Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем
Подождите немного. Документ загружается.
вания (ПХН). При мгновенных значениях индукции В
{
< В
$
,
при которой наступает глубокое насыщение магнитопровода,
характеристика намагничивания представляется в виде вер-
тикальной прямой (рис. 3.8, а). При этом /
нам
= 0 и 1
2
=
1^
- рабо-
та ТТ считается идеальной.
При В
{
> В
3
магнитопровод ТТ насыщается, и дальнейшее
изменение В
(
прекращается независимо от значения /
нам
.
Характеристика намагничивания насыщенного ТТ изобража-
ется прямой линией, параллельной оси абсцисс, мало отли-
чаясь от действительной характеристики намагничивания на
ее участке за точкой перегиба (точка Я)
(рис.
3.7). Схема заме-
щения, характеризующая работу ТТ с ПХН, показана на
рис.
3.8, б. Ветвь намагничивания, соответствующая вертикаль-
ной прямой ПХН, должна иметь бесконечно большое сопротив-
ление ^нам = °°» поскольку 1
Н
ам = 0, а при работе на горизон-
тальном участке ПХН Х
нам
скачкообразно уменьшается до
нуля. При этом е
2
= 0, /нам
=
А' Поэтому ветвь намагничивания
в схеме замещения заменяется рубильником 5 (рис. 3.8, б).
При работе ТТ в вертикальной части характеристики рубильник
разомкнут (/
Н
ам = 0), а в горизонтальной - замкнут (Х
мм
= 0)-
Кривые мгновенных значений 0
1г
/
2
, /
Н
ам)« напряжения
(и
2
) и магнитной индукции (В) приведены на рис. 3.9. Первич-
ный ток 1\ определяется параметрами сети и имеет форму
синусоиды. Вторичный ток /
2
на участках А совпадает с 1
и
пока В
(
< В
5
. В момент времени 1
г
индукция В< достигает зна-
| чения В
5
(насыщения), рубильник 5 в схеме замещения
(рис.
3.8, б) замыкается, /
2
-* 0. Ток \
2
затухает по экспоненци-
альному закону с постоянной времени вторичной цепи т =
= Ь
2
/К
2
. В момент времени 1
2
(когда В
4
< В
5
) магнитопровод
ненасыщен, и ток /
2
снова равен /{. В следующем полупериоде
процесс повторяется. Методика на основе ПХН позволяет
определить формы кривых /
2
и /
на
м
и
найти значение 1
1
, при
котором наступает насыщение (момент 1
Х
) и значение /
на
м
при заданном значении
1
1тах
.
Для упрощения расчета погрешностей ТТ вводится коэффи-
циент А, являющийся обобщенным параметром, определя-
ющим при е = 10% = сопз* и со5ф = 0,8 значение токовой по-
грешности. Зависимость /, = Г(А) приведена на рис. 3.10. Она
построена с использованием обобщенных характеристик /{ =
=
Р"(1
1уп
),
полученных экспериментально на модели ТТ с маг-
нитопроводом из одинакового сорта стали, с одинаковыми
161
А
и
•*номт
1,1
г
А
ч
А//
А
1
2
л
~1
А
в,
Ц 1>
/0\
в
Г~\
{
Рис.
3.9. Токи и напряжения ТТ с ПХН
л.%
во
во
но
го
9 А
Рис.
3.10. Зависимость / = <Р(А) для определения токовых погрешностей ТТ бо-
лее 10%
удельными параметрами. Поэтому характеристика, приведен-
ная на рис. 3.10, справедлива для всех типов однокаскадных ТТ
отечественного производства. Коэффициент А выражается
в виде отношения максимального первичного тока
1
1тах
,
для которого ищется значение /,, к первичному току /
раС
чю>
определенному по кривым предельной кратности для задан-
ной нагрузки г
н
, при е = 10%, созср = 0,8; А = Атах^расчю.
или в виде отношения кратностей этих токов: А=Х
1тах
/Х
1расч10
.
Пользуясь зависимостью /, = Р(А), можно по заданному зна-
чению
К
1тах
находить значение /, или по заданному /, опреде-
лять значение
К
1тах
.
В обоих случаях для определения значе-
ния Кр
асч10
необходимо иметь кривые предельной кратности
К
10
=/(2
НД0П
). Для реле разных типов допустимы разные зна-
чения /
1Д
оп при работе ТТ в условиях глубокого насыщения:
50%
- для РТ-40, РТ-80 и РТ-90, направленных РС (индукцион-
ные и полупроводниковые с нуль-индикатором на магнито-
электрическом реле); 40% - для РТ-40 (выпуск до 1969 г.) и
РБМ с жесткими упорами и т.д.
При известном /
1Д0П
для конкретных реле и устройств РЗ
из рис. 3.10 определяется А и вычисляется отношение
К
тах
/А.
Если К
тах
/А > Кр
асч
, то в качестве расчетной кратности прини-
мается Кр
асч
=
К
тах
/А.
Если К
тах
/А < Кр
асч
, то в качестве расчетной сохраняется
кратность Кр
асч
.
162
3.5.
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТОКА
Схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду. Транс-
форматоры тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные
обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду, и их нулевые
точки связываются одним проводом, называемым нулевым
(рис.
3.11). В нулевую точку объединяются одноименные за-
жимы обмоток ТТ. Стрелками показаны условные положитель-
ные направления первичных и вторичных токов с учетом по-
лярности обмоток ТТ, начала которых обозначены точками.
При нормальном режиме и трехфазном КЗ,
как показано на рис. 3.11, в реле /, II и III проходят токи фаз
1а ~ 1А/К{',
1Ъ
=
1в/Щ\
1с
=
^с
/Л
/>
а в
нулевом проводе - их гео-
метрическая сумма:
'н.п = (/а + Ь + 1с), (3-12)
которая при симметричных режимах равна нулю (рис. 3.12, а).
При двухфазных КЗ ток проходит только в двух повреж-
денных фазах и соответственно в реле, подключенных к ТТ
поврежденных фаз (рис. 3.12, б), ток в неповрежденной фазе
отсутствует:
1с = -1в-
Ток в нулевом проводе отсутствует как в нагрузочном (сим-
метричном) режиме, так и при трех- и двухфазных КЗ. Однако
в результате неидентичности характеристик и погрешностей
ТТ в нулевом проводе протекает ток небаланса /
н-п
=
1
Н
^:
в нор-
мальном режиме он имеет значение 0,01-0,2 А, а при КЗ воз-
растает.
При однофазных КЗ первичный ток протекает только
по одной поврежденной фазе (рис. 3.12, в). Соответствующий
*1
Рис.
3.11. Схема соединения ТТ и об-
моток
реле в звезду
163
ч
!/*]/»
*»и?г
а
\-\1
с
Г
"'
31
»
& !У
ГР
Рис.
3.12.
Векторная диаграмма токов:
а
—
при трехфазном КЗ; 6
—
при двухфазном КЗ; в
—
при однофазном КЗ;
г
—
при двухфазном КЗ на землю; д
—
при двойном замыкании на землю в раз-
ных точках
ему вторичный ток протекает также только через одно реле и
замыкается по нулевому проводу.
При двухфазных КЗ на землю (рис. 3.12, г) ток прохо-
дит в двух реле, включенных на поврежденные фазы (напри-
мер,
В и С) (рис. 3.12, г). В нулевом проводе протекает геомет-
рическая сумма этих токов, отличная от нуля.
При двойном замыкании на землю в разных
точках протекание токов в сети показано на рис. 3.12,д.
На участке между местами замыкания на землю условия ана-
логичны однофазному КЗ, а между источником питания и
ближайшим к нему местом повреждения соответствуют двух-
фазному КЗ.
Нулевой провод схемы соединения в звезду является фильт-
ром токов НП. Ток 1
0
определяется из (3.12). Токи прямой и
обратной последовательностей, как видно из рис. 3.13, в нуле-
164
-й
Ж
ж
о)
л,
е
/<»«
/в» /ев
4«
*;
г>)
Рис.
3.13.
Прохождение токов симметричных составляющих в схеме звезды:
а
—
токораспределение в схеме;
б—г
—
векторы токов прямой, обратной и
нулевой последовательностей
вом проводе не проходят, так как сумма векторов каждой из
этих систем равна нулю (рис. 3.13, б, в). Токи же НП совпадают
по фазе и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное зна-
чение этого тока: /
н
.п =
31
0
.
При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из ТТ в
нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может
привести к непредусмотренному действию реле, установлен-
ному в нулевом проводе. В рассмотренной схеме реле, установ-
ленные в фазах, реагируют на все виды КЗ, а реле в нулевом
проводе - только на КЗ на землю. Схема соединения ТТ и об-
моток реле в звезду применяется в РЗ, действующих при всех
видах КЗ.
Как рассматриваемая, так и другие схемы соединения ТТ
и реле характеризуются отношением тока в реле /
р
к току в
фазе /ф, которое называется коэффициентом схемы:
^сх
—
^р'*ф-
(3.13)
Для схемы соединения в звезду к
сх
= 1.
Схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду.
Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и соеди-
няются так же, как и в схеме соединения в звезду (рис. 3.14, а).
В реле / и III проходят токи соответствующих фаз
1
а
= 1
А
/К: и
1
С
-1
С
/К
1г
а в обратном (общем) проводе (реле IV) ток равен их геометри-
ческой сумме:
1о.п =11У = -(/„ +1с). (ЗЛ4)
165
и
/
в
и
Рис.
3.14. Схема соединения ТТ
и
обмоток реле
в
неполную звезду
С учетом векторной диаграммы
1
а
+
1
С
= -!{,» т. е. 1
0-п
равен
току фазы, отсутствующей
во
вторичной цепи
(рис. 3.14, б).
При трехфазном
КЗ и в
нормальном режиме
токи проходят
по
обоим реле
/ и Ш и в
обратном проводе.
В случае двухфазного
КЗ
токи появляются
в
одном
или
двух реле
(I и III) в
зависимости
от
того, какие фазы поврежде-
ны.
Ток в
обратном проводе
при
двухфазных
КЗ
между фазами
А
и С, в
которых установлены
ТТ
согласно
рис.
3.12,
б с
учетом
того,
что
1
С
=
-
1
а
,
равен нулю,
а при
замыканиях между фазами
АВ
и ВС он
соответственно
[см.
(3.14)] равен:
1
0П
= -1
а
и /
оп
=
=
-/
с
.
В случае однофазного
КЗ фаз (А или С), в
которых
установлены
ТТ, во
вторичной обмотке
ТТ и
обратном проводе
проходит
ток КЗ. При
замыкании
на
землю фазы
В, в
которой
ТТ
не
установлен, токи
в РЗ не
появляются. Коэффициент
схемы
К
сх
= 1.
Схема соединения
ТТ в
треугольник,
а
обмоток реле
в
звезду.
Вторичные обмотки
ТТ,
соединенные последовательно разно-
именными выводами
(рис.
3.15), образуют треугольник. Реле,
соединенные
в
звезду, подключаются
к
вершинам треугольни-
ка.
Из
токораспределения видно,
что в
каждом реле протека-
ет ток, равный геометрической разности токов двух
фаз:
II =1А/К
1
-1
В
/К
!
,
1и
-
;
в
/К/-1с/К/,
При симметричной нагрузке
и
трехфазном
КЗ
166
1Г
и,1,
и
30'
•3*'*
Рис.
3.15. Схема соединения ТТ в треугольник,
а
обмоток реле
—в
звезду
Рис.
3.16. Векторная диаграмма вторичных токов
в
схеме
на
рис. 3.15
в реле проходит
ток, в уЗ раз
больший тока фазы
и
сдвинутый
относительно него
по
фазе
на
30° (рис. 3.16).
В табл.
3.2
приведены значения токов
при
других видах
КЗ
в предположении,
что
коэффициент трансформации
ТТ
равен
единице. Схема соединений
ТТ в
треугольник обладает
следующими особенностями:
токи
в
реле протекают
при
всех видах
КЗ;
РЗ
по
такой схеме реагируют
на все
виды повреждений;
отношение тока
в
реле
к
фазному току зависит
от
вида
КЗ;
токи
НП не
выходят
за
пределы треугольника.
Отсюда следует,
что при КЗ на
землю
в
реле попадают толь-
ко прямая
и
обратная последовательности,
т. е.
только часть
тока
КЗ.
Описанная выше схема применяется
в
основном
для
дифференциальных
и
дистанционных
РЗ.
Поскольку
в
рассматриваемой схеме
ток в
реле
при
трех-
фазных симметричных режимах
в уЗ раз
больше тока
в
фазе,
коэффициент схемы согласно (3.13) равен:
К<
Э)
=
__^_уг^_
/?.
Схема соединения с двумя ТТ и одним реле, включенным
на разность токов двух фаз. Трансформаторы тока устанавли-
ваются в двух фазах (например, Л и С на рис. 3.17); их вторич-
ные обмотки соединяются разноименными зажимами, к ко-
торым подключается обмотка реле. Из токораспределения,
показанного на рис. 3.17 для случая, когда по первичной цепи
167
Таблица 3.2
Повреж- Токи в
3
денные фазах
фазы
Токи в реле
I II Ш
1А~1В
1В-1С 1С-1А
Л, в
1В
=
-1А
1
С
=0
Дв
У
х
" и г т т
фазное
В
'
С
1С = -1В
/
Л
=0
С, А 1
А
= - 1
С
ЧА
1А
1в
-1в Чв
-1А
Чс
Одно-
В
фазное
'Д='к
1
В
=
1
С
=
й
1в = 1к
1
А
=1
С
=
0
1с
= *к
1А
=
1В
=
О
1А
-1в 1в
-1А
-1с 1с
проходят положительные токи 1
А
, 1
В
, 1
С
, находим, что ток в
реле I равен геометрической разности токов двух фаз 1
а
и 1
С
,
т.е.
4= 1а Чс>
<
3
-
15
)
™*1а=1А'
К
1> 1с=1сЩ-
При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ разность то-
ков 1
а
-1
с
в /Траз больше тока в фазе
(7
П
и
1
С
)
и, следовательно,
/<
3
> = УЗ/
ф
. (3.15а)
При двухфазном КЗ АС (фазы, на которых установлены ТТ):
'Г
=
1а
~ <-У =
21
Ф
•
(3.156)
168
\1А
К
1р'-1а'1с
;3<5П^) ^Ш^
Ш
\1А
НА
1р=1а*1ъ+1с
Рис.
3.17. Схема соединения ТТ на разность токов двух фаз
Рис.
3.18. Схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности
При двухфазных КЗ АВ или ВС в реле поступает ток только
(3.15в)
одной фазы 1
а
или
1
С
р Ф
где
'ф = 4
или /
ф
= 1
С
,
Из (3.15а) - (3.15в) следует, что данная схема по сравнению
со схемами полной и двухфазной звезды имеет худшую в
\/Ъ
раз чувствительность при КЗ между фазами АВ и ВС.
В случае двухфазного КЗ между фазами В и С за силовым
трансформатором с соединением обмоток звезда - треуголь-
ник ток в реле /
р
= 1
а
-
1
С
оказывается равным нулю, так как
токи
1
а
и
1
С
равны по значению и совпадают по фазе, что видно
из токораспределения на рис. 3.19.
Рассматриваемая схема может применяться только для РЗ
от междуфазных КЗ в тех случаях, когда она обеспечивает не-
обходимую чувствительность при двухфазных КЗ и когда не
требуется ее действие при КЗ за трансформатором с соедине-
нием обмотки ^/д. Коэффициент схемы при симметричных
режимах
/е
с
(
*'
= 1
р
/1ф = >/з.
Схема соединения ТТ в фильтр токов НП. Трансформаторы
тока устанавливаются на трех фазах, одноименные зажимы
вторичных обмоток соединяются параллельно, и к ним под-
ключается обмотка реле КА (рис. 3.18). Ток в реле равен геомет-
рической сумме вторичных токов трех фаз:
7
П
=
1
П
+ /
ь
+ 1
Г
= 37„.
169
Рис.
3.19. Токораспределение и векторные диаграммы токов при двухфазных
КЗ за трансформаторами с соединением обмоток:
а - Г/А; б- А/Г
Рассматриваемая схема является фильтром токов НП. Ток
в реле появляется только при одно- и двухфазных КЗ на землю.
Поэтому схема применяется для РЗ от КЗ на землю.
Включение реле по схеме на рис. 3.18 равносильно его вклю-
чению в нулевой провод звезды по рис. 3.11.
Анализ работы схем соединения ТТ при двухфазных КЗ
за трансформаторами с соединением обмоток т/д или д/т .
Особым случаем по характеру токораспределения являются
двухфазные КЗ за трансформаторами с соединением обмоток
г/д или д/г.
Токораспределение на стороне звезды трансформатора с
соединением обмоток тг/д (рис. 3.19, а) при КЗ на стороне
тре-
угольника. Для простоты принимается, что коэффициент '
трансформации трансформатора 7У
Т
= 1. При этом отношение
линейных токов обмоток с соединением г/д равно 1, а токов
в фазах
7
Т
/1
Д
= м)
д
/™
т
= Д (3.16)
При двухфазном КЗ на стороне треугольника, например меж-
170