CC BY
44
И 3 В Е С Т И Я
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 12 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1952 г.
РАСЧЕТ БЫСТРОНАСЫУДАЮЩИХСЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА (БИТ) ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
И. Д. КУТЯВИН
Как известно, идея применения БНТ основана на использовании резко выраженной зависимости коэффициента трансформации его от величины апериодической составляющей, содержащейся в трансформируемом токе. Эта зависимость коэффициента трансформации для периодической составляющей показана на фиг. 1, где по оси ординат откладывалось действующее значение периодической составляющей первичного тока трогания БНТ 1рт, в амперах, а по оси абсцисс—апериодический ток /ай. в относительных единицах (отнесённый к амплитуде ¡рт). При снятии кривых фиг. 1 во вторичной цепи БНТ поддерживался ток, равный вторичному току трогания (току трогания реле), а действие апериодического тока имитировалось пропусканием постоянного тока по добавочной обмотке. Испытанию были подвергнуты БНТ с первичным расчётным током трогания 2 а, с расчётным током трогания реле 0,5 а и с расчётной индукцией 8 и 10 кгс.
Кривые фиг. 1, выражая зависимость коэффициента трансформации периодической составляющей от апериодического тока, являются одновременно тормозными характеристиками защиты.
Интересно проследить теперь поведение БНТ с такой характеристикой при различных режимах работы защиты. При нормальном режиме работы по первичной цепи БНТ протекает ток небаланса, который много меньше тока трогания защиты, поэтому этот режим не представляет интереса. В случае возникновения междуфазного короткого замыкания в зоне дифференциальной защиты в первичной обмотке БНТ появится большой ток, содержащий апериодическую составляющую (если учесть её затухание) Л,* = 0 — 0,8 от амплитуды периодической составляющей. Как видно из фиг. 1, при малых значениях апериодической составляющей защита будет работать в данном случае с током трогания от 2 до 4 а. В том случае, когда апериодическая составляющая будет иметь наибольшее значение, ток трогания защиты резко возрастает. Если при этом ток повреждения оказался недостаточным для приведения в действие реле, то по мере затухания апериодической составляющей ток трогания защиты будет снижаться, и она сработает с некоторой выдержкой времени, находящейся в пределах постоянной времени затухания апериодического тока.
При сквозном коротком замыкании первичная обмотка БНТ обтекается переходным током небаланса. При этом наибольшую опасность для за-
щиты без БНТ представляют максимальные токи небаланса, содержащие апериодическую составляющую /а* > 1.
Для дифференциальной защиты, снабжённой БНТ, эти токи небаланса не представляют опасности, так как при апериодической составляющей
> 1 ток трогания защиты настолько возрастает, что она не будет работать.
Для получения БНТ с такими свойствами необходимо, чтобы при протекании в его первичной цепи синусоидального тока, равного току трогания реле 1ртъ расчётная индукция в сердечнике Вр, сопротивление ветви холостого хода ¿х (см. схему замещения на фиг. 1) и сопротивление вторичной цепи = находились в определённом соотношении.
Установим сначала расчётную индукцию Вр. На фиг. 2 приведена кривая намагничивания В трансформаторной стали (сталь сердечника трансформаторов тока типа ТПО) и кривая сопротивления снятые на переменном токе в зависимости от удельных намагничивающих эффективных ам-первитков. Как видно из этой фигуры, сопротивление весьма резко снижается, начиная с индукции 8 кгс, и это снижение продолжается при всех индукциях, лежащих выше. Если в намагничивающем токе будет ещё содержаться апериодическая составляющая /„ * = 1, то сопротивление 7Х будет дополнительно снижаться в п раз. Кривая л кратности
снижения Ъх показана на той же фигуре в функции намагничивающих переменных ампервитков при 1„%=\. Как видно из фигуры, кривая п вначале поднимается от 3,5 до 5,5, а в конце, начиная с индукции в 18 кгс, понижается.
Изучение кривых фиг. 2 показывает, что наиболее резкая зависимость Ъх от намагничивающего тока имеет место при индукциях от 8 до 18 кгс, поэтому и расчётная индукция ВР при расчёте БНТ может быть взята в этих пределах. Однако при больших расчётных индукциях работа БНТ при повреждении в зоне защиты становится неустойчивой из-за сильного насыщения сердечника. Кроме того, всегда желательно иметь возможность регулирования тока трогания защиты в процессе эксплоатации, поэтому расчётную индукцию желательно применять
Вр =8 — 12 кгс.
Между расчётным сопротивлением холостого хода БНТ Ъх и сопротивлением вторичной цепи Z■> должно соблюдаться следующее соотношение: Ъх•<(0,5)2Г2. При больших сопротивлениях Zx возможна неселиктив-н а я работа защиты.
Сердечник БНТ. Сердечник изготовляется из трансформаторной стали. Сечение сердечника 0,8—1 см2. Размеры пластин сердечника не более 30X40 мм и размеры окна 10X20 мм. При изготовлении сердечника из круглых пластин внешний диаметр можно взять 40 мм, а внутренний— 20 мм. Сердечники желательно изготовлять без стыков, вырубая целые пластины из листа стали. В процессе обработки магнитные свойства стали ухудшаются, поэтому изготовленные пластины нужно отжечь при температуре красного каления с последующим медленным охлаждением. После изготовления сердечника нужно снять для него кривую намагничивания на переменном токе. Для этого нужно намотать на сердечник две обмотки с одинаковым, но произвольным числом витков (по 10—20 вит-
га
в ...
1
-©-Г
/г
\
Фиг. 2
ков). По одной обмотке пропускается замеряемый переменный ток, а во второй измеряется э д.е., по которой и определяется индукция.
Выбор реле. Для совместной работа с БИТ применяются реле типа ЗТ с минимальным током трогания 0,3—0,5 а и (желательно) с демпферным устройством. Перед расчётом БИТ измеряется внутреннее сопротивление реле при разомкнутых оперативных контактах и устанавливается расчётное сопротивление 7.--. Если БИТ будет встроен в реле, то сопротивлением соединительных проводов можно пренебречь.
Определение чисел витков обметок. Число витков вторичной обмотки БИТ можно определить из уравнения вторичной э.д.с:
Е3 = 1РП12 — Щи>2дВР . 10-8- (1)
Тогда число витков вторичной обмотки, если пренебречь её сопротивлением, будет равно:
у/,=~ Зр ■ 1°8 {2)
2 \kfqBp ~~ \kfqBp 1рт'2, '
где /рт2 — минимальный ток трогания реле,
/г— коэффициент формы кривой э.д.с. По данным М. И. Царёва, этот коэффициент можно принять равным 1,15, ВР=8~ 12 кгс — расчётная индукция при минимальном токе трогания.
По кривой намагничивания для принятой В,, определяются удельные намагничивающие ампервитки ахах , а по ним находятся полные ампервитки холостого хода:
А = атх I, (3)
где I—длина средней силовой линии в сантиметрах. Отношение сопротивления к сопротивлению Zx :
^ 2. (4)
^х 1рТ2 /рр2
Устанавливается минимально необходимый для защиты первичный
(для БИТ) ток трогания 1рт1, Тогда число витков первичной обмотки можно определить из следующего приближенного выражения:
1р
п
Первичное число витков БИТ при испытании его в лаборатории совместно с реле можно изменить в желательную сторону.
Определение шкалы первичных токов трогания БНТ производится обычным методом. На реле устанавливается ток трогания по шкале и определяется первичный ток трогания. По данным испытания строится градуировочная кривая, которая используется в период эксплоатации. При этих испытаниях во вторичную цепь БНТ приборы включать нельзя, так как это изменит сопротивление Zv. При пользовании градуировочной шкалой следует иметь в виду, что увеличивать ток трогания защиты 1Ртх можно до тех пор, пока индукция в сердечнике БИТ не достигнет 14—15 кгс. Для грубого определения максимального тока ¡рт\» нужно по кривой намагничивания найти максимальные удельные ампервитки агохм для максимальной расчётной индукции Яр* = 14—15 кгс и восполь-
зоваться выражением (£
^ а%ихм1 тп1рт->м /РЧ
'рпм —-..................... >
где 1рт->я
— максимальный ток трогания реле, определяемый из следующего выражения:
Щт2дВРл ,10~8
Пример расчёта БНТ. Требуется рассчитать БНТ для дифференциальной защиты трансформатора с минимальным током трогания /рл = 2 а. В качестве реле предполагается использовать Э'Г—511 2 с минимальным током трогания /рг2 = 0,5 и сопротивлением обмотки 22 = 0,4 ом. Для сердечника БНТ используется трансформаторная сталь от трансформатора тока типа ТПО, кривая намагничивания которой приведена нл фиг. 2. Размеры сердечника 40 X 35 мм, окна 20 X 15 мм; сечение сердечника £ = 0,8 кв. см. Расчёт произведён в двух вариантах: для Вр—8 кгс и 10 кгс.
Расчёт БНТ при Вр — 8 кгс. Число витков вторичной обмотки из (2):
Обмотка выполняется проводом с (1 — 0,7 мм. Удельные аыиервитки намапшчнвання по кривой фиг. 2 для
Отношение сопротивлений к (или начальный коэффициент шун-
=
____0,1 .10«
4.1,15.50.0,8.8000.0,5
= 14.
тиров ки):
г2 __ 17,6
¿л- ' 14.0,5
Число витков первичной обмотки из (5): IV/— 17,6 + 0,5.14
= 12.
Обмотка выполняется проводом с (¿ = 1,8 мм. Максимальный вторичный ток трогания при ВРм — 14 кгс,
4.1,15.50.14.0,8.14000.10 8 0,4
= 0,9 а.
Удельные ампервитки, соответствующие ВРм = 14 кгс,
см
Максимально допустимый первичный для БНТ ток трогания:
7,0 а.
Допустимый предел регулирования тока трогания равен 2— 7а.
Расчёт БНТ при Вр = 10 кгс Результаты расчёта следующие: ==0,71 д; /рп,и =4,46 а и предел 2—4,46 а.
произведён аналогично предыдущему.
= 11; = 18; : 5,6; 1РТгж — регулирования тока трогания равен
Тормозные характеристики рассчитанных БНТ приведены на фиг. 1, а на фиг. 3 показано реле со встроенным БНТ. Для крепления БНТ использованы левые контактные винты, а цепи реле перенесены на правую сторону.
