6.9. Реле дифференциальное рнт.

6.9.1. Назначение и принцип действия рнт.

Кривые токов намагничивания и токов небаланса в неустановившемся режиме располагаются в одну сторону оси времен из-за наличия апериодической составляющей. Кривые тока к.з. при повреждении в защищаемой зоне, имеет почти симметричную синусоидальную форму. В момент к.з. на форму кривой тока в реле оказывает некоторое влияние свободная апериодическая составляющая переходного процесса. Однако кривые полного тока к.з. меняет знак каждые полпериода. Применение насыщающихся ТТ основано на отличии формы кривой бросков токов намагничивания и токов небаланса при внешних коротких замыканиях от нормальной синусоиды, расположенной симметрично относительно горизонтальной оси.

Первичные обмотки насыщающегося ТТ включаются в дифференциальную цепь защиты, а от вторичной обмотки питается токовое реле. Сердечник НТТ с специальной сталью с широкой петлей гистерезиса, а сечение сердечника, параметры реле и обмотка подбираются так, что во вторичную цепь хорошо трансформируется только синусоидальный ток. Апериодический ток практически не трансформируется и реле не работает, а производит лишь подмагничивание. Таким образом, ТТ при наличии в первичной токе апериодической составляющей автоматически увеличивает ток срабатывания реле (загрубение реле), и диф. защита не реагирует на броски намагничивания тока силовых трансформаторов и на токи небаланса при внешних к.з.

Рассмотрим подробнее физические процессы в НТТ. При прохождении тока по n – намагничивание его сердечника. Для каждого сорта ферромагнитного материала существует своя кривая намагничивания (зависимость В от Н). При определенных размерах сердечника и числа n можно построить магнитную характеристику Ф от Iн. Когда сечение сердечника одинаковое на всех участках, а воздушный зазор отсутствует, то ФВ, А НIн.

Нс - коэрцитивная сила (задерживающая);

Вr – остаточная индукция.

П роцесс отставания изменений магнитного поля от изменений намагничивающего тока называется гистерезисом.

При прохождении по n синусоидального тока значением от +Iм до –Iми магнитной индукции от +Вм до –Вм значение ЭДС на вт, а следовательно Iср получает большее значение (петля гистерезиса соответствует срабатыванию реле).

Если в первичной обмотке проходит апериодический ток перемагничивания сердечника происходит по динамической петле гистерезиса 1-2-1, 3-2-3, так как индукция изменяется в небольших пределах на величину Ва. При таком изменении индукции на вт наводится небольшая ЭДС.

6.9.2. Устройство реле рнт.

Основными элементами реле РНТ являются насыщающийся трансформатор тока и исполнительный орган-реле РТ-40. НТТ предназначен для:

1. обеспечения отстройки реле от токов небаланса при переходных процессах.

2. выравнивания НС, возникших под действием различных по величине вторичных токов в плечах диф.защиты.

НТТ имеет трех стержневой сердечник. На левом стержне - вт, на среднем – две или три обмотки n, включенные в токовые цепи диф.защиты. На среднем и правом стержне ’кз и ''кз короткозамкнутой обмотки, используемой для улучшения отстройки защиты от бросков токов намагничивания силовых трансформаторов и токов небаланса в переходном режиме при внешних к.з. За счет размагничивающей к.з. обмотки происходит усиление действия апериодической слагающей и ослабление действия периодической слагающей тока, что приводит к загрубению реле.

При к.з. в зоне действия диф.защиты, в n протекает синусоидальный ток и происходит непосредственная трансформация из n во вт и в часть ’кз, откуда он поступает в ''кз. Магнитные потоки среднего и правого стержней Фсред и Фк.з. суммируются по L, зависящие от параметров кз и направлены в левый стержень. Ток из n трансформируются двумя путями: при помощи прямой трансформации из n во вт и двойной трансформации из n в ''кз, а затем ''кз в вт.

При прохождении по первичной обмотке реле тока с апериодической слагающей не трансформируется в к.з. контур. Апериодический поток Фап разветвляется в левый и правый стержни. Они ухудшают трансформацию из n в ''кз и вт. Апериодический ток сильно ослабляет двойную трансформацию, чем достигается значительное увеличение тока срабатывания.

На реле старого исполнения (РНТ-562-564) число витков кз, чтобы отношение ''кз/'кз остается постоянным. Фсред и Фкз в правом стержне НТТ обеспечивают требуемый по величине результирующий поток в левом стержне Фр. При увеличении числа к.з. витков средний и правый потоки уменьшаются и уменьшается также и угол между векторами этих потоков, результирующий же магнитный поток остается неизменным.

У новых реле (РНТ-565-567) уставки, на которых кз регулируется Rкз. Таким образом при наличии в Iн апериодической составляющей происходит автоматическое загрубение реле из-за насыщения сердечника НТТ. Поведение реле РНТ в схемах диф.защиты при внешних к.з. и включаемых силовых трансформаторов под напряжение, т.е. в переходных режимах с апериодической составляющей оценивают качественно по характеристикам зависимости относительного тока срабатывания реле от насыщения:

где Iср.n – переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной ( апериодической) составляющей;

Iср.sin – синусоидальный ток срабатывания при отсутствии постоянной составляющей.

Коэффициент смещения равен отношению постоянного тока подмагничивания реле к действующему значению тока Iср.n:

где Iа – постоянная (апериодическая) составляющая тока в реле;

Iср.n – переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей.

Смещения характеризуется кривой тока относительно оси времени:

Токи небаланса в реле диф.защиты имеют несинусоидальную форму, поэтому полное смещение кривой тока относительно времени получается при уменьшении коэффициента:

Характеристики загрубения реле достаточно точно характеризуют поведение реле в первые моменты к.з. в зоне диф.защиты.

При внешних к.з. и включения на ХХ можно приближенно рассматривать как реле без кз. обмотки.

Переходные токи небаланса и броски Iнам силовых трансформаторов расположены асимметрично оси времени и содержат апериодическую составляющею, которая не трансформируется, а идет на намагничивание. За счет насыщения сердечника БНТ, подмагничивающим действием апериодического тока, трансформация также ухудшается, что еще больше уменьшает ток в реле. После затухания апериодической составляющей нормальные условия для трансформации периодического тока восстанавливаются. Подмагничивающего действия апериодического тока в первый момент к.з. приводит к замедлению защиты при повреждении в ее зоне. Из-за насыщения трансформация тока в реле уменьшается так, что Iреле≤Iср и реле действует до тех пор пока не затухнет апериодическая составляющая тока (tзат=0,03-0,1сек). Этот недостаток связан с БНТ.

Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. Обмотки д и 2 образуют насыщающийся трансформатор ур и включаются в цепи защиты и служат для уравновешивания вторичных токов. Ток срабатывания регулируется изменением числа витков д. Наличие обмотки кз повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков тока намагничивания силового трансформатора особенно когда эти токи не полностью сдвинуты относительно нулевой линии:

Подобные токи имеют значительную переменную составляющую и небольшую апериодическую, что понижает эффективность действия БНТ. Обмотка кз ограничивает периодический ток, возникший во вторичной обмотке РНТ, но не изменяет подмагничивающее действие апериодической составляющей.

Ток Iд, поступающий в д создает силу F=Iд*д. Поток Фд замыкается по правому и левому стержням. В общем случае Iд=Iд.n+Iд.а. Соответственно этому образуется две составляющие Fд.n и Fд.а и магнитные потоки Фд.n и Фд.а. Поток Фд.n по правому стержню наводит в 2 ЭДС Е2. Апериодический поток Фд.а медленно изменяясь не наводит ЭДС в 2 и полностью затрачивается на намагничивание магнитопровода.

При наличии кз. обмотки поток Фд.n в к создает ЭДС Ек и Iк. Ток Iк создает МДС Fк=Iк*к и F'к=Iк*'к.

МДС Fк действует навстречу Fд.n и почти полностью компенсирует ее. Результирующая МДС F1=Fд.n-Fк создает остаточный поток Фп<<Фд.n ( где Фд.n – магнитный поток при отсутствии к). МДС F'к образует Ф'к, замыкающийся вместе с составляющей потока Фп по левому стержню. Параметры к подбираются так, чтобы суммарный поток в левом стержне был равен: Ф2=Фn2+Ф'к2<Фд.n2. Таким образом кз уменьшает магнитный поток, создаваемый током Iд.n, питающий обмотку д. На МДС Fд.а, создаваемой током Iд.а, обмотка кз не влияет, так как скорость изменения Iд.а очень мала и поэтому Iд.а не вызывает в ней ЭДС. Это означает, что поток Фд.а, создаваемый Fд.а=Iд.а*д и его подмагничивающее действие практически не зависят от кз. Таким образом, кз. обмотка уменьшает трансформацию периодической составляющей тока в ней и не влияет на апериодическую составляющею. Влияние к равноценно уменьшению периодического тока в обмотке д с Iд.n до некоторой I’д.n при сохранении Iд.а.

Ток небаланса Iнб в переходных режимах обусловлен апериодической составляющей в периодической токе. В переходном режиме, в начальный момент времени к.з. на величину и характер Iнб большое влияние оказывает апериодическая составляющая первичного тока.

Ударный ток Iудар обычно больше установившегося к.з. в 1,5-1,8 раза. Особенно большой величины Iнб достигает во время переходных процессов. Это объясняется тем, что апериодическая составляющая первичного тока подмагничивает сердечник ТТ, насыщение сердечника ТТ приводит к резкому увеличению погрешности ТТ и увеличению небаланса Iнб.

Характерной особенностью кривой тока небаланса при внешнем к.з. является смещение относительно горизонтальной оси. Iнб в реле может достигать большой величины также и при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении на них напряжения после отключения к.з.

Большие броски тока намагничивания объясняется том, что в момент подачи напряжения индуктивное сопротивление трансформатора резко уменьшается из-за насыщение магнитопровода.

Ток ХХ примерно составляет (0,5-5)%Iном трансформатора. Величина потока Ф зависит от напряжения поданного на обмотку трансформатора: V1=4,f_Фн В момент подачи напряжения поток Ф не может изменяться скачком. Возникает переходный процесс с наличием двух потоков Фсв и Фпр. При t=0 Фм=0, а при t=Т/2 Фм=Фсв+Фпр и поток Фм в (1,5-1,8) раза больше установившегося магнитного потока. Максимальное значение магнитного потока при переходном процессе соответствует пологой части кривой. Начальный бросок тока Iнам больше в сотни раз амплитуды тока Iнам при ХХ и в (3-10) раз больше амплитуды Iном трансформатора. Начальный бросок тока спадает очень резко, приближаясь к установившемуся току ХХ, так как в пологой части (а-б) небольшому изменению Ф соответствует значительное изменение Iнам.

Ток Iнб в установившемся режиме мал и от него можно отроиться, но от больших токов Iнб уставкой срабатывания отстроиться трудно, так как защита окажется нечувствительна к к.з. в зоне. Для предотвращения ложной работы диф.защиты реле включается через НТТ.

Существует несколько типов схем включения реле РНТ.

В диф.защите двух обмоточных трансформаторов (АТ) для компенсации неравенства токов в плечах защиты используют одну уравнительную обмотку _урII, включая ее в плечо с меньшим током.

Для повышения точности компенсации применяется схема с включением уравнительной обмотки в каждое плечо защиты. При этом диф.обмотка включается на разность токов плеч.

Возможна схема с использованием только уравнительных обмоток.

В схемах защиты трех обмоточного трансформатора используется дифференциальная и обе уравнительные обмотки.

Плечо I с большим током непосредственно подключается к диф.обмотке реле.

При применении диф.защиты с реле РНТ-566 схема имеет вид.

Ток срабатывания регулируется : ур1=(0,34-2)А, ур2=(0,625-4)А, ур3=(2,57-20)А.