Расчетная проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности

Устройство трансформатора тока

Одним из требований при выборе трансформаторов тока (ТТ) является их расчетная проверка на 10% погрешность. Что это значит и для чего это нужно? Это значит, что в аварийном режиме, когда ток в первичной обмотке трансформатора тока достигнет некоторого расчетного значения, погрешность ТТ не должна превышать 10%.

В противном случае ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет отличаться более чем на 10% от первичного (с учетом коэффициента трансформации), что может привести к несрабатыванию защиты.

Существует несколько способов проверки ТТ на 10% погрешность:

  1. По кривым предельной кратности
  2. По паспортным данным ТТ
  3. По действительным вольт-амперным характеристикам, снятым у ТТ перед включением электроустановки
  4. По типовой кривой намагничивания электротехнической стали, используемой для изготовления ТТ.

Все эти способы описаны в книгах Шабада М.А. Мы же подробно остановимся на способе проверки трансформатора тока по его паспортным данным. Почему именно на нем? Потому что на этапе проектирования электроустановки снять действительные вольт-амперные характеристики трансформатора не представляется возможным, получить от заводов-изготовителей ТТ кривые предельной кратности также бывает достаточно проблематично, не говоря уже о кривой намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник ТТ.

Существует два способа проверки ТТ на 10% погрешность по его паспортным данным:

  1. По известным паспортным данным ТТ и его нагрузке определяется фактический коэффициент предельной кратности Кпк.факт и сравнивается с минимально требуемым Кпк.мин
  2.  Определяется минимально требуемый коэффициент предельной кратности Кпк.мин, а затем с учетом фактической вторичной нагрузки ТТ определяется номинальный Кпк.ном. Затем выбирается трансформатор тока с ближайшим большим стандартным значением коэффициента Кпк.ном

Рассмотрим более подробно первый вариант (определение фактического Кпк.факт и сравнение его с минимально требуемым Кпк.мин).

Определение фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт

Итак, для определения фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт необходимы следующие исходные данные:

а) Паспортные данные ТТ, а именно

  • Sном — номинальная вторичная нагрузка трансформатора тока, ВА;
  • Zтр — внутреннее сопротивление трансформатора тока, Ом;
  • Кпк.ном – номинальный коэффициент предельной кратности;
  • Iперв — первичный номинальный ток трансформатора тока, А;
  • Iвтор — вторичный номинальный ток трансформатора тока, А.

б) Должна быть известна схема соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки

в) Необходимо знать какие устройства подключены к вторичной обмотке ТТ, а также какими проводами выполнено это соединение.

 Теперь необходимо определить значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ. Для этого воспользуемся готовыми формулами, позаимствованными из книги Шабада М.А.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки трансформаторов тока Zн.расч

Понятно, что в формулах
Zн.расч – расчетное значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ;
rпр – сопротивление проводов соединяющих трансформатор тока и реле защиты;
rпер – переходное сопротивление. Принимается равным 0,1 Ом;
Zр, Zр.ф, Zр.обр – сопротивление реле.

Так как сейчас в основном используются микропроцессорные реле защиты, потребляемая ими мощность по токовым цепям очень мала. Поэтому в формулах вместо Zр, Zр.ф, Zр.обр подставляем значение потребляемой мощности по токовым цепям микропроцессороного реле (в Омах). Если же в каждой фазе и в нулевом обратном проводе установлено свое отдельное реле, то в формулы необходимо подставлять значение потребляемой мощности каждого этого реле.

Если в информации на реле потребляемая по токовым цепям мощность дается в Вт или ВА, пересчет в Омы производится по формуле

Zр(Ом) = Sр(Вт) / I 2перв

Аналогично выполняется перевод номинальной мощности трансформатора тока из ВА в Омы

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(ВА) / I 2перв

Сопротивление проводов rпр рассчитывается по формуле

rпр = Lпр / (γпр · Sпр) , Ом

где: Lпр – длина проводов от зажимов ТТ к реле, м
Sпр – сечение проводов, мм2;
γпр – удельное электрическое сопротивление, в зависимости от материала проводов

  • γпр = 57 м/Ом · мм2 – для меди
  • γпр = 34,5 м/Ом · мм2 – для алюминия

Теперь необходимо определить фактический коэффициент предельной кратности по формуле

Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

В зависимости от вида защиты, токовые цепи которой подключены к проверяемому трансформатору тока, значение Кпк.мин определяется по разному.

Также в зависимости от типа (класса) применяемых трансформаторов тока Кпк.мин определяется по разному. Ниже приводятся формулы для определения Кпк.мин для транформаторов тока класса 5Р, 10Р.

Максимальная токовая защита

Кпк.мин Iсраб.то / Iперв.тт,

где:  Iсраб.то – ток срабатывания наивысшей токовой ступени (как правило, токовой отсечки);
Iперв.тт – номинальный первичный ток ТТ.

Примечение: для микропроцессорных устройств могут быть свои требования к Кпк.мин. Так, для устройств Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности должен быть

Кпк.мин ≥ 20

Дифференциальная защита шин

Для устройств дифференциальной защиты шин типа 7SS85

Кпк.мин ≥ 0.5 · Iкз.макс / Iперв.тт,

где:  Iкз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты.

Дифференциальная защита трансформатора

Для устройств дифференциальной защиты трансформатора типа 7UT82, 7UT85 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по трем условиям

  1. Кпк.мин ≥ 0.5 · Iвнутр.КЗ / Iперв.тт,
  2. Кпк.мин ≥ 2 · Iвнеш.КЗ / Iперв.тт,
  3. Кпк.мин ≥ 25

где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны;
Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН).

Дифференциальная защита линии

Для функции 87L дифференциальной защиты линии устройств типа 7SD82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по формулам:

  1. Кпк.мин ≥ 0.5 · Iвнутр.КЗ / Iперв.тт,
  2. Кпк.мин ≥ 1,2 · Iвнеш.КЗ / Iперв.тт,

где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии;
Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии.

Проверка на предел измерения

При проверке токовых цепей для любой защиты должно выполняться условие

IКЗ.макс / Iперв.тт ≤ 100

где: IКЗ.макс – максимальный ток КЗ в месте установки трансформаторов тока.

Пример проверки ТТ на 10% погрешность

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

Дано:

Трансформатор тока с параметрами
Sном = 10 ВА;
Zтр = 0,3 Ом;
Кпк.ном = 10;
Iперв = 600 А;
Iвтор = 5 А.

К трансформатору тока подключен терминал типа 7SJ80 в котором задействована максимальная токова защита и токовая отсечка. Уставка срабатывания токовой отсечки Iсраб.то = 3150 А. Схема соединения трансформаторов тока – полная звезда. Максимальное значение тока КЗ в месте установки защиты IКЗ.макс = 12,45 кА. Терминал релейной защиты устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ и соединятеся с трансформаторами тока медными проводами сечением 2,5 мм2.

 Проверка

1. По информации на устройство 7SJ80 находим потребляемую им мощность по токовым цепям.

Sр = 0,1 ВА

2. Переводим потребляемую мощность в Омы

 Zр(Ом) = Sр(Вт) / I2перв = 0,1 / 52 = 0,004 Ом

3. Находим сопротивление проводов от ТТ к терминалу защиты. Поскольку терминал устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ принимаем длину проводом 5 м.

rпр = Lпр / γпр · Sпр  = 5 / (57 · 2,5) = 0,035 Ом

4. Для схемы соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки “полная звезда” используя формулы таблицы 1 находим фактическую вторичную нагрузку трансформатора тока.

Так как мы достоверно не знаем, какой потребитель получает питание от защищаемого присоединения, рассчитываем на худший случай. Максимальная вторичная нагрузка для схемы соединения ТТ “полная звезда” будет для однофазного КЗ, его и примем в качестве расчетного.

Zн.расч = 2rпр + Zр.ф + Zр.0 + rпер = 2 · 0,035 + 0,004 + 0,004 + 0,1 = 0,178 Ом

5. Определим фактический коэффициент предельной кратности. Для этого сначала переведем номинальную вторичную нагрузку трансформатора тока из ВА в Омы

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 10 / 52 = 0,4 Ом

Определим минимально необходимый коэффициент предельной кратности для максимальной токовой защиты

Кпк.мин ≥ 3150 / 600 = 5,25
Кпк.мин ≥ 20

Следовательно, минимально необходимый коэффициент предельной кратности должен быть больше либо равен 20. Фактический коэффицент предельной кратности при ТТ с Кном= 10 согласно расчету составляет

Кпк.факт = 14,64 < Кпк.мин = 20

Условие не выполняется. Необходимо брать ТТ с большим Кном. Возьмем ближайший больший стандартный Кном= 15 и найдем фактический Кпк.факт

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 15 / 52 = 0,6 Ом

Условие выполняется.

Кпк.факт = 21,97 > Кпк.мин = 20

Проверка на предел измерения

12450 / 600 = 20,75  < 100

Условие выполняется.

Вывод: по условию проверки на 10% погрешность необходимо брать трансформатор тока с Кном = 15.

Литература:

  1. Руководства по эксплуатации терминалов релейной защиты Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82, 7SS85, 7UT82-85, 7SD82.
  2. Шабад. М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография. СПб.:ПЭИПК, 2003.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *