так как часть энергии, подводимой к первичной обмотке, затрачивается на создание м. д. с. намагничивания Fq. Следовательно, и первичный ток несколько больше вторичного. Кроме того, угол между векторами первичной и вторичной м. д. с. (и соответственно между токами /j и /2) несколько меньше 180°. Таким образом, реальный ТТ вносит некоторую погрешность как в измеряемое значение, так и в фазу вторичного тока. Этот вопрос более подробно будет рассмотрен в гл. 2.

1-4. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторам тока приходится работать в различных режимах, имеющих место в электрической цепи, а именно в установившемся и переходном режимах.

Установившимся называют режим работы ТТ, при котором токи в первичной и вторичной обмотках ТТ не содержат затухающих свободных апериодических и периодических составляющих. Одним из видов установившегося режима является нормальный режим работы ТТ, при котором первичный и вторичный токи, погрешности различных видов и напряжения между обмотками ТТ не превышают длительно допустимых при заданных условиях эксплуатации. К установившимся режимам относится также трансформация тока к. з. или другого тока, отличающегося от нормального рабочего тока установки, после затухания свободных составляющих.

Переходным режимом работы ТТ называют электромагнитный процесс, возникающий при переходе от одного режима к другому вследствие резкого изменения параметров первичного тока или нагрузки ТТ (например, при к. з. или коммутациях в первичной цепи либо при внезапном замыкании накоротко ветви вторичного тока). При переходном режиме по первичной и вторичной обмоткам ТТ проходят свободные затухающие составляющие токов.

При правильном выборе ТТ токи в его обмотках ни при установившихся, ни при переходных режимах не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости. При этом погрешности различных видов также не должны быть больше допустимых в этих режимах погрешностей.

Условия работы ТТ, предназначенного для измерений, существенно отличаются от условий работы ТТ, используемого для защиты. Основным режимом работы ТТ для измерений является нормальный режим. В этом режиме ТТ должен обеспечить пропорциональное воспроизведение первичного тока с наименьшими погрешностями как модуля, так и фазы. Работа ТТ для измерений при нормальном режиме рассмотрена в гл. 2.

Работа большей части ТТ для защиты начинается лишь с момента возникновения в линии или в оборудовании аварийного состояния, характеризующегося током перегрузки или током ко-

Рис. 1-5. Схема максимальной токовой защиты

роткого замыкания, в несколько раз превосходящим рабочий ток линии. К ТТ для защиты предъявляются самые разнообразные требования, обусловленные назначением защиты и схемой ее. Эти вопросы подробно рассмотрены в специальной литературе [5, 33, 43]. Ниже остановимся на нескольких простейших схемах защиты лишь для того, чтобы показать условия работы в них ТТ.

В схемах максимальной токовой защиты (рис. 1-5) ТТ должен обеспечить в цепи защиты полную мощность, необходимую для срабатывания реле Р при перегрузках или токах короткого замыкания. Это требование сравнительно легкое, и его нетрудно выполнить.

В схемах дифференциальной защиты (рис. 1-6) к ТТ предъявляются значительно более сложные требования, а именно:

1) они должны обеспечивать безотказное срабатывание защиты при повреждении в зоне ее действия; для этого разность вторичных токов спаренных ТТ1 и ТТ2 должна превышать ток срабатывания реле Р (левый рисунок);

2) они не должны вызывать ложных действий защиты при повреждении вне зоны ее действия (т. е. при сквозных токах); для этого токи небаланса спаренных ТТ1 и ТТ2 должны быть меньше тока срабатывания реле Р (правый рисунок).

Дифференциальная защита выполняется таким образом, что перед защищаемым участком высоковольтной линии (или генератором, трансформатором) и после него включается по одному ТТ. Вторичные обмотки этих ТТ соединяются последовательно и согласно (т. е. начало вторичной обмотки ТТ1 соединено с концом вторичной обмотки ТТ2). Реле Р присоединено параллельно обеим вторичным обмоткам ТТ. Коэффициенты трансформации ТТ1 и ТТ2 подобраны таким образом, чтобы при нормальном режиме работы их вторичные токи были одинаковы. В этом случае при

122-0

TT1[ l2l\

Рис. 1-6. Схемы дифференциальной защиты 21

нормальном режиме вторичный ток ТТ1 1 будет совпадать со вторичным током ТТ2 /gg как по абсолютному значению, так и по фазе. Следовательно, через обмотку реле Р уравнительный ток не ройдет.

В момент короткого замыкания в зоне защиты при одностороннем питании участка вторичный ток lz будет равен нулю, а при двустороннем питании будет складываться с током li- Следовательно, через реле Р будет проходить ток, и оно подаст команду на отключение поврежденного участка. При коротком замыкании вне зоны защиты вторичные токи в ТТ1 и ТТ2 увеличатся в одинаковой степени и, следовательно, по обмотке реле Р будет проходить лишь небольшой ток небаланса и оно не сработает.

Таким образом, для надежной р.боты ТТ в схемах дифференциальной защиты необходимо, чтобы характеристики ТТ были практически одинаковы. Это ограничивает токи небаланса при сквозных токах короткого замыкания. Поэтому погрешности ТТ для защиты не должны превосходить определенного значения при больших кратностях первичного тока. Вопросы расчета ТТ в переходных режимах рассмотрены в гл. 3 и 4.

Для защиты линии или электрооборудования применяется несколько различных защит. В зависимости от назначения защищаемого объекта, числа и параметров примененных на нем видов защиты может потребоваться два, три и более защитных ТТ, а также ТТ для измерений. Изготавливать такое число отдельных ТТ экономически нецелесообразно. Поэтому высоковольтный трансформатор тока представляет собой изоляционную конструкцию, внутри которой размещены два-три трансформатора тока для релейной защиты и один для измерений. Каждый из этих ТТ имеет отдельный магнитопровод со вторичной обмоткой. Первичная обмотка является общей для всех трансформаторов.

- 1-5. УДЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Электромагнитные трансформаторы тока различных типов и исполнений с физической точки зрения имеют много общего. Это позволяет успешно применять при их исследовании, расчете, проектировании и выборе следующие методы, вытекающие из теории подобия.

Метод удельных величин. Данный метод начал внедряться в практику расчетов трансформаторов тока в 1950-х годах [79]. Применимость метода вытекает из критериев подобия [86, 88], согласно которым при частоте первичного тока примерно до 1000 Гц, одинаковой для всех сравниваемых ТТ, и совпадении кривых намагничивания их магнитопроводов установившиеся процессы в них протекают одинаково, если равны удельные значения их первичного тока tiy , активного сопротивления ветви вторичного тока Ггуд и ее индуктивности уд. Последняя пред-