ПЕРЕХОДНЫЙ РЕЖИМ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ ТОКА

​TRANSIENT MODE IN MEASURING CURRENT TRANSFORMERS

Daniil Ermakov

undergraduate, Faculty of Electronics, Ryazan State Radio Engineering University named after V. F. Utkin,

Russia, Ryazan

Evgeny Slivkin

scientific supervisor, Candidate of Technical in Sciences, associate professor, Ryazan State Radio Engineering University named after V. F. Utkin,

Russia, Ryazan

АННОТАЦИЯ

Трансформаторы тока должны удовлетворять определённым требованиям к точности и поведению в переходном процессе для обеспечения селективности и быстродействия защит. Искажение формы сигналов из-за насыщения трансформаторов тока должно оставаться в заданных пределах.

ABSTRACT

Current transformers must meet certain requirements for accuracy and behavior in the transient process to ensure selectivity and speed of protection. Distortion of the waveform due to saturation of current transformers should remain within the specified limits.

Ключевые слова: трансформаторы тока, насыщение, переходный режим, погрешность.

Keywords. current transformers, saturation, transient mode, error.

Быстродействие является важнейшим фактором функционирования микропроцессорных защит. Данное свойство выполняется благодаря функционалу программного обеспечения устройств релейной защиты, а также параметрам первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока. В аварийных режимах, при значительном превышении фактическим током тока номинальной нагрузки должна обеспечиваться надежная работа устройств РЗА [4, с. 66].

Такие режимы сопровождаются переходными процессами – в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие (Рисунок 1).

Рисунок 1. Периодическая и апериодическая составляющая тока короткого замыкания

In – периодическая составляющая тока короткого замыкания,

Iа – апериодическая составляющая тока короткого замыкания,

I` – кривая результирующего тока короткого замыкания.

Трансформаторы тока, применяющиеся в отечественной энергетике, имеют замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. Наличие замкнутого магнитопровода приводит к двум явлениям: насыщению и остаточной индукции.

Действующие стандарты не нормируют ограничение остаточной магнитной индукции для трансформаторов тока класса Р. При рассмотрении ТТ с сердечниками без немагнитного зазора (ТТ класса Р) расчетное значение остаточной магнитной индукции следует принимать равным 0,86 от индукции насыщения. При использовании данной рекомендации усложняются условия проверки функционирования устройств релейной защиты, так как значения времени насыщения при произведении расчетов могут уменьшиться до долей миллисекунды. В большинстве случаев данного времени недостаточно для принятия верного решения устройствами РЗА при ликвидации повреждения в энергосистеме [3, с. 54].

Магнитная индукция ТТ пропорциональна интегралу вторичного напряжения на индуктивном сопротивлении. Апериодическая составляющая тока повреждения приводит к одностороннему намагничиванию ТТ. Апериодическая составляющая тока КЗ в несколько раз превышает периодическую. Магнитный поток, создаваемый апериодической составляющей тока, зависит от постоянной времени системы Т_р.экв..

Максимальное значение магнитной индукции достигается за время

t_{B max} = • ln

Т_р.экв – постоянная времени системы (постоянная времени затухания апериодической составляющей) при соответствующем контуре повреждения_.

T_S– постоянная времени вторичной цепи ТТ. Определяется индуктивным сопротивлением ветви наиагничивания L_m и суммой сопротивлений вторичной цепи

T_S = =

Постоянная времени снижается с ростом угловой погрешности δ. Подобный эффект в основном происходит если в сердечнике трансформатора тока имеются воздушные промежутки.

Если отключение короткого замыкания происходит в момент, когда мгновенное значение тока равно нулю, то поток при этом максимален. В таком случае ТТ остается сильно намагничен из-за наличия постоянной составляющей. Размагничивание происходит благодаря переходному току размагничивания, протекающему во второй цепи, но при этом ТТ не размагничивается до нуля, в трансформаторе сохраняется остаточная намагниченность [5, с. 32]. Остаточная индукция при отключении токов КЗ с большой апериодической составляющей может сохраняться месяцами. В случае неуспешно автоматического повторного включения намагничивание начинается с уровня, равного остаточной намагниченности, установившегося при отключении предыдущего короткого замыкания. При включении линии на устойчивое КЗ в наиболее неблагоприятном случае намагничивание происходит в том же направлении и добавляется к существующему остаточному намагничиванию. Остаточная индукция примерно в 2 раза сокращает диапазон возможного изменения магнитной индукции и приводит к более быстрому насыщению сердечника.

Остаточная намагниченность характерна для всех ферромагнитных материалов как производства 1980-х годов, так и для современных. Величина остаточной намагниченности не нормируется и носит случайный характер, зависит от значения тока короткого замыкания, постоянной времени и величины апериодической составляющей тока короткого замыкания, моментов его возникновения и отключения, а также от коммутаций и измерений, проводимых во вторичных цепях вовремя эксплуатации и наладки. Единственный способ устранения остаточной намагниченности магнитопровода ТТ – принудительное размагничивание.

Действующий ГОСТ 7746-2001 выдвигает для релейных защит два класса точности – 5Р и 10Р. [1, с. 11] Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах.

ГОСТ Р 58669-2019 введен в действие и утвержден в 2019 году [2, с. 3]. Анализ расчетов времени до насыщения для наиболее распространенных измерительных индуктивных трансформаторов тока с замкнутым магнитопроводом (классов точности P) выполняемых в соответствии с ГОСТ Р 58669-2019 показывает невозможность обеспечения, в большинстве случаев, правильности функционирования устройств релейной защиты в переходных режимах при коротких замыканиях, даже при применении микропроцессорных защит.

Один из методов борьбы с остаточной намагниченностью является применение трансформаторов тока с характеристиками, позволяющими сокращать значение остаточной намагниченности.

Например, использование трансформаторов тока, обладающих линейными свойствами (TPZ). Подобные характеристики достигаются благодаря отсутствию стали в сердечнике. Мощность вторичных обмоток таких трансформаторов тока невелика. Это накладывает ряд ограничений на применение ТТ. Или применение трансформаторов тока с сердечником из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры (TPY). Такие трансформаторы тока имеют сердечники меньшего сечения. В настоящий момент в России отсутствует серийное производство трансформаторов тока с такими сердечниками. Характеристики таких трансформатора тока отличаются формой петли гистерезиса (Рисунок 2).

Рисунок 2. Петля гистерезиса различных типов трансформаторов тока

Список литературы:

1. ГОСТ 7746-2001 Трансформаторы тока. Общие технические условия. // 2001. С. 10-13.
2. ГОСТ Р 58669 – 2019 Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Релейная защита. Трансформаторы тока измерительные индуктивные с замкнутым магнитопроводом для защиты. Методические указания по определению времени до насыщения при коротких замыканиях. // 2019. С. 2-5.
3. И.М. Сирота. Переходные режимы работы трансформаторов тока. // Издательство Академии Наук Украинской ССР, 1961, С. 53-55
4. Н.В. Чернобровов. Релейная защита. // изд. «Энергия», 1971. С. 65-67.
5. Шабад М.А, Трансформаторы тока в схемах релейных защиты. // 1998. С. 30-32