Лекция №3. Цель занятия: Изучить условия работы и схемы включения трансформаторов напряжения

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

ВРЕМЯ– 2 часа

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить условия работы и схемы включения трансформаторов напряжения.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

ВВЕДЕНИЕ – 5 мин

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ – 40 мин.

2. СОГЛАСУЮЩИЕ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ – 40 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ – 5 мин.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 1. 3-е изд., перераб. и доп. – М.:ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. – С. 58 … 64.

2. ГОСТ 18685-73. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

ГОСТ 18685-73. Трансформатором тока (напряжения) называется трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток (вторичное напряжение) практически пропорционален (пропорционально) первичному току (первичному напряжению) и при правильном включении сдвинут (сдвинуто) относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

В зависимости от числа обмоток и схем включения трансформаторы напряжения могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема включения однофазного трансформатора напряжения ТV и реле КV

Однофазный трансформатор первичной обмоткой включен на линейное напряжение между двумя любыми фазами. Если его вторичная обмотка разомкнута, то под действием приложенного к первичной обмотке напряжения по ней протекает ток намагничивания, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Этот поток наводит в первичной обмотке ЭДС Е₁:

Е₁ = 4,44·f ·w₁·Ф,

где f - частота, w₁ - число витков первичной обмотки.

Во вторичной обмотке магнитный поток Ф наводит ЭДС Е₂:

Е₂ = 4,44·f ·w₂·Ф,

где w₂ - число витков вторичной обмотки.

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода. Во вторичной обмотке тока нет, а ток намагничивания в первичной обмотке мал. В результате напряжения на первичной U₁ и вторичной U₂ обмотках равны соответствующим ЭДС:

U₁ = Е₁ = 4,44·f ·w₁·Ф; U₂ = Е₂ = 4,44·f ·w₂·Ф.

Коэффициент трансформации определяется по формуле:

К _U = Е₁ / Е₂ = w₁ / w₂ = U₁ / U₂ .

Если во вторичную обмотку включена нагрузка Z_н, то в ней появляется ток I₂. Возрастет и ток I₁ в первичной обмотке. В результате в первичной и вторичной обмотках возникнут падения напряжения ΔU₁ и ΔU₂. Чем больше будут токи I₁ и I₂ тем больше будут падения напряжения ΔU₁ и ΔU₂. Из-за наличия падений напряжений в первичной и вторичной обмотках нарушаются равенства U₁ = Е₁ и U₂ = Е₂. Это вызывает нарушение в пропорциональности между напряжениями U₁ и U₂ .

В трансформаторах напряжения угловая погрешность не велика и составляет около 1%. Погрешность по напряжению ΔU определяется из выражения:

ΔU = (К _U · U₂ - U₁) / U₁ · 100%.

Для уменьшения погрешностей следует стремиться к режиму, близкому к холостому ходу. По величине погрешности стандартом установлены 4 класса точности трансформаторов напряжения: 0,2; 0,5; 1; 3. Каждому классу точности соответствует своя номинальная мощность трансформатора.

Рассмотренная схема применяется в том случае, если необходимо измерить линейное напряжение между двумя любыми фазами.

Если необходимо измерить все три межфазных напряжения, то применяется схема соединения трансформаторов напряжения в открытый треугольник (рис. 12).

Рис. 12. Схема соединения трансформаторов напряжения ТV1, ТV2 в открытый треугольник и реле КV1 … КV6.

При необходимости измерения всех линейных и всех межфазных напряжения применяется схема соединения трансформаторов напряжения в звезду (рис. 13).

Рис. 13. Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду и реле КV1 … КV9.

Защита трансформаторов от внутренних повреждений осуществляется предохранителями, устанавливаемыми в каждом выводе первичной обмотки. Все незаземленные провода вторичных обмоток присоединяются к трансформаторам напряжения через предохранители или автоматические выключатели. По условиям безопасности вторичная обмотка заземляется. Провод, подключенный к вторичной обмотке в точке ее заземления, не защищается предохранителем или автоматическим выключателем.

Если перегорание предохранителей или отключение автоматических выключателей, при которых исчезает вторичное напряжение, может привести к неверному действию релейной защиты, то такие защиты снабжаются коммутационной аппаратурой, выводящей их из работы.

При напряжениях 500 кВ и более электромагнитные трансформаторы напряжения получаются громоздкими и дорогими. В таких установках применяются емкостные преобразователи напряжения (рис. 14), в которых используются емкостные делители напряжения и электромагнитные трансформаторы напряжения. Напряжение U_С2 на конденсаторе С₂ определяется, как:

U_С2 = U₁· С₁ / (С₁ + С₂).

Рис. 14. Емкостной измерительный преобразователь

Напряжение U_С2 подается на первичную обмотку трансформатора Т. С вторичной обмотки трансформатора снимается напряжение U₂. Номинальное значение напряжения U_2НОМ= 100 В.

Реактор LR совместно с индуктивностью рассеяния трансформатора Т компенсирует падение напряжения в делителе, вызванное токами нагрузки. Разрядник FV защищает трансформатор Т от перенапряжений. Для создания необходимой емкости С₁ используется батарея последовательно соединенных конденсаторов.

Емкостные измерительные преобразователи напряжения могут применяться и в сетях с более низким напряжением, чем 500 кВ.

3. СОГЛАСУЮЩИЕ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Электромеханические реле подключают непосредственно ко вторичным обмоткам трансформаторов тока и напряжения. Как известно трансформатор тока имеет номинальный вторичный ток I_2НОМ = 5А, а трансформатор напряжения имеет номинальное вторичное напряжение U_2НОМ = 100 В. Эти значения для полупроводниковых элементов и микроэлектронных схем слишком велики. Поэтому электронные блоки релейной защиты подключают к измерительным трансформаторам тока и напряжения не непосредственно, а через согласующие трансформаторы.

На рис. 15 представлена схема подключения измерительных органов ИО1, ИО2 и ИО3к трансформатору тока через согласующий трансформатор TL.

Рис. 15. Схема подключения полупроводниковых защит к трансформатору тока

К вторичной обмотке трансформатора TL присоединена цепочка последовательно соединенных потенциометров R1, R2, R3. Падения напряжений на потенциометрах используются в качестве входных сигналов измерительных органов. Уставки регулируют движками потенциометров. Коэффициент трансформации согласующего трансформатора TL равен 50. Соответственно, номинальный ток во вторичной цепи согласующего трансформатора I_2НОМ = 0,1А. Промежуточные трансформаторы TL1, TL2, TL3 выполняют роль разделительных. Эти трансформаторы осуществляют гальваническую развязку измерительных органов и устраняют взаимное влияние цепей этих органов.

Подключение измерительных органов релейной защиты к трансформатору напряжения TV также выполняется через согласующий трансформатор TL (рис. 16). В данной схеме коэффициент трансформации равен 25 и номинальное напряжение во вторичной обмотке трансформатора TL составляет U_2НОМ = 4 В. В этом случае, во входных цепях измерительных органов тоже протекают сравнительно малые токи. Промежуточные трансформаторы TL1 и TL2 также как и в схеме на рис. 15 осуществляют гальваническую развязку измерительных органов и устраняют взаимное влияние цепей этих органов.

Рис. 16. Схема подключения полупроводниковых защит к трансформатору напряжения

На схеме рис. 16 полупроводниковые устройства релейной защиты выполнены в виде модулей, подключаемых к промежуточным трансформаторам TL1 и TL2, что существенно облегчает работы при ревизии и ремонте. Такой принцип подключения используется в современных электронных комплексах («Сейма»), предназначенных для управления и защиты тяговых подстанций и постов секционирования.

На рис. 17 приведена схема, используемая для подключения дистанционных защит сопротивления. В этом случае на вход измерительных органов необходимо подавать электрическую величину, пропорциональную сумме или разности напряжения и тока, подводимых к реле от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Такая измерительная схема осуществляет преобразование вида:

U ₁ = k₁· I _p + k₂ · U _p;

U ₂ = k₃ · I _p + k₄ · U _p,

где k₁, k₂, k₃, k₄- комплексные коэффициенты.

Рис. 17. Измерительная схема для релейной защиты, реагирующей на две измеряемых величины

Схема содержит два промежуточных трансформатора TL1 и TL2. Первичная обмотка трансформатора TL1подключается к трансформатору напряжения TV. Первичная обмотка трансформатора TL2 подключается к трансформатору тока TА. В качестве трансформатора TL2 используется промежуточный трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе (трансреактор). ЭДС на его первичной обмотке пропорциональна току в первичной обмотке и сдвинута на угол близкий к 90⁰. Вторичные обмотки трансформаторов TL1 и TL2 включены согласно-последовательно и встречно-последовательно. На вторичных обмотках трансформатора TL1 возникают напряжения U _н1 и U _н2. На вторичных обмотках трансформатора TL2 возникают напряжения U _т1 и U _т2. Напряжения на выходных зажимах трансформаторов TL1 и TL2 определяются по формулам:

U ₁= U _т1 + U _н1, U ₂ = U _т2 - U _н2.

Необходимые фазовые сдвиги в схеме обеспечиваются цепочками R1 – C1 и R2 – C2.

Фазовый угол между выходными значениями напряжений U ₁ и U ₂ обозначается буквой λ и определяется по формуле:

λ = λ₁ + λ₂,

где λ₁= arcos [(U²₁ + U²_т1 – U²_н1) / 2U₁U_т1]; λ₂= arcos [(U²₂ + U²_т2 – U²_н2) / 2U₂U_т2].

Напряжения и подаются на схему сравнения реле защиты, реагирующую на две измеряемые величины. В зависимости от конструкции реле защиты реагирует либо на абсолютные значения величин U ₁ и U ₂ напряжения или фазовый угол λ между ними, либо и на величины напряжений U ₁, U ₂ и на фазовый угол λ между ними.

Согласующие трансформаторы широко применяются в электронных и микропроцессорных устройствах релейной защиты. Особенностями их работы является необходимость сохранения линейности параметров в условиях широкого диапазона изменений входных напряжений и токов.

Для изготовления согласующих трансформаторов используются Ш- образные пластины. Торроидальные согласующие трансформаторы широкого применения не получили из-за необходимости обеспечения воздушного зазора в сердечнике трансреактора.

Дата добавления: 2014-01-07