ЛАБОРАТОРНАРОБОТА№1

Юхимчук ЯрославГрупаЕЕЕ-20001б

ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМ З'ЄДНАННЯ ВТОРИННИХ ОБМОТОКТРАНСФОРМАТОРІВСТРУМУТАРЕЛЕ

Мета роботи.Дослідити типові схеми з'єднання вторинних обмотоктрансформаторівструмутарелевпристрояхрелейногозахисту,відзначитиїхособливостіта областівикористання.

Теоретичнівідомості

Трансформаториструму(ТС)призначені:

• для зменшення великих значень струмів до величин допустимих для роботисхемрелейногозахисту;.

• дляелектричноговідділеннясхемрелейногозахистувідсиловихкілвисокоїнапруги.

ТС мають стандартний номінальний вторинний струм Iном = 5 А прибудь-якихзначенняхномінальногопервинногострумуI_1ном=50,75,100,150,

200, 300, 400, 500, 600 А. Звідси їхнійкоефіцієнттрансформаціїдорівнює^Кта^=I1ном^/I2ном^=I1ном^/5А.

ТСскладаютьсязмагнітопроводу,наякомуєпервиннаобмотка,включена в первинне коло послідовно із навантаженням і вторинна обмотка,до якої підключаються струмові котушки вторинних вимірювальних приладіві реле. Принцип дії ТС заснований на законі повного струму, законах ФарадеяіЛенца.

Первинну обмотку ТС маркірують на його корпусі літерами Л1 і Л2, авторинну-И1таИ2.Вториннуобмоткуобов'язковозаземлюютьдлязабезпечення безпеки і захисту ізоляції приладів в разі пробою ізоляції міжпервинною і вторинною обмотками.обмоток. Для того, щоб виміри булидосить точними, вторинна обмотка ТС, обмотки приладів і сполучні проводиповинніматиневеликийопір,оскількивториннаобмоткаТСпрацюєврежимікороткогозамикання.

ТСвипускаютьсяізкласомточності:0,2-длялабораторнихвимірювань;0,5 – для живлення приладів комерційного обліку; 1, 3 для живлення щитовихприладів,10іР-дляживленнящитовихрелезахисту.ВториннийномінальнийструммайжевсіхТСприйнятийрівним5А.

Вторинні обмотки ТС, що включені в одну фазу, з'єднуються за двомасхемами:паралельноіпослідовно.ВонивикористовуютьсявразізастосуванняТС,вбудованихвсиловітрансформаториівимикачі.Навантаження на трансформатор струму за першою схемою включення в 2разименше,аподругій–більшев2рази,ніж привключеннінаодинТС.

Трансформаториструмурозрізняються:

• зародомвстановлення–внутрішньогоізовнішнього(Н);

• законструктивнимвиконанням–прохідні(П),котушкові(К),

вбудовані(В)і такдалі;

• закількістювитківпервинноїобмотки–багатовиткові,одновиткові(О),шинні (Ш);

• за видом основної ізоляції - із фарфоровою (Ф) ізоляцією, з литою (Л)ізоляцієюзепоксиднихсмол;

• закількістюосердь–зодним,здвома,збагатьмаосердям.

Вторинні обмотки низьковольтних ТС в схемах обліку електроенергіїз'єднуютьізпервинними(перемичкаміжвиводамиЛ1іИ1)дляпідведеннядолічильниканапругиконтрольованоїтрифазноїмережіпотихжепроводах,щоживлятьструмовікотушки лічильника.

ДляконтролювеличиниструмувтрифазніймережідостатньоматиодинТСводній із фазіодинамперметр.

Приздійсненнізахистузастосовуютьсярізнісхемиз'єднанняТСіобмотокреле,якіхарактеризуютьсякоефіцієнтомсхеми.

Дляпобудовиструмовихзахистіввикористовуютьнаступнісхемивключення струмових реле до вторинних обмоток трансформаторів струму:схема «повної зірки»; схема «неповної зірки»; схема «вісімки» на різницюструмів;схема«повноготрикутника»;схема«розімкнутоготрикутника».

Видикороткихзамикань

При побудові векторних діаграм приймається наступне допущення: струм унепошкодженійфазі – відсутній.

а) Трифазне замикання. Векторна діаграма відповідає зображеній на рис. 1.1.Вектори фазних струмів рівні по величині і зсунуті один відносно одного накут120^о.Увекторній діаграміструми тількипрямої послідовності.

3I₀I_aI_bI_c0

Ia

120^o

_Ic 120^o

_а) б)

Рис.1.1.ВекторнадіаграматрифазногоКЗ.

120^o

Ib

б)Двофазнізамиканнявмережахзізольованоютаглухозаземленоюнейтраллю, двофазні замикання на землю в мережах з ізольованої нейтраллю.Векторна діаграма відповідає зображеній на рис. 1.2. Вектори фазних струміврівні за величиною і зсунуті один відносно одного на кут 180^о. У векторнійдіаграміструми прямоїтаоберненоїпослідовностей.

3I₀I_aI_bI_c0

Ia

Ib

б)

а)

Рис.1.2.ВекторнадіаграмадвофазногоКЗ.

в) Двофазні замикання на землю в мережах з глухозаземленою нейтраллю.Векторна діаграма відповідає зображеній на рис. 1.3. Вектори фазних струмівузагальномувипадкунерівнізавеличиноюізсунутіодинвідносноодногонакутвід60^одо180^о.Увекторнійдіаграміструмипрямої,оберненоїтанульовоїпослідовностей.

3I₀I_aI_bI_c0

	а)	Ic Ib б)

Рис.1.3.ВекторнадіаграмадвофазногоКЗназемлю.

г) Однофазне замикання на землю в мережах з глухозаземленою нейтраллю.Векторна діаграма відповідає зображеній на рис. 1.4. У векторній діаграміструмипрямої,оберненої танульовоїпослідовностей.

3I₀I_aI_bI_c0

Ic

_а) б)

Рис.1.4.ВекторнадіаграмаоднофазногоКЗ.

Всірозглянутівищевидипошкодженьхарактеризуютьсязначнимиструмами, небезпечними дляжиттялюдейта приводять допошкодженняобладнанняіпорушенняелектропостачанняспоживачів.Томупристроїрелейногозахиступрацюютьнавимиканнявимикачааварійноїділянки.

д)Однофазнезамиканняназемлювмережахзізольованоюнейтраллю.Векторна діаграма відповідає зображеній на рис. 1.5. У векторній діаграміструмипрямої,оберненої танульовоїпослідовностей.

3I₀I_aI_bI_c0

Навідмінувідпопередньоговипадкудляданогопошкодженнявідсутнійпрямий шлях для проходження струму КЗ. Незначні за величиною струми КЗзамикаються через наведені ємності між непошкодженими фазами та землею.ДляцьоговидуКЗспотворюютьсяфазнінапруги,лінійнізалишаютьсянезмінними й безперебійність роботи споживачів не порушується, небезпекадля життя людей відсутня. Внаслідок цього захисти працюють на сигнал, а ненавимикання.

Ic

б)

а)

Рис.1.5.ВекторнадіаграмаоднофазногоКЗвмережахзізольованою

нейтраллю.

Схемиз’єднаньтрансформаторівструму.

Дляживленняпристроїврелейногозахистуструмоммережівикористовуютьнаступнітиповісхемиз'єднаннятрансформаторівструму(ТС)іобмотокреле(Р):

• схемаповноїзірки;

• схеманеповноїзірки;

• схемаз'єднанняТСвтрикутник,аобмотокрелевзірку;

• схема з двома ТС та одним реле, що ввімкнено на різницю струмів двохфаз;

• схемазувімкненнямреленасумуструмівтрьохфаз(фільтрструмівнульовоїпослідовності).

Стисло розглянемо ці схеми.а)Схемаповної зірки(рис.1.6):

Ia I Р1 b ia ib i I Р2 c c Р3 Р4 3I0	Ia P1 ia i I P2 c c P3 P4 3I0
а)	б)

ⁱa

^Ia

в)

P1

P4

^Ia

Рис.1.6.Струморозподілдлясхемиповноїзіркиприа)трифазномуКЗ;б)двофазномуКЗ;в)однофазномуКЗ

Нормальномурежимуі режиму трифазногокороткогозамикання (КЗ)відповідаєструморозподіл,зображенийнарис.1.6.а.СтрумиврелеР1,Р2,Р3дорівнюютьвториннимструмамТСвідповіднихфаз.Внульовомупровідникупротікаєгеометричнасумаструмівфаз,якадорівнює0:

^IP43I₀I_aI_bI_c^0_.

При двофазному КЗ (наприклад, між фазами А і С) струм КЗ проходитьтільки в двох пошкоджених фазах (А, С) і відповідних реле (Р1, Р3), струм внепошкодженій фазі відсутній (Iс=0). Струм в нульовому дроті дорівнює суміструмівдвохпошкодженихфаз(Іа,Іс),аоскількивониоднакові,алепротилежніпофазі,тоструму нульовомудротітакож відсутній:

I_P43I₀I_aI_c0_.

ПриоднофазнихКЗ(фазаА)первиннийструмКЗпроходитьтількипооднійпошкодженійфазі.Відповідниййомувториннийструмпроходитьтількичерезоднерелейзамикаєтьсяпонульовому дроту:

3I₀I_P4I_a0_.

При двофазних КЗ на землю струм проходить в двох реле, ввімкненихна пошкоджені фази (А, В). В нульовому дроті проходить геометрична сума_{цихструмів}^{3I0IP4IaIb0,}яказавждивідміннавід0,оскільки

струмиІаіІвприцьомупошкодженнізсунутінадеякий кут.

Відзначимо, що струм у нульовому провіднику буде протікати тількипри КЗ на землю. Реле Р4 не буде реагувати на навантаження та міжфазні КЗбезземлі.Нульовийпровідниксхемизіркиєфільтромструмівнульовоїпослідовності.

Відношення струмуврелеІрдострумувфазі (вторинний струмТС)Іф



К

^{носитьназвукоефіцієнтасхеми: Ірсх} І

ф_.

Коефіцієнтсхемихарактеризуєсхемиз'єднанняТСтаР,ійоговраховуютьприрозрахункахуставоктачутливостізахистів.

ВрозглянутійсхемірелефазреагуютьнавсівидиКЗ,арелевнульовомудроті - тільки на КЗ на землю. Схема повної зірки використовується длязахистів, що діють при всіх видах КЗ. Струм в реле дорівнює струму в фазі,томуКсх=1.

б)Схеманеповної зірки(рис.1.7)

_а) б)

в)

Рис.1.7.Струморозподілдлясхеминеповноїзіркиприа)трифазномуКЗ;б)двофазномуКЗ;в)однофазномуКЗ

При трифазному КЗ і нормальному режимі в реле Р1, РЗ проходять вторинніструми відповідних фаз Іа = Іа/Кт, Іс=Іс/Кт , (Кт - коефіцієнт трансформаціїТС),взворотномуждротіструмдорівнюєїхгеометричнійсумі,тобтодорівнюєструмуфази,щовідсутняувторинномуланцюгуІзв=Іа+Іс=-Ів.

У випадку двофазного КЗ струми з'являються в одному або двох реле, взалежності від того, які фази пошкоджено. Струм у зворотному дроті Ізв=0 увипадку двофазного КЗ між фазами А і С, і Ізв=Іа(Іс) при замиканні АВ абоВС.

При однофазному замиканні фаз А або С в реле Р1(РЗ), Р4 протікають струмифаз, при замиканні на землю фази В струми в схемі захисту не протікають ( уфазіВвідсутнійТС).

Таким чином, схема неповної зірки реагує не на всі випадки однофазного КЗ іможевикористовуватисьтількидлязахистувідміжфазнихКЗ.Застосовуєтьсяумережахзізольованоюнейтраллю.Коефіцієнтсхеми Ксх=1.

в) Схема з'єднання трансформаторів струму в трикутник, а обмоток реле взірку(Рис.1.8)

Нарис.1.8.априведеноструморозподілдлянормальногорежимуроботиелектричної мережі і для трифазного КЗ. Для точок 1, 2, 3 згідно законуКірхгофаможназаписативиразидляструмів,якіпроходятьчерезрелеР1,Р2,Р3:

1:

2:

3:

ia ib ic I P1 P1 IP2 P2 IP3 P3 1 2 3 Ia Ib Ic Ib Ic Ia		-Ib Ia I II3I 30o P1 a b ф IP2IbIc3Iф Ic 30o Ib -Ic 30o -Ia IP3IcIa3Iф
а)		б)

Рис.1.8.Схемаз’єднаньТСвтрикутник,аобмотокрелевзіркуа)струморозподілпритрифазномуКЗ;б)векторнадіаграма

Із струморозподілуна рис. 1.8видно, щов кожномуреле течеструм,рівнийгеометричнійрізниціструмівдвохфаз.Звідси,принавантаженніі

трифазномуКЗврелебудутьпротікатилінійніструми,яківструмівфазйзсунутівідноснонихпофазіна30,тобтоКсх=

разівбільші

.

При двофазному КЗ струм в реле Р1, Р2, РЗ в залежності від пошкод-женихфазможедорівнюватиструмуфази(Ксх=1)абоперевищуватийогов2рази(Ксх=2).ПриоднофазномуКЗчерездвавідповіднірелепротікаєструмфази(Ксх=1).

Таким чином, ця схема захисту реагує на всі види КЗ, коефіцієнт схемизалежитьвідвидуКЗ(зазвичайцюсхемухарактеризуютькоефіцієнтомсхемипритрифазномусиметричномуКЗКсх=),струминульовоїпослідовностіневиходять за межі трикутника ТС, тобто при КЗ на землю в реле потрапляєтількичастинаструмуКЗ (пряматазворотнапослідовності).

Описанавищесхемавикористовуєтьсявосновномудлядиференціальнихтадистанційнихзахистів.

г)Схемазвключеннямреленарізницюструмівдвохфаз(рис.1.9)

I_P1I_aI_c

ia ib ic IP1 P1 Ic Ia	-Ic Ia IP1IaIc3Iф 30o Ic Ib
а)	б)

Рис.1.9.Схеманарізницюструмів

а)струморозподілпритрифазномуКЗ;б)векторнадіаграма

ТС звичайно встановлюються в двох крайніх фазах (А,С), їх вторинніобмотки з'єднуються різнойменними затискувачами, до яких підключаєтьсяобмотка реле. При навантаженні та трифазному КЗ струм в реле дорівнюєгеометричнійрізниціструмівдвохфазІр⁽³⁾=Іа-Ісіперевищуєфазнийструмв

рази,тобтоІр⁽³⁾⁼Іф,Ксх=.

Аналогічний аналіз струморозподілу показує, що при двофазному КЗ(АВ або ВС) через реле протікає струм тільки однієї фази Ір⁽²)=Іа(Іс)=Іф,Ксх=1. При двофазному КЗ між фазами А і С (рис. 1.9) в реле надходить дваструмиІаіІс,ОскількиуцьомувипадкуIc=-Іа,тострумврелебудедорівнювати Ір⁽²⁾=Іа-Іс =2Іа=2Іф, Ксх=2. Бачимо, що струм в реле, а отже, ічутливість схеми при різних видах КЗ будуть різними. У випадку однофазнихКЗнафазі,щонемаєтрансформаторівструму(фазаВ),струмвреледорівнюєнулю,томуданасхеманеможевикористовуватисьякзахиствідоднофазних

КЗ. Вона може використовуватись тільки для захисту від міжфазних КЗ в тихвипадках,коливоназабезпечуєнеобхіднучутливістьпридвофазнихКЗ.Вагомим недоліком схеми є те, що її неможливо використовувати як захист,щоповинендіятиприКЗзасиловимитрансформаторамиізз'єднаннямобмоток^Y/,оскількиуцьомувипадкупридвофазномуКЗ(АВ)струмврелеІр=Іа-Ісбудедорівнюватинулю.

д)Схемазвключеннямрелевфільтрструмівнульовоїпослідовності(рис.1.10)

ia ib ic Ia Ib Ic P13I0	IP1IaIaIc0 Ia Ib Ic Ic Ib
а)	б)

Рис. 1.10. Схема фільтра струмів нульової послідовностіа)струморозподілпритрифазномуКЗ;б)векторнадіаграма

Струмвреледорівнюєгеометричнійсумівториннихструмівтрьохфаз:

I_P1I_aI_bI_c3I_0.

Струм в реле з'являється тільки при однофазних та двофазних КЗ наземлю,тобтотількиприцихпошкодженняхз'являютьсяІо.Схемавикористовується для захисту від замикань на землю. При навантаженнях,трифазних та двофазних КЗ сума струмів фаз в реле дорівнює нулю і реле недіє.

Вмиканнярелепосхемірис.1.10.рівносильнейоговвімкненнювнульовийпровідсхемиповноїзірки.

ПриспільнійроботіТСнеобхіднозабезпечитиправильне з’єднанняїхніхвториннихобмоток.Впротилежномувипадкузахист,якийпідключенийдоцихТС,може«відмовити»або«хибно»спрацьовувати.Перевіркуправильностіз’єднаннявториннихобмотокТФздійснюємозасхемоюрис.1.11Правильністьпідключенняперевіряютьзадопомогоювекторнихдіаграм.

а)	б)

Рис.1.11.Схемадослідуперевіркиправильностіз’єднанннявторинних

обмотокТС

а)з’єднанняоднойменнихзатискачів;б)з’єднаннярізнойменних

затискачів.

З’єднаємо між собою однойменні затискачі виводів вторинних обмотокТС (рис. 1.11,а) і побудуємо векторну діаграму струмів. При умові симетріїнавантаженнямодульвекторасумиструміврівнийвекторамскладових.Відповідноправильноз’єднавшивторинніобмоткиТСотримаємо:

І₁І₂І₃

Тепер з’єднаємо між собою різнойменні затискачі вторинних обмотокТС(рис.1.11,б).Модульвекторарізниціструміврівниймодулювектораодногозвториннихструмів(присиметріїрежиму),помноженомуна√3.



Відповідноприз’єднанірізнойменнихзатискачіввториннихобмотокТСотримаємо: _ІІІ2

1 3

Контрольнізапитання

1.ПризначенняТСвпристрояхрелейногозахисту.

ТС в пристроях релейного захисту (ТС - це скорочення від "трансформаторструму") використовується для вимірювання струму, який проходить черезелектричнийпровідабо провідник усистеміелектророзподілучи

енергосистеми.ПризначенняТСвпристрояхрелейногозахистувключаєнаступніаспекти:

1. Вимірювання струму:Основною функцією ТС є вимірювання струму, щопротікаєчерезпровідчилінію.Цеважливодлявизначенняпоточного

стану системи та виявлення надмірних струмів, які можуть вказуватинанесправність абоперевантаження.

2. Захист від короткого замикання:ТС використовується для виявленнякоротких замикань у системі, коли струм різко збільшується. РелейнийзахистможевикористовуватиінформаціювідТС,щобвідключити

ділянку системи або виконати інші захисні дії для запобіганняпошкодженнюобладнанняізабезпеченнябезпекиексплуатації.

3. Вимірювання струму короткого замикання:ТС також можевизначити рівень струму короткого замикання, що допомагає визначитипараметриіхарактеристикикороткогозамикання,такіякструм

короткогозамиканняічасреакції.

4. Моніторинг навантаження:ТС може використовуватися длямоніторингупоточногонавантаженняналініїабообладнанні,що

дозволяєоптимізуватироботусистемитазапобігтиперевантаженню.

5. Діагностика та аналіз аварій:Дані від ТС можуть бути використанідля аналізу аварій та виявлення причин та діагностики несправностей усистемі.

Загалом, ТС є важливою складовою релейного захисту, яка допомагає взабезпеченні надійності та безпеки електричних систем шляхом вимірюваннята аналізу струмів у системі та вчасного вжиття захисних заходів в разівиникненняаномальнихситуацій.

2. ЯквпливаєнавантаженняувторинномуколінароботуТс?ЧомурозімкненавториннаобмоткаТСєаварійнимрежимом?

Навантаження в вторинному колі (вторинній обмотці) трансформатора струму(ТС)можевпливатинайогороботуіточністьвимірювань.ВториннаобмоткаТСпризначена для вимірювання струму, і будь-які зміни у навантаженні можутьвикликатинаступніефекти:

1. Зміна точності вимірювань:Зміна навантаження на вториннійобмотці може впливати на точність вимірювань струму. Якщонавантаженнязанадтовелике,цеможепризвестидозниження

точності ТС, а отже, інформація, яку він передає релейному захисту,можебутинеточною.

2. Перевантаження ТС:Занадто велике навантаження вторинноїобмоткиможеперевантажитиТСіпризвестидойогопошкодженняабо вихідзладу.

Розімкнена вторинна обмотка ТС є аварійним режимом через наступніпричини:

1. Загроза для безпеки:Розімкнення вторинної обмотки може призвестидо невідпрацювання захисного пристрою (релейного захисту), оскількивіннеотримуєвідповідноїінформаціїпрострум.Цеможестворити

серйозну загрозу для безпеки електричних систем та персоналу, оскількирелейнийзахист несможевчасно виявитиі вимкнути небезпечні

ситуації,такіяккороткізамиканняабоперевантаження.

2. Втрата інформації:Розімкнення вторинної обмотки також означаєвтрату інформації про струм у вторинному колі. Це може ускладнитиабонавітьзробитинеможливимвиявленняіреакціюнанеправильні

умови в системі, що може призвести до пошкодження обладнання абовиникненняаварійних ситуацій.

Отже, розімкнена вторинна обмотка ТС не є бажаним станом, і вона слідуникати в електричних системах. Завжди важливо забезпечувати надійність іправильну роботу ТС, а також враховувати навантаження на вторинній обмотцідлязабезпеченняточних вимірюваньтаправильноїроботирелейногозахисту.