3.6. Нагрузка трансформаторов тока

Погрешность ТТ зависит от его нагрузки, сопротивление которой

Z_H = U₂/I₂, (3.18)

где U₂иI₂– напряжение и ток вторичной обмотки (рис. 3.20, а).

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлений проводов R_Пи релеZ_P, которые для упрощения суммируются арифметически:Z_H=R_П+Z_P. ЗначениеU₂=I₂Z_H(рис. 3.20, а) зависит от схемы соединений ТТ, сопротивления нагрузкиZ_H, вида КЗ и сочетания поврежденных фаз.

Для схемы полной звезды (рис. 3.20, б) напряжение U₂при трех- и двухфазных КЗ равно падению напряжения в нагрузке фазы:

U₂ = I₂(R_П + Z_Р.Ф),

поэтому

172

При однофазном К3 U₂равно падению напряжения в сопротивлении петли "фаза-нуль" (2R_П) и в сопротивлении реле в фазеZ_Р.Фи нулевом проводеZ_Р.O:

Таким образом, наибольшее Z_Hполучается при однофазном К3.

В схеме неполной звезды (рис. 3.20, в) максимальная нагрузка на ТТ имеет место при двухфазных КЗ между фазой, имеющей ТТ, и фазой, не имеющей его:

Z_H = 2R_П + Z_P.O.

В схеме включения реле на разность токов двух фаз (рис. 3.20, д) наибольшая нагрузка получается при двухфазных КЗ между фазами, имеющими ТТ:

I_P = 2I₂;

В схеме треугольника (рис. 3.20,г) ТТ имеют наибольшую нагрузку как при трехфазном, так и при двухфазном КЗ. В обоих случаях

Z_H = 3R_П + Z_P.

Для уменьшения нагрузки ТТ при их недостаточной мощности можно применять последовательное включение двух ТТ, установленных на одной фазе (рис. 3.21) с одинаковым коэффициентом K_I. В этом случае падение напряжения в нагрузке делится поровну между вторичными обмотками ТТ.

3.7. Фильтры симметричных составляющих токов

Наряду с РЗ, реагирующими на полный ток фазы, применяются устройства РЗ, реагирующие на симметричные составляющие прямой I₁, обратнойI₂и нулевойI₀последовательностей. Для осуществления таких устройств необходимы фильтры, выделяющие симметричные составляющие из токов трехфазной сети.

Фильтры токов симметричных составляющих (рис. 3.22,а) представляют собой специальные схемы, на выходе которых (зажимы mn) получается токI_Ф, пропорциональный соответствующей симметричной составляющей токов трехфазной сети, питающих фильтрZI₂. К выходным зажимам фильтра подключается релеKА [18].

Имеются фильтры простые, выделяющие только одну последовательность (прямую, обратную или нулевую), икомбинированные, ток на выходе которых пропорционален двум или всем трем симметричным составляющим токов сети. В общем случае ток на выходе комбинированного фильтра

I_Ф = k₁I₁ + k₂I₂ + k₃I₀ (3.19)

где k₁,k₂иk₃– постоянные коэффициенты фильтра.

Фильтры токов обратной последовательности.Допустим, что фильтрZ12 на рис. 3.22, а – фильтр ОП,I_Ф= +kI₂.Токи прямой и нулевой последовательностей через такой фильтр не проходят, при подводе токовI₁, иI₀, к фильтруI₂его выходной токI_Ф= 0. Питание фильтра тока ОП может производиться фазными токами (рис. 3.22, а) или их разностью:I_A–I_B,I_B–I_C,I_C–I_A(рис. 3.22, б). Разность токов двух фаз не содержит составляющей НПI₀так как при вычитании одного фазного тока из другого нулевые составляющие взаимно компенсируются. Поэтому при питании фильтраI₂разностью фазных токов он должен запирать только токи прямой последовательности.

Рассмотрим трансформаторный фильтр тока ОП (рис. 3.23, а). По этой схеме ЧЭАЗ выполняется фильтр типа РТ-2. Фильтр состоит из трансреактора ТАV, резистораRи двухобмоточного трансформатора Т₀.

Трансреактор ТАVимеет две первичные и одну вторичную обмотки. Первичные обмотки включены на ток фаз А и В разноименной полярностью; создаваемый ими магнитный поток пропорционален разности токовI_A–I_B. Он индуцирует во вторичной обмотке трансформатора, включенного на ток фазы А ЭДС, отстающую от потока Ф_Т, и токаI_A–I_Bна 90^о(рис. 3.23, б): Е_Т= – М(I_A–I_B), где М – реактивное сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией обмоток трансреактора, т. е.

Е_Т = – jX_T(I_A – I_B) (3.20)

Наличие воздушного зазора в магнитопроводе трансреактора обеспечивает линейную зависимость ЭДС от тока I_A–I_B. ЗначениеX_Tподбирается равным. По активному сопротивлениюRпроходит токI_C, создающий напряжение

U_R =I_CR(3.21)

Выходной контур фильтра mnобразуется вторичной обмоткой трансреактора и сопротивлениемR. Напряжение на разомкнутых зажимах

U_mn = U_R + E_T.

Выразив U_RиE_Tчерез токи с помощью (3.20) и (3.21), получим

U_mn = I_CR – j(I_A – I_B)X_T. (3.22)

Чтобы установить влияние каждой последовательности на U_mn, определим его значение, пользуясь выражением (3.22) при поочередном питании фильтра токами разных последовательностей.

Токи нулевой последовательности (I_Ao=I_Bo=I_Co). В фазах А и ВI_AoиI_Boвзаимно уничтожаются. ТокI_Co, проходящий поR, компенсируется с помощью трансформатора Т₀, первичная обмотка которого включена в нулевой провод звезды. Коэффициент трансформации Т₀принят равным 1/3, поэтому вторичный токI_T2= 1/3I_T1=I₀. Как видно из рис. 3.23, а, токI_T2направлен навстречу токуI_C, в результате чегоI_oCкомпенсируется токомI_T2. Следовательно, токи НП взаимно компенсируются и не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи прямой последовательности (I_A1,I_B1,I_C1) создают напряжения Е_ТиU_R, образующиеU_mnна выходе фильтра по выражению (3.22). Построив на векторной диаграмме (рис. 3.23, в) вектор (I_A–I_B,) и отстающий от него на 90⁰вектор

176

– j(I_A–I_B), получим

– j(I_A – I_B) =

Подставив полученное значение в (3.21), найдем

Это означает, что токи прямой последовательности не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи обратной последовательности (I_A2,I_B2,I_C2). Из диаграммы на рис. 3.23, г следует, что вектор –j(I_A–I_B) совпадает по фазе с векторомI_C2и больше его враз. С учетом этогоЕ_Т= –jX_T(I_A–I_B) =. НапряжениеU_R=I_C2Rсовпадает по фазе сЕ_Ти с ним суммируется. Подставляя полученное значение в (3.22), находим

Поскольку токи прямой и нулевой последовательностей не создают напряжения на выходе фильтра, результирующее напряжение

(3.23)

Для рассмотренного фильтра с учетом (3.23)

(3.24)

где Z_Ф– сопротивление фильтра, измеренное со стороны выходных зажимовmnпри разомкнутой цепи на входе фильтра;Z_P– сопротивление реле. Реле, питающиеся через фильтр ОП (фильтр-реле), действуют только при несимметричных КЗ и не реагируют на симметричную нагрузку и трехфазные КЗ, когдаI₂= 0.

Ток небаланса. За счет неточного подбора сопротивлений фильтра при отсутствии тока I₂может появиться ток небалансаI_НБ, который ограничивает чувствительность фильтра-реле. ПоэтомуI_НБдолжен сводиться к минимальному значению регулированием сопротивлений. Баланс сопротивлений может нарушиться при изменении частоты в сети, питающей фильтр, из-за того, что реактивные сопротивленияX_L,X_Cзависят от частоты. Это свойство фильтров является их недостатком.

Чувствительность фильтра зависит от чувствительности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый источник питания отдает наибольшую мощность приемнику в случае равенства значений их полных сопротивлений, т. е. при Z_P=Z_Ф. Следовательно, для обеспечения максимальной отдачи мощности фильтром необходимо выполнить условие

R_P=R_Фи Х_Р= – Х_Ф. (3.25)

В фильтрах обычно используются чувствительные электромагнитные или поляризованные реле, которые подключаются к фильтру через выпрямитель.

Фильтры токов прямой последовательности. Учитывая, что токи прямой последовательности отличаются от обратной только чередованием фаз, любой фильтр ОП можно превратить в фильтр прямой последовательности, изменив на его зажимах последовательность подводимых фаз. Например, если на фильтре, изображенном на рис. 3.22, а, поменять местами фазы В и С, то на выходных зажимах фильтра появится напряжение U_mn, пропорциональное токам прямой последовательности, а токи ОП не будут давать напряжения на выходе фильтра. Наряду с фильтрами токов прямой и обратной последовательностей, применяются также комбинированные фильтры

I₁ + kI₂; I₁ + kI₀.