Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

При рассмотрении работы РЗ учитываются три вида погреш-

ностей ТТ: токовая /,, полная е, угловая б.

Токовая погрешность определяется величиной Д/ (отрезок

АО на рис. 3.3). Она равна арифметической разности 1[ - 1

показывает, насколько действительный ток 1

меньше расчет-

ного тока 1

= 1\/К1

•

Угловая погрешность характеризуется углом б, показыва-

ющим, насколько действительный ток 1

сдвинут по фазе от-

носительно приведенного первичного тока

(т. е. идеального

вторичного тока 1

и реального первичного тока).

Полная погрешность е определяется модулем (абсолютным

значением) вектора /нам (отрезок АС на рис. 3.3). Эта погреш-

ность равна геометрической разности действующих значений

векторов 1[, приведенной ко вторичной стороне, и

2П

нам

| =

I/;

-и•

Из рассмотрения треугольника АВС (рис. 3.3) следует, что

полная погрешность (е = /

нам

) определяет и характеризует как

погрешность по току/, =

А1,

так и погрешность по углу б. Угол б

очень мал, поэтому можно считать, что Д7 равен отрезку АВ,

а угол 6, измеряемый в радианах длиной дуги ОС, приблизи-

тельно равен отрезку ВС.

Это означает, что е > /,. С увеличением а, зависящего от угла

нагрузки ф

(угла между током 1

и напряжением Ц

), Д/ рас-

тет, а угол 6 уменьшается. При а +

= 90° вектор 1

совпадает

по фазе с вектором^

], и тогда погрешность по току Д7 дости-

гает максимального значения. При этом /, будет равна е, уг-

ловая же погрешность становится минимальной (б = 0).

Погрешность по току Д1(/,) и полная погрешность е = | 7

нам

выражаются в относительных единицах или процентах как

151

отношение действующих значений этих погрешностей к дей-

ствующему значению приведенного первичного тока.

Относительная токовая погрешность

А/ ,™

;

/ % = -^-

ЮО

= . 100.

Относительная полная погрешность

(3.5)

•-мам-

"-1 —^' ,

е % = — = . (3.6)

Если вторичный ток несинусоидален, то ток намагничивания

выражается как среднее квадратичное значение разности

мгновенных значений реального и расчетного токов /

••нам

Тогда

= ^- I — \ \и - —

аг. (3.7)

Здесь К} - номинальный коэффициент трансформации ТТ.

Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она

считается положительной, если 1

опережает/^ как показано

на рис. 3.3. Относительные погрешности е, /, и б увеличивают-

ся с увеличением тока намагничивания /

нам

3.2.

ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УМЕНЬШЕНИЕ Н

НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА

Для уменьшения намагничивающго тока /

нам

нужно умень-

шать поток Ф

, связанный с током соотношением

нам

в » г

152

откуда

(3.8)

где #

- магнитное сопротивление стального сердечника ТТ.

Графически эта зависимость представляется характеристи-

кой намагничивания, изображенной на рис. 3.4.

В начальной части характеристики ток 1

на

м почти пропорцио-

нален Ф

. При некотором значении потока Ф

= Ф

Т5

происхо-

дит насыщение магнитопровода, вследствие чего 1

нам

возра-

стает значительно быстрее, чем поток Ф

, что вызывает резкое

увеличение погрешностей. Следовательно, для ограничения

погрешностей нужно ограничивать значение магнитного по-

тока Ф

, или, иначе говоря, магнитной индукции В

= Ф

/(5,

не допуская насыщения магнитопровода

- площадь сечения

магнитопровода). Магнитный поток Ф

связан с наведенной

им ЭДС Е

выражением

Ф,

4,44»

/ '

где согласно (3.4)

= 1

+ г

(3.9)

(3.9а)

С увеличением 1

и сопротивления нагрузки Е

будет расти

ЭДС Е

. Как видно из (3.9), соответственно возрастает магнит-

ный поток Ф

и создающий его ток 7

нам

, что вызывает увеличе-

ние погрешностей ТТ.

Для снижения погрешностей необходимо уменьшать Е

стремясь к тому, чтобы при максимальных токах КЗ, определя-

ющих работу РЗ, возникающий в магнитопроводе поток Ф

Рис.

3.4. Характеристика намагничи-

вания ТТ

Ег*

Щ(Вп)

Область

насыщения

магнитопровода

1ЧЧ

не вызывал его насыщения. Уменьшение Е

достигается

умень-

шением 2

и 1

за

счет

увеличения Щ,

т.

е. за счет выбора ТТ с

большим номинальным первичным током.

Таким образом, для уменьшения погрешности ТТ должен

иметь минимальную величину /

нам

работать

в прямолиней-

ной

части

характеристики намагничивания.

Первое условие обеспечивается конструктивными парамет-

рами магнитопровода (его сечением и диаметром) и выполня-

ется при разработке и изготовлении ТТ.

Второе условие (работа в прямолинейной части характери-

стики) обеспечивается в процессе эксплуатации выбором на-

грузки вторичной обмотки и уменьшением кратности первич-

ного тока, подбором коэффициента ТТ.

В качестве дополнительной меры по повышению точности ТТ

заводы-изготовители применяют компенсацию /

нам

уменьше-

нием числа витков и>

вторичной обмотки против расчетного

значения и>

= ^

. В результате этой коррекции вторичный

ток 1

увеличивается на 1-3%, частично компенсируя его

уменьшение, вызванное наличием /

нам

. Такой способ дает ре-

зультат при малых значениях /

ам>

токах, близких к

номинальному, и используется для обмоток, питающих измери-

тельные приборы.

Погрешности ТТ резко возрастают в переходном режиме в

первый момент КЗ, когда в первичном токе 1

появляется

апериодическая составляющая, которая может вызвать насы-

щение магнитопровода ТТ и, как следствие, увеличение тока

4ам [23].

3.3.

ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА,

ПИТАЮЩИХ РЗ

Трансформаторы тока, питающие РЗ, должны работать с

определенной точностью в пределах значений токов КЗ, на

которые РЗ должна реагировать. Эти токи, как правило, превы-

шают номинальные токи ТТ /

1НО

м>

> следовательно, точная

работа ТТ должна обеспечиваться при первичных токах 1

^ шом-

На основании опыта эксплуатации и теоретического анали-

за принято, что для обеспечения правильной работы боль-

шинства

устройств

РЗ погрешность в значении вторичного

то-

ка ТТ не должна превышать 10%, а по углу 6 7° [25].

154

Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность

ТТ е =$ 10%, или, иначе говоря, если ток намагничивания не

превосходит 10% тока 1

. Исходными величинами для оценки

погрешности являются наибольший расчетный ток /

1ра

счтох>

при котором для рассматриваемой защиты требуется точная

работа ТТ, и сопротивление нагрузки 2

. Нагрузка состоит из

сопротивлений реле 2

= Д

+ }Х

, соединительных проводов

и переходных контактов К

пк

, которые для упрощения сум-

мируются арифметически: 2

= 2

+ Д

+ #п.к-

Предельные значения 1

1тах

и соответствующие им допусти-

мые 2

из условия 10%-ной погрешности должны давать за-

воды, изготавливающие ТТ. Предельные значения 1

1тах

обыч-

но даются в виде кратности этого тока по отношению к номи-

нальному первичному току

ТТ:

шах

= /цпш/Аном-

Кроме РЗ ТТ питают измерительные приборы. Точность ра-

боты ТТ, питающих измерительные приборы, характеризуется

классом точности, а РЗ - предельной кратностью первичного

тока 1

= Iмартом

допустимой нагрузкой

Н-Д0П

при ко-

торых гарантируется, что полная погрешность ТТ е не превы-

сит 10%. Погрешности класса точности устанавливают, исходя

из условий точной работы измерительных приборов в диапазо-

не токов нормальных режимов, а погрешность при предельной

кратности тока К

и нагрузке

НД0П

в соответствии с требо-

ваниями, предъявляемыми РЗ.

Классы точности. Для промышленных установок изготавли-

ваются ТТ классов точности 0,5; 1; 3; 5; 10 и Р. Каждый класс

точности характеризуется определенной погрешностью по

току А/ и углу б, установленной ГОСТ 7746-68. Эти погрешно-

сти приведены в табл. 3.1, они обеспечиваются только при пер-

Таблица 3.1

Погрешность по ГОСТ при номиналь- Погрешность при токе

ном токе номинальной предель-

ной кратности е, %

по току, % по углу, мин

0,5 ± 0,5

1 ±1

3 ±3

5Р ±1

ЮР +1

Класс точ-

ности

± 30 Не нормируется

± 60 То же

Не нормируется

—

±60

Не нормируется

—

155

вичных токах в пределах от 0,1 до 1,2 номинального, т. е. в

диапазоне токов нагрузки, контролируемых измерительными

приборами.

Для РЗ изготавливаются ТТ класса ЮР с е < 10% при токе

номинальной предельной кратности (К

) и ТТ 5Р повышенной

точности с гарантированной погрешностью е = 5% при тех же

кратностях первичного тока.

Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ, и

поэтому их погрешности при номинальных токах не нормиру-

ются. Работа ТТ с погрешностью, соответствующей классу,

обеспечивается при нагрузке вторичной обмотки, не выходя-

щей за пределы номинальной.

Номинальной нагрузкой ТТ называется максималь-

ная нагрузка, при которой погрешность ТТ равна значению,

установленному для данного класса (табл. 3.1). Номинальную

нагрузку принято выражать в виде полной мощности

Н0М

•

А,

при номинальном вторичном токе 5 или 1 А и созф = 0,8, или

в виде сопротивления нагрузки ^

нном

, Ом, при котором мощ-

ность ТТ равна номинальной

НН0М

Номинальная мощность

И0

= ЦЛном.

этом напряжение Е/

= /

2Н

ом

ном- Тогда

"н.ном

'гном Н.НОМ' * н.ном

"н.ном'^гном* (.0.11);

В зависимости от конструкции и класса точности ТТ значе-

ние номинальной нагрузки находится в пределах от 2,5 до

100 В • А. При токе 1

> 1,2 Т

номТТ

погрешности ТТ выходят за

пределы, установленные для данного класса. Следует отме-

тить,

что класс точности не может служить основанием для

выбора ТТ, питающих РЗ, так как предусматриваемые им по-

грешности имеют место при номинальных токах, в диапазоне

которых РЗ не работает. Для РЗ, исходя из указанных выше

требований к погрешностям ТТ, заводы, изготавливающие ТТ,

должны согласно ГОСТ 7746-68 давать в своих информацион-

ных материалах кривые предельной кратности

для ТТ класса Р. Эти кривые представляют собой зависи-

мость предельной максимальной кратности первичного тока

^ю

^тах^томТТ

от

сопротивления нагрузки 2

с созф = 0,8,

при которых полная погрешность е = 10%. Характер подобной

зависимости приведен на рис. 3.5, а. Пользуясь такой кривой,

можно, задаваясь определенным значением 2

, определять

допустимую кратность первичного тока К

, при которой

156

^Ч^

,г

1 1 1

0,3

2 3 4 51,

Ч)

гдзп

100

"*—»"-.

,•'*

0,1

г»,

Рис.

3.5.

Кривые для расчета погрешности ТТ:

—

кривые предельной кратности тока К

= /(^2доп^> ^

—

кривые 10%-ной

погрешности ТТ типа ТФЗМ НО ОБ-1У-5-88. Варианты изменения:

1 -100-600 А; 2 -

750

и 1500 А; 3 -1000 и 2000 А

Рис.

3.6. Зависимость вторичного тока ТТ

от первичного:

—

вторичный ток идеального ТТ 1

1^/Кг,

—

действительный вторичный ток

Е(/

нам

) не превосходит 10% найденного К

хо

, или, задаваясь

значением К

, определять допустимое значение 2

, при ко-

тором е < 10%.

При предельной кратности К

и нагрузке %

, соответству-

ющей любой точке кривой К

/(2

ТТ работают на пере-

гибе характеристики намагничивания в точке Н (рис. 3.4 и

3.6), т. е. вблизи начала насыщения магнитопровода. Соот-

ветствующий этой точке ток /

нас

и является указанным выше

предельным максимальным током.

На рис. 3.5, б приведена характеристика предельной кратно-

сти ТТ типа ТФЗМ ПО ОБ-1У-5-88 вторичной обмотки класса

точности ЮР для разных К

[27].

Аналогичные характеристики заводы, производящие ТТ,

представляют и для других классов обмоток. Эти характери-

стики при необходимости могут использоваться для оценки

нагрузки на ТТ и значений токов, при которых погрешность

ТТ не превышает 10%.

157

3.4.

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

И ДОПУСТИМОЙ ВТОРИЧНОЙ НАГРУЗКИ

С учетом тока нагрузки защищаемого элемента, его рабоче-

го напряжения и вида РЗ выбирают тип ТТ и его номинальный

коэффициент трансформации, после чего проводят проверку

на термическую и динамическую стойкость. Выбранные таким

образом ТТ проверяют на точность и надежность работы пита-

ющейся от них РЗ, исходя из следующих требований ПУЭ:

1) обеспечения точности работы измерительных органов РЗ

при КЗ в расчетных точках электрической сети, выбираемых

в зависимости от типа РЗ, при этом полная погрешность ТТ

е не должна превышать 10%;

2) предотвращения отказа срабатывания РЗ при наибольших

значениях тока КЗ в начале участка, защищаемого РЗ, вслед-

ствие чрезмерного увеличения погрешности ТТ и искажения

формы кривой вторичного тока, могущей вызвать вибрацию

контактов у электромеханических реле, снижение чувстви-

тельности и быстродействия у полупроводниковых реле под

влиянием высших гармоник;

3) ограничения напряжения во вторичных цепях ТТ и РЗ

до допустимых значений при

тах

Для выполнения первого требования, как правило, выбира-

ется ТТ класса Р с коэффициентом трансформации, обеспе-

чивающим необходимую кратность тока при КЗ в требуемой

для рассматриваемой РЗ точке сети. Для выбора допустимой

нагрузки при заданной кратности К

расч

= /к.расч/^тт

полной

погрешности ТТ Е < 10% используются кривые предельной

кратности, построенные по заводским данным, или характери-

стики намагничивания, снятые при разомкнутой первичной

обмотке -вольт-амперные характеристики

=/(/

ам)-

Выбор 7^ по кривым предельной кратности К

/(2

Этот

метод является самым простым и им следует пользоваться

как основным методом расчета требуемой точности работы

ТТ класса Р:

а) рассчитывают значение максимального первичного то-

ка КЗ /

1расч тах

, при котором для рассматриваемой РЗ погреш-

ность е не должна превышать 10%;

б) вычисляют максимальную кратность найденного первич-

ного тока /

1расч тах

по формуле

V -

1Р

аСЧ т

. (О 1 1

расч тах — , >

1-Э-

;

'шом ТТ

в) по заводской характеристике К

= /(2Г) для данного ти-

па ТТ и принятого коэффициента трансформации К

{

опреде-

ляют ^н.доп ДЛЯ

-"-расч тах 5

г) определяют действительное сопротивление нагрузки

с учетом сопротивления проводов и реле и проверяют вы-

полнение условия 2

^ 2

Н доп

. Если окажется, что 2

Н-доп

то необходимо или увеличить коэффициент трансформации

К| ТТ, или выбрать ТТ, у которого при К

расч тах

допускается

большее значение

НД0П

или уменьшить 2

(за счет увеличе-

ния сечения жил соединительного кабеля или сокращения

его трассы), либо принять ТТ с вторичным номинальным то-

ком

А.

Выбор 2„ по вольт-амперным характеристикам ТТ 1/

/(1

2Н

ам)*

ПР

отсутствии сведений о погрешности ТТ его при-

годность для данной РЗ и допустимую нагрузку вторичной це-

пи 2

можно приближенно оценить по характеристике зави-

симости вторичного тока намагничивания 1

2Нам

от

вторичного

напряжения \3

. Характеристику снимают опытным путем по

схеме, приведенной на рис. 3.7, а. Меняя напряжение (7

на

зажимах вторичной обмотки, измеряют соответствующий каж-

дому значению 1/

ток /

нам

во вторичной обмотке, который

является /

нам

, поскольку первичная обмотка разомкнута.

На основании полученных данных строится зависимость 11

= Л*

„ам) (Р

ис

' б).

Вследствие малого значения сопротивления вторичной об-

мотки 2

принимается, что

* Е

, и тогда полученная харак-

теристика может рассматриваться как зависимость Е

/(1

анам

На основании этой характеристики можно определить зна-

чения Е

и /

2Н

ам»

которых наступает насыщение (по точке

Н — конец прямолинейной части), и, пользуясь формулой

(3.9а),

вычислить допустимую нагрузку Е

доп

при заданном

токе КЗ 1

- 1

/Щ. Погрешность Е =

2Нам

/^2

°'

Этот метод

может применяться для проверки погрешности ТТ, имеющих

малое сопротивление К

по сравнению с 2

Для выполнения второго условия используется зависимость

параметра А от токовой погрешности ТТ А =

/(/,).

Начнем с

рассмотрения поведения ТТ при кратностях первичного тока

в насыщенной части характеристики намагничивания.

Работа ТТ в режиме глубокого насыщения. При КЗ в начале

защищаемой зоны РЗ кратность первичных токов, проходящих

через ТТ защищаемых элементов, может оказаться очень боль-

159

[1^

г^

„ а) 6)

Рис.

3.7. Зависимость вторичного напряжения от тока намагничивания:

—

схема снятия характеристики; б

—

зависимость 1!

= №нам)

Рис.

3.8. Прямоугольная характеристика намагничивания:

а - характеристика; б - схема замещения ТТ

шой. В этих условиях ТТ могут работать в режиме глубокого

насыщения, который характеризуется двумя особенностями:

резким увеличением тока намагничивания ТТ с соответству-

ющим ростом погрешностей (е и/,) до 20% и более и значитель-

ным искажением формы кривой вторичного тока 1

, в составе

которого наряду с основной появляются и высшие гармоники.

При этом как электромеханические, так и статические ИО,

реагирующие на ток, могут отказать в работе: первые - из-за

вибрации контактов, вторые - из-за изменения характеристик

срабатывания реле. Чем больше значение погрешности ТТ

(

и /,), тем больше искажается форма кривых токов 1

и /

ам-

Проверка надежности действия ИО при глубоком насыщении

ТТ сводится к определению значения токовой погрешности

при максимальной кратности тока КЗ

тах

= /

к тах

ои

ТТ

в случае повреждения в начале защищаемого участка. Это

значение /, не должно превосходить предельно допустимого,

при котором еще обеспечивается правильная работа рассмат-

риваемого ИО.

Расчет погрешностей ТТ, работающих в режиме насыщения,

методом эквивалентных синусоид, при резком искажении си-

нусоид токов 1

и /

ам> дает преувеличенные значения погреш-

ности /,, а значение допустимой нагрузки получается меньше

реального значения.

Более точным и простым способом расчета погрешностей

насыщенного ТТ является способ, основанный на замене

(аппроксимации) действительной характеристики намагничи-

вания (рис. 3.8, а) прямоугольной характеристикой намагничи-

2~Ег

^•наи

160