Рис. 4-1. Упрощенные кривые намагничивания тороидальных магннтопро- водов различного выполнения

/ - из холоднокатаной стали; 2 - нз горячекатаной стали; 3 - нз специальной стали; 4 - магнитопровод с частичным зазором; S - магнитопровод с переменным зазором; 6 - магнитопровод со сплошным зазором

нако и в этом случае снизить погрешности в достаточной мере не представляется возможным без значительного увеличения сечения магнитопровода ТТ. Существенным недостатком обоих способов является зависимость погрешности (от нуля до десятков процентов) от первичного тока и нагрузки, что может существенно затруднить создание совершенных защит.

В основе третьей группы методов лежит необходимость в устранении влияния остаточной индукции, которая иногда является основной причиной нестабильности трансформации тока в переходных режимах. Для практического устранения остаточной индукции достаточно применить небольшой зазор в магнитопроводе, а также кратковременное интенсивное управляемое размагничивание. Использование методов, устраняющих влияние только остаточной индукции, целесообразно в сетях, где апериодическую составляющую можно не учитывать. В то же время некоторые из методов, эффективно снижающих влияние апериодической составляющей тока, например увеличенный зазор, практически полностью устраняют и влияние остаточной индукции.

В основу метода четвертой группы положено создание таких условий, при которых максимальная индукция в магнитопроводе с пониженной магнитной проницаемостью, например в магнитопроводе с увеличенным зазором, ограничивается индукцией Впред. меньшей, чем индукция насыщения. Поскольку эти методы позволяют получить рациональную конструкцию ТТ с высокими техническими характеристиками, они рассматриваются нами более подробно.

Снижение погрешностей ТТ ограничением рабочей индукции при пониженной магнитной проницаемости магнитопровода. Если ТТ имеет линейную характеристику намагничивания, то в переходном режиме максимальная суммарная индукция больше ее переменной составляющей в т раз, где

/И= 1+5а.м/5т. (4-1)

а. м - амплитуда периодической и максимальное значение апериодической составляющей индукции.

Если в установившемся режиме индукция при предельной для ТТ кратности тока короткого замыкания равна Впред (рис. 4-1), то в переходном ее можно ограничить этим уровнем, снизив

сопротивление ветви вторичного тока г, примерно в m раз либо увеличив во столько же раз поперечное сечение магнитопровода. А можно уменьшить первую и увеличить вторую величину так, чтобы произведение кратностей их изменения было равно т. Снижение Zg принципиально ограничено сопротивлением вторичной обмотки ТТ. Обычно даже при ее закорачивании снижается лишь в несколько раз, поскольку в ветви вторичного тока остаются включенными сопротивления /г обм и Хгобм. тогда как кратность увеличения индукции m в существующих ТТ достигает нескольких десятков. Увеличение поперечного сечения магнитопровода новых ТТ по сравнению с существующими без значительного ус-I ложнения технологии выполнения междуобмоточной изоляции и увеличения размеров фарфоровой изоляции практически воз-i можно только в 3-4 раза.

Если индукция в магнитопроводе с идеализированной кривой намагничивания / (рис. 4-1) не превышает Вцред, ТТ имеет линейную характеристику. Используя выражение (3-5) для тока намагничивания такого ТТ, полученное при первичном токе (3-1), можно представить кратность m в следующем виде [871:

I I /оа.м .. Ti~T, 1 + (сэГТ

Tl , Тг(1+(чТ,Т)(Т-Ту)

7 (1+ 7 ) (Tl -Га) J

На рис. 4-2 представлены зависимости т = f (Т ) и полной погрешности е = / (Т ) без отмотки витков. У существующих ТТ при работе в ненасыщенной части кривой намагничивания обычно Г > 1 с. В соответствии с кривыми рис. 4-2 при значениях Ti = 0,3 с и Та = 0,0024 с, которые могут приниматься в качестве расчетных, кратность m > 45, а погрешность е меньше 1 %. Если Т снизить до 0,03 с, то е = 13 %, а m 8; если Т = = 0,015 с, то 8 = 28 %, а m 4. Полученные значения кратности m уже достаточно малы для того, чтобы с помощью некоторого снижения нагрузки и увеличения сечения магнитопровода обеспечить суммарную индукцию в нем, не превышающую Вцред.

Как следует из (3-3), Т и, следовательно, m можно снизить, уменьшив индуктивность ветви намагничивания Lq. Последнее можно обеспечить шунтированием ее другой индуктивностью, например внешней по отношению к ТТ, как это предусматривается в упоминавшихся выше методах первой группы. Однако индуктивность Lf) шунтируется не непосредственно, а вместе с полным сопротивлением первичной обмотки, что снижает эффективность этого шунтирования. Наиболее эффективно индуктивность ветви намагничивания снижается при введении зазоров в магнитопровод. В схеме замещения, как будет показано ниже, это равнозначно В1слючению дополнительной индуктивности параллельно индук-к тивности ветви намагничивания исходного ТТ со сплошным маг-

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 магнитопроводах 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 бдоц = 13 % минимальная кратность увеличения сечения m 8. Это достигается при определенном зазоре в магнитопроводе (/з/ст)едд, обеспечивающем необходимое значение Т . Таким образом, при увеличении сечения магнитопровода с идеализированной кривой / (см. рис. 4-1),