К раткие теоретические сведения

трансформаторы тока (ТТ) используются для изоляции цепей релейной защиты от высоковольтных цепей защищаемого оборудования, получения информации о первичном токе защищаемого объекта, для питания устройств релейной защиты. В схемах на оперативном переменном токе трансформаторы тока используются также для получения энергии с целью воздействия на электромагниты отключения выключателей.

питание устройств релейной защиты током сети производится по рассмотренным ниже типовым схемам соединения трансформаторов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависит от характера распределения токов в ее вторичных цепях в нормальных и аварийных условиях. Если в каком-либо элементе схем (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 I_p ко вторичному току в фазе I_ф. Это отношение называется коэффициентом схемы

 

К_сх = I_p/I_ф.                                  (10.1)

 

Коэффициент схемы учитываются при расчете уставок и оценке чувствительности защиты.

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. 10.1). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток трансформатора тока.

 

Рис. 10.1. Соединение обмоток трансформатора в звезду

 

При нормальном режиме и трехфазном КЗ в реле I, II, III проходят токи фаз I_a = I_A/n_t, I_в = I_В/n_t, I_с = I_С/n_t, а в нулевом проводе - их геометрическая сумма I_н.п. = (I _a + I _в + I _c), которая при симметричных режимах равна нулю (рис. 10.2, а).

При двухфазных КЗ ток КЗ проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к трансформаторам тока поврежденных фаз (рис.10.2б). Согласно закону Кирхгофа сумма токов в узле равна нулю, следовательно , отсюда .

Ток в нулевом проводе схемы равен сумме токов двух поврежденных фаз (I_в и I_c), но так как последние равны и противоположны по фазе (рис. 10.2, б), то ток в нулевом проводе также отсутствует: I_н.п. = I _в + I _c = 0.

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

В действительности в результате неидентичности характеристик и погрешностей трансформатора тока сумма вторичных токов в обоих случаях отличается от нуля. В нулевом проводе проходит остаточный ток, называемых током небаланса I_н.п.= I_н.б.. при нормальном режиме I_н.б. = 0,01 – 0,2 А. При КЗ величина токов небаланса возрастает.

 

Рис.10.2. Векторная диаграмма токов:

а – при трехфазном КЗ; б – при двухфазном КЗ; в – при однофазном КЗ;

г – при двухфазном КЗ на землю

 

При однофазных КЗ первичный ток КЗ проходит только по одной поврежденной фазе (рис. 10.2, в). Соответственно вторичный ток проходит также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.

При двухфазных КЗ на землю (рис. 10.2, 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 векторной диаграммы.

Нулевой провод схемы звезды является фильтром токов нулевой последовательности. Токи прямой и обратной последовательностей в нулевом проводе не проходят, так как векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль. Токи же нулевой последовательности совпадают по фазе, и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока I_н.п.=3I₀. При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из трансформаторов тока в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может привести к непредусмотренному действию реле, установленному в нулевом проводе.

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, определяемый выражением (10.1), равен К_сх = 1.

Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду.

Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и соединяются так же, как и в схеме звезды (рисунок 10.3). В реле I и III проходят токи соответствующих фаз I_a = I_A/n_t, I_с = I_С/n_t, а в обратном проводе ток равен их геометрической сумме I_н.п. = -(I _a + I _c), т.е. ток в обратном проводе равен току фазы, отсутствующей во вторичной цепи. При трехфазном КЗ и нормальном режиме токи проходят по обоим реле I и III и в обратном проводе. В случае двухфазного КЗ токи появляются в одном или двух реле в зависимости от того, какие фазы повреждены.

Ток в обратном проводе при двухфазных КЗ между фазами А и С в которых установлены трансформаторы тока, согласно рис. 10.2, б с учетом, что I _а = - I _c, равен нулю, а при замыкании между фазами АВ и ВС он соответственно равен I _об = I _a и I _об = I _с.

В случае однофазного КЗ в фазах которых установлены трансформаторы тока (А и С) в обратном проводе проходит ток КЗ. При замыкании на землю фазы В 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. Коэффициент схемы равен К_сх=1.

 

Рис. 10.3. Соединение обмоток трансформатора в неполную звезду

 

Схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду.

Вторичные обмотки трансформатора тока, соединенные последовательно разноименными проводами (рис. 10.4), образуют треугольник.

 

 

Рис. 10.4. Соединение ТТ в треугольник, а реле в звезду

 

Реле, соединенные в звезду, подключаются к вершинам этого треугольника. Из токораспределения на рис. 10.4 видно, что в каждом реле проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

 

I _I = I _A/n_t – I _В/n_t,      I _II = I _В/n_t – I _С/n_t,       I _III = I _С/n_t – I _A/n_t.

На основании этих выражений и с учетом векторных диаграмм токов I _А, I _В, I _С (рис. 10.2) находятся токи, проходящие в реле при разных видах КЗ.

При нагрузке и трехфазном КЗ в реле проходит линейный ток, в  раз больший тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 30° (рис. 10.5).

 

 

Рис. 10.5

 

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

1. Токи в реле проходят при всех видах КЗ и защиты при такой схеме реагируют на все виды КЗ.

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

3. Токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника трансформаторов тока. При КЗ на землю в реле попадают только токи прямой и обратной последовательностей, т.е. только часть тока КЗ. Описанная выше схема применяется в основном при трехфазных симметричных режимах

 

 

Схема соединений с двумя трансформаторами тока и одним реле, включенным на разность токов двух фаз.

Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах (например А и С на рис. 10.6); их вторичные обмотки соединяются разноименными зажимами, к которым подключается обмотка реле.

Из рис. 10.6 видно, что ток в реле I _p = I _a – I _c, где I_a = I_A/n_T, I_c = I_C/n_T.

При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ, пользуясь векторной диаграммой на рис. 10.2, а, находим, что I_p⁽³⁾=Ö3I_ф.

При двухфазном КЗ на фазах А и С (рис. 10.2, б) I_p⁽²⁾=2I_a=2I_ф.

При двухфазном КЗ между А и В или В и С I_p⁽²⁾ = I_ф, где I_ф = I_a или I_ф = I_c.

Из вышесказанного видно, что ток в реле, а следовательно, и чувствительность схемы, при разных видах КЗ будет различной.

Указанный недостаток нужно учитывать при применении схемы.

В случае двухфазного КЗ между фазами В и С за силовым трансформатором с соединением обмоток Y/D ток в реле I _p = I _a – I _c = 0. По этой причине однорелейную схему нельзя применять для защит, которые должны действовать при КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/D. Данную схему не следует использовать в качестве защиты от однофазных КЗ, т.к. при замыкании фазы В на землю ток в реле будет отсутствовать.

 

 

Рис. 10.6. Соединение ТТ на разность токов двух фаз

 

Рассматриваемая схема может применяться только для защиты от междуфазных КЗ в тех случаях, когда она обеспечивает необходимую чувствительность при двухфазных КЗ и когда не требуется ее действие при КЗ за трансформатором Y/D.

Коэффициент схемы при симметричных режимах

 

Схема соединения трансформатора тока в фильтр токов нулевой последовательности.

Трансформаторы тока устанавливаются на трех фазах, одноименные зажимы вторичных обмоток соединяются параллельно и к ним подключается обмотка реле (рис. 10.7).

 

 

Рис. 10.7

 

Из показанного на схеме распределения токов следует, что ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:
I_p = (I _a + I _в + I _c). Это значит, что I_p = 3I₀ и, следовательно, рассмотренная схема является фильтром токов нулевой последовательности. Ток в реле появляется только при однофазных и двухфазных КЗ на землю. Поэтому схема применяется для защит от замыканий на землю.

При нагрузках, трехфазных и двухфазных КЗ сумма первичных токов трех фаз равна нулю, соответственно ток I₀=0 и реле не действует.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с аппаратурой установленной на стенде.

2. Собрать поочередно все схемы (рис. 10.8), имитируя различные виды КЗ, произвести запись показаний всех приборов в табл. 10.1 (для каждой схемы).

3. С помощью векторных диаграмм, построенных для всех видов КЗ, проверить правильность полученных результатов. На диаграмме выделить векторы токов, проходящих по обмоткам реле.

 

Рис. 10.8. Схема испытания:

а – схема полной звезды; в – соединение обмоток ТТ в треугольник;
г – включение реле на разность токов двух фаз; д – включение реле
на сумму токов трех фаз

 

Таблица 10.1

 

Название схемы
Вид КЗ	Показание приборов
	В первичных цепях	Во вторичных цепях
Трехфазное
Двухфазное
Однофазное

4. По данным показаний приборов для каждой схемы определить коэффициент схемы К_сх, соответствующий определенному виду КЗ.

Примечание. С целью определения К_сх при различных видах повреждений все реле заменены амперметрами. В первичных цепях также установлены амперметры.

Содержание отчета

1. Схемы рисунка 10.8.

2. Таблицы результатов измерений.

3. Векторные диаграммы.

4. Расчет коэффициентов схемы К_сх.

 

 

Лабораторная работа № 11

Дифференциальное реле