5.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Измерительные органы релейной защиты подключаются к защищаемому элементу с помощью специальных измерительных трансформаторов.

Назначение измерительных трансформаторов - изолировать измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения, снизить токи и напряжения до величин удобных и безопасных для работы реле и измерения. Применение измерительных трансформаторов позволяет также унифицировать реле и приборы.

Трансформаторы тока (ТА). ТА состоит из стального сердечника из шихтованной стали и двух обмоток - первичной и вторичной , причем . Первичная обмотка ТА подключается последовательно в цепь защищаемого элемента, к вторичной обмотке присоединяются реле или измерительные приборы. Ток, протекающий по обмотке , создает магнитный поток , который индуцирует ток во вторичной обмотке . Ток , в свою очередь, создает магнитный поток , направленный навстречу потоку . Результирующий магнитный поток .

Аналогичное выражение может быть записано для намагничивающих сил , т.е.

; , (5.5)

где - ток намагничивания, обеспечивающий создание магнитного потока в сердечнике.

Из последнего выражения делением всех членов уравнения на можно получить

, или , (5.6)

где - витковый коэффициент трансформации, .

На практике чаще используют номинальный коэффициент трансформации , записанный через значения номинальных токов. Анализируя уравнение (5.6), можно заметить, что расчетное значение тока и действительное значение отличаются друг от друга. Величина вносит погрешность в величину и фазу тока , поскольку не весь ток трансформируется во вторичную обмотку, что обусловливает наличие погрешностей в работе ТА.

Токовая погрешность - алгебраическая разность токов:

• абсолютная ; (5.7)

• относительная . (5.8)

Чем больше величина , тем больше погрешности трансформатора тока. Чем меньше погрешности ТА, тем точнее работает защита. имеет две составляющие - активную и реактивную .

Ток обусловлен активными потерями (гистерезис) и вихревыми токами. Для его снижения сердечники ТА делают из шихтованной трансформаторной стали, поскольку величина этих потерь определяется качеством и параметрами стали.

Ток служит для создания магнитного потока , который индуцирует во вторичной обмотке. Для снижения нужно снижать , который определяется как

, (5.9)

где - магнитное сопротивление.

Для нормальной эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики погрешности .

В устройствах релейной защиты обмотки трансформаторов тока и реле соединяются по определенным схемам. Поведение реле зависит от характера распределения тока по обмоткам реле при различных видах КЗ.

Все схемы соединения, кроме изображенной на рис. 5.5, д, принято характеризовать коэффициентом схемы , который определяется как отношение тока, протекающего по реле, к вторичному фазному току ТА:

(5.10)

Данный коэффициент обычно равен 1 (для схем рис. 5.5, а и б) или (для схем рис. 5.5, в и г).

При выполнении МТЗ и токовых отсечек наиболее часто применяют следующие схемы:

1. Трехфазная трехрелейная схема полной звезды для защит сетей с глухозаземленной нейтралью от всех видов замыканий (рис. 5.5, а).

2. Двухфазная двухрелейная (трехрелейная) схема в качестве защиты от междуфазных замыканий в сетях с изолированной нейтралью (рис. 5.5, б).

3. Двухфазная однорелейная схема в качестве защиты от междуфазных КЗ для неответственных потребителей (рис. 5.5, в).

4. Схема соединения ТА в треугольник, а реле - в звезду в дистанционных и дифференциальных защитах трансформаторов от всех видов КЗ (рис. 5.5, г).

5. 

   Фильтр токов нулевой последовательности для выполнения защит от замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью (рис. 5.5, д).

Для выбора возможности применения какой-либо из приведенных на рис. 5.5 схем соединения необходимо провести анализ поведения реле в выбранной схеме при различных видах КЗ. Для этого на выбранную схему соединения наносят первичные токи, соответствующие им вторичные токи ТА и затем определяют направление и величину тока, протекающего по каждому реле.

Трансформаторы напряжения (ТV). По принципу действия ТV аналогичен силовому трансформатору, но , где - число витков первичной и вторичной обмоток. Коэффициент трансформации ТV:

, (5.11)

где - напряжение вторичной обмотки при условии, что она разомкнута.

Погрешность ТV может быть:

- абсолютной по напряжению , (5.12)

- относительной , (5.13)

- угловой

Для питания цепей релейной защиты, автоматики и измерения ТV соединяются по определенным схемам. Выбор схемы зависит от того, какое напряжение нужно - фазное, линейное или напряжение нулевой последовательности. Наиболее часто применяемые схемы соединения приведены на рис. 5.6.