-за наличия апериодической составляющей г'оапер кривая i2anep идет ниже кривой tlanep. При этом кривая периодической составляющей вторичного тока также опускается и возни­ кает угловая погрешность ô (рис. 22.7,6). За угловую по­ грешность в переходном режиме принимается фазовый сдвиг в градусах (или миллисекундах) между моментами t2 и t\ прохождения через нуль вторичного и первичного то­ ков. В переходном режиме угловая (фазовая) погрешность будет различной при каждом прохождении тока через нуль из-за наличия меняющейся во времени составляющей

и углу, осложняющие работу релейной защиты,- Для сни­ жения Погрешностей ТТ выполняются с немагнитным 'за­ зором, наличие которого предотвращает насыщение маг­ нитопровода под воздействием апериодической составляю­ щей индукции [22.2].

Исследованиями МЭИ установлена возможность созда-

Рис. 22.7. Изменение токов ТТ

впереходном режиме:

а—кривые апериодической состав­ ляющей первичного, вторичного тока и апериодической составля­ ющей намагничивающего тока; б —< образование фазовой (угловой) поч

грешности

ния ТТ для измерения больших переменных токов (100— 120 кА) в переходных режимах [22.3—22.7]. Ниже приво­ дятся некоторые результаты этих исследований.

1. ТТ с тороидальным магнитопроводом и большим чис­ лом вторичных витков может иметь большое отрицательное значение индуктивного сопротивления х2 даже при равно­ мерном распределении витков вторичной обмотки на магнитопроводе. Хотя это сопротивление является чисто расчет­ ным параметром, его наличие ухудшает работу ТТ, так как

вмагнитопроводе увеличивается индукция.

2.Сопротивление x2 = g>L2i: можно уменьшить увеличе-

Рис. 22.8. Кривая суммарно­ го намагничивающего тока

нием числа немагнитных зазоров т (рис. 22.9) и увеличе­ нием внутреннего радиуса тороидального магнитопровода ri (рис. 22.10) при сохранении его сечения.

^ 2 ^

0,4 —

0,3 —

0,2 —

0,i —

0 —

0}1 0,2 0,3 0,4 rf)M

Рис. 22.9. Зависимость индуктивности рассеяния вторичной обмотки L2t=X2/<ù от числа немагнитных зазоров и среднего диаметра Dcp

Рис. 22.10. Зависимость индуктивности L2T=x2/a> от внутреннего радиу­ са магнитопровода

3. При больших первичных токах ТТ подвержены влия­ нию внешнего магнитного поля, создаваемого током в кон­ туре первичной обмотки. Под воздействием этого поля уменьшается магнитная проницаемость магнитопровода и происходит его насыщение. Индукция, создаваемая внеш­ ним магнитным полем в магнитопроводе, может значитель­ но превышать индукцию, создаваемую намагничивающим

током to . Д ля снижения влияния внешнего магнитного по­ ля ферромагнитные экраны более эффективны, чем прово­ дящие (немагнитные). Однако их применение приводит к существенному увеличению массы и габаритов ТТ. Про­ веденные в МЭИ исследования позволили разработать ме­ тодики: расчета и конструирования ТТ на требуемые пара­ метры [22.7, 22.8, 22.9, 22.11], расчета влияния внешнего маг­ нитного поля на работу ТТ [22.12] и определения токовой погрешности в переходном режиме [22.15].

На рис. 22.11 приведены осциллограммы, снятые для разработанного в МЭИ ТТ при первичном токе 116,2 кА и полной апериодической составляющей тока КЗ с постоян-

Рис. 22.11. Осциллограммы работы ТТ при первичном токе 116,2 кА

составляющей с постоянной времени 71 = 0,1 с и бестоковой

ТТгдля работы в переходном режиме показан на рис. 22.13.

трансформатор типа ТПОЛ-Ю с номинальным напряжением 10 кВ (рис. 22.15), который используется как проходной изолятор при пе­ реходе линии из одного помещения в другое.

Применение литой эпоксидной изоляции позволяет сильно упростить конструкцию и технологию производства по сравнению со сборными ТТ с фарфоровой изоляцией. Первичная обмотка-стержень 4, магнитопроводы 1 и крепежное кольцо 3 устанавливаются в специальную форму и заливаются жидкой смесью эпоксидной смолы, пылевидного кварце­ вого песка и отвердителя. После затвердения и полимеризации эта смесь приобретает высокие электрические и механические свойства.

По сути дела ТТ по рис. 22.15 имеет два независимых трансфор­ матора, параметры которых могут быть различными. Магнитопроводы трансформатора выполняются в.виде двух тороидальных сердечников 1, навитых лентой из текстурованного материала, например марки 3413.

Если вторичная обмотка 2 равномерно распределена на тороидаль­ ном магнитопроводе, то ее индуктивное сопротивление х2 в схеме за­ мещения равно нулю, что позволяет снизить погрешность измерения ТТ. Конструкция допускает установку нескольких ТТ с разными парамет­ рами на одной стержневой первичной обмотке.

Электродинамическая стойкость одновитковых ТТ достаточно высо­ ка, так как на первичную обмотку действуют силы только от подво­ дящих шин и соседних фаз. При трехфазном КЗ между стержнями первичных обмоток соседних фаз возникает электродинамическая сила. Кроме того, на конец стержня передаются силы, действующие на под­ водящую шину, которая одним своим концом укреплена на ближайшем опорном изоляторе, вторым — на стержне ТТ,