- •Вопрос 1 основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты
- •Вопрос 2 повреждения в электроустановках
- •Ненормальные режимы
- •Вопрос 3 и 4 источники и схемы оперативного тока
- •Вопрос 5
- •Реле тока на индукционном принципе
- •Индукционные реле тока серий рт-80 и рт-90
- •Вопрос 6 требования к точности трансформаторов тока, питающих рз
- •Вопрос 7 трансформаторы тока и их погрешности
- •Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока
- •Вопрос 8 типовые схемы соединения обмоток трансформаторов тока
- •Вопрос 9 нагрузка трансформаторов тока
- •Вопрос 10 выдержки времени защиты
- •Вопрос 11 принцип действия токовых зашит
- •Максимальная токовая зашита лэп
- •Схемы мтз на постоянном оперативном токе
- •Вопрос 12 максимальная токовая защита с блокировкой реле мин напряжения
- •Вопрос 13 . Максимальные токовые защиты на переменном оперативном токе
- •Вопрос 14 выбор тока срабатывания
- •Вопрос 15 принцип действия токовых отсечек
- •Схемы отсечек
- •Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием
- •Неселективные отсечки
- •Отсечки на линиях с двусторонним питанием
- •Отсечки с выдержкой времени
- •Вопрос 16 защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью общие сведения
- •8.2. Максимальная токовая защита нулевой последовательности
- •8.3. Токовые направленные защиты нулевой последовательности
- •Отсечки нулевой последовательности
- •Выбор уставок токовых защит нулевой последовательности
- •Вопрос 17 . Принципы выполнения защиты от однофазных замыканий на землю
- •Фильтры токов и напряжений нулевой последовательности
- •Вопрос 18 токи и напряжения при однофазном замыкании на землю
- •Вопрос 20 выбор уставок срабатывания
- •Мертвая зона
- •Токовые направленные отсечки
- •Оценка токовых направленных защит
- •Вопрос 21 необходимость направленной защиты в сетях с двусторонним питанием
- •Функциональная схема и принцип действия токовой направленной защиты
- •Схемы включения реле направления мощности
- •Поведение реле направления мощности, включенных на токи неповрежденных фаз
- •Схемы направленной максимальной токовой защиты
- •Вопрос 22 принцип действия и виды поперечных дифференциальных защит параллельных линий
- •Токовая поперечная дифференциальная зашита
- •Направленная поперечная дифференциальная защита
- •Вопрос 25 . Принцип действия продольной дифференциальной защиты
- •Токи небаланса в дифференциальной защите
- •Вопрос 26 дистанционная защита назначение и принцип действия
- •Характеристики выдержки времени дистанционных защит
Вопрос 7 трансформаторы тока и их погрешности
П ринцип действия. Трансформаторы тока (ТТ) являются вспомогательными элементами, с помощью которых ИО РЗ получают информацию о значении, фазе и частоте тока защищаемого объекта. От достоверности получаемой информации зависит правильность действия устройств РЗ. Поэтому основным требованием к ТТ, питающим устройства РЗ, является точность трансформации контролируемого тока с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Принцип устройства ТТ поясняют схемы, приведенные на рис.3.1. Заметим, что один из вторичных зажимов ТТ должен обязательно заземляться по условиям техники безопасности.
Т рансформатор тока (рис.3.1, а) состоит из первичной обмотки w1, включаемой последовательно в цепь контролируемого тока, вторичной обмотки w2, замкнутой на сопротивление нагрузки Zн, состоящее из последовательно включенных элементов РЗ или измерительных приборов, и стального магнитопровода 1, с помощью которого осуществляется магнитная связь между обмотками. Первичный ток I1 проходящий по виткам первичной обмотки wl, и ток I2, индуцированный во вторичной обмотке w2, создают магнитодвижущие силы (МДС) I1wl и I2w2, которые вызывают соответственно магнитные потоки Ф1 и Ф2, замыкающиеся по стальному магнитопроводу 1. Намагничивающие силы и создаваемые ими магнитные потоки с учетом их положительных направлений, показанных на рис.3.1, геометрически вычитаются, образуя результирующую МДС Iнамw1 и результирующий магнитный поток трансформатора Фт [41]:
(3.1)
(3.1а)
Поток Фт, называемый рабочим или основным, пронизывает обе обмотки и наводит во вторичной обмотке ЭДС Е2, которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки ток I2. Поток Фт создается МДС Iнамw1 и, следовательно, током Iнам. Последний является частью тока I1 и называется намагничивающим током. Если Iнам = 0, выражение (3.1) примет вид
Ilwl = I2w2,
откуда
(3.2)
где – коэффициент трансформации, называемый витковым, в отличие от номинального1. При отсутствии намагничивающего тока вторичный ток I2 (расчетный ток) равен первичному току I1 поделенному на коэффициент трансформации ТТ, равный КIв. В этом случае первичный ток полностью трансформируется во вторичную обмотку w2, и ТТ работает идеально без потерь и погрешностей.
Обозначение выводов обмоток трансформаторов тока. При изготовлении ТТ выводы первичной и вторичной обмоток условно обозначаются (маркируются) так, чтобы при помощи этих обозначений можно было определять направление вторичного тока по направлению первичного. Выводы первичной обмотки могут обозначаться произвольно: один принимается за начало Н, а второй – за конец обмотки К (рис.3.2, а). Маркировка же выводов вторичной обмотки выполняется по следующему правилу. При прохождении тока в первичной обмотке от начала Н к концу К за начало вторичной обмотки Н принимается тот ее вывод, из которого в этот момент ток вытекает в цепь нагрузки (рис.3.2, а). Соответственно второй вывод вторичной обмотки принимается за конец обмотки К. При обозначении выводов вторичной обмотки по указанному выше правилу ток в обмотке реле, включенного во вторичную цепь ТТ, имеет такое же направление, как и в случае включения реле непосредственно в первичную цепь (рис.3.2, а). З аводы-изготовители обозначают начало и конец первичной обмотки трансформаторов Л1 и Л2, а начало и конец вторичной обмотки И1 и И2 (рис.3.2, б, в).
На рис.3.2, г показана векторная диаграмма первичного и вторичного токов при принятых на рис.3.2, а их условных положительных направлениях.
На рис.3.2, д показано, как изменяется направление тока во вторичной обмотке и маркировка выводов вторичной обмотки при различном выполнении намотки вторичной обмотки. Направления потока Ф1 и вторичного тока определяются по правилу буравчика.
Причины погрешности. В реальном ТТ Iнам ≠ 0, как это следует из (3.1). Ток IHAM является обязательной частью первичного тока I1, он образует МДС, создающую поток Ф, который и осуществляет трансформацию. Из выражения (3.1) вторичный ток реального ТТ
(3.3)
где kI = w2/wl – витковый коэффициент трансформации.
Из выражения (3.3) следует, что действительный вторичный ток I2 отличается от расчетного (идеального) значения I1/kI, определенного по формуле (3.2), на значение Iнам/kI, которое вносит искажение в абсолютное значение и фазу вторичного тока. Таким образом, причиной, вызывающей погрешность в работе ТТ, является ток намагничивания Iнам
Векторная диаграмма и виды погрешностей ТТ. Искажающее влияние тока намагничивания на вторичный ток ТТ показано на векторной диаграмме рис.3.3, в основу которой положена схема замещения (см. рис.3.1, б).
В схеме замещения магнитная связь между первичной и вторичной обмотками ТТ заменена электрической, а все величины первичной стороны приведены к виткам вторичной обмотки: I'1= I1/KI и I'нам= Iнам/kI.
За исходный при построении диаграммы принят вектор вторичного тока I2, а затем строятся векторы напряжения на выходе вторичной обмотки: U2 и Е2.
Вектор вторичного напряжения U2 равен падению напряжения в сопротивлении нагрузки
Zн = Rн+ jXн, т. е. U2 = I2(Rн+ jXн). Он опережает I2 на угол φн. Вектор вторичной ЭДС ТТ
1 Под номинальным коэффициентом трансформации подразумевается отношение номинального первичного тока ТТ ко вторичному: . В заводских материалах дается номинальный коэффициент трансформации. При .
Е2 равен геометрической сумме напряжения U2 и падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки Z2 = R2 + jX2, т. е. Е2 = U2 + I2(R2 + jX2), или, выразив U2 как падение напряжения в Zн, получим
(3.4)
ЭДС Е2 опережает I2 на угол α.
С учетом условно принятых положительных направлений токов и ЭДС в схеме замещения результирующий магнитный поток ТТ Фт показан отстающим от создаваемой им ЭДС Е2 на 90°. Намагничивающий ток ТТ I'нам, создающий поток Фт, опережает последний на угол γ*, обусловленный активными потерями от нагрева стали сердечника ТТ. Приведенный первичный ток I'1 находится как геометрическая сумма векторов вторичного тока I2 и тока намагничивания I'нам.
Векторная диаграмма наглядно показывает, что за счет тока I'нам вторичный ток I2 получается меньше приведенного первичного тока I'1 = I1/KI на ΔI и сдвинут относительно него по фазе на угол δ.
При рассмотрении работы РЗ учитываются три вида погрешностей ТТ: токовая fi, полная ε, угловая δ.
Токовая погрешность определяется величиной ΔI (отрезок AD на рис.3.3). Она равна арифметической разности I'1 – I2 и показывает, насколько действительный ток I2 меньше расчетного тока I2=I1/KI.
У гловая погрешность характеризуется углом δ, показывающим, насколько действительный ток I2 сдвинут по фазе относительно приведенного первичного тока I'1 (т. е. идеального вторичного тока I2 и реального первичного тока).
Полная погрешность ε определяется модулем (абсолютным значением) вектора I'нам (отрезок АС на рис.3.3). Эта погрешность равна геометрической разности действующих значений векторов I'1, приведенной ко вторичной стороне, и I2Д: |I'нам|=|I'1– I2д|.
Из рассмотрения треугольника ABC (рис.3.3) следует, что полная погрешность (ε = Iнам) определяет и характеризует как погрешность по току fi = ΔI, так и погрешность по углу δ. Угол δ очень мал, поэтому можно считать, что ΔI равен отрезку АВ, а угол δ, измеряемый в радианах длиной дуги DC, приблизительно равен отрезку ВС.
Это означает, что ε > fi. С увеличением α, зависящего от угла нагрузки φн (угла между током I2 и напряжением U2), ΔI растет, а угол δ уменьшается. При α + γ = 90° вектор I2 совпадает по фазе с вектором , и тогда погрешность по току ΔI достигает максимального значения. При этом fi, будет равна ε, угловая же погрешность становится минимальной (δ = 0).
Погрешность по току ΔI (fi,) и полная погрешность ε =|Iнам| выражаются в относительных единицах или процентах как отношение действующих значений этих погрешностей к действующему значению приведенного первичного тока.
Относительная токовая погрешность
(3.5)
Относительная полная погрешность
(3.6)
* Ток I'нам имеет две составляющих: I'a нам, которая определяет потери энергии на нагрев магнитопровода вихревыми токами, и I'р нам, которая осуществляет намагничивание сердечника, т. е. создает поток Фт. Составляющая I'a нам << I'р нам, поэтому углом γ можно пренебречь и считать, что вектор I'нам совпадает по фазе с Фт и равен I'р нам.
Если вторичный ток несинусоидален, то ток намагничивания выражается как среднее квадратичное значение разности мгновенных значений реального и расчетного токов i2:
Тогда
(3.7)
Здесь КI – номинальный коэффициент трансформации ТТ.
Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I2 опережает I’1, как показано на рис.3.3. Относительные погрешности ε, , fi и δ увеличиваются с увеличением тока намагничивания Iнам.