Режимы работы трансформаторов тока

а)Работа ТТ при КЗ в контролируемой сети.Трансформаторы тока являются одним из основных звеньев релейной защиты. Поэтому они должны быть термически и динамически стойкими и обладать погрешностью, обеспечивающей нормальную работу релейной защиты. При больших кратностях первичного тока магнитопровод ТТ насыщается и погрешность резко растет.

Практика показала, что если полная погрешность достигла 10 %, то при дальнейшем возрастании первичного тока она столь быстро увеличивается, что нормальная работа релейной защиты невозможна. Поэтому номинальная предельная кратность ТТ должна быть выше отношения тока КЗ к номинальному. Типичная зависимость номинальной предельной кратности от сопротивления нагрузки показана на рис. 8.1.2. Уменьшая сопротивление нагрузки, можно увеличивать и номинальную предельную кратность.

Рис. 8.1.2. Зависимость номинальной предельной кратности от сопротивления нагрузки

Трансформаторы, предназначенные для дифференциальной защиты, выбираются с одинаковой номинальной предельной кратностью. При этом ток небаланса защиты, равный разности вторичных токов трансформаторов (при одинаковом первичном токе), получается небольшим.

При КЗ вследствие насыщения магнитопровода кривая вторичного тока резко отличается от синусоиды. Приближенно максимальную кратность вторичного тока можно найти по формуле

где B_s — индукция насыщения (для электротехнической' стали B_s 2Тл); B_тН0М — амплитуда индукции при номинальном первичном токе.

Трансформаторы с многовитковой первичной обмоткой при КЗ в контролируемой сети подвергаются повышенной электрической нагрузке. Индуктивное сопротивление такой обмотки соизмеримо с сопротивлением остальной короткозамкнутой цепи. При этом на обмотку может ложиться существенная часть напряжения сети, вследствие чего возможен пробой междувитковой изоляции.

б) Работа ТТ при наличии в токе КЗ апериодической составляющей. При установившемся режиме в первичной обмотке протекает синусоидальный ток неизменной амплитуды. В действительности начало КЗ характеризуется переходным процессом при наличии апериодической составляющей тока. Наиболее тяжёлый случай для ТТ возникает, когда начальное значение апериодической составляющей равно амплитуде переменной составляющей. Рассмотрим изменение токов ТТ в переходном режиме.

На рис.8.1.3,а показано изменение во времени апериодических составляющих первичного тока i'_1апер, вторичного тока i_2апер и намагничивающего тока

i'_0апер. В момент t₀ , когда составляющая i'_0апер проходит через максимум, апериодическая составляющая вторичного тока i_2апер проходит через нуль. Из-за наличия апериодической составляющей i'_0апер кривая i_2апер идет ниже кривой i'_1апер При этом происходит насыщение магнитопровода и возникают большие погрешности по току и углу, осложняющие работу релейной защиты. Для снижения погрешностей ТТ выполняются с немагнитным зазором, наличие которого предотвращает насыщение магнитопровода под воздействием апериодической составляющей индукции.

Рис. 8.1.3. Изменение токов ТТ в переходном режиме:

i'_1апер, i_2апер, i'_0апер – кривые апериодической составляющей первичного, вторичного тока и апериодической составляющей намагничивающего тока

в) Работа ТТ при разомкнутой вторичной обмотке.При эксплуатации ТТ возможны случаи, когда вторичная обмотка( ) оказывается разомкнутой. В нормальном режиме:МДС I_Qw1 составляет проценты или даже доли процента МДС F1. Амплитуда магнитной индукции составляет 0,06—0,1 Тл.

При размыкании вторичной обмотки F₂ = 0 и размагничивающее действие вторичной МДС прекращается. Ток в первичной цепи остается неизменным, и первичная МДС целиком идет на намагничивание магнитопровода. Это приводит к его насыщению и появлению высокой ЭДС на разомкнутой вторичной обмотке.

Рис. 8.1.4. Изменение индукции В и вторичной ЭДС е₂ во времени при разомкнутой вторичной обмотке

Примерные кривые изменения индукции В и вторичной ЭДС е₂ показаны на рис.8.1.4. Чем больше первичная номинальная МДС I_1НОМw1, тем больше амплитудное значение е₂, которое может достигать десятка киловольт. Такое напряжение опасно для изоляции трансформатора и обслуживающего персонала.

При насыщении магнитопровода в нем резко возрастают активные потери,

за счет которых температура изоляции может существенно превысить допустимые значения.

Режим разомкнутой вторичной обмотки является для трансформатора тока аварийным, что необходимо предусматривать при проектировании цепей релейной защиты. Обычно вторичная обмотка выводится на дополнительные контакты К с перемычкой (см. рис. 8.1.5). Перед отключением от вторичной обмотки измерительного прибора она вначале шунтируется этой перемычкой.

Рис. 8.1.5. Схема включения трансформатора тока