Назначение устройств релейной защиты и предъявляемые к ним требования, страница 14

Кривые предельной кратности мало пригодны для быстродействующих УРЗ, так как погрешность ТТ в переходных режимах существенно отличаются от таковых в установившемся режиме.

На погрешность ТТ значительное влияние оказывают схемы соединения вторичных обмоток и УРЗ.

Схемы соединения вторичных обмоток ТТ

При выборе схемы соединения ТТ учитываются:

- режим заземления нейтрали защищаемой сети;

- требование обеспечения чувствительности при всех опасных видах повреждения;

- экономические соображения.

На рис. 3- 3 показаны все основные варианты схем соединения вторичных обмоток ТТ.

«Звезда» (а) - наиболее универсальная из приведенных схем. В нулевую точку соединяются одноименные выводы обмоток. Обмотки реле обозначены цифрами. Провод, соединяющий нулевые точки ТТ и реле, называется нулевым. В нормальном рабочем режиме и при междуфазных КЗ ток в нулевом проводе должен отсутствовать из-за отсутствия составляющих нулевой последовательности.  На самом  деле вследствие разброса характеристик намагничивания реальных ТТ и обусловленного им неравенства намагничивающих токов  в нулевом проводе в указанных режимах есть ток (I_{н пр}), называемый током небаланса (I_нб):

w₁                               w₁

I_{н пр}   =  ¾¾ (I_{п А} + I_{п В} + I_{п С}) - ¾¾ (I_{А нам} + I_{В нам} + I_{С нам}) = I_нб  ¹ 0            (3-3)

w₂                               w₂

3I₀

При  КЗ на землю    I_{н пр} = ¾¾  -  I_нб.

                                                        К_I

Ток небаланса в нулевом проводе, как и намагничивающий ток, пропорционален первичному току. В переходном режиме он резко возрастает из - за наличия в первичных токах плохо трансформирующейся апериодической составляющей. При выборе ТТ последняя не учитывается, так как это привело бы к значительному завышению мощности ТТ. В быстродействующих УРЗ принимаются специальные меры для снижения влияния апериодической составляющей на их функционирование.  

«Звезда» может применяться как в УРЗ от междуфазных КЗ (реле 1-3), так и от КЗ на землю (4-е реле). Однако для защиты от КЗ на землю более предпочтительна схема (б) – фильтр токов нулевой последовательности (ФТНП) как более простая и приемлемая с точки зрения условий работы ТТ, которые из-за отсутствия нагрузки в фазных проводах работают в более легких условиях по сравнению со схемой «звезда».

В УРЗ от междуфазных КЗ часто применяются более простые двухфазные схемы неполная звезда» и «неполный треугольник» (рис. 3-3 , в и д). Наиболее универсальной является схема «неполная звезда» - двух- или трехрелейная.  При отсутствии реле в обратном проводе снижается чувствительность защиты к КЗ, при которых наибольший по величине ток протекает в незащищенной фазе (без ТТ) (при несимметричных КЗ за трансформаторами со схемами соединения У/Д или Д/У).  

Трансформаторы тока в рассматриваемых двухфазных схемах устанавливают во всей сети в одних и тех же фазах (А и С). При этом в сетях с изолированной нейтралью примерно в 66% всех возможных сочетаний поврежденных фаз при двойных КЗ на землю (К^1.1) отключается не две, а одна линия.

Схема «неполный треугольник», у которой ток в реле зависит от вида КЗ и которая может обусловить отказ УРЗ при двухфазных повреждениях применяется в редких случаях.   

Схема «треугольник» не имеет никаких преимуществ по сравнению со схемами «звезда» или «неполная звезда». Одним из важных особенностей схемы является ее способность «запирать» токи нулевой последовательности, которые замыкаются в треугольнике, не попадая в реле. Это используется в случаях, когда необходимо отстроить УРЗ от внешних КЗ на землю.

Параллельное соединение ТТ (схема 3-3,е) применяется в случае подключения защищаемого элемента к сборным шинам через два выключателя. Условия работы ТТ в этой схеме зависят от направления токов в каждом из них. Наиболее неблагоприятным является случай, когда токи в ТТ направлены в разные стороны. Ток в реле при этом равен нулю, что равносильно работе ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой.

Последовательное (согласное) соединение вторичных обмоток ТТ (рис. 3-3,ж) с одинаковыми коэффициентами трансформации в отличие от параллельного соединения снижает напряжение на выводах вторичных обмоток и тем самым облегчает условия их работы.

Как показывает анализ, выбор и проверка погрешности ТТ должны производиться с учетом схемы их соединения и особенностей режима их работы в конкретных УРЗ. На погрешность ТТ, таким образом, оказывают влияние следующие факторы:

- кратность первичного тока в расчетном режиме;

- параметры ТТ;

- величина и характер нагрузки;

- схема соединения вторичных обмоток;

- направление вторичных токов в отдельных ТТ, объединенных в группы.

Проверка ТТ конкретных УРЗ с учетом изложенного должна производиться следующим образом:

-определяется расчетный вид КЗ, обусловливающий наибольшее напряжение на зажимах вторичных обмоток проверяемых ТТ;

-определяется расчетное сопротивление нагрузки указанных ТТ; 

-определяется расчетная кратность первичного тока (с учетом специфики конкретного УРЗ; более подробно этот вопрос будет рассмотрен в последующих темах);

-по кривым предельной кратности определяется допустимое сопротивление нагрузки ТТ;

-допустимое сопротивление сравнивается с расчетным, делается вывод о величине погрешности ТТ.

 Определение расчетного сопротивления нагрузки

При последовательном соединении ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации напряжение на выводах вторичной обмотки каждого из них в два раза меньше по сравнению с одиночным ТТ при том же токе. Это равносильно снижению расчетного сопротивления нагрузки, равного отношению напряжения на выводах вторичной обмотки к вторичному фазному току,  в два раза. 

При параллельном соединении вторичных обмоток ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации и одинаковом направлении токов расчетное сопротивление в два раза больше по сравнению с одиночным ТТ при таком же сопротивлении реле и вспомогательных проводов.

Условия работы ТТ в схеме «звезда» с точки зрения нагрузки благоприятны, так как токи в реле и во вторичных обмотках ТТ одинаковы, коэффициент схемы к_сх = I_р/I_вф = 1. Расчетное сопротивление, равное отношению вторичного напряжения к вторичному фазному току, одинаково при любых междуфазных КЗ и равно сумме сопротивлений обмоток реле и вспомогательных проводов. Наиболее тяжелым является однофазное КЗ; так как ток замыкается по «поврежденной» фазе и нулевому проводу, сопротивление которого (вместе с сопротивлением реле) складывается с сопротивлением фазного провода с включенными в него реле:

Z_{н расч} = Z_рф  + 2Z_пр + Z_к + Z_ро,                                                (3-4)

где: Z_рф - сопротивление реле, включенных в фазный провод; Z_пр - сопротивление провода; Z_к - сопротивление контактных соединений; Z_ро - сопротивление реле, включенных в нулевой провод.

Для определения расчетного сопротивления нагрузки обе части уравнения, составленное  по второму закону Кирхгофа для контура, образованного вторичной обмоткой ТТ и цепью реле, делятся на вторичный фазный ток. Несложный анализ показывает, что в наиболее неблагоприятных условиях работают ТТ в схемах с наибольшим отношением тока в реле к току во вторичных обмотках ТТ (например,»неполный треугольник» и «треугольник» при симметричном КЗ). Следует учитывать, что увеличение сопротивления нагрузки приводит к опасному возрастанию напряжения на зажимах вторичной обмотки при КЗ.

При близких КЗ допускаются погрешности ТТ, значительно превышающие 10% (40-50%). Максимальные их значения ограничиваются условием обеспечения устойчивой работы измерительных органов при значительном искажении формы вторичного тока ТТ.

В переходном режиме погрешность ТТ резко возрастает из - за влияния апериодической составляющей тока КЗ и остаточного магнитного потока в сердечнике. Это может привести к замедлению действия УРЗ или - в особо неблагоприятных случаях - к отказу. Для обеспечения надежной работы УРЗ в условиях повышенной погрешности ТТ принимаются специальные меры, наиболее эффективными среди которых являются следующие:

- отстройка от влияния апериодической составляющей тока КЗ с помощью маломощных промежуточных трансформаторов (насыщающихся ТТ, трансреакторов) или фильтров;

- использование ТТ сердечниками, имеющими воздушный зазор для снижения влияния остаточного магнитного потока;

- применение магнитных ТТ;

- применение оптико - электронных ТТ.

Трансреакторы (рис. 3-4) преобразуют ток в пропорциональное напряжение. В отличие от ТТ трансреакторы работают в режиме, близком к холостому ходу. Вторичная ЭДС трансреактора е_в º di_в/dt, поэтому они плохо трансформируют апериодическую составляющую тока КЗ, (особенно с большой постоянной времени).