 |
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;
2)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 WКЗ 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 RКЗ, 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 Ip от измерительных ТТ, который является:
- в нормальном режиме работы защищаемого элемента и при внешнем КЗ – током небаланса Iнб;
- 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 · Wрв 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 Фр наводит в секциях короткозамкнутой обмотки электродвижущую силу (ЭДС) Екз., под действием которой в короткозамкнутом контуре протекает ток Iк. Величина этого тока определяется параметрами секций 
(которые неизменны) и величиной сопротивления Rкз (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= Фр - (). 
 |
Рисунок 2
Таким образом, рабочую обмотку Wp можно рассматривать как первичную обмотку трансформатора тока, а обмотку Wкз – 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 Вср, равной (1,2 – 1,3)Тл. Резистор Rш служит для регулировки в небольших пределах МДС срабатывания. (Увеличение Rш влечёт уменьшение Вср и наоборот).
|
|
|
Под действием результирующего магнитного потока в среднем стержне Фсредн. 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 Wp 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 Wp и Wкз как первичную.
Рисунок 3.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Результирующий магнитный поток в левом стержне, обеспечивающий в нём ту или иную магнитную индукцию (в том числе и индукцию срабатывания Вср) является результатом сложения (геометрического) потоков, возбуждаемых током рабочей обмотки и током короткозамкнутой обмотки.
2. Результирующий магнитный поток в левом стержне и индукция в нём определяется значением МДС, создаваемой током Ip, проходящим по виткам дифференциальной обмотки (Wp или Wp+Wур). Вторичный ток , проходящий по обмотке реле КА, достигнет величины 0,16А ( ср), если индукция в левом стержне достигнет значения (1,2 -1,3)Тл (Вср). В свою очередь МДС в левом стержне НТТ достигнет МДСср, если ток Ip, протекающий по дифференциальной обмотке, создаст рабочую МДС
.
3. МДС срабатывания в реле может быть достигнута двумя путями:
- изменением числа витков в дифференциальной обмотке, для чего рабочая обмотка Wp и уравнительные обмотки W1 ур и W2 ур имеют пронумерованные ответвления, с помощью коммутатора можно набрать то или иное число витков, которые будут обтекаться рабочим током;
- увеличением тока Ip при неизменном числе витков дифференциальной обмотки.
|
|
|
В нормальном режиме работы защищаемого элемента по дифференциальной обмотке проходит небольшой ток небаланса. В этом случае МДС Fp, создаваемая током небаланса Iнб, 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 Fp 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 Iнб.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 Wкз обеспечивает трансформацию тока Ip из рабочей обмотки во вторичную W2 двумя путями:
- первый путь – это непосредственная (однократная) трансформация тока Ip (передача энергии) из рабочей обмотки во вторичную посредством магнитного потока ½ Ф средн (рисунок 3);
- второй путь – это путь двойной трансформации; ток Ip, 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).
Интересны количественные соотношения магнитных потоков непосредственной трансформации ½ Ф средн и двойной трансформации 
в зависимости от параметров короткозамкнутого контура. Рассмотрим три возможных варианта.
1. Пусть короткозамкнутый контур будет разомкнут, что соответствует состоянию 
. Тогда в короткозамкнутом контуре ток I к не возникает, магнитный поток 
отсутствует и магнитный поток в левом стержне 
(рисунок 4).
|
|
|
В этом случае имеет место непосредственная (однократная) трансформация тока I p из дифференциальной (Wp) обмотки во вторичную W2.
 |
Рисунок 4.
2. Пусть Rкз = 0 Ом. В этом случае ток I p максимально трансформируется в короткозамкнутый контур, в котором протекает максимально возможный ток I к. Следовательно, поток 
будет иметь максимальную величину. Поскольку поток короткозамкнутого контура в среднем стержне встречен основному рабочему потоку, то результирующий магнитный поток в среднем стержне значительно уменьшится. Магнитный поток в левом стержне будет определяться следующей векторной диаграммой, показанной на рисунке 5.
 |
Рисунок 5.
В этом случае ток I p трансформируется из дифференциальной обмотки Wp во вторичную W2 главным образом через короткозамкнутую; другими словами осуществляется преимущественно двойная трансформация.
3. Пусть сопротивление Rкз равно, например, 3 Ом (5Ом …10Ом). В зависимости от сопротивления Rкз значение тока I к будет большим или меньшим. Соответственно этому будет изменяться соотношение потоков ½ Ф средн и 
как показано на рисунке 6.
Рисунок 6.. Векторные диаграммы магнитных потоков в сердечнике НТТ реле
РНТ-560 при различных значениях сопротивления
Rкз: а) Rкз ≈ 3 Ом; б) Rкз ≈ 5Ом; в) Rкз ≈ 10 Ом
Из сказанного выше следует, что с уменьшением сопротивления R кз увеличивается доля потока короткозамкнутого контура в формировании потока (и, следовательно, индукции) левого стержня, т.е. больше проявляется двойная трансформация; и наоборот, с увеличением сопротивления R кз возрастает доля потока непосредственной трансформации.
При прохождении по рабочей обмотке тока с апериодической слагающей 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 слагающая в токе I p, тем больше магнитное сопротивление Rμ 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 слагающей I а ухудшает условия трансформации периодической слагающей из рабочей обмотки Wp 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 и левом стержнях уменьшает прямую трансформацию периодической слагающей тока I p из Wp в W2. Дополнительно к этому апериодический поток, подмагничивая (насыщая) весь сердечник, ухудшает условия трансформации периодической слагающей 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 Ia 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 слагающей, 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 Wp в Wкз и из Wкз в W2.
3. Степень влияния апериодического тока на загрубление чувствительности реле определяется значением тока Iк в короткозамкнутом контуре, которое зависит от величины сопротивления Rкз. Так, при уменьшении сопротивления Rкз возрастает участие обмотки Wкз 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 Rкз (≈10 Ом), тем чувствительность релебольше, следовательно, тем хуже отстроено реле от тока небаланса;
- чем меньше Rкз (чем больше проявляется двойная трансформация), тем чувствительность реле меньше, следовательно, тем лучше отстроено реле от тока небаланса.
|
|
|
