НА ГЛАВНУЮ (кнопка меню sheba.spb.ru)ТЕКСТЫ КНИГ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)АУДИОКНИГИ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)ПОЛИТ-ИНФО (кнопка меню sheba.spb.ru)СОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИ (кнопка меню sheba.spb.ru)ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ФОТО-ПИТЕР (кнопка меню sheba.spb.ru)НАСТРОИ СЫТИНА (кнопка меню sheba.spb.ru)РАДИОСПЕКТАКЛИ СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ВЫСЛАТЬ ПОЧТОЙ (кнопка меню sheba.spb.ru)

Трансформаторы тока. Афанасьев В. В. — 1989 г.

 

Афанасьев В. В.

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

*** 1989 ***

 


DjVu


<< ВЕРНУТЬСЯ К СПИСКУ

 


      ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Погрешности трансформации полного тока, а также свободных составляющих целесообразно определять лишь для ТТ, специально разрабатываемых для трансформации этих токов. Допустимые значения этих погрешностей выбираются в зависимости от конкретных условий применения ТТ.
      Для расчета погрешностей нелинейных трансформаторов тока при переходных процессах в первичной цепи был предложен ряд более или менее точных методов определения тока намагничивания ТТ, поскольку погрешности ТТ определяются этим током. В [5] был изложен метод расчета тока намагничивания по последовательным интервалам с учетом частных циклов перемагни-чивания стали магнитопровода ТТ. Этот метод получил дальнейшее развитие в [79], где была дана уточненная методика расчета по последовательным интервалам с использованием правил Ма-делунга для графического построения частных циклов и наиболее точного учета нелинейности свойств стали магнитопровода. Есть основания считать этот метод расчета наиболее точным из числа известных.
      В дальнейшем в нашей стране и за рубежом были предложены упрощенные методы расчета и переходных процессов в ТТ, основанные на разных способах аппроксимации основной кривой намагничивания стали (методы спрямленной и прямоугольной кривых намагничивания и др. [42]), на использовании особенностей физического процесса в магнитопроводе ТТ (методы упорядоченного наложения и обобщенных характеристик [79, 91, 93, 97]). Большое внимание в последние годы уделяется применению ЭВМ для расчёта переходных процессов в ТТ. Важно отметить, что независимо от метода расчета является установленным тот факт, что погрешности в переходных режимах ТТ с замкнутым магнито-проводом, специально не предназначенных для работы в этих режимах, достигают недопустимых значений, что приводит в некоторых случаях к отказам релейной защиты, замедлению действия или ложным срабатываниям.
      Особенно неблагоприятное положение возникает при относительно большой постоянной времени затухания апериодической составляющей тока к. з. (7\ >0,1 с) и наличии остаточной индукции в магнитопроводах ТТ. При этих условиях, например, токовая погрешность ТТ может достигать 80—90°. Целесообразность применения в таких условиях обычных ТТ с замкнутым магнитопроводом является вообще сомнительной.
      В связи с отмеченным подробное рассмотрение упомянутых методов расчета теряет актуальность. В тех случаях, когда требуется рассчитать погрешности ТТ с замкнутым магнитопроводом в переходных режимах с учетом значительной постоянной времени ТТ и других неблагоприятных условий, могут быть использованы соответствующие литературные источники. Пониманию
      общих закономерностей работы ТТ в переходных режимах будут помогать сведения, изложенные выше в данной главе.
      Поэтому в настоящей книге в отличие от ее предыдущего издания [97] упомянутые методы расчета не рассматриваются. Вместе с тем далее излагаются методы линеаризации характеристик ТТ в переходных режимах при упомянутых неблагоприятных условиях.
      ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА С УЧЕТОМ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ
      Обзор принципов выполнения ТТ. Как уже отмечалось в § 3-5, трансформаторы тока с замкнутым ферромагнитным магнитопрово-дом, предназначенные для работы в установившихся режимах, в первые периоды тока к. з. при наличии в первичном токе апериодической составляющей могут иметь весьма большую погрешность. Применение этих трансформаторов в системах быстродействующей защиты иногда приводит к недопустимому снижению технического уровня этих систем. Это привело к необходимости разработки новых ТТ, обеспечивающих допустимые для релейной защиты погрешности как в установившихся, так и в переходных режимах; областью применения таких ТТ должны считаться устройства релейной защиты, для которых по принципу их действия требуется достаточно точная трансформация периодической составляющей первичного тока (с погрешностью, не большей 10 %) при постоянной времени первичной цепи. Решение этой задачи возможно на основе использования новых методов. В гл. 9 описаны оптоэлектронные ТТ, имеющие перспективу применения в ряде случаев вместо электромагнитных ТТ. Определенный интерес представляют также предложения об использовании радио- и лазерной техники, высоковольтных конденсаторов для связи токоизмерительных устройств с потенциалом Земли и некоторые другие (см. гл. 10). Однако применение ТТ, основанных на новых принципах, сдерживается трудностью выполнения требований, предъявляемых к ним в отношении точности, надежности и выходной мощности.
      Задача создания новых ТТ успешно решается и на основе электромагнитного принципа. Можно предполагать, что и после промышленного освоения ТТ, использующих другие принципы,
      электромагнитные ТТ, предназначенные для работы в переходных режимах, будут иметь свои предпочтительные области применения, определяемые некоторыми их качествами (простотой, высокой надежностью, большой отдаваемой мощностью).
      Методы улучшения работы электромагнитных ТТ в переходных режимах можно несколько условно разделить на четыре группы, в основу которых положены следующие способы ограничения погрешностей: 1) создание путей для апериодической составляющей первичного тока помимо ветви намагничивания ТТ; 2) увеличение магнитной проницаемости магнитопровода в режиме насыщения; 3) устранение или снижение остаточной индукции в магнитопроводе; 4) ограничение максимальной рабочей индукции в магнитопроводе ТТ и уменьшение магнитной проницаемости.
      Методы первой группы могут быть реализованы с помощью внешних по отношению к ТТ устройств (предвключенных либо послевключенных), например индуктивностей, воздушных ТТ [36], активно-реактивных фильтров. Все эти устройства содержат элемент с небольшим сопротивлением для апериодической составляющей первичного тока, шунтирующий ветвь намагничивания ТТ. Достоинством внешних устройств является возможность их использования с существующими трансформаторами без изменения конструкции последних. Однако эти меры только частично снижают влияние апериодической составляющей, не устраняют влияния остаточной индукции и добавляют еще одну ступень в преобразовании тока, усложняющую конструкцию ТТ. Предвключенные устройства, которые являются более эффективными из относящихся к первой группе, затрудняют, кроме того, достижение необходимой для измерительных целей точности. Указанные недостатки в еще большей степени присущи после-включенным устройствам. Поэтому методы данной группы не позволяют создать рациональную конструкцию новых ТТ с высокими техническими показателями. Вместе с тем применение внешних устройств с уже эксплуатируемыми ТТ может быть приемлемым.
      Методы второй группы вытекают из неизбежности насыщения замкнутого ферромагнитного магнитопровода ТТ в переходных режимах. В связи с этим предлагалось [33] применять для маг-нитопроводов ТТ горячекатаную либо другую сталь (кривая 2 на рис. 4-1) с большей, чем у холоднокатаной (кривая ), магнитной проницаемостью в режиме насыщения. В магнитопроводах из такой стали остаточная индукция тоже меньше.
      Применение стали 1211 вместо 3411, например поданным [33], позволяет снизить погрешности ТТ при прочих равных условиях на несколько процентов. Этот способ снижения погрешности прост и экономичен, однако малоэффективен. Более эффективным, но и более сложным способом является создание специальной стали [112], например характеризующейся кривой 3 на рис. 4-1. Од-
      нитопроводом. При этом, очевидно, снижается и результирующая магнитная проницаемость магнитопровода.
      Трансформатор с зазорами занимает промежуточное положение между обычным ТТ с замкнутым стальным магнитопроводом и трансформатором без стали. По сравнению с последним ТТ с зазорами позволяет получить значительно большую мощность. Однако при заданной погрешности она меньше, чем у ТТ с замкнутым стальным магнитопроводом, а при заданной мощности погрешности будут больше. В отличие от упомянутых выше методов первой группы использование магнитопровода с зазорами не добавляет ступени преобразования тока, остаточная индукция устраняется практически полностью и при соответствующем выборе зазора и сечения обеспечивается независимость погрешностей ТТ от первичного тока. При небольшом усложнении схемы и конструкции погрешности такого ТТ можно сделать незначительными и практически независимыми от нагрузки.
      Разумеется, трансформаторы тока с зазорами в магнитопрово-дах могут работать и в нормальных режимах. Однако, если не принимается специальных мер для ограничения погрешностей ТТ, точность их работы в этих режимах будет ниже, чем у ТТ с замкнутым стальным магнитопроводом. В простейшем случае при сплошных зазорах в магнитопроводе погрешности ТТ возрастают с увеличением тока намагничивания. Вместе с тем, если кривая намагничивания ТТ практически линейна, то его токовая и угло вая погрешности постоянны, ввиду чего они могут быть учтены при выборе уставок устройств релейной защиты и автоматики. Для подключения же измерительных приборов, .для которых требуется более высокая точность преобразования тока, такие ТТ с зазорами обычно не предназначаются.
      ТТ с зазором в Советском Союзе были впервые предложены И. Д. Кутявиным [56, 57 ]. В дальнейшем теория и методы расчета этих трансформаторов были развиты в работах [72, 79, 80, 81, 87].
      Выполнение ТТ с зазорами. Если ТТ предназначается для работы в переходных режимах, необходимо прежде всего принять меры к устранению влияния остаточной индукции. Это позволяет удовлетворить требования в отношении погрешностей при существенно уменьшенном сечении магнитопровода по сравнению с замкнутым магнитопроводом. Однако оптимальный зазор при обычно задаваемой погрешности ТТ отличается от необходимого для устранения остаточной индукции [87].
      Для выбора выполнения ТТ с зазором воспользуемся кривыми рис. 4-2. Как уже указывалось, при едоп == 13 % минимальная кратность увеличения сечения т « 8. Это достигается при определенном зазоре в магнитопроводе, обеспечивающем необходимое значение Т. Таким образом, при увеличении сечения магнитопровода с идеализированной кривой 1 (см. рис. 4-1),
      скадного ТТ. Поэтому для разделения погрешностей между ступенями целесообразно пользоваться соотношением (4-25), так как это упрощает расчет ТТ.
      Разделение погрешностей между ступенями следует проводить таким образом, чтобы обеспечить оптимальную конструкцию каскадного ТТ в целом. При этом необходимо иметь в виду следующее. Верхняя ступень ТТ работает в наиболее тяжелых по сравнению с остальными ступенями условиях. Это обусловлено в основном двумя факторами. Во-первых, верхняя ступень воспринимает полный первичный ток, апериодическая составляющая которого затухает с постоянной времени Тх, определяемой параметрами сети. Во-вторых, верхняя ступень нагружена не только сопротивлением внешней нагрузки z2II, но и сопротивлением обмоток последующих ступеней. Последнее может быть соизмеримо с величиной z2H, а в некоторых случаях может и превышать ее. Последующая ступень находится в более легких условиях по сравнению с верхней. Первичным током для нее является вторичный ток верхней ступени, апериодическая составляющая которого затухает с постоянной времени, более чем на порядок меньшей постоянной Тх. Кроме того, она нагружена меньшим сопротивлением. В самых легких условиях работает нижняя ступень каскадного трансформатора тока.
      Учитывая, что площадь сечения магнитопровода при прочих равных условиях примерно обратно пропорциональна погрешности, для облегчения конструкции верхней ступени, работающей в более тяжелых условиях, допустимую погрешность каскада целесообразно распределить между ступенями таким образом, чтобы погрешность верхней ступени была возможно большей. С другой стороны, слишком малая погрешность нижней ступени тоже нежелательна, так как может привести к чрезмерному увеличению сечения магнитопровода нижней ступени и вызвать определенные трудности при ее конструировании, которые усугубляются при большом числе магнитопроводов (до пяти).
      Анализ результатов расчета и конструирования линейных двухступенчатых каскадных ТТ показал, что полную погрешность нижней ступени 1“, следует принимать не более (2—3).
      Погрешность верхней ступени определяется соотношением (4-25). Определив допустимые погрешности ступеней, можно перейти непосредственно к определению их конструктивных параметров в соответствии с положениями, изложенными выше.
      Емкостная корректирующая цепь. Требования высокого класса точности, необходимого для работы измерительных систем, и обеспечения допустимой погрешности в переходных режимах для релейных защит и систем автоматики противоречивы: для выполнения первого из них необходима высокая проницаемость магнитопровода, второго — существенное снижение ее для того, чтобы уменьшить сечение до приемлемых размеров. В случае некаскадных ТТ это противоречие легко устраняется выполнетем неоптимальное решение с учетом переходных режимов может оказаться не только несовершенным, дорогим, но и вообще технически не осуществимым, например из-за больших габаритов и массы ТТ. Такое положение потребовало новых методов создания и проектирования ТТ, основанных на использовании современных средств вычислительной техники.
      Существуют хорошо известные классические методы синтеза электрических цепей, позволяющие находить оптимальные решения. Они принципиально могут обеспечить не только параметрическую, но и структурную оптимизацию. Однако их применение в данном случае не представляется возможным вследствие жестких ограничений на структуру и параметры ТТ. Поэтому целесообразно принять следующий общий путь создания и проектирования ТТ.
      На первом этапе из совокупности физических эффектов, использование которых возможно для построения ТТ, выбирается наиболее полно обеспечивающий реализацию предъявляемых к ТТ требований.
      На втором этапе проектирования обосновывается принцип работы и выбирается структура ТТ. Этот этап с некоторой условностью можно назвать этапом структурной оптимизации. Задача состоит в том, чтобы среди возможных решений выбрать такое, при котором ТТ имеет простейшую структуру, требует минимального числа элементов, минимальных затрат и, самое важное, обеспечивает необходимую точность передачи информации. Эта задача, как и предыдущая, в настоящее время не может быть формализована и поручена ЭВМ. Для ее решения применительно к ТТ нами использовались результаты, полученные выше, в частности набор ТТ для различных условий работы (ТРХ, ТРУ, ТР, ТРХУ) , корректирующие цепи (например, ЕКЦ), место их присоединения и другое.
      Третьим этапом является определение параметров ТТ выбранной структуры. Задача может решаться вручную. При этом осуществляется поиск одного какого-либо варианта (обычно неоптимального), удовлетворяющего техническим требованиям. Однако в случае ТТ сложной структуры более успешно она может решаться на ЭВМ как задача параметрического синтеза. Подробно эта задача рассмотрена в [96].
      Поскольку решения, принятые на первом этапе создания ТТ, обычно не меняются, процесс синтеза ТТ с оптимальными характеристиками сводится, по сути, к итеративному решению двух
      ТРХ — преобразователь с замкнутым магнитопроводом с нормированными характеристиками в динамическом режиме; ТРУ — преобразователь с минимальным зазором в магнитопроводе; ТР — преобразователь с магннтопрово-дом с зазором, который обеспечивает линейность преобразования во всех режимах работы.
      Суммарный поток в магнитопроводе Ml за промежуток времени от до 4. когда переменная и постоянная составляющие магнитного потока имеют одинаковое направление, практически остается неизменным. Изменение магнитного состояния этого магнитопровода за один полупериод характеризуется участком цикла АоА2Ао¦ В магнитопроводе Ml в этот же полупериод направление переменной и постоянной составляющих магнитного потока противоположное и, следовательно, изменение суммарного магнитного потока в этом магнитопроводе характеризуется участком частного цикла.
      Для того чтобы магнитное состояние магнитопровода Ml, характеризуемое в момент времени tx точкой А0, изменилось и точка Ад перешла в точку частного цикла Alt а затем в Л2, А3 и т. д., м. д. с. постоянного тока намагничивающая ма-гнитопровод до точки Ад, должна уменьшиться практически до нуля. Уменьшение этой м. д. с. произойдет при возникновении в цепи вторичных обмоток w2 переменного тока t2. Этот ток определяется переменным напряжением щ и зависит от динамической проницаемости материала магнитопровода в соответствующих точках частного цикла перемагничивания.
      М. д. с. i2w2 стремится скомпенсировать м. д. Однако вследствие потерь полная компенсация для магнитопровода Ml наступает лишь дважды за полупериод вторичного тока, а именно в моменты времени 2 и t3. Для этих моментов — i2w2 = 0. В остальные моменты времени в продолжение рассматриваемого промежутка в магнитопроводе Ml действует разность м. д. с. i1w1 — i2w2 = Fg. Под действием этой м. д. с. F0 в магнитопроводе Ml возникает изменяющаяся магнитная индукция.
      В реальном магнитопроводе, как и в идеальном, синусоидальное переменное напряжение и2 в одни и те же промежутки времени неодинаково распределяется между обеими вторичными обмотками, поскольку их индуктивные сопротивления различны. Индуктивное сопротивление вторичной обмотки, наложенной на магнитопровод М2, очень мал<^ так как в этом магнитопроводе в рассматриваемый отрезок времени изменение суммарной индукции незначительно. Индуктивное сопротивление вторичной обмотки, наложенной на магнитопровод Ml, в это же время велико. Поэтому практически все напряжение «2 оказывается приложенным ко вторичной обмотке, находящейся на первом магнитопроводе.

 

 

 

 

НА ГЛАВНУЮ (кнопка меню sheba.spb.ru)ТЕКСТЫ КНИГ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)АУДИОКНИГИ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)ПОЛИТ-ИНФО (кнопка меню sheba.spb.ru)СОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИ (кнопка меню sheba.spb.ru)ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ФОТО-ПИТЕР (кнопка меню sheba.spb.ru)НАСТРОИ СЫТИНА (кнопка меню sheba.spb.ru)РАДИОСПЕКТАКЛИ СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ВЫСЛАТЬ ПОЧТОЙ (кнопка меню sheba.spb.ru)

 

Яндекс.Метрика
Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru