Нагрузка трансформаторов тока

Выше отмечалось, что погрешность трансформатора тока за­висит от величины его нагрузки. Сопротивление нагрузки трансформатора тока равно:

,

где U ₂ и I ₂ — напряжение и ток вторичной обмотки ТТ.

Чтобы определить Z_Н, нужно вычислить напряжение U ₂, рав­ное падению напряжения в сопротивлении нагрузки Z_Н от про­ходящего в нем тока I_Н.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивления проводов r _п и сопротивления реле Z_Р, которые для упрощения суммируются арифметически: Z_Н = r _п+ Z_Р.

Величина U ₂ = I ₂ Z_Р зависит от схемы соединения трансформаторов тока, величины нагрузки Z_Н, вида к.з. и сочетания повреждённых фаз.

 

Для схемы полной звезды при трёх и двухфазных к.з. U ₂ равно падению напряжения в нагрузке фазы, т.е. U ₂ = I ₂ (r _п + Z_Р), поэтому

;

При однофазном к.з. U ₂ равно падению напряжения в сопротивлении петли «фаза – нуль» и в сопротивлении реле в фазе Z_Р.Ф. и нулевом проводе Z_Р.0:

 

;

В схеме неполной звезды максимальная нагрузка на трансформаторы тока имеет место при двухфазных к.з. между фазой, имеющей ТТ и фазой, не имеющей его и равна Z_Н = 2 r _п+ Z_Р.

При включении ТТ на разность токов двух фаз максимальная нагрузка на трансформаторы тока имеет место при двухфазных к.з. между фазами, имеющими трансформаторы тока и составляет:

;

В схеме треугольника трансформаторы тока имеют наибольшую нагрузку, равную как при 3-х, так и при 2-х фазных к.з. Z_Н = 3(r _п+ Z_Р).

Для уменьшения нагрузки на ТТ применяют последовательное включёние вторичных обмоток трансформаторов тока. При этом нагрузка распределяется поровну (уменьшается в два раза). Ток в цепи, равный I₂=I₁/n_Т остается неизменным, а напряжение, приходящееся на каждый ТТ составляет I₂Z_Н/2.

 

Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока для релейной защиты выполняется по следующему алгоритму:

1. Определяется рабочий ток защищаемого объекта I _раб.

2. По найденному значению тока и номинальному напряжению выбирается трансформатор тока.

3. Определяется максимально возможное значение тока повреждения защищаемого объекта I _{к.макс..}

4. Рассчитывается кратность тока короткого замыкания как отношение

,

где I_1.ном – номинальный первичный ток ТТ.

5. Зная кратность К, по кривой 10%-й погрешности определяется допустимая нагрузка Z_{Н. доп} для выбранного трансформатора тока.

6. Учитывая схему соединения ТТ, рассчитывается фактическая нагрузка трансформаторов тока Z_Н.факт. и сравнивается с допустимой Z_{Н. доп.}

7. Если Z_Н.факт ≤ Z_{Н. доп} считается, что трансформатор тока удовлетворяет требованиям точности и его можно использовать для данной схемы защиты. Если Z_Н.факт > Z_{Н. доп}, то необходимо принять меры для уменьшения нагрузки. В качестве таких мер можно назвать следующие:

- выбор трансформатора тока с увеличенным значением коэффициента трансформации;

- увеличение сечения контрольного кабеля;

- использование вместо одного трансформатора тока группу трансформаторов, соединенных последовательно.

 

Нормальным режимом работы для ТТ является режим короткого замыкания, в котором погрешности ТТ имеют наименьшие значения.

Работа трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой недопустима, т. к. в этом случае отсутствует размагничивающий поток в сердечнике ТТ, что приводит к его насыщению, резкому росту тока намагничивания и, как следствие, недопустимому нагреву трансформатора и разрушению изоляции. Раскорачивание вторичной обмотки ТТ при наличии тока в первичной приводит к перенапряжению во вторичных цепях и пробою изоляции.

 

 

 

 

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из: стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и 2^х обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рис. 2-1.

Первичная обмотка W₁, имеющая очень большое число витков включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W₂, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле.

 

 

Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э.д.с. Е, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) равна напряжению на её зажимах U_2хх.

Напряжение U_2хх, меньше первичного напряжения U₁ во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁:

(2-1)

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается n_н:

Следовательно, можно записать:

(2-2)

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах U₂ будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако, это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда:

U₁=U₂n_н; (2-3)

В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное напряжение.

Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х; начало дополнительной обмотки a _д, конец – x _д.

Трансформаторы напряжения выполняются в однофазном или трёхфазном исполнении.

При включении однофазных ТН на фазные напряжения начала их первичных обмоток присоединяются к фазам, а концы собираются в нулевую точку.

При включении ТН на междуфазные напряжения начала первичных обмоток подключаются к начальным фазам в порядке их чередования (например, при включении 2-х однофазных ТН на междуфазные напряжения АВ и ВС при чередовании фаз А-В-С первый ТН включается началом первичной обмотки к фазе А, концом – к фазе В, а второй ТН – началом к фазе В и концом к фазе С).

При маркировке выводов вторичных обмоток трансформаторов напряжения за начало а принимается тот вывод, из которого ток выходит, в то время когда в первичной обмотке ток проходит от начала А к концу Х (рис. 2-2).

 

	Рис.2-2. Маркировка выводов обмоток ТН.

 

 

Таким образом, правило маркировки обмоток трансформаторов напряжения следующее:

Если на первичной стороне ток входит в начало А, то началом вторичной обмотки а, будет тот её вывод, из которого в этот момент ток выходит.

При маркировке и включении обмоток по этому правилу направление тока в нагрузке (приборе или реле) при включении через ТН останется таким же, как и при включении непосредственно в сеть.