Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов

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 XL 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 wm 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 усилите лей /н1 = /н2.

Если нагрузка ZH 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 TLAT содержит трехстержне-вой ферромагнитный сердечник. Воздействующая величина поступает в первичную обмотку wu 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 -- Bmin<В< +Втях.

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 +BS>В> +ВГ.

Поэтому среднее значение ЭДС вторичной обмотки и ток в реле получаются намного меньшими, несмотря на то, что ток /6ртах > Imi. 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 wy. Магнитный поток Фу, 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.

6. Фазоповоротные и частотно-зависимые схемы

Фазоповоротные схемы. С помощью фазоповоротных схем производят линейные преобразования напряжения в напряжение. При этом напряжение на выходе схемы смещается по фазе относительно напряжения на ее входе на некоторый угол а. В процессе преобразования может измениться и значение величины.

Одна из фазоповоротных схем показана на рис. 12, о. Схема содержит две одинаковые резисторно-конденсаторные цепи, соединенные параллельно, к которым подводится напряжение Uv Преобразованное напряжениеизмеряют между точками вид.

Электрическая цепь из последовательно соединенных резисторов Rl, R2 и конденсаторов CI, С2 с сопротивлениями R и Хс дает возможность получать напряженияпропорциональные подведенному напряжению Ци но смещенные относительно него по фазе на некоторые углы в стороны опережения и отставания, которые определяются соотношением R и Хс, а угол между UR и Цс во всех случаях остается равным я/2.

Таким образом, напряжения Цх, Цк и Цс образуют прямоугольный треугольник, опирающийся на диаметр окружности -- вектор напряжения Hi с вершиной, скользящей по дуге окружности при изменении соотношения Я и Хс. На этой основе построена векторная диаграмма фазоповоротной схемы.

Фазоповоротная схема, преобразующая ток /, в ток, показана на рис. 12, е. Ее векторная диаграмма не требует пояснений. Изменение угла а достигается изменением сопротивления резистора Я

В ряде случаев на выходе того или иного элемента необходимо иметь величину вида, Если это ток, то для получения к21 используют рассмотренную фазоповоротную схему. Преобразовать напряжение в ток можно путем включения в цепь сопротивления На рис. 13, а показана схема, состоящая из двух цепей. На вход одной подается напряжение Л, а на вход другой -- ток /. Цепи соединены параллельно, и этим достигается получение в нагрузке Z„ суммарного тока. На рис. 13, б показана схема для получения величини____являющихся напряжениями. При этом напряжение к2Ј получено с помощью трансреактора ТАК

Частотно-зависимые схемы. В ряде автоматических устройств используется изменение частоты синусоидального напряжения. Составной частью измерительных органов этих устройств являются так называемые частотно-зависимые схемы. Изменение частош. напряжения на входе преобразуется ими в изменения амплитэдры или фазы напряжения на выходе.

На рис. 14, а показана частотно-зависимая схема, преобразующая изменение частоты в изменения фазы. Ее использовали, например, для выполнения измерительного реле частоты РЧ-1.

Схема состоит из частотно-зависимого элемента и делителя напряжения. На вход схемы подается напряжение Ц с изменяющейся частотой. Ток Јк, проходящий по цепи делителя, и напряжение Цк совпадают по фазе с напряжением JZ. Фаза тока в цепи частотно-зависимого элемента относительно напряжения U определяется соотношением сопротивлений Хы и Хс, которые зависят от частоты. При этом ток LtЈ может опережать, совпадать и отставать по фазе от напряжения Ц. Напряжение Hue совпадает по фазе с током Таким образом, изменение частоты напряжения Ы. сопровождается изменением угла <р сдвига фаз между напряжениями Hue и Ur- Схема выполнена так, что напряжение Ц'ю отстает от напряжения JZ*, если частота /' напряжения И больше частоты действия реле , аопережает его, если

7. Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения

При нарушении симметричного режима трехфазной системы, например вследствие несимметричных коротких замыканий, в полных фазных токах и напряжениях наряду с током /, и напряжением U\ прямой последовательности появляются составляющие обратной последовательности /2, Ы.2 и нулевой последовательности /0, Но. Это дает возможность, в частности, выполнить защиту, реагирующую на появление данных составляющих. Для их выделения из полных фазных токов и напряжений используют устройства, называемые фильтрами симметричных составляющих.

Фильтр тока обратной последовательности. Первичный ток обратной последовательности определяется выражением

, где-- фазные токи соответственно

фаз А, В и С;-- оператор фазы.

Таким образом, складывая геометрически вторичный ток /„ с повернутыми против часовой стрелки на уголтоком 1Ъ и на угол

током /с, из несимметричной системы вторичных фазных токов можно выделить составляющую обратной последовательности. В общем случае при наличии несимметрии в полных фазных токах содержатся все симметричные составляющие, а на выходе фильтра должен появиться только ток обратной последовательности. Для упрощения фильтра к нему подводят токи, уже не содержащие составляющих нулевой последовательности. Если это фазные токи, то из них предварительно исключают ток нулевой последовательности, т. е. фильтр включают на разности токов, например и. Составляющие нулевой последова-* тельности в фазных токах равны по абсолютному значению и совпадают по фазе, поэтому в разностях фазных токов,, они отсутствуют. В связи с этим фильтры тока обратной последовательности включают и на разности фазных токов. Существует множество различных схем фильтров. Один из них -- активно-емкостный фильтр, используемый в устройствах полупроводниковых реле тока обратной последовательности РТФ-8УХЛ4, РТФ-9УХЛ4, предназначенных для защиты электрических установок. Фильтр состоит из вторичных измерительных трансформаторов тока TLA1 и TLA2. Первичные обмотки трансформаторов включены на разности токов Ц„ - /0) и - К вторичным обмоткам трансформаторов подключены рези-сторно-конденсаторные цепи так, что токи 1'аиЈ'с разветвляются между.сопротивлениями резисторов R и конденсаторов С. При этом в цепи тп ток. Для получения фильтра тока обратной последовательности необходимо сопротивления резисторов R1, R2 и конденсаторов Ха, Ха выбрать так, чтобы при отсутствии в полных фазных токах, а следовательно, и в токахтока обратной последовательности ток /„„ отсутствовал.

Этому соответствует векторная диаграмма токов. Здесь токи прямой последовательности, проходящие по цепи тп, равны и имеют противоположные направления, поэтомуПри построении векторной диаграммы заданными являлись векторы токов прямой последовательностиа определению подлежали их составляющие /ш, 1хС2 и соответственнопредставляющие собой катеты треугольников тока, как и в фазопо-воротной схеме. Из векторной диаграммы следует

Так как сопротивления обратно пропорциональны токам, то

Для обеспечения равенства токовпо абсолютному значению необ-

ходимо, чтобы

при этомЕсли на вход фильтра подать только токи обратной последовательности, то этому случаю будет соответствовать векторная диаграмма, показанная на рис. 15, е.

Она отличается от векторной диаграммы токов прямой последовательности тем, что векторы токовменяются местами.

При этом на выходе фильтра в цепи тп появляется значительный ток . Из рассмотрения векторных диаграмм следует, что если в токах, подводимых к фильтру, содержатся составляющие прямой и обратной последовательностей, то на выходе фильтра появляется ток 1т„, пропорциональный только току обратной последовательности..

В нормальном режиме и при трехфазных коротких замыканиях к фильтру тока обратной последовательности подводятся токи, содержащие только составляющие прямой последовательности. Поэтому в этих режимах ток в нагрузке фильтра отсутствует. Однако в действительности за счет погрешностей в работе фильтра и наличия некоторой несимметрии подводимых токов в нагрузке фильтра, в частности в обмотке реле, имеется небольшой ток, называемый током небаланса.

Рассмотренный фильтр тока обратной последовательности превращается в фильтр тока прямой последовательности, если поменять местами токи на входных зажимах 1а и /с. Распространение получили также комбинированные фильтры, которые одновременно выделяют составляющие прямой и обратной последовательностей. Такой фильтр в общем случае можно получить, если расстроить фильтр'тока обратной последовательности, изменяя, например, сопротивление резистора R2.

Фильтр тока нулевой последовательности. В соответствии с методом симметричных составляющих первичный ток нулевой последовательности

Токи можно сложить, если вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных в трех фазах, соединить параллельно одноименными выводами, а к точкам соединения подключить обмотку реле КА. При этом

Для реальных трансформаторов тока с учетом их токов намагничивания и коэффициентов трансформации ток в реле

или

Ток нулевой последовательности появляется при повреждениях на землю. В других режимах, когда он отсутствует, через реле проходит только ток небаланса, который увеличивается с возрастанием первичного тока и появлением в нем апериодической слагающей. Рассмотренная схема соединения трансформаторов тока ТА 1--ТАЗ называется трехтрансформаторным первичным фильтром тока нулевой последовательности. Он используется обычно в защитах элементов сетей с заземленными нейтралями.

Применяется также однотрансформаторный первичный фильтр, представляющий собой специальный измерительный трансформатор тока нулевой последовательности. Трансформатор состоит из тороидального магнитопровода М, на котором располагается вторичная обмотка. Магнитопровод надевается на трехфазный кабель К, который является первичной обмоткой ТИП. Изготовляются также трансформаторы тока нулевой последовательности с магнитопроводом прямоугольной формы для шинного токопровода.

Страницы: 1, 2, 3