Дослідження вимірювальних трансформаторів струму в схемах релейного захисту

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Мета роботи: вивчити і ознайомитися з. особливостями призначення трансформаторів струму /ТА/, конструкції їх, режимів роботи, схем з'єднання вторинних обмоток ТА і реле захисту, провести дослідження ТА в основних схемах релейного захисту в системах електропостачання.

1. Короткі теоретичні відомості

Трансформатор струму - це первинний вимірювальний перетворювач струму в пристроях релейного захисту /РЗ/, автоматики та вимірювання і контролю в системах електропостачання /СЕП/.

Трансформатори струму забезпечують ізоляцію /гальванічну розв'язку/ кіл струму вимірювальних органів від високої напруги /ВН/ і дозволяють незалежно від сили номінального первинного струму І1ном мати стандартне значення номінального вторинного струму І2ном=5 А. В деяких випадках виконують ТА з І2ном=2,5; 2; 1 А. Для правильної дії релейного захисту вимагається забезпечення точної роботи ТА в широкому діапазоні первинних струмів від перевантаження до максимальної сили струму КЗ, які в багато разів можуть перевищувати номінальну первинну силу струму. Первинна обмотка трансформатора ТА /рис. 1,а/ має число витків від одного, утвореного лінійним проводом фази, пропущеним через вікно осердя ТА /коли І1>100 А/, до десятків витків, якою первинні сили струмів менші. Вторинна обмотка W2 трансформатора ТА має відносно велике число витків. На W2 вмикаються кола струму вимірювальних приладів та реле струму РЗ з відносно малим опором. Випуски кінців первинної обмотки позначаються Л1 та Л2, а вторинної /вимірювальної/ - В1 та В2, відповідно вхід та вихід з обмотки. Ці позначення виконані так, що струм у реле ввімкненого на вторинну обмотку трансформатора має такий самий напрям, який би він мав у разі прямого вмикання реле в первинне коло, як це показано на векторній діаграмі струмів І1 та І2 /рис. 1,в/. Результуючу магніторушійну силу /МРС/ ТА визначають сумою сил намагнічування обмоток трансформатора струму:

де:

, А/вит.

Рис. 1

В ідеальному трансформаторі результуюча МРС , отже,

Коефіцієнт трансформації трансформатора струму ТА є відношення номінальних струмів, або приблизно числа витків вторинної та первинної обмоток:

.

Особливістю трансформатора струму є те, що нормальний режим його роботи близький до КЗ і розмикання вторинного кола трансформатора ТА недопустиме. Оскільки в розімкненій обмотці W2 в цьому випадку І2W2=0, то результуюча МРС різко зростає і дорівнює МРС первинної обмотки:

.

Наслідком розмикання W2 є значне підвищення магнітного потоку Ф та швидке насичення магнітопроводу. Це зумовлює різке зростання ЕРС /е2/ на розімкненій вторинній обмотці W2 трансформатора, максимальне життєве значення якої може досягати десятків тисяч вольт. Велика перенапруга може викликати пробивання ізоляції та перехід напруги з високої сторони на низьку.

Крім того, зі збільшенням магнітного потоку т зростають втрати у сталі, внаслідок чого магнітопровід трансформатора перегрівається. Тривале перегрівання магнітопроводу може стати також причиною пошкодження і навіть пробивання ізоляції ТА.

На точність роботи трансформаторів струму впливає не тільки опір навантаження вторинної його обмотки, а й первинний струм І1, а точніше перевищення його над номінальним І1ном. Відношення фактичного струму в первинній обмотці до номінального струму ТА називається кратністю первинного струму, .

Похибка трансформаторів ТА в струмі називається струмовою похибкою:

Рис. 2

Трансформатори струму які використовуються в релейному захисті, мають класи точності 0,5-1-3, що відповідає значенням струмових похибок у відсотках. Критерієм вибору трансформаторів струму для релейного захисту є так звана десятипроцентна похибка.

Десятипроцентна похибка - це залежність максимальної кратності від опору навантаження Z2 вторинної обмотки ТА, тобто . Ці залежності /криві/ наведені в технічних паспортах на трансформатори струму та в довідниках по РЗ. Будь-яка точка на кривій десятипроцентної похибки для заданого опору навантаження відповідає роботі ТА з допустимою 10%-ю похибкою. Таким чином, за відомою кратністю струму е можливість завжди визначити за кривою допустимий опір навантаження Z2доп.

У технічних характеристиках на трансформатори струму вказують струм І2ном та один із двох параметрів /Z2ном або S2ном/, які пов'язані між собою співвідношенням, ВА:

.

Трансформатори ТА характеризуються також кутовою похибкою, тобто кутом зсуву струму відносно /рис. 1,б/. Але в межах 10%-ї струмової похибки кутова похибка не перевищує 7% і вважається допустимою для пристроїв РЗ. Щодо вимірювальних приладів та пристроїв релейного захисту з фазозалежними характеристиками, то в цьому випадку треба використовувати ТА класу 0,5 і вище.

.

У розрахункових формулах для визначення сили струму спрацьовування реле Іс.р коефіцієнт kсх завжди буде в чисельнику, тому коли kсх>1, то струм Іс.р зростає, тобто чутливість РЗ зменшується, а коли kсх<1, то струм Іс.р зменшується і відповідно зростає чутливість РЗ. Наприклад, силу струму Іс.р максимального струмового захисту /МСЗ/ визначають за формулою:

,

де kн, kn - відповідно коефіцієнти надійності РЗ та повернення реле до початкового стану після спрацьовування; Іроб - робочий струм лінії, в якій виконується струмовий захист.

На чутливість релейного захисту значною мірою впливає також характер КЗ у мережі, в якій виконують струмовий захист. Цей вплив буде різним залежно від режиму нейтралі системи. Пояснюється це тим, що в системі із заземленою нейтраллю струм замикання на землю є струмом однофазного КЗ //.В системі з ізольованою нейтраллю - це ємнісний струм замикання на землю Із , який набагато менший за . Якщо в системі з ізольованою нейтраллю є можливість використовувати економічнішу схему РЗ у двофазному дворелейному варіанті, наприклад, за схемою неповної зірки, то в систему з заземленою нейтраллю РЗ треба виконувати у трифазному трирелейному варіанті за схемою з'єднання зірка - зірка. Цього необхідно дотримуватися для того, щоб уникнути випадку, коли КЗ на землю буде саме в тій фазі, в якій за схемою неповної зірки буде відсутній трансформатор струму та реле, внаслідок чого ця фаза не захищається.

Обчислюючи РЗ, враховують усі особливості схем захисту, характерних видів КЗ, призначення кожного окремого типу РЗ для конкретних умов захисту тієї або іншої електроустановки.

2. Програма роботи

ізоляція трансформатор релейний струмовий

Вивчити теоретичні відомості: призначення ТА; особливості конструкції ТА; особливості режимів роботи ТА; схеми з'єднання обмоток ТА та реле; фактори, які впливають на чутливість функціонування та надійність релейного захисту.

Ознайомитися зі схемою стенда (рис. 3) для дослідження схем з'єднання вимірювальних трансформаторів ТА і реле КА в мережі.

Рис. 3

Зібрати по черзі схеми вмикання, трансформаторів струму та з'єднання їх вторинних обмоток з обмотками реле.

Для кожної схеми, імітуючи різні види КЗ, записати покази амперметрів у таблицю і на основі даних вимірювання побудувати векторні діаграми струмів та визначити коефіцієнти схеми. Наприклад, для схеми з'єднання №1 “зірка - зірка”.

Табл. 1

На основі показів приладів та векторних діаграм струмів визначити випадки КЗ у мережі, коли релейний захист не діятиме чи то в системі з ізольованою, чи то в системі з заземленого нейтраллю для конкретних схем вмикання ТА у фази мережі, в якій виконується струмовий релейний захист.

Визначити чутливість струмового захисту для схем повної і неповної зірки для кожного виду КЗ і порівняти з чутливістю захисту за схемою з'єднання трикутник - зірка. За допомогою фазометра ВАФ-85 визначити кут зсуву струмів у схемі трикутник - зірка.

3. Методичні вказівки до проведення роботи

Під час проведення дослідження схем замість реле доцільно вмикати амперметри на 5...10 А, які мають майже такий внутрішній опір, як і реле, а крім того, дають можливість фіксувати значення струмів у вторинних колах захисту.

У схемах дослідів, в яких один з трансформаторів не використовується, необхідно закоротити його вторинну обмотку для того, щоб уникнути пошкодження ізоляції ТА.

Для вимірювання сили струму в нульовому проводі схеми повної зірки використати міліамперметр 0...250 мА, крім випадків імітації обриву фази та двофазного КЗ на землю, коли міліамперметр треба змінити на амперметр на 5 А.

Під час дослідження схеми неповної зірки в коло нульового проводу необхідно ввімкнути амперметр на 5 А.

Дослідження фазових залежностей схеми з'єднання трикутник - зірка виконуються з використанням приладу ВАФ-85 /вольт-ампер-фазометр/.

Усі перемикання в схемах слід виконувати тільки після вимикання живлення стенда.

Результати вимірювання звести до таблиці.

4. Контрольні запитання

1. Яке призначення ТА в пристроях РЗ та автоматики?

2. Якими похибками характеризується ТА?

3. Які фактори впливають на струмову похибку ТА?

4. Як визначити коефіцієнт схеми?

5. Яка із схем і за рахунок чого дає змогу виділити струм нульової послідовності?

6. Поясніть особливості роботи кожної із схем у різних варіантах вмикання ТА в нормальному та в аварійних режимах.

7. На основі досліджень та побудованих векторних діаграм проаналізуйте переваги і недоліки схем вмикання ТА та з'єднання з реле з точки зору забезпечення чутливості релейного захисту.

Размещено на Allbest.ru