Меню

Схемы соединений трансформаторов тока для релейных защит

Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока для релейной защиты

Схемы соединения ТА. Для подключения реле и измерительных приборов вторичные обмотки ТА соединяются в различные схемы. Наиболее распрос-траненные схемы приведены на рис.1.

На рис.1,а дана основная схема соединения в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междфазных КЗ; на рис.1 б — схема соединения в неполную звезду, используемая для включения защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными нулевыми точками;

на рис. 1, в — схема соединения в треугольник, используемая для получения разности фазных токов (например, для включения дифференциальной защи-ты тр-ров); на рис.1 г — схема соединения на разность токов двух фаз (непол-ный треугольник). Эта схема используется для включения защиты от между-фазных КЗ, так же как схема на рис.1,б; на рис.1, д — схема соединения на су-мму токов всех трех фаз, используемая для включения защиты от однофазн-ых КЗ и замыканий на землю.

Практически из-за того, что ТА имеют неодинаковые погрешности, в ре-ле и при симметричных токах в фазах проходит небольшой ток, называемый током небаланса. Рассмотренная схема называется также схемой фильтра нулевой последовательности.

На рис. 1,е дана схема последовательного соединения двух ТА, установле-нных на одной фазе. При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т. е. на каждом из них уменьшается в 2 раза. Прои-сходит это потому, что ток в цепи, равный I2 = I11 остается неизменным, а напряжение, приходящееся на каждый ТА, составляет I2ZН/2. Рассмотренная схема применяется при использовании маломощных ТА (например, встроен-ных в вводы выключателей и трансформаторов).

На рис.1, ж дана схема параллельного соединения двух ТА, установленн-ых на одной фазе. Коэффициент трансформации этой схемы в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного ТА. Если коэффициент трансформац-ии каждого ТА равен КI = I1/I2, то коэффициент трансформации схемы равен КСХ = I1/2I2. Схема параллельного соединения используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации. Например, для получения коэффициента трансформации 37,5/5 соединяют параллельно два стандартн-ых ТА с коэффициентом трансформации 75/5.

Построение векторных диаграмм и определение коэффициента схемы и нагрузки трансформаторов тока для различных режимов короткого замыкания и схем соединения обмоток, определение коэффициента схем и нагрузки трансформаторов.

Питание устройств РЗ током сети производится по рассмотренным ниже ти-повым схемам соединений ТА и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вторичн-ых цепях в нормальных и аварийных условиях.

Для нахождения токораспределения в сх сначала показываются положите-льные направления действующей величины первичных токов при рассматриваемом виде КЗ; затем наносятся стрелки вторичных токов в каждом ТА, по которому проходит первичный ток, после чего показывается путь, по которому замыкается вторичный ток каждого ТА. Если в каком-либо элементе схемы (проводе или обмотке реле) вторичные токи разных фаз складываются или вычитаются, то результирующий ток в этом элементе находится путем геометр. сложения или вычитания соответствующих векторов фазных токов с учетом их сдвигов по фазе.

Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле IР к току в фазе IФ (вторичный ток ТА). Это отношение называется коэф. сх.

Коэф схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствит-ти защиты. Для каждой схемы, также можно определить отношение сопрот. нагрузки ТА ZН к сопротивлению реле ZР. Это отношение называется коэффициентом нагрузки kНАГР = ZН / ZР.

Ниже рассмотрены основные типовые схемы, анализируется токораспределение в них и определяется их область применения.

а) Сх. соединения ТА и обмоток реле в полную звезду. ТА устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмотки трансформаторов тока и обмотки реле соединяются в звезду и их нулевые точки связываются одним проводом, на-зываемым нулевым (рис.1). В нулевую точку объединяются одноименные

зажимы обмоток ТА

При нормальном ре-жиме и трехфазном КЗ, как показано на рис.1, в реле I, II и III проходят токи

а в нулевом проводе — их геометрическая сумма (1):

кот. при симметричных режимах равна нулю (как при наличии, так и отсутствии заземления в точках Н и К, рис.2,а). При двухфазных КЗ ток КЗ проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к ТА поврежденных фаз (рис. 2,б), ток в неповрежденной фазе отсутствует. Согласно закону Кирхгофа сумма токов в узле равна нулю, => I * в + I * с = 0, отсюда I * с = — I * в. С учетом этого на векторной диаграмме токи I * с и I * в показаны сдвинутыми по фазе на 180° (рис.2,б). Ток в нулевом проводе схемы равен сумме токов двух поврежденных фаз (Ib и Ic), но так как последние равны и противоположны по фазе (рис. 2,б), то ток в нулевом проводе также отсутствует: IН.П = I * в + I * с = 0.

Рис. 2.Векторная диаграмма токов. (а — при трехфазном КЗ; б — при двухфазном КЗ; в — при однофазном КЗ; г- при двухфазном КЗ на землю; д — при двойном замыкании на землю в разных точках.

Поэтому реле IV, включенное в нулевой провод, не будет реагировать на нагрузку и междуфазные КЗ, в чем состоит важная особенность сх звезды.

При однофазных КЗ первичный ток КЗ проходит только по одной поврежденной фазе (рис.2, в). Соответствующий ему вторичный ток проходит также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.

При двухфазных КЗ на землю (рис.2,г) ток проходит в двух реле, включенных на поврежденные фазы (например, В и С). В нулевом проводе проходит геометрическая сумма этих токов, всегда отличная от нуля, что следует из их векторной диаграммы.

При двойном замыкании на землю в разных точках прохождение токов в сети показано на рис.2,д. На участке м/у местами замыкания на землю условия аналогичны однофазному КЗ, а м/у источником питания и ближайшим к нему местом повреждения они соответствуют двухфазному КЗ.

В рассмотренной схеме реле, установленные в фазах, реагируют на все виды КЗ, а реле в нулевом проводе — только на КЗ на землю. Схема соединения в звезду применяется в защитах, действующих при всех видах КЗ. Ток в реле равен току в фазе, поэтому коэффициент схемы во всех режимах kСХ = 1. А ZНАГР – в общем случае = UФ / IФ. Напряжение на вторичных зажимах ТА = сумме падений напряжений в контуре, примыкающем к этим зажимам. ZНАГР = (IР1+3I)*ZР/Iа, где ZР = ZКАТУШЕК+rПРОВОДОВ+rКОНТАКТОВ+rПРИБОРОВ.

Читайте также:  Tik ток что это

kНАГР = (Iа+3I)/ Iа = 1 + 3I/ Iа. При всех КЗ не связанных с землей и 3 х ф КЗ на землю 3I=0 => kНАГР = 1. При 1ф КЗ на землю 3I = Ia=> kНАГР = 2.

б) Сх. соединения ТА в неполную звезду. В реле I и III проходят токи соответствующих фаз

а в обратном проводе ток равен их геометрической сумме:

С учетом векторной диаграммы -(Ia+Ic) =Ib, т. е. IО.П равен току фазы, отсутствующей

во вторичной цепи (рис. 3, б)

При трехфазном к.з. и нормальном режиме токи проходят по обо-им реле I и III и в обр-атном проводе. kСХ=1.

ZНАГР=(IаZР+(Iа+Iс)ZР)/Ia = (2Iа+Iс)ZР)/Ia. kНАГР = (2Iа+Iс)/Ia=> kНАГР = Ö3 (cм. рис.4)

В случае двухфазного КЗ токи появляются в одном или двух реле (I или III) в зависимости от того, какие фазы повреждены.

Ток в обратном проводе при двухфазных КЗ м/у фазами А и С, с учетом что Ic = -Ia, равен нулю, а при замыканиях м/у фазами АВ и ВС он соответственно равен IО.П = -Iа и IО.П = -Ic. kСХ=1. kНАГР=ê2Iа+Iсê/Ia=> kНАГР(АC) = 1; kНАГР(АВ) = 2 (cм.рис.5)

В случае однофазного КЗ фаз (А или С), в которых установлены ТА во вторичной обмотке ТА и обратном проводе проходит ток КЗ. При замыкании на землю фазы В, в которой ТА не установлен, токи в схеме защиты не появляются; следовательно, схема неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного КЗ и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях. kCХ = 1.

в) Сх. соединения ТА в треугольник. Из токораспределения на рис.6 видно, что в каждом реле проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

kСХ= II/Ia = êI * a –I * в ê/I * a

При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ в реле проходит линейный ток, в Ö3 раз больший тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 30°

(рис.7). kСХ = Ö3; kНАГР= 3.

Для защиты от однофазных КЗ схема не используется.

г) Сх. соединения ТА в неполный треугольник. Из токораспределения, на рис. 8 видно:

где

При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ (см. рис 9)

При двухфазном КЗ на фазах А и С (рис. 8 см. выше): IA=-IC; IВ = 0.=> kСХ = kНАГР = 2. На фазах А и В: IВ=-IA; IC = 0.=> kСХ = kНАГР =1.

д) Сх. соединения ТА в фильтр токов нулевой последовательности. Коэф схемы не определяем.

Это значит, что I * Р = 3 I * .Ток в реле появляется только при однофазных и двухфазных КЗ на землю, так как только при этих повреждениях появляется I * . Поэтому схема применяется для защит от замыканий на землю.

При нагрузках, трехфазных и двухфазных КЗ сумма первичных токов трех фаз равна нулю,соответственно ток I = 0 и реле Р не действует. При однофазном КЗ kНАГР =1.

Источник

2. Трансформаторы тока и схемы их соединений

Трансформатор тока – важный элемент релейной защиты. Он питает цепи защиты током сети и выполняет роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты.

2.1. Принцип действия

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в силовую цепь. Вторичная обмотка замыкается на сопротивление нагрузки Z Н – последовательно включенные реле и приборы.

Ток I 1 , протекая по обмотке, создаёт магнитный поток Ф 1 = I w 1 , под воздействием этого потока во вторичной обмотке наводиться ЭДС Е2. По обмотке протекает ток I 2 .

Если не учитывать потерь то:

где – витковый коэффициент трансформации.

В заводских материалах на трансформаторы тока указывают номинальный коэффициент трансформации . Если не учитывать потери, то n в = n т .

В действительности же I 2 отличается от расчетного значения. Часть тока I 1 тратиться на создание намагничивающего потока:

Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет. Магнитопровод быстро расплавится. Кроме того на вторичной разомкнутой обмотке появиться высокое напряжение, достигающие десятков киловольт. Вторичная обмотка обязательно должна быть заземлена – если произойдет пробой изоляции, то при заземленной вторичной обмотке получится короткое замыкание, защитная аппаратура отключит поврежденный трансформатор, заземление вторичной обмотке делается прежде всего для обеспечения техники безопасности.

Причиной погрешностей в работе трансформаторов тока является ток намагничивания. Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия релейной защиты, поэтому стараются уменьшить ток намагничивания.

2.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Ток I нам состоит из активной и реактивной составляющих.

I а.нам – обусловлена активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока.

I р.нам – создает магнитный поток, который индуктирует во вторичной обмотке ЭДС Е2.

Для уменьшения I а .н ам магнитопровод выполняется из шихтованной стали.

При насыщении I нам возрастает значительно быстрее, чем поток Фт , что вызывает резкое увеличение погрешностей. (см. рис. 2.2.1 – характеристика намагничивания трансформатора тока.)

Для ограничения погрешностей нужно уменьшить Фт :

Этого можно добиться, либо снизив ток I 2 за счет подбора соответствующего коэффициента трансформации (повысить n т для снижения кратности максимального первичного тока ), либо уменьшив сопротивление нагрузки вторичной обмотки Z н .

Требования к точности трансформаторов тока, питающих релейную защиту

Читайте также:  Повышающий драйвер с источника тока

Погрешность трансформаторов тока по току ( D I ) не должна превышать 10%, а по углу ( d ) – 7 ° .

Эти требования обеспечиваются, если I нам £ 0,1 I 1 .

Для каждого типа трансформаторов тока имеются определённые значения К1макс и Z н , при которых погрешность e будет равна 10%. Поэтому исходными величинами для оценки погрешности являются I 1макс и Z н :

где Z п – сопротивление проводов,

Z р – сопротивление реле.

Для упрощения в расчетах сопротивления суммируются арифметически.

Предельные значения К1макс и Z н из условия 10% погрешности дают заводы, изготавливающие трансформаторы тока.

Выпускаются трансформаторы тока следующих классов точности: 0,5;1;3;10 (для подсоединения к ним измерительных приборов) и Р (для релейной защиты).

Источник



Схемы соединения трансформаторов тока и реле защиты

Устройства РЗА с вторичными реле подключают к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов тока ТА и напряжения TV. При этом указанные устройства изолируются от высокого напряжения первичных цепей, а ток и напряжение уменьшаются до стандартных значений (5 А и 100 В).

Для релейной защиты элементов системы электроснабжения от КЗ применяют ряд схем соединения трансформаторов тока и реле. Наиболее целесообразную из них выбирают по условиям наибольшей чувствительности к КЗ при наименьшем числе используемых реле.

К основным схемам соединения трансформаторов тока и реле относят (рис. 6.1): полную и неполную звезды, полный и неполный треугольники (схема включения одного реле на разность токов двух фаз).

Схемы на рис. 6.1, а и в – трехфазные трехрелейные, однако возможно использование и двух реле (без реле КА2). Обратный (нулевой) провод в схеме полной звезды необходим для создания пути вторичному току I2 трансформатора тока ТА при однофазных КЗ (К (1) ) и двухфазных КЗ на землю (К (1,1) ), а также для получения составляющих нулевой последовательности 3I = IA + IB + IC, на которые может реагировать дополнительное реле КА4. Схема полной звезды реагирует на все виды замыканий, одинаково чувствительна ко всем видам повреждений, отличается надежностью, так как при любом замыкании срабатывает, по крайней мере, два реле. Схему треугольник с тремя или двумя реле применяют для защиты силовых трансформаторов с высшим напряжением 110 … 220 кВ.

В системах с глухозаземленными нейтралями силовых трансформаторов (Uн 110 кВ) для обеспечения защиты при однофазных КЗ применяют трехфазные схемы соединения ТА и реле, т.е. с трансформаторами тока во всех трех фазах. В системах с изолированной нейтралью (Uн 35 кВ), в которых не бывает однофазных КЗ, используют двухфазные схемы с включением ТА по всей сети в одноименные фазы (А и С).

Схема неполной звезды (двухфазная двухрелейная) наиболее распространена в сетях с изолированной нейтралью. Обратный провод в схеме необходим также для создания пути вторичному току при трехфазных КЗ (К (3) ), двухфазных КЗ и двойных замыканиях на землю . Для повышения чувствительности защиты в обратный провод может включаться дополнительное реле КА3. При трехфазном замыкании срабатывают три реле, при двухфазном – два; при замыкании фазы В на землю защита не работает.

Таким образом, схема неполной звезды реагирует на все виды междуфазных замыканий; для ликвидации однофазных замыканий требуется установка дополнительной защиты. Схему включения одного реле на разность токов двух фаз считают самой экономичной с точки зрения используемой аппаратуры, она позволяет выполнить защиту от всех видов междуфазных замыканий, однако ее применение ограничено из-за неодинаковой чувствительности к различным видам междуфазных КЗ и отказа при некоторых видах КЗ за силовыми трансформаторами со схемами соединения обмоток Y/Δ и Y/Y. Схема обладает относительно невысокой надежностью – отказ реле ведет к отказу защиты.

Каждую схему характеризуют коэффициентом схемы

где Ip – ток в обмотке реле; I2 – вторичный ток трансформатора тока.

Для схем полной и неполной звезд Kсх = 1, для треугольника Kсх = , для схемы включения реле на разность токов двух фаз значение Kсх зависит от вида КЗ — .

Источник

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

а) Типовые схемы и их анализ

Питание устройств релейной защиты током сети производится по рассмотренным ниже типовым схемам соединений трансформа­торов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вторичных цепях в нормальных и аварийных условиях.

Для нахождения токораспределения в схеме сначала показываются положи­тельные направления действующей вели­чины первичных токов при рассматриваемом виде к. з.; затем наносятся стрелки вто­ричных токов в каждом трансформаторе тока, по которому проходит первичный ток, после чего показывается путь, по ко­торому замыкается вторичный ток каждого трансформатора тока. Если в каком-либо элементе схемы (проводе или обмотке реле) вторичные токи разных фаз складываются или вычитаются, то результирующий ток в этом элементе находится путем геометри­ческого сложения или вычитания соответствующих векторов фаз­ных токов с учетом их сдвигов по фазе.

Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле Iр к току в фазе Iф. Это отношение называется коэф­фициентом схемы

Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствительности защиты.

Ниже рассмотрены основные типовые схемы, анализируется токораспределение в них и определяется их область применения.

б) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторич­ные обмотки трансформаторов тока и обмотки реле соединяются в звезду и их нулевые точки связываются одним проводом, называемым нулевым (рис. 3-9). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток трансформаторов тока.

При нормальном режиме и трехфазном к. з., как показано на рис. 3-9, в реле /, // и /// проходят токи фаз

которая при симметричных режимах равна нулю (как при наличии, так и отсутствии заземления в точках Н и К, рис. 3-10, а).

При двухфазных к. з. ток к. з. проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к трансформаторам тока поврежденных фаз (рис. 3-10, б), ток в неповрежденной фазе отсутствует. Согласно закону Кирхгофа

Читайте также:  Только вокруг движущихся электрических зарядов т е вокруг электрических токов

В действительности в результате неидентичности характеристик и погрешностей трансформаторов тока сумма вторичных токов в обоих случаях отличается от нуля. В нулевом проводе проходит некоторый остаточный ток, называемый током небаланса Iн.п. = Iнб. При нормальном ре­жиме ток небаланса равен примерно 0,01—0,2 А. При к. з. в связи с увеличением токов намагничивания ток небаланса возрастает.

При однофазных к. з. первичный ток к. з. проходит только по одной поврежденной фазе (рис. 3-10, в). Соответствующий ему вторичный ток проходит также только через одно реле и замы­кается по нулевому проводу.

При двухфазных к. з. на землю (рис. 3-10, г) ток проходит в двух реле, включенных на поврежденные фазы (например, В и С). В нулевом проводе проходит геометрическая сумма этих токов, всегда отличная от нуля, что следует из их век­торной диаграммы.

При двойном замыкании на землю в раз­ных т о ч к а х прохождение токов в сети показано на рис. 3-10,5. На участке между местами замыкания на землю условия анало­гичны однофазному к. з., а между источником питания и ближай­шим к нему местом повреждения они соответствуют двухфаз­ному к. з.

Нулевой провод схемы звезды является фильтром токов нулевой последовательности. Ток Iн.п. опреде­ляется по (3-11). Токи прямой и обратной последовательностей, как видно из рис. 3-11, а, в нулевом проводе не проходят, так как векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль (рис. 3-11, б и в). Токи же нулевой последовательности (рис. 3-11, г) совпадают по фазе, и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока Iн.п. = 3I.

При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из трансфор­маторов тока в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может привести к непредусмотренному действию реле, уста­новленного в нулевом проводе.

В рассмотренной схеме реле, установленные в фазах, реагируют на все виды к. г., а реле в нулевом проводетолько на к. з. на землю. Схема соединения в звезду применяется в защитах, действующих при всех видах к. з. Ток в реле равен току в фазе, поэтому коэффициент схемы, определяемый выражением (3-11), ксх = 1.

в) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

В случае однофазного к. з. фаз или С), в кото­рых установлены трансформаторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока и обратном проводе проходит ток к. з. При замыкании на землю фазы В, в которой трансформатор тока не установлен, токи в схеме защиты не появляются; следовательно, схема неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного к. з. и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях. Коэффициент схемы ксх == 1.

г) Схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду

Вторичные обмотки трансформаторов тока, соединенные после­довательно разноименными выводами (рис. 3-13), образуют треугольник.

Реле, соединенные в звезду, подключаются к вершинам этого треугольника. Из токораспределения на рис. 3-13 видно, что в каждом реле проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

В табл. 3-2 приведены значения токов при других видах к. з. в предположении, что коэффициент трансформации трансформа­торов тока равен единице (nт = 1).

Таким образом, схема соединения трансформаторов тока в тре­угольник обладает следующими особенностями:

1. Токи в реле проходят при всех видах к. з., и, следовательно, защиты по такой схеме реагируют на все виды к. з.

2. Отношение тока в реле к фазному току зависит от вида к. з.

3. Токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника трансформаторов тока, не имея пути для замыкания через обмотки реле.

Отсюда следует, что при к. з. на землю в реле попадают только токи прямой и обратной последовательностей, т. е. только часть тока к. з.

Описанная выше схема применяется в основном для дифферен­циальных и дистанционных защит.

чувствительность при двухфазных к. з. на линии между фазами АВ и ВС) нужно учитывать при применении схемы.

В случае двухфазного к. з. между фазами В и С за силовым трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник ток в реле р = а с оказывается равным нулю, так как токи 1а и 1С равны по величине и совпадают по фазе, что видно из токораспределения на рис. 3-17. Таким образом, при этом случае повреждения реле не будет действовать, что является существенным недостатком схемы. По этой причине однорелейную схему нельзя применять для защит, которые должны действовать при к. з. за трансформаторами с соединением обмоток λ/Δ.

В случае однофазных к. з. на фазе, не имеющей трансформато­ров тока (фаза В), ток в реле равен нулю, поэтому схема с включе­нием на разность токов двух фаз не может использоваться в ка­честве защиты от однофазных к. з.

Рассматриваемая схема может применяться только для за­щиты от междуфазных к. з. в тех случаях, когда она обеспечивает необходимую чувствительность при двухфазных к. з. и когда не требуется ее действие при к. з. за трансформатором с соединением обмотки λ/Δ.

Коэффициент схемы при симметричных режимах , с учетом что в этом режиме Ip = √3 Iф.

е) Схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

При нагрузках, трехфазных и двухфазных к. з. сумма первич­ных токов трех фаз равна нулю, соответственно ток I = 0 и реле Р не действует. Но из-за погрешности трансформаторов тока сумма вторичных токов не балансируется и в реле появляется ток небаланса Iнб

что необходимо учитывать при применении схемы.

Включение реле по схеме на рис. 3-16 равносильно его вклю­чению в нулевой провод звезды по рис. 3-9.

Рассмотренная схема часто называется трехтрансфор-м а т о р н ы м фильтром токов I.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник