Схеми з’єднань трансформаторів струму.

Для живлення пристроїв релейного захисту струмом мережі використовують наступні типові схеми з'єднання трансформаторів струму (ТС) і обмоток реле (Р):

- схема повної зірки;

- схема неповної зірки;

- схема з'єднання ТС в трикутник, а обмоток реле в зірку;

- схема з двома ТС та одним реле, що ввімкнено на різницю струмів двох фаз;

- схема з увімкненням реле на суму струмів трьох фаз (фільтр струмів нульової послідовності).

Стисло розглянемо ці схеми.

а) Схема повної зірки (рис.1.6):

а)	б)	в)

Рис. 1.6. Струморозподіл для схеми повної зірки при

а) трифазному КЗ; б) двофазному КЗ; в) однофазному КЗ

Нормальному режиму і режиму трифазного короткого замикання (КЗ) відповідає струморозподіл, зображений на рис. 1.6.а. Струми в реле Р1, Р2, Р3 дорівнюють вторинним струмам ТС відповідних фаз. В нульовому провіднику протікає геометрична сума струмів фаз, яка дорівнює 0:

.

При двофазному КЗ (наприклад, між фазами А і С) струм КЗ проходить тільки в двох пошкоджених фазах (А, С) і відповідних реле (Р1, Р3), струм в непошкодженій фазі відсутній (Iс=0). Струм в нульовому дроті дорівнює сумі струмів двох пошкоджених фаз (Іа, Іс), а оскільки вони однакові, але протилежні по фазі, то струм у нульовому дроті також відсутній:

.

При однофазних КЗ (фаза А) первинний струм КЗ проходить тільки по одній пошкодженій фазі. Відповідний йому вторинний струм проходить тільки через одне реле й замикається по нульовому дроту:

.

При двофазних КЗ на землю струм проходить в двох реле, ввімкнених на пошкоджені фази (А, В). В нульовому дроті проходить геометрична сума цих струмів , яка завжди відмінна від 0, оскільки струми Іа і Ів при цьому пошкодженні зсунуті на деякий кут.

Відзначимо, що струм у нульовому дроті буде протікати тільки при КЗ на землю. Реле Р4 не буде реагувати на навантаження та міжфазні КЗ без землі. Нульовий дріт схеми зірки є фільтром струмів нульової послідовності.

Відношення струму в реле Ір до струму в фазі (вторинний струм ТС) Іф носить назву коефіцієнта схеми: Ксх=Ір / Іф.

Коефіцієнт схеми характеризує схеми з'єднання ТС та Р, і його враховують при розрахунках уставок та чутливості захистів.

В розглянутій схемі реле фаз реагують на всі види КЗ, а реле в нульовому дроті - тільки на КЗ на землю. Схема повної зірки використовується для захистів, що діють при всіх видах КЗ. Струм в реле дорівнює струму в фазі, тому Ксх = 1.

 

б) Схема неповної зірки (рис. 1.7)

а)	б)	в)

Рис. 1.7. Струморозподіл для схеми неповної зірки при

а) трифазному КЗ; б) двофазному КЗ; в) однофазному КЗ

При трифазному КЗ і нормальному режимі в реле Р1, РЗ проходять вторинні струми відповідних фаз Іа = Іа/Кт, Іс=Іс/Кт, (Кт - коефіцієнт трансформації ТС), в зворотному ж дроті струм дорівнює їх геометричній сумі, тобто дорівнює струму фази, що відсутня у вторинному ланцюгу Ізв=Іа+Іс=-Ів.

У випадку двофазного КЗ струми з'являються в одному або двох реле, в залежності від того, які фази пошкоджено. Струм у зворотному дроті Ізв=0 у випадку двофазного КЗ між фазами А і С, і Ізв=Іа(Іс) при замиканні АВ або ВС.

При однофазному замиканні фаз А або С в реле Р1(РЗ), Р4 протікають струми фаз, при замиканні на землю фази В струми в схемі захисту не протікають (у фазі В відсутній ТС).

Таким чином, схема неповної зірки реагує не на всі випадки однофазного КЗ і може використовуватись тільки для захисту від міжфазних КЗ. Застосовується у мережах з ізольованою нейтраллю. Коефіцієнт схеми Ксх = 1.

 

в) Схема з'єднання трансформаторів струму в трикутник, а обмоток реле в зірку (Рис. 1.8)

На рис. 1.8.а приведено струморозподіл для нормального режиму роботи електричної мережі і для трифазного КЗ. Для точок 1, 2, 3 згідно закону Кірхгофа можна записати вирази для струмів, які проходять через реле Р1, Р2, Р3:

1:

2:

3:

 

а)	б)

Рис. 1.8. Схема з’єднань ТС в трикутник, а обмоток реле в зірку

а) струморозподіл при трифазному КЗ; б) векторна діаграма

Із струморозподілу на рис. 1.8 видно, що в кожному реле тече струм, рівний геометричній різниці струмів двох фаз. Звідси, при навантаженні і трифазному КЗ в реле будуть протікати лінійні струми, які в разів більші струмів фаз й зсунуті відносно них по фазі на 30 , тобто Ксх= .

При двофазному КЗ струм в реле Р1, Р2, РЗ в залежності від пошкод­жених фаз може дорівнювати струму фази (Ксх =1) або перевищувати його в 2 рази (Ксх = 2). При однофазному КЗ через два відповідні реле протікає струм фази (Ксх=1).

Таким чином, ця схема захисту реагує на всі види КЗ, коефіцієнт схеми залежить від виду КЗ (зазвичай цю схему характеризують коефіцієнтом схеми при трифазному симетричному КЗ Ксх= ), струми нульової послідовності не виходять за межі трикутника ТС, тобто при КЗ на землю в реле потрапляє тільки частина струму КЗ (пряма та зворотна послідовності).

Описана вище схема використовується в основному для диференціальних та дистанційних захистів.

 

г) Схема з включенням реле на різницю струмів двох фаз (рис. 1.9)

а)	б)

Рис. 1.9. Схема на різницю струмів

а) струморозподіл при трифазному КЗ; б) векторна діаграма

ТС звичайно встановлюються в двох крайніх фазах (А,С), їх вторинні обмотки з'єднуються різнойменними затискувачами, до яких підключається обмотка реле. При навантаженні та трифазному КЗ струм в реле дорівнює геометричній різниці струмів двох фаз Ір⁽³⁾ =Іа-Іс і перевищує фазний струм в рази, тобто Ір^{(3) =} Іф, Ксх= .

Аналогічний аналіз струморозподілу показує, що при двофазному КЗ (АВ або ВС) через реле протікає струм тільки однієї фази Ір⁽²)=Іа(Іс)=Іф, Ксх=1. При двофазному КЗ між фазами А і С (рис. 1.9) в реле надходить два струми Іа і Іс, Оскільки у цьому випадку Ic= -Іа, то струм в реле буде дорівнювати Ір⁽²⁾=Іа-Іс =2Іа=2Іф, Ксх=2. Бачимо, що струм в реле, а отже, і чутливість схеми при різних видах КЗ будуть різними. У випадку однофазних КЗ на фазі, що не має трансформаторів струму (фаза В), струм в реле дорівнює нулю, тому дана схема не може використовуватись як захист від однофазних КЗ. Вона може використову­ватись тільки для захисту від міжфазних КЗ в тих випадках, коли вона забезпечує необхідну чутливість при двофазних КЗ. Вагомим не­доліком схеми є те, що її неможливо використовувати як захист, що пови­нен діяти при КЗ за силовими трансформаторами із з'єднанням обмоток , оскільки у цьому випадку при двофазному КЗ (АВ) струм в реле Ір=Іа-Іс буде дорівнювати нулю [1-5].

 

д) Схема з включенням реле в фільтр струмів нульової послідовності (рис.1.10)

а)	б)

Рис. 1.10. Схема фільтра струмів нульової послідовності

а) струморозподіл при трифазному КЗ; б) векторна діаграма

Струм в реле дорівнює геометричній сумі вторинних струмів трьох фаз:

.

Струм в реле з'являється тільки при однофазних та двофазних КЗ на землю, тобто тільки при цих пошкодженнях з'являються Іо. Схема використовується для захисту від замикань на землю. При навантаженнях, трифазних та двофазних КЗ сума струмів фаз в реле дорівнює нулю і реле не діє.

Вмикання реле по схемі рис.1.10. рівносильне його ввімкненню в нульовий дріт схеми повної зірки.

 

Порядок виконання роботи

3.1. Розглянути і теоретично проаналізувати відомі схеми з'єднання трансформаторів струму і реле в пристроях релейного захисту (домашня підготовка).

3.2. Зібрати по черзі схеми повної зірки (рис. 1.11), неповної зірки (рис 1.12), схему з'єднання вторинних обмоток ТС в трикутник, а обмоток реле в зірку (рис. 1.13), схему ввімкнення реле на різницю струмів двох фаз (рис. 1.14), на суму струмів трьох фаз (рис. 1.15). Для кожної схеми, імітуючи різні види КЗ, провести дослідження коефіцієнтів схеми Ксх. Результати вимірювань струмів в первинному та вторинному ланцюгах занести до табл. 1.1.

Для визначення Ксх необхідно виміряти фазні струми у вторинній обмотці ТС реле при різних видах пошкоджень. В експериментальній схемі обмотки струмових реле замінені амперметрами (вторинний ланцюг). У первинному ланцюгу в кожній фазі і нульовому дроті також розмішені амперметри. ТС в схемі мають коефіцієнт трансформації, який дорівнює одиниці. Це дозволяє визначити Ксх як відношення відповідного вторинного струму (струму в реле) до первинного фазного струму. Наприклад, для схеми повної гірки Ксх=Ір/Іф=Іа/ІА.

Для імітування різних видів КЗ передбачена можливість почергової комутації фаз за допомогою однополюсних перемикачів П1-П4. Навантаження Zн в фазах рівномірне. Струми в первинному ланцюгу при різних пошкодженнях достатньо визначити один раз для однієї із схем При дослідженні інших схем виконується тільки перевірка їх стабільності.

Якщо трансформатор струму в даному досліді не використовується, то за умовами техніки безпеки вторинну обмотку слід закоротити.

Рис.1.11 Схема повної зірки

Рис.1.12 Неповна зірка

Рис.1.13 Трикутник

 

 

Рис.1.14 Різниця струмів

Рис.1.15 Сума струмів

 

3.3 Визначити Ксх досліджуваних схем. Виконати аналіз отриманих результатів. Відмітити пошкодження, на які не реагують реле досліджуваних схем (наприклад, однофазне КЗ фази В), і вказати область використання цих схем (для захисту від міжфазних КЗ). Результати аналізу занести до табл. 1.1.

3.4. 3робити висновки з роботи.

3.5. Скласти звіт.

 

Контрольні запитання

1. Призначення ТС в пристроях релейного захисту.

2. Як впливає навантаження у вторинному ланцюгу на роботу ТС? Чому розімкнена вторинна обмотка ТС є аварійним режимом?

3. Дати визначення коефіцієнта схеми. Вказати межі Ксх в схемах з'єднання ТС і реле.

4. Накреслити одну із схем з'єднання ТС і реле. На основі аналізу струморозподілу і векторних діаграм визначити Ксх при заданих пошкодженнях.

5. Вказати область використання кожної схеми з'єднання ТС і реле.

6. Чому дорівнює струм в нульовому дроті схеми повної, неповної зірки?

7. Чому схема з'єднання силового трансформатора () обмежує можливість використання схеми з'єднання ТС і реле на різницю струмів двох фаз?

 

Таблиця 1.1

Назва схеми

Струми в фазах, А (первинний ланцюг)

Повна зірка

Неповна зірка

Трикутник

Різниця струмів

Сума струмів

Вид КЗ

Струми реле, А (вторин. ланцюг)

Ксх

Струми реле, А

Ксх

Струми реле, А

Ксх

Струм реле, А

Ксх

Струм реле, А

Ксх

ІА

ІВ

ІС

Іо

Іа

Ів

Іс

Іо

Іа

Іс

Ізв

І1

І2

І3

ІР

ІР

Трифазне

Міжфазне АВ

Міжфазне АС

Двофазне на землю АВ

Двофазне на землю АС

Однофазне А

Однофазне В

Види пош­коджень, на які не реагу­ють реле

__

Область використання

__

Лабораторна робота № 2