Токи намагничивания силовых трансформаторов при включении под напряжение

Х арактер изменения токов намагничивания

При включении силовых трансформаторов под напряжение или при восстановлении на них напряжения после отключения внеш­него к. з. в обмотке, питающей трансформатор, возникает резкий бросок тока намагничивания, имеющий затухающий характер (рис. 16-25). Ма­ксимальное значение этого тока в не­сколько раз превосходит номинальный ток трансформатора.

Резкое возрастание тока намагничи­вания объясняется насыщением магни­топровода трансформатора. При вклю­чении трансформатора под напряжение оно появляется на его обмотке внезапно. Аналогичная картина имеет место на трансформаторе после отклю­чения к. з. при восстановлении напряжения (рис. 16-26).

Во время к. з. напряжение на трансформаторе понижается в пределе до нуля. После отключения повреждения (точка В) про­исходит скачкообразное восстановление напряжения на зажимах трансформатора.

В обоих случаях магнитный поток в сердечнике трансформатора устанавли­вается не сразу. Возни кает переходный процесс, сопровождающийся появлением двух потоков: установившегося Ф_у и свободного, постепенно затухающего Ф_св (рис. 16-27). Результирующий поток Ф_т = Ф_у + Ф_св; в начальный момент (t = 0) Ф_то= 0 и поэтому Ф_сво= -Ф_у0.

Во втором полупериоде знаки обоих потоков совпадают и результирующий поток трансформатора достигает макси­мума Ф_т._макс.

Установившийся поток Ф_у отстает от напряжения U_T на 90^о, поэтому вели­чина свободного потока Ф_св0, а следовательно, и Ф_т._макс зависят от фазы U_Т и достигают наибольшего значения при включении трансформатора в момент про­хождения U_Т через нуль. В этом случае без учета затухания Ф_т._макс ≈ 2Ф_у. Величина потока Ф_т.макс может достигать и больших значений, если магнитопровод трансформатора имеет остаточное намагни­чивание и соответствующий ему поток Ф_ост со­впадает по знаку со свободным потоком Ф_св. Тогда Ф_т._макс = (2Ф_у + Ф_ост) > 2Ф_У.

При потоках, близких к 2Ф_у, магнитопровод трансформатора насыщается, что и обуслов­ливает резкий рост (бросок) намагничивающего тока I_нам трансформатора.

Изменение тока I_нам по времени ха­рактеризуется следующими о собенно­стями:

1. Кривая тока носит асимметричный характер до тех пор, пока I_нам не до­стигнет установившегося значения.

2. Кривая может быть разложена на апериодическую составляющую и сину­соидальные токи различных гармоник. Апериодическая составляю­щая имеет весьма большое удельное значение.

3. Время затухания токов определяется постоянными времени трансформатора и сети и может достигать 2-3 сек. Чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание.

4. Первоначальный бросок тока может достигать 5-10-крат­ного значения номинального тока трансформатора. Кратность броска тока на мощных трансформаторах меньше, чем на мало­мощных.

Ток намагничивания I_нам._т появляется только в одной обмотке силового трансформатора, той, на которую подается напряжение при его включении. Как видно из рис. 16-26, в, этот ток трансформи­руется через трансформатор тока защиты и поступает в реле, вызы­вая его работу, если I_нам.т. > I_с.з. Для предотвращения ложной работы дифференциальной защиты под действием I_нам._т принимаются специальные меры, рассмотренные ниже.

Способы предотвращения работы защиты от бросков тока намагничивания

Наиболее простым и ранее широко применявшимся является способ замедления защиты на время порядка 1 сек. Однако при этом терялось наиболее ценное свойство защиты – ее быстродей­ствие. Применялись и другие, более сложные способы отстройки от токов намагничивания с сохранением быстродействия (блоки­ровки от понижения напряжения, торможение от токов высших гармоник и т. д.).

Опыт эксплуатации показал, что эти способы себя не оправдали; они приводили к усложнению защиты и не давали достаточно надеж­ной отстройки от намагничивающих токов. В настоящее время в приняты два способа отстройки от токов намагничивания.

Первый из них заключается в применении быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ), через которые включаются диф­ференциальные реле. БНТ не пропускают апериодиче­ского тока, составляющего значительную часть тока намагничива­ния, и позволяют, таким образом, надежно отстроить дифферен­циальные реле от намагничивающих токов.

Второй способ состоит в отстройке тока срабатывания реле от тока намагничивания по величине. На таком принципе выпол­няется защита, называемая дифференциальной отсечкой.

Преимуществом обоих способов являются: простота, надеж­ность и сохранение основного достоинства дифференциальной за­щиты – быстроты действия.