Требования к трансформаторам тока.

В соответствии с ПУЭ все трансформаторы тока, предназначенные для питания токовых цепей устройств релейной защиты, должны удовлет­ворять трем требованиям:

1. Обеспечивать точную работу измерительных органов токовых и дистанционных защит (направленных и ненаправленных) и не до­пускать излишних срабатываний дифференциальных защит при КЗ вне защищаемой зоны. Для этого погрешность (полная или токовая) трансформаторов тока, как правило, не должна превышать

10%. При этом для дифференциальных защит (шин, трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т.п.), а также для защит всех типов, включенных на сумму токов двух или более групп трансфор­маторов тока, в режимах внешних КЗ должна быть учтена полная погрешность (ε < 10 %), а для токовых и дистанционных защит — токовая погрешность (f < 10 %). Но при определении допустимого значения сопротивления нагрузки на трансформаторы тока (z_н) раз­решается для всех типов защиты в качестве исходной принимать полную погрешность, что позволяет использовать одни и те же расчетные кривые предельных кратностей трансформаторов тока какого-либо типа независимо от вида включенных защит.

2. Обеспечивать надежное (без вибрации) замыкание контактов электромеханических реле тока, сопротивления и направления мощ­ности при коротких замыканиях в начале защищаемой зоны, когда токовая погрешность (f_расч) может превышать 10 %, но не должна превышать значения, допустимого для выбранного типа (f_расч< f_доп).

3. Не допускать при КЗ в начале зоны повышения напряжения на выводах вторичной обмотки трансформаторов тока и, соответ­ственно, в цепях защиты выше допустимого значения, при котором определяется прочность изоляции цепей защиты.

В соответствии с этими требованиями современная расчетная проверка трансформаторов тока, предназначенных для питания то­ковых цепей устройств релейной защиты от КЗ, состоит из трех расчетных проверок:

- проверки на 10 %-ную полную погрешность (ε < 10 %)при расчетном токе;

- проверки надежности работы кон­тактов электромеханических реле при максимальном значении тока КЗ через защиту (f_pacч< f_доп);

- расчетного определения напряжения на выводах вторичной обмотки трансформаторов тока при том же максимальном значении тока КЗ (U_2мах < U_2доп).

3.2. Расчетная проверка на 10 %-ную полную погрешность.

Наиболее известны три практических способа расчетной проверки трансформа­торов тока на 10 %-ную погрешность:

- по специальным кривым предельной кратности k₁₀ = f(z_н);

- по фактическим вольт-амперным характеристикам (кривым намагничивания) трансформаторов тока;

- по типовым кривым намагничивания трансформаторной стали и параметрам данного типа трансформаторов тока.

Первый из способов используется при проектировании, а также при наладке и обслужи­вании устройств защиты, если приходится по каким-то причинам вносить изменения в проект. Второй способ используется при наладке и обслуживании устройств защиты. Третий способ используется сравнительно редко, в основном при проектировании устройств защиты, когда недостаточно знать, что ε < 10 %, а необходимо вычи­слить конкретное значение полной погрешности, но вольт-амперные характеристики этих трансформаторов тока отсутствуют.

В курсовом проекте расчетная проверка производится на 10%-ную полную погрешность по кривым предельной кратности. Специальные кривые предельной кратности представляют собой зависимость допустимого по условию ε = 10 % значения сопротивления нагрузки z_н на трансформатор тока от зна­чения предельной кратности k_l0, вычисляемого по выражению

(3.1)

где: I_1ном.тт — первичный номинальный ток трансформатора тока;

I_1расч — первичный расчетный ток, при котором должна обеспечи­ваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10 %.

Значение I_1расч выбирается различно для разных типов релей­ной защиты:

а) для токовых защит с независимой характеристикой выдержки времени, и в том числе для токовых отсечек без выдержки времени, I_1расч = 1, 1I_С.З поскольку для этих защит достаточно обеспечить надежную и точную работу при токе срабатывания реле (в конце зоны действия защиты), а при более близких КЗ с более высокими значениями первичных токов значения тока в реле будут всегда больше, несмотря на увеличенную токовую погрешность (коэффи­циент 1, 1 учитывает увеличение кратности первичного тока по срав­нению с кратностью вторичного тока из-за 10 %-ной погрешности трансформаторов тока);

б) для максимальной токовой защиты с зависимой характери­стикой I_1расч = 1, 1I_согл где, I_согл соответствует току КЗ, при котором производится согласование по времени последующей и пре­дыдущей защит и определяется ступень селективности ∆ t (рис. 2). Для создания запаса по возможности принимают I_согл равным току, при котором начинается независимая часть характеристики;

в) для продольных дифференциальных защит (трансформаторов, генераторов, шин, линий) I_1расч принимается равным наибольшему значению тока КЗ;

г) для дистанционной направленной защиты линий с односторон­ним питанием I_1расч принимается равным наибольшему значению тока при КЗ в конце первой зоны защиты. Для линий с двусторон­ним питанием следует дополнительно определить ток по линии при КЗ на шинах той подстанции, где установлена рассматриваемая защита (КЗ «за спиной»); в качестве I_1расч выбирается больший из этих токов КЗ;

д) для токовой направленной защиты линий с односторонним питанием I_1расч принимается равным наибольшему значению тока при КЗ в конце защищаемой линии. Для линий с двусторонним питанием дополнительно рассматривается КЗ «за спиной».

Расчетная проверка выполняется в следующем порядке:

1. Определяется по выражению (3.1) значение предельной кратности k_l0.

2. Подбирается кривая предельных кратностей, соответствующая типу трансформатора тока, классу (наименованию) обмотки и коэф­фициенту трансформации (по справочнику).

3. Для значения k₁₀ из п.1 по соответствующей кривой предель­ных кратностей определяется допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки z_н.доп (рис.3, штриховые линии). При этом значении z_н.доп полная погрешность ε = 10 %, а токовая f -несколько меньше 10 %. По условию f = 10% можно было бы при­нять большее значение z_н.доп, поскольку кривая 10% процентной кратности (1’), построенная из условия f = 10 %, проходит на 5—10 % выше кривой предельной кратности (1) одного и того же трансформатора тока (рис. 3). Это объясняется тем, что всегда ε > f.

4. Значение z_н.доп (п.3) при проектировании используется для вычисления сечений жил контрольных кабелей токовых цепей релейной защиты, поскольку остальные условия, влияющие на сопротивление нагрузки трансформаторов тока, уже известны (длина кабелей от трансформаторов тока до панелей защиты (в курсовом проекте рассчитывается как длина защищаемого кабеля деленная на 100), материал жил —медь или алюминий (на выбор), тип реле РТ-40, схема соединения трансформаторов тока: для четных вариантов звезда, для нечетных треугольник.

Рис.3. Примеры определения допустимых значений z_н.доп и к₁₀ по кривой предельных кратностей.