обеспечивает отстройку реле от БНТ.

Назначение, устройство и принцип действия реле серии РНТ-560

Реле серии РНТ-560 (РНТ-565,РНТ-566,РНТ-567) широко применяются в дифференциальных защитах электроустановок от междуфазных КЗ, а также в некоторых случаях в токовых защитах, когда реле РНТ оказывается предпочтительнее, чем реле токовое РТ-40.

Основными элементами реле РНТ являются промежуточный насыщающийся трансформатор тока (НТТ) и исполнительный орган – токовое реле типа РТ-40.

Промежуточный трансформатор НТТ имеет два назначения (основных):

1) обеспечивает отстройку реле от токов небаланса при переходных режимах;

обеспечивает отстройку реле от БНТ.

НТТ имеет трехстержневой сердечник. На левом стержне (рисунок1) расположена вторичная обмотка , к которой подключено исполнительное реле типа РТ-40.

На среднем стержне расположены две или три первичные обмотки, включаемые в токовые цепи дифференциальной защиты. Так, например, в реле РНТ-565 на среднем стержне располагаются рабочая обмотка (она создает в сердечнике рабочий магнитный поток) и две уравнительные и (на рисунке 1 не показаны).

Кроме того, на среднем и правом стержнях размещены две секции короткозамкнутой обмотки и . Короткозамкнутая обмотка W_КЗ предназначена для улучшения отстройки дифференциальной защиты от БНТ силовых трансформаторов и от токов небаланса в переходных режимах при внешних КЗ. В цепь короткозамкнутого контура включён резистор R_КЗ, величину сопротивления которого можно регулировать в пределах от 0 до 10 Ом. Число витков в секции выбрано в два раза меньше числа витков . Сечения крайних стержней выбрано в два раза меньше сечения среднего стержня. (Сделано это из конструктивных соображений и из соображения правильного и наиболее эффективного функционирования реле).

Рисунок 1. Принцип действия реле РНТ-560.

К входным зажимам реле подводится ток I_p от измерительных ТТ, который является:

- в нормальном режиме работы I_p защищаемого элемента и при внешнем КЗ – током небаланса I_нб;

- в режиме внутреннего КЗ – вторичным током внутреннего короткого замыкания (или суммой вторичных токов от плеч защиты в случае двухстороннего питания);

- в режиме включения защищаемого трансформатора под напряжение – вторичным током БНТ.

Под действием МДС F _p = I _p · W_рв сердечнике НТТ возникает магнитный поток Ф _р, который замыкается по левому стержню и по правому стержню. Величина рабочего магнитного потока определяется значениями МДС Fp и магнитного сопротивления сердечника

.

Магнитный поток Ф_р наводит в секциях короткозамкнутой обмотки электродвижущую силу (ЭДС) Е_кз., под действием которой в короткозамкнутом контуре протекает ток I_к. Величина этого тока определяется параметрами секций (которые неизменны) и величиной сопротивления R_кз (которую можно изменять в пределах от 0 Ом до 10 Ом). Ток короткозамкнутого контура I _к, протекая по виткам секций , создает в среднем стержне суммарный магнитный поток , который встречен рабочему магнитному потоку Ф _р. В результате взаимодействия потоков Ф _р и () в среднем стержне устанавливается результирующий поток Ф _средн. (рисунок 2), который является геометрической разностью магнитных потоков Ф _р и (). (Теория трёх потоков)

Ф _средн= Ф_р - ().

Рисунок 2

Таким образом, рабочую обмотку W_p можно рассматривать как первичную обмотку трансформатора тока, а обмотку W_кз – как вторичную.

Исполнительное реле КА имеет постоянную (нерегулируемую) уставку по току срабатывания которая равна (0,16 ÷ 0,17)А. Вторичный ток в контуре W₂ КА достигнет величины срабатывания (0,16А), если магнитная индукция в левом стержне достигнет величины индукции срабатывания В_ср, равной (1,2 – 1,3)Тл. Резистор R_ш служит для регулировки в небольших пределах МДС срабатывания. (Увеличение R_ш влечёт уменьшение В_ср и наоборот).

Под действием результирующего магнитного потока в среднем стержне Ф_средн. в секции наводится ЭДС Е _к, а в короткозамкнутом контуре проходит ток I _к. МДС обмотки больше, чем МДС обмотки . Следовательно, в левом стержне преобладает поток от секции .

Кроме того, по левому стержню замыкается поток равный ½ Ф _средн.. Таким образом, в левом стержне действует результирующий поток Ф _{лев. ст.}, равный геометрической сумме потоков от обмоток W_p и ,т.е.

.

Поскольку вторичная обмотка W₂ замкнута на малое сопротивление и, поскольку по обмотке W₂ протекает ток , возбуждающий противопоток, то поток Ф _{лев. ст.} следует рассматривать как поток намагничивания трансформатора тока. При этом обмотку W₂ следует рассматривать как вторичную, а совокупность обмоток W_p и W_кз как первичную.

Рисунок 3.

1. МДС в левом стержне НТТ достигнет МДС_ср, если ток I_p, протекающий по дифференциальной обмотке, создаст рабочую МДС

.

2. МДС срабатывания в реле может быть достигнута двумя путями:

- изменением числа витков в дифференциальной обмотке, для чего рабочая обмотка W_p и уравнительные обмотки W_{1 ур} и W_{2 ур} имеют пронумерованные ответвления, с помощью коммутатора можно набрать то или иное число витков, которые будут обтекаться рабочим током;

- увеличением тока I_p при неизменном числе витков дифференциальной обмотки.

В нормальном режиме работы защищаемого элемента по дифференциальной обмотке проходит небольшой ток небаланса. В этом случае МДС F_p, создаваемая током небаланса I_нб, значительно меньше 100 А и реле в целом находится в состоянии не срабатывания.

При внутреннем коротком замыкании (в зоне действия дифференциальной защиты) по дифференциальной обмотке проходит сумма вторичных токов от плеч защиты, при этом МДС F_p резко возрастает и становится больше 100 А. Ток в обмотке реле КА становится больше, чем 0,17 А и реле срабатывает.

Из сказанного выше следует, что одной из конечных целей расчёта дифференциальной защиты является определение необходимого числа витков дифференциальной обмотки, при котором:

- максимально возможный ток небаланса I_нб.max не создаст МДС, равную 100А и более, от чего защита может ложно подействовать;

- дифференциальная защита будет максимально чувствительна к внутренним коротким замыканиям.

4. Наличие в составе НТТ короткозамкнутой обмотки W_кз обеспечивает трансформацию тока I_p из рабочей обмотки во вторичную W₂ двумя путями:

- первый путь – это непосредственная (однократная) трансформация тока I_p (передача энергии) из рабочей обмотки во вторичную посредством магнитного потока ½ Ф _средн (рисунок 3);

- второй путь – это путь двойной трансформации; ток I_p, возбуждая магнитный поток в среднем стержне, трансформируется в короткозамкнутую обмотку (первая трансформация), в результате чего возникает ток I _к в короткозамкнутом контуре; в свою очередь ток I _к, обтекая витки секции , создает свой магнитный поток , который достигает левого стержня; другими словами ток I _к трансформируется из секции в обмотку W₂ (вторая трансформация).

При прохождении по рабочей обмотке тока с апериодической составляющей в сердечнике НТТ помимо периодического магнитного потока Ф _р, рассмотренного выше, возникает медленно изменяющийся апериодический магнитный поток. Можно считать, что апериодический ток не трансформируется ни в короткозамкнутую обмотку, ни во вторичную W₂ (в силу медленного изменения). Здесь важно отметить, что апериодический магнитный поток, подмагничивая сердечник увеличивает его магнитное сопротивление. Чем больше апериодическая составляющая в токе I _p, тем больше магнитное сопротивление R_μ сердечника. В свою очередь с ростом магнитного сопротивления уменьшается рабочий магнитный поток, возбуждаемый током I _p

.

Таким образом, можно сделать вывод: наличие во входном токе I_p апериодической составляющей I_а ухудшает условия трансформации периодической составляющей из рабочей обмотки W_p во вторичную W₂.

Во время переходных процессов при внешнем КЗ или при включении трансформатора под напряжение (особенно в начале переходного процесса) апериодический ток имеет значительную величину. Апериодический магнитный поток в среднем стержне уменьшает прямую трансформацию периодической составляющей тока I _p из W_p в W₂. Дополнительно к этому апериодический поток, подмагничивая (насыщая) весь сердечник, ухудшает условия трансформации периодической составляющей тока I _p:

- во-первых, из рабочей обмотки в короткозамкнутую;

- во-вторых, из короткозамкнутой обмотки во вторичную.

Следовательно, апериодический ток особенно сильно ослабляет двойную трансформацию. Этим достигается автоматическое увеличение тока срабатывания реле (по сравнению с расчетным током срабатывания), так как в условиях воздействия апериодического потока, когда сердечник НТТ дополнительно подмагничивается, для получения необходимой индукции срабатывания требуется значительно большая периодическая слагающая в токе, подведённым к зажимам реле.

По окончании переходного процесса, когда I_a уменьшается до нуля, чувствительность реле восстанавливается.

Выводы

1. Реле РНТ в схемах дифференциальной защиты при внешних КЗ и при включении силового трансформатора под напряжение, т.е. в переходных режимах с апериодической составляющей, характеризуется автоматическим кратковременным загрублением чувствительности реле.

2. Загрубление чувствительности реле происходит из-за подмагничивания сердечника НТТ медленно изменяющимся апериодическим магнитным потоком, который:

- ухудшает (однократно) условия прямой трансформации тока I_p из рабочей обмотки во вторичную;

- дважды ухудшает условия двойной трансформации тока I_p из W_p в W_кз и из W_кз в W₂.

3. Степень влияния апериодического тока на загрубление чувствительности реле определяется значением тока I_к в короткозамкнутом контуре, которое зависит от величины сопротивления R_кз. Так, при уменьшении сопротивления R_кз возрастает участие обмотки W_кз в трансформации периодической слагающей во вторичную цепь W₂. Наличие же апериодического тока больше воздействует именно на двойную трансформацию. Отсюда следует, что степень загрубления чувствительности реле (степень отстройки реле от токов небаланса) зависит от параметров короткозамкнутого контура:

- чем больше сопротивление R_кз (≈10 Ом), тем чувствительность реле больше, следовательно, тем хуже отстроено реле от тока небаланса;

- чем меньше R_кз (чем больше проявляется двойная трансформация), тем чувствительность реле меньше, следовательно, тем лучше отстроено реле от тока небаланса.

Другими словами, апериодический магнитный поток, возникающий в сердечнике НТТ во время переходного процесса, загрубляет чувствительность реле в большей степени, если сопротивление R_кз равно нулю и, соответственно, в меньшей степени, если сопротивление R_кз равно 10 Ом.

В заключении можно отметить, что реле серии РНТ хорошо отстраивают дифференциальную защиту от токов небаланса переходного режима при внешних КЗ или при включении защищаемого трансформатора под напряжение, когда апериодическая слагающая I_р,а ухудшает условия трансформации периодической слагающей тока небаланса в НТТ. По окончании переходного процесса, когда I_р,а уменьшается до нуля, чувствительность реле РНТ восстанавливается, и ток небаланса установившегося режима при внешних КЗ беспрепятственно трансформируется из дифференциальной обмотки во вторичную. В случае неверного расчета уставок дифференциальной защиты по току срабатывания, реле РНТ-560 может ложно сработать от тока небаланса установившегося режима при внешнем КЗ.

Отсутствие торможения в реле серии РНТ при воздействии на него тока небаланса установившегося режима внешнего КЗ является существенным недостатком данного типа реле. Чтобы не допустить ложного срабатывания реле необходимо увеличивать ток срабатывания реле путем уменьшения числа витков в дифференциальной обмотке. Это, однако, ведёт к уменьшению чувствительности защиты к внутренним КЗ.