Ромаданов В.В.
ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА ДЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ *
Аннотация:
проведя исследование основных видов измерительных преобразователей тока, выявить достоинства и недостатки, влияющие на работу релейной защиты.
Ключевые слова:
трансформатор тока, релейная защита, насыщение, намагниченность
Актуальность данной темы заключается в том, что устройства релейной защиты в большинстве случаев подключаются ко вторичных обмоткам измерительных трансформаторов тока (далее ТТ) класса точности 10Р. Особенностью таких трансформаторов тока является способность входить в режим насыщения во время переходных процессов. При насыщении ТТ возможны излишние и ложные срабатывания, а также отказы в срабатывании устройств релейной защиты (далее РЗ).Значимость темы очень высока, так как излишние срабатывания РЗ приводят к неселективным отключениям, которые могут нарушить электроснабжению потребителей, а также нанести экономический ущерб.Цель работы - изучить виды трансформаторов тока для выбора альтернативы электромагнитным трансформаторам тока.Задачи данной работы - рассмотреть используемые измерительные преобразователи тока, проанализировать их недостатки, и рассмотреть альтернативные виды трансформаторов тока.Объектом исследования являются измерительные преобразователи тока.Предметом изучения является повышение надежности устройств релейной защиты.Основной проблемой в данной области является отсутствие нормативно технической документации.Далее будут рассмотрены альтернативные варианты используемым измерительным преобразователям тока.Работа оптических трансформаторов тока (рис. 1) основана на эффекте Фарадея (рис.2). Данный эффект заключается в том, что если поместить линейно поляризованный луч света в магнитное поле, то будет наблюдаться вращение плоскости поляризации света. С помощью детектора поляризации возможно измерить угол вращения плоскости поляризации и на основании этого определить силу тока [1]. Иными словами, трансформация тока осуществляется оптическим, а не электромагнитным способом. Поэтому явление насыщения при такой трансформации отсутствует.Главным недостатком оптических ТТ является их стоимость. Из-за этого иногда даже на вновь возводимых цифровых подстанциях применяют обычные электромагнитные ТТ.Рисунок 1. Структурная схема оптического трансформатора.Рисунок 2. Иллюстрация эффекта Фарадея.Еще одной альтернативой электромагнитным трансформаторам тока являются катушки Роговского. Принцип действия катушек Роговского аналогичен принципу действия электромагнитного ТТ. Разница в том, что обмотки первых наматываются на сердечник, сделанный из немагнитного материала. Поэтому здесь также отсутствует эффект насыщения. Вдобавок, выходным сигналом является напряжение, которое пропорционально производной первичного тока [1].Причина, по которой данные преобразователи тока повсеместно не используются – их отсутствие в нормативно технической документации (НТД). Ни в ГОСТ 7746-2015 [2], ни в ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 [3] про катушки Роговского ничего не сказано. Поэтому при проектировании становится проблематичным предъявить технические требования к этим устройствам и обосновать надёжность их применения заказчику.Последним вариантом для рассмотрения являются трансформаторы тока с воздушным зазором.Большое влияние на характер переходных процессов в ТТ оказывает остаточная намагниченность. В практических расчётах именно режим с остаточной намагниченностью 86 % [4, 6] является определяющим при предъявлении технических требований к трансформаторам для устройств релейной защиты.Остаточная намагниченность в сердечнике может возникать при измерении сопротивления вторичной обмотки постоянному току во время проверки ТТ или при протекании тока внешнего КЗ [7].Для традиционных ТТ класса точности 10Р коэффициент остаточной намагниченности (отношение остаточной индукции к индукции насыщения) не нормируется и в самых неблагоприятных случаях может достигать 86%. Поэтому, учитывая вышесказанное, велика вероятность, что сердечник ТТ достаточно сильно намагничен.В этой связи, ограничение уровня остаточной индукции ТТ может решить проблему обеспечения правильной работы РЗА. Это возможно с использованием трансформаторов тока классов точности PR, TPY, TPZ. Конструктивно это всё те же электромагнитные ТТ, однако в их сердечнике имеется воздушный (или немагнитный) зазор.Класс точности PR нормирует коэффициент остаточной намагниченности не более 10 %. Достигается это благодаря небольшому воздушному зазору в сердечнике. Поэтому габариты ТТ, а, следовательно, и его стоимость не сильно отличаются от аналогов с замкнутым магнитопроводом [5, 7]. Более того, такой ТТ не требует специального размагничивания, после прекращения протекания тока КЗ индукция в сердечнике возвращается в доаварийное состояние. Именно поэтому ТТ класса точности 10PR являются основными кандидатами на замену обычных ТТ при строительстве новых объектов энергетики [7].Помимо PR, существуют классы точности TPY и TPZ. Трансформаторы класса точности TPY нормируют не только остаточную намагниченность, но и полную погрешность ТТ в переходном режиме. Эта погрешность не должна превышать 10 %. Однако, для соблюдения этого требования сильно увеличиваются габариты сердечника и, как следствие, стоимость ТТ [7].Особенностью ТТ класса точности TPZ, которые активно используются в Германии на объектах 500 кВ и выше, является наличие большого магнитного зазора. Благодаря этому, характеристика намагничивания таких ТТ (рисунок 3) становится более линейной, нежели чем у ТТ классов точности PR или TPY, поэтому остаточной намагниченностью можно пренебречь.Рисунок 3. Петли гистерезиса трансформаторов токаклассов точности TPX, TPY, TPZ.На практике более неприятной проблемой является отсутствие ТТ классов точности PR, TPY, TPZ в ГОСТ 7746-2015 и ряде стандартов российских компаний.
Номер журнала Вестник науки №1 (82) том 2
Ссылка для цитирования:
Ромаданов В.В. ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА ДЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ // Вестник науки №1 (82) том 2. С. 1166 - 1172. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/20753 (дата обращения: 23.06.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+