Новости Электротехники 1(115) 2019





<  Предыдущая  ]  [  Следующая  >
Журнал №5 (53) 2008 год     

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА В СЕТЯХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ НАСЫЩЕНИЮ ТТ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА КЗ

Отсутствие новых методик вынуждает обращаться к устаревшим, отмененным документам, которые не соответствуют современному уровню техники. с этой проблемой вынуждены сталкиваться специалисты различных направлений электротехники и электроэнергетики. Не стала исключением и область цифровой релейной защиты.
Олег Исаакович Баглейбтер полагает, что в такой ситуации разумно обратиться к современному зарубежному опыту. В частности, рекомендации по применению трансформаторов тока в сетях цифровой релейной защиты содержатся в стандарте, разработанном IEEE (международным институтом инженеров по электротехнике и электронике).

Олег Баглейбтер, к.т.н., ведущий инженер отдела РЗиА, AREVA T&D, г.   Москва

В российской электроэнергетике всё более широкое распространение получают устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) на микропроцессорной (МП) элементной базе. Такие устройства обладают рядом несомненных достоинств, однако их применение может вызывать затруднения у конечных пользователей. Причиной чаще всего является недостаточное понимание специалистами проектных, монтажно-наладочных и эксплуатационных организаций некоторых особенностей этой техники. Одна из таких особенностей - специфические требования к трансформаторам тока (ТТ) и токовым цепям.
При выборе ТТ и сечений токовых цепей многие проектные организации продолжают руководствоваться методикой, изложенной в отмененном РД 34.35.106 "Указания по расчету сечений жил контрольных кабелей в токовых сетях релейной защиты" и [1]. Данная методика, в отличие от зарубежных стандартов IEEE Std C37.110* [2] и IEC 60044-6 [3], не учитывает насыщение ТТ апериодической составляющей тока короткого замыкания, что в ряде случаев может приводить к ложному срабатыванию или отказу МП устройств РЗА.

СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ

В зарубежной литературе влиянию насыщения ТТ апериодической составляющей на работу релейной защиты уделяется пристальное внимание [4-7]. Физически это явление заключается в накоплении магнитного потока в сердечнике ТТ, поскольку отсутствует или уменьшена полуволна обратной полярности, которая в обычных условиях перемагничивает сердечник (рис. 1).
Для расчетов использована авторская упрощенная модель трансформатора тока в среде MATLAB.
Исходные данные для моделирования:
  • номинальный вторичный ток трансформатора тока IN = 5 A,
  • напряжение насыщения USAT = 260 В действ. (при подаче напряжения на вторичную обмотку),
  • ток насыщения I = 0,1 A действ. (при подаче напряжения на вторичную обмотку, т.е. в режиме снятия ВАХ),
  • активная нагрузка R = 1 Ом.
Указанное напряжение насыщения обеспечивает линейную трансформацию тока как минимум до 200 В действ., что при нагрузке 1 Ом гарантирует кратность K = 40 без учета апериодической составляющей и остаточной намагниченности. Для упрощения понимания процесса на трансформатор, как это показано на рис. 1, подается периодическая составляющая тока IP = 5 A действ. втор. (т.е. номинальный вторичный ток), а также апериодическая составляющая с максимальным значением
.
(т.е. равным амплитуде периодической составляющей) и с постоянной времени TA = 0,3 с. Последняя соответствует X / R = 94,25  – отношению индуктивного и активного сопротивления первичной сети, которое определяет скорость затухания апериодической составляющей тока. Таким образом, как следует из рис. 1, несмотря на малую величину тока, которая в максимуме не превышает трех значений номинального вторичного тока, трансформатор вошел в режим насыщения.

РЕКОМЕНДАЦИИ СТАНДАРТА

В стандарте [2] содержатся следующие рекомендации по предотвращению насыщения ТТ:

Расчетный режим выбирается индивидуально для каждого типа релейной защиты. Конкретные рекомендации приведены в [2] и в целом соответствуют отечественной методике [1].
* В стандарте IEEE Std C37.110-2007, принятом взамен IEEE Std C37.110-1996, рекомендации по  предотвращению насыщения ТТ апериодической составляющей тока КЗ не изменились.

ЕСЛИ РЕКОМЕНДАЦИИ СТАНДАРТА НЕВЫПОЛНИМЫ

На практике условие (1) часто невыполнимо, поскольку, например, для мощных генераторов отношение X / R может лежать в пределах 50-100. При этом невозможно обеспечить коэффициент запаса по насыщению, сохраняя разумное сечение токовых цепей и размеры ТТ.
Производители микропроцессорных устройств РЗА учитывают неизбежность насыщения трансформаторов тока и предлагают определенные алгоритмы, гарантирующие нормальную работу реле в этом режиме. Как правило, этим алгоритмам требуется некоторое время от момента возникновения возмущения в системе до момента насыщения ТТ.
Для оценки времени до наступления насыщения TS по фактическому коэффициенту запаса в [2] приводится следующее выражение:

Следует также упомянуть такой параметр, как напряжение точки излома Uk (knee-point voltage), которое задает границы линейной работы ТТ. В [2] напряжение точки излома определяется одним из двух способов:
  • как напряжение точки характеристики намагничивания, в которой касательная составляет 45O к оси абсцисс (при логарифмическом масштабе характеристики намагничивания);
  • как напряжение на выводах ТТ, увеличение которого на 10 % вызывает увеличение тока намагничивания на 50 %.
Равенство напряжений Uk нескольких ТТ особенно важно для дифференциальной защиты в случае, когда невозможно выполнить условие (1).

ВЫВОДЫ

С одной стороны, рекомендации, приведенные в [2], универсальны и позволяют обеспечить правильную работу релейной защиты, выпущенной любой компанией. С другой стороны, эти рекомендации довольно сложны для повседневного применения, а также не учитывают различные меры, принимаемые производителями для снижения требований к ТТ.
Поэтому многие компании, выпускающие МП устройства РЗА, приводят в соответствующих инструкциях индивидуальные требования к ТТ для каждого отдельного реле. В большинстве случаев соблюдение этих требований гарантирует правильную работу релейной защиты даже при высоких значениях постоянной времени первичной сети.

ЛИТЕРАТУРА

1. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.
2. IEEE Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes: IEEE Std C37.110-1996*.
3. Instrument Transformers. Part 6: Requirements for Protective Current Transformers for Transient Performance: IEC 60044-6.
4. Cosse R.E., Dunn D.G., Spiewak R.M. CT saturation calculations - are they applicable in the modern world? // P.E. IEEE PCIC conference. - September, 2005.
5. Zocholl S.E., Smaha D.W. Current transformer concepts: [Электронный документ] - www.selinc.com/techpprs/6038.pdf.
6. Kasztenny B., Mazereeuw J., Jones K. CT Saturation in Industrial Applications - Analysis and Application Guidelines: [Электронный документ] - www.geindustrial.com/publibrary/checkout/ 38652.30055.1533.41439/generic/ctsaturation.pdf.
7. Hindle P. J. When numerical generator protection with conventional CT's may let you down // CIGRE SC 34, Colloquium, Sibiu. - September, 10-14, 2001.




Очередной номер | Архив | Вопрос-Ответ | Гостевая книга
Подписка | О журнале | Нормы. Стандарты | Проекты. Методики | Форум | Выставки
Тендеры | Книги, CD, сайты | Исследования рынка | Приложение Вопрос-Ответ | Карта сайта




Rambler's Top100 Rambler's Top100

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Segmenta Media создание и поддержка сайта 2001-2019