Курсовая работа: Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов

— угловую погрешность, которая определяется углом 8 между векторами напряжений. Вместе с ним возрастают и погрешности, поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим, близкий к холостому ходу.

В условиях эксплуатации трансформатор напряжения может работать с различными погрешностями. В зависимости от погрешностей по ГОСТ 1983 — 77Е установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3 соответственно погрешностям напряжения f_v в процентах. Номинальная мощность трансформатора отнесена к определенному классу точности. Однако по условию нагрева он может допускать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного класса точности. Начала и концы обмоток трансформатора напряжения TVмаркируются в соответствии с правилом, изложенным при рассмотрении трансформаторов тока. При этом напряжения t/, и U₂ , направленные одинаково от одноименных концов обмоток, совпадают по фазе, если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора напряжения. Принято обозначать: А — начало первичной обмотки, а — начало вторичной обмотки; X — конец первичной обмотки, х — конец вторичной обмотки. Для трансформаторов напряжения, как и для трансформаторов тока, в зависимости от принятого положительного направления тока и напряжения можно построить векторные диаграммы с совпадающими или противоположно направленными векторами вторичного. Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение, например напряжение Мвс-

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый треугольник. Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения и на напряжения фаз по отношению к искусственной нейтральной точке системы междуфазных напряжений. В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду. Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее распространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду, как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряжения и на напряжения фаз относительно искусственной нейтральной точки системы междуфазных напряжений, а также по отношению к земле, т. е. на любые фазные напряжения.

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого. Применение трехфазных трехстержневых трансформаторов напряжения в данном случае не допускается в связи с тем, что при замыкании на землю в сети по первичным обмоткам трансформатора через его заземленную нейтраль проходят большие токи намагничивания нулевой последовательности и трансформатор сильно перегревается.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности. Напряжения отдельных последовательностей можно выделить из полных фазных напряжений посредством фильтров напряжений симметричных составляющих. Так, для получения напряжения нулевой последовательности Uqпервичные обмотки трансформаторов должны соединяться в звезду с заземленной нейтралью. Полученные при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем соединения вторичных обмоток в разомкнутый треугольник, к которому подключается реле.

Напряжение на обмотке реле

При отсутствии в полных фазных напряжениях составляющих нулевой последовательности напряжение на выходе разомкнутого треугольника близко к нулю. В связи с погрешностью трансформаторов напряжения, наличием в первичных напряжениях гармонических, кратных трем и по другим причинам на зажимах разомкнутого треугольника в нормальном режиме возникает напряжение небаланса, которое обычно не превышает £/_н6 = 3...4 В. Опыт эксплуатации свидетельствует, что трансформаторы напряжения с заземленной первичной обмоткой в сетях с изолированной нейтралью при замыканиях на землю часто повреждаются. Причинами повреждений являются феррорезонансные явления, вследствие которых через обмотки высшего напряжения трансформатора проходят токи, многократно превышающие номинальные значения. Поэтому сам трансформатор напряжения нуждается в защите.

Обычно трансформаторы напряжения изготовляют с двумя вторичными обмотками, одну из которых можно использовать в схеме соединения звезды, а другую — разомкнутого треугольника. В системах с заземленной нейтралью напряжение на зажимах разомкнутого треугольника при замыкании на землю не превышает фазного Щ, а в системах с изолированной нейтралью оно может достигать ЪЩ, поэтому номинальное вторичное фазное напряжение обмоток, соединяемых в разомкнутый треугольник, принимается равным U_lmM — 100 В, если трансформатор устанавливается в системе с заземленной нейтралью, и равным U_lmu = 100/3 В, если трансформатор устанавливается в системе с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.

Выполнение вторичных цепей трансформаторов напряжения и контроль за их состоянием. Исходя из требований техники безопасности вторичные обмотки трансформаторов напряжения в установках напряжением 500 В и выше должны обязательно заземляться. Предохранители с первичной стороны трансформаторов напряжения не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их вторичных цепях. Поэтому все незаземленные провода, подключаемые к вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, соединяются с ними через низковольтные плавкие предохранители или малогабаритные автоматические выключатели, которые являются.более быстродействующими; они надежнее и удобнее предохранителей. Перегорание предохранителей или срабатывание автоматических выключателей и возможные обрывы в цепях напряжения могут повлечь за собой неправильное действие некоторых устройств зашиты и автоматики. Поэтому они должны снабжаться специальными устройствами, автоматически выводящими их из действия при нарушениях целей напряжения. В тех случаях, когда указанные нарушения непосредственно не приводят к неправильной работе устройств защиты и автоматики, достаточна сигнализация об исчезновении напряжения..

3. Реакторы и трансреакторы

Реактор LRсостоит из обмотки wи ферромагнитного магнито-про-вода. Ферромагнитные материалы, из которых выполняют магнитопровод реактора, имеют нелинейную характеристику намагничивания B=f, что обусловливает уменьшение их магнитной проницаемости ц. с увеличением напряженности магнитного поля Н. Индуктивное сопротивление реактора X_L пропорционально магнитной проницаемости и, поэтому оно изменяется с изменением тока в обмотке реактора.

Для уменьшения этой зависимости и обеспечения относительного постоянства сопротивления магнитопровод реактора выполняется разомкнутым. Вместе с тем в ряде устройств, например в магнитных усилителях, используют так назы ваемые управляемые реакторы, сопротивление которых путем соответствующего управления изменяют в требуемых пределах. Для этой цели на замкнутом магнитрпроводе реактора кроме основной обмотки предусмотрена обмотка управления w_y , по которой проходит постоянный ток управления /_у . Путем изменения этого тока изменяют магнитное состояние магнитопровода, его магнитную проницаемость и тем самым сопротивление X_L .

Однако необходимо иметь в виду, что характеристики намагничивания ферромагнитных материалов, используемых в управляемых реакторах, имеют выраженный прямоугольный характер. С некоторым допущением их можно представить характеристикой, изображенной на рис. 5, г. При этом магнитопровод имеет два состояния: ненасыщенное и насыщенное. В первом случае ц и X_L бесконечно велики, а во втором равны нулю. Следовательно, процесс управления не сопровождается непрерывным изменением индуктивного сопротивления. Действительный характер явления подробно рассмотрен в.

В измерительных органах часто ток преобразуется в напряжение путем включения в цепь тока балластных резисторов, реакторов, иногда конденсаторов. Однако в цепи тока можно включать лишь относительно малые сопротивления. Соответственно получаются низкие напряжения, для повышения которых необходим трансреактор.

Трансреактор ТИК выполняет функции реактора и трансформатора, преобразующих ток в напряжение. Он состоит из обмотки w_{ тока, разомкнутого магнитопровода и вторичной обмотки щ, находящейся в ре-жиме, близком к холостому ходу. Поэтому ток /. Он состоит из двух обычных магнитных усилителей, управляемых общим током /_у . Обмотки смещения w_m включаются так, что характеристика одного магнитного усилителя АЫ смещается в сторону отрицательных значений /_у , а другого AL2 — в сторону положительных значений. При этом в случае /_у = 0 наблюдается равенство выходных токов магнитных усилителей /_н1 = /_н2 .

Если нагрузка Z_H включена на разность токов, то с изменением полярности тока управления /_у изменяется фаза и тока нагрузки /_н .

5. Насыщающиеся трансформаторы тока

В дифференциальной токовой защите для улучшения ее характеристик при переходных процессах применяются насыщающиеся трансформаторы тока. На основе НТТ выполняют измерительные реле двух разновидностей: с насыщающимися трансформаторами тока и с магнитным торможением. При внешних коротких замыканиях и при включениях, например, силовых трансформаторов возникает переходный процесс. Как в том, так и в другом случае защита действовать не должна. Однако ток переходного процесса воздействует на дифференциальную защиту. В начальный момент он обычно содержит апериодическую слагающую. Она и используется для обеспечения недействия защиты, имеющей НТТ.

Насыщающийся трансформатор тока TLATсодержит трехстержне-вой ферромагнитный сердечник. Воздействующая величина поступает в первичную обмотку w_u а к вторичной w₂ подключается измерительное максимальное реле тока КА. Характеристика /_р =J{Ii) насыщающегося трансформатора зависит от характера изменения тока /,. Если ток /, синусоидальный, то магнитная индукция в сердечнике изменяется в широких пределах — B_min <В< +В_тях .

Указанному изменению индукции пропорционально среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток /_р в реле. В этом случае НТТ действует как обычный трансформатор тока.

Апериодическая слагающая изменяет режим работы НТТ, она насыщает его магнитопровод. На рис. 10, б показан случай, когда ток /_бр из-за апериодической слагающей полностью смещен относительно оси времени. Прохождение такого тока по обмотке w, НТТ сопровождается изменением индукции только в пределах +B_S >В> +В_Г .

Поэтому среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток в реле получаются намного меньшими, несмотря на то, что ток /_6ртах > I_mi . Обмоткипредусмотрены для усиления действия апериодической слагающей. Они соединены так, что магнитные потоки левого и среднего стержней складываются. Поэтому часть тока обмотки w, попадает в обмотку w₂ путем двойной трансформации. Таким образом, апериодическая слагающая не трансформируется в обмотку w'_K и ухудшает трансформацию периодической слагающей. Ток двойной трансформации поэтому оказывается относительно мал. При отсутствии апериодической слагающей ток двойной трансформации возрастает.

Изменять характеристику НТТ можно также путем изменения степени его намагничивания дополнительным током управления /_у . Для этого предусматривается обмотка управления w_y . Магнитный поток Ф_у , обусловленный током /_у , замыкается только в крайних стержнях магнитопровода и намагничивает их. Для исключения влияния на работу реле ЭДС, индуцированных этим потоком в секциях вторичной обмотки w₂ , секции включены так, чтобы ЭДС вычитались. При этом магнитный поток Ф, от тока в первичной обмотке индуцирует в этом контуре ЭДС, действующие согласно и обусловливающие ток в обмотке реле. Таким образом, в НТТ существует трансформаторная связь только между обмотками w, и w₂ , зависящая от степени намагничивания магнитопровода, т. е. от тока /_у . С увеличением тока /_у , например от /_у1 до /_у3 , степень намагничивания увеличивается и для получения одного и того же вторичного тока /_р , необходимо увеличивать ток /, соответственно отдоЗависимостьназывается тормозной характеристикой, а обмотка управления — тормозной обмоткой.