Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов 
Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов
Курсовая работа на тему: "Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов" 1. Первичные измерительные преобразователи тока К измерительным органам воздействующая величина -- ток -- обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного тока получить стандартное значение вторичного тока. Наиболее распространенными первичными преобразователями тока являются измерительные трансформаторы тока ТА. В системах электроснабжения применяют также измерительные преобразователи тока, названные магнитными трансформаторами тока. На их основе разработаны так называемые дискретные трансформаторы тока. Измерительные трансформаторы тока. Они имеют стандартный номинальный вторичный ток lном = 1; 5 А при любых значениях номинального первичного тока lном; допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током l2иом = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока используют и в сетях напряжением до 1 кВ. Для правильного действия особенно релейной защиты требуется точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах КЗ, которые во много раз могут превышать их номинальные первичные токи, особенно в сетях напряжением до 1 кВ. Правильная работа быстродействующих устройств защиты и автоматики должна обеспечиться при переходных процессах в трансформаторах тока. Особенностью измерительных трансформаторов тока является режим короткого замыкания его вторичной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТА с числом витков w, включается в цепь первичного тока L, сети, а ко вторичной обмотке с числом витков >2 подключаются цепи тока измерительных органов, например измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением. Начала и концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах. Выводы первичной обмотки Лх и Л2, маркируются произвольно, а выводы вторичной обмотки -- с учетом принятого обозначения выводов первичной обмотки. При этом за начало вторичной обмотки Я, принимается вывод, из которого мгновенный ток l2 направляется в цепь нагрузки, когда в первичной обмотке ток /, направлен от начала Лх к концу Л2. При такой маркировке мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направление, что и при включении его непосредственно в защищаемую цепь. На рис. 1, о показаны направления токов /,, /2 для некоторого момента времени и принятой намотки витков. Направление магнитного потока Ф, при заданном направлении тока /, определяется по правилу буравчика. Ток i2 всегда направлен так, что размагничивает магнитопровод. При этом результирующий магнитный поток Ф, согласно закону полного тока, создается совместным действием магнитодвижущих сил и i2w2 обеих обмоток. Соотношение синусоидальных токов изображается обычно векторной диаграммой. Векторная диаграмма может быть изображена и имеет определенный смысл только при условии, что для каждой из величин выбрано условное положительное направление. Так, из диаграммы следует, что ток l2 отстает по фазе от тока l', на угол у. Это означает, что ток i2 достигает, например, положительного максимального мгновенного значения позже, чем ток ц на времяОднако указанный момент времени становится неопределенным, если неизвестно, какое из двух возможных направлений тока l2 считается положительным. Если для одного положительного направления ток h отстает по фазе от тока l', на угол, для другого направления тока l2 угол сдвига фаз равен . Поэтому при построении векторной диаграммы первичного и вторичного токов трансформатора тока ТА необходимо задаться их условными положительными направлениями. Если для первичного тока l, принять положительное направление от начала к концу обмотки, а для вторичного l2 -- от конца к началу обмотки, как показано стрелками на рис. 1, о, то векторы МДС первичной и вторичной обмоток оказываются направленными противоположно. При этом, согласно закону полного тока, Результирующая МДС Епш создается частью тока /,, которая называется током намагничивания, т. е. В идеальном трансформатЪре результирующая МДС Јиам = 0. При этом или Токи 12 и L1 равны и совпадают по фазе. Если положительное направление токов /, и /2 принято от начала обмоток к их концам, то МДС обеих обмоток направлены одинаково; а токи /2 и /', изображаются векторами, сдвинутыми по фазе на угол л. В дальнейшем при построении векторных диаграмм условное положительное направление тока /, принимается от начала к концу обмотки, а тока /2 -- от конца.к началу. Для реального трансформатора и принятых условных положительных направлениях токов , откудаили Этому соответствует электрическая схема замещения трансформатора тока. Здесь ко вторичной обмотке приведены также сопротивления первичной обмотки Z\ и ветви намагничивания Z'HaM. Эта схема принципиально не отличается от схемы замещения, например, силового трансформатора. В отличие от него трансформатор тока питается от источника тока. Поэтому первичный ток /, и МДС не зависят от режима работы трансформатора тока. Из схемы замещения видно, что сопротивление первичной обмотки Z\ не влияет на распределение тока между ветвью намагничивания Z'H2M и ветвью нагрузки, поэтому из схемы, изображенной на рис. 1.2, б, в соответствии с которой построена векторная диаграмма, оно исключено. За исходный при построении диаграммы принят ток намагничивания 1'^. Магнитный поток Ф отстает от тока на некоторый угол у, определяемый потерями в стали. Положительное направление ЭДС Ј2 принято совпадающим с положительным направлением тока Ј2, т. е. от конца к началу вторичной обмотки. В связи с этим ЭДС Е2> наводимая потоком Ф_ во вторичной обмотке, опережает его на угол л/2. В замкнутой вторичной обмотке проходит ток ^, отстающий от ЭДС Ј2 на некоторый угол, определяемый соотношением составляющих RujX сопротивлений Z2 и ZH. По схеме замещения и выражению определяют ток 1\. Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток /2 отличается от приведенного первично-' го /| по значению на Д/ и по фазе на угол 8. Ток 1'иш значительно меньше тока 1\, поэтому результирующая МДС FKiM, определяющая рабочий магнитный Поток ф_ и ЭДС Ј2, во много раз меньше МДС первичной обмотки Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки ZH, т. е. чем ближе режим цепи вторичной обмотки к режиму короткого замыкания, тем большая часть тока /. 2. Первичные измерительные преобразователи напряжения К измерительным органам воздействующая величина -- напряжение -- обычно подводится от первичных измерительных преобразователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U2n0M = 100 В. Распространенной разновидностью первичного измерительного преобразователя напряжения является измерительный трансформатор напряжения ТУ. Особенностью измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода его вторичной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТУ с числом витков щ включается на напряжение сети М\- Под действием напряжения по обмотке w, проходит ток намагничивания /„щ, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной w, и вторичной w2 обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно Ј, = 4,44/w,Ф, Е2 = 4,44/й'2Ф. Отсюда Отношение называется коэффициентом трансформации и обозначается Ки. В режиме холостого хода ток /2 = 0, а ток в первичной обмотке L\ -- Ј«м- При этом Ј/> = Е2 и напряжение Ј/, незначительно отличается от ЭДС Ј,. Поэтому Работа трансформатора с нагрузкой ZH сопровождается прохождением тока 12 и увеличением тока /',. Эти токи создают падение напряжения AU в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U2 = U\ -- AU. Из векторной диаграммы следует, что вторичное напряжение U2 отличается от приведенного первичного Щ_х по значению на AU и по фазе на угол" 8. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: погрешность напряжения fv= * 100 или вследствие незначительного угла 8 -- 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 fv 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 TV маркируются 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 Uq первичные 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 Ј/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 UlmM -- 100 В, если трансформатор устанавливается в системе с заземленной нейтралью, и равным Ulmu = 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 LR состоит из обмотки w и 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 XL пропорционально магнитной проницаемости и, поэтому оно изменяется с изменением тока в обмотке реактора.
Страницы: 1, 2, 3
|
|
