6.4. Выбор трансформаторов тока и определение их допустимой нагрузки в схемах релейной защиты

Точность работы ТТ, предназначенных для релейной защиты, характеризуется полной погрешностью ε. Она определяется, в частности, величиной вторичной нагрузки Z_Н.РАСЧ, которая зависит от схемы соединения ТТ и ИО, а также от вида и места КЗ.

_{Полная погрешность связана с предельной кратностью первичного тока К}10

К10 = I1.РАСЧ / I1.ТТ.Н,

(6.66)

где I_1.ТТ.Н – первичный номинальный ток ТТ; I_1.РАСЧ – первичный расчетный ток короткого замыкания, при котором должна обеспечи­ваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10 % (см. выражение 6.1).

Проверка ТТ на 10 %-ную погрешность сводится к определению расчетного первичного тока I_1.РАСЧ и максимальной допустимой вторичной нагрузки Z_Н.ДОП, при которой полная погрешность ε не превышает 10 %. Для этой цели служат кривые предельной кратности первичного тока, представляющие собой зависимость К₁₀ = f(Z_Н) при ε = 10 % [25, 26]. На рис. 6.21 приведены в качестве примера зависимости К₁₀ для ТТ типа ТПЛ-10.

Порядок выбора трансформаторов тока.

1. Определяется максимальный рабочий ток I_{РАБ.МАКС} защищаемого элемента.

2. По максимальному рабочему току и номинальному напряжению защищаемого элемента выбирают ТТ с соответствующим первичным номинальным током I_1.ТТ.Н.

3. Определяют расчетный первичный ток I_1.РАСЧ, который зависит от типов релейной защиты [3, 25]:

А. Для токовых защит с независимой от тока выдержкой времени (мгновенной токовой отсечки и, если её нет, то селективной токовой отсечки)

I1.РАСЧ = 1,1 ∙ IС.З,

(6.67)

поскольку для этих защит достаточно обеспечить надежную и точную работу при токе срабатывания I_С.З устройства защиты. Коэффи­циент 1,1 учитывает увеличение кратности первичного тока из-за 10 %-ной погрешности ТТ.

Б. Для максимальной токовой защиты с зависимой от тока выдержкой времени

I1.РАСЧ = 1,1 ∙ IСОГЛ,

(6.68)

где ток I_СОГЛ соответствует 10-ти кратному току рассматриваемой микропроцессорной защиты (10 ∙ I_S), при котором производится согласование по времени последующей и предыдущей защит и определяется ступень селективности ∆t или максимальный ток КЗ в конце зоны действия рассматриваемой защиты .

В. Для продольных дифференциальных защит (трансформаторов, генераторов, шин, линий) принимается равным наибольшему значению тока при внешнем КЗ

.

(6.69)

Рис. 6.21. Пример определения допустимого значения Z_Н.ДОП

no кривым предельных кратностей первичного тока

Г. Для токовой направленной защиты линий с односторонним питанием I_1.РАСЧ принимается равным наибольшему значению тока при КЗ в конце защищаемой линии.

Расчетная проверка выполняется в следующем порядке.

1. Определяется значение предельной кратности первичного тока К₁₀.

2. Подбирается кривая предельных кратностей первичного тока [25, 26], соответствующая типу трансформатора тока, классу (наименованию) обмотки и коэф­фициенту трансформации n_Т. Кривые предельных кратностей некоторых типов транс­форматоров тока, наиболее часто применяемых в распределительных сетях, даны в приложении П2.

3. Для значения К₁₀ из п. 1 по соответствующей кривой предель­ных кратностей первичного тока определяется допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки Z_Н.ДОП. На рис. 6.21 в качестве примера показано определение Z_Н.ДОП (см. пунктирные линии).

4. Значение Z_Н.ДОП (п. 3) при проектировании используется для вычисления сечений жил контрольных кабелей токовых цепей релейной защиты, поскольку остальные условия, влияющие на сопротивление нагрузки трансформаторов тока уже известны и, как правило, не подлежат изменению (длина кабелей от ТТ до панелей защиты, материал жил – медь или алюминий, типы, а следовательно, и сопротивления как отдельных реле, так и комплектов и панелей защиты, а также схема соединения ТТ и реле и расчетный вид короткого замыкания).

Определение вторичной нагрузки.

Определяют расчетную нагрузку Z_Н.РАСЧ, которая должна равняться или быть меньше допустимой

ZН.ДОП ≥ ZН.РАСЧ = RПР + ZР + RКОНТ,

(6.70)

где R_ПР – сопротивление соединительных проводов; Z_Р – полное сопротивление реле; R_КОНТ = 0,1 Ом – переходное сопротивление контактов.

Фактическая расчетная вторичная нагрузка Z_Н.РАСЧ трансформатора тока зависит от сопротивле­ния реле и соединительных проводов, от схемы соединения трансфор­маторов тока и от вида КЗ. Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки (на фазу) трансформаторов тока для основных схем соединения приведены в приложении П2, табл. П2.1.

Сопротивление вторичных цепей, состоящих из релейной аппаратуры и соединительных проводов, может быть определено с помощью следующих выражений:

а) сопротивление соединительных проводов

RПР = L / (γ ∙ S ),

(6.71)

где L – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до реле, м; S – сечение провода (жилы кабеля), мм²; γ - удельная прово­димость, м/(Ом∙мм²), для меди равна 57, для алюминия – 34,5;

б) полное сопротивление реле (или панели защиты) определяется, как правило, по потребляемой мощности S, которая указывается в каталогах и справочниках:

ZР = S / I2,

(6.72)

где S – потребляемая мощность, В∙А; I – ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

Для создания расчетного запаса и в целях упрощения расчетов значения активных и полных сопротивлений складываются арифметически.

Выбор контрольного кабеля.

Для рассчитанных параметров релейной защиты, выбранных ТТ, известного расположения оборудования на защищаемом объекте (подстанции) производится выбор контрольного кабеля.

_{1. Определяется предельная кратность}

К10 = I1.РАСЧ / I1.ТТ.Н.

(6.73)

2. По кривым К₁₀ = f(Z_Н) находится допустимое сопротивление Z_Н.ДОП.

3. По табл. П2.1 (см. приложение П2) выбирается формула для расчета Z_Н.РАСЧ.

4. Из условия Z_Н.РАСЧ ≤ Z_Н.ДОП вычисляют допустимое сопротивление проводов R_ПР.ДОП.

5. При известной длине кабеля, выбранном материале жил кабеля (медь или алюминий) определяется сечение жил кабеля S.

6. Принимается большее стандартное сечение жил с учетом п. 3.4.4 ПУЭ (для токовых цепей минимальное сечение жилы из меди должно быть не менее 2,5 мм², из алюминия – 4 мм²). Выбирается марка контрольного кабеля.

Следует отметить, что в некоторых случаях приходится увеличивать сечение кабелей. Например, в Челябинских городских электрических сетях с целью получения допустимого сопротивления проводов Z_Н.ДОП иногда увеличивают их сечение до 25 мм², а для соединения кабелей и устройств защиты применяют переходные клеммники.