1. Πρόβλημα στην τοποθέτηση
Ο προστατευτικός μετασχηματιστής ρεύματος (TA) χρησιμοποιείται κυρίως σε συνδυασμό με τη διάταξη προστασίας ρελέ για την παροχή σήματος στη συσκευή ρελέ για τη διακοπή του κυκλώματος σφάλματος και την προστασία της ασφάλειας του συστήματος ισχύος σε περίπτωση υπερφόρτωσης βραχυκυκλώματος ή άλλων βλαβών στη γραμμή. Οι συνθήκες λειτουργίας του είναι τελείως διαφορετικές από αυτές των μετασχηματιστών μέτρησης, οι οποίοι χρειάζεται μόνο να έχουν την κατάλληλη ακρίβεια εντός του κανονικού εύρους λειτουργίας ενός μόνο ρεύματος. Όταν διέρχεται από ένα ρεύμα βραχυκυκλώματος σφάλματος, ελπίζουμε ότι ο μετασχηματιστής θα κορεστεί το συντομότερο δυνατό για να προστατεύσει το όργανο μέτρησης από ζημιά που προκαλείται από το ρεύμα βραχυκυκλώματος. Το πρώτο αρχίζει να λειτουργεί μόνο όταν το ρεύμα είναι πολλές φορές ή δεκάδες φορές υψηλότερο από το κανονικό και τα λάθη του (λάθη ρεύματος και φάσης) απαιτείται να βρίσκονται εντός του εύρους της καμπύλης σφάλματος. Κατά την ταυτόχρονη αξιολόγηση τόσο των τρεχόντων σφαλμάτων όσο και των διαφορών φάσης, χρησιμοποιούνται σύνθετα σφάλματα.
Όταν το πρωτεύον ρεύμα i1 του προστατευτικού ΤΑ είναι μικρό, το δευτερεύον ρεύμα i2 αλλάζει γραμμικά. Όταν το i1 αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο, η μαγνητική πυκνότητα στον πυρήνα του μετασχηματιστή είναι πολύ υψηλή. Λόγω της μη γραμμικότητας των σιδηρομαγνητικών υλικών, το ρεύμα διέγερσης i0 έχει υψηλή περιεκτικότητα σε αρμονικές υψηλής τάξης, με μυτερή κυματομορφή που απέχει πολύ από το ημιτονοειδές κύμα. Ακόμα κι αν το il είναι ιδανικό ημιτονοειδές κύμα, το i2 δεν είναι ημιτονοειδές.
Τα μη ημιτονοειδή κυματίδια δεν μπορούν να αναλυθούν χρησιμοποιώντας διαγράμματα phasor και απαιτούν τη χρήση σύνθετου σφάλματος (εννοιολογική ανάλυση), το οποίο οδηγεί σε ταχεία αύξηση του i0, που ισοδυναμεί με το να μην μετατρέπεται κάποιο i1 σε i2, και το i2 και το i1 όχι μεταβάλλεται περισσότερο αναλογικά, αυξάνοντας έτσι το σφάλμα ΤΑ.
Όταν παρουσιάζεται σφάλμα βραχυκυκλώματος στο σύστημα ισχύος και προκαλεί ενέργεια προστασίας ρελέ, το ρεύμα βραχυκυκλώματος i είναι πολύ μεγάλο, συνήθως περισσότερο από 10 φορές το ονομαστικό ρεύμα, γεγονός που αυξάνει το σφάλμα και θέτει σε κίνδυνο την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα της συσκευής προστασίας.
Επιπλέον, καταρχήν, ο ίδιος ο ΤΑ είναι ένας ειδικός μετασχηματιστής και οι μετασχηματιστές έχουν την απαίτηση να λειτουργούν με ονομαστικό φορτίο. Επομένως, εάν το φορτίο στη δευτερεύουσα πλευρά του TA υπερβεί την ονομαστική τιμή του δευτερεύοντος φορτίου, θα αυξήσει επίσης το σφάλμα του.
2. Ιδέες λύσης
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το σφάλμα ΤΑ είναι αναπόφευκτο και το μέγεθός του σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά διέγερσης του πυρήνα του σιδήρου ΤΑ και το δευτερεύον πλευρικό φορτίο.
Για να ελέγξετε αυτό το σφάλμα, είναι απαραίτητο να χειριστείτε τη σχέση μεταξύ του μέγιστου σφάλματος i στη θέση TA, του λόγου αυτού του ρεύματος προς το ονομαστικό i1, του ονομαστικού λόγου ρεύματος και του ονομαστικού δευτερεύοντος φορτίου. Επομένως, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε με ακρίβεια τις έννοιες του επιπέδου ακρίβειας και των σχετικών ορίων επιπέδου ακρίβειας, του ονομαστικού λόγου ρεύματος και του ονομαστικού φορτίου. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι απαραίτητο να επιλέξετε το κατάλληλο επίπεδο ακρίβειας με βάση την πραγματική κατάσταση του υποσταθμού.
Για TA που χρησιμοποιείται για προστασία, το επίπεδο ακρίβειας είναι ονομαστικό ως το ποσοστό του μέγιστου επιτρεπόμενου σύνθετου σφάλματος κάτω από το ονομαστικό όριο ακρίβειας i1, ακολουθούμενο από το γράμμα "P" που υποδεικνύει προστασία. Στην πραγματικότητα είναι μια απαίτηση επιπέδου σφάλματος που καθορίζεται με μη αυτόματο τρόπο για την κατασκευή TA. Ο ακριβής οριακός συντελεστής αναφέρεται στην αναλογία i1max που μπορεί να καλύψει τις σύνθετες απαιτήσεις σφάλματος προς το ονομαστικό i1. Ο λόγος ονομαστικού ρεύματος αναφέρεται στην αναλογία ονομαστικού i1 προς i2. Το ονομαστικό φορτίο είναι η τιμή δευτερεύοντος φορτίου που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του επιπέδου ακρίβειας του μετασχηματιστή.
Στο πρώιμο εθνικό πρότυπο "Current Transformer" (GBl208-75), ορίστηκε ότι το επίπεδο ακρίβειας της προστασίας TA ήταν B και D. Κατά την επιλογή του επιπέδου ακρίβειας του TA για προστασία, η καμπύλη σφάλματος 10% πρέπει να είναι επαληθεύεται για να διασφαλιστεί ότι το τρέχον σφάλμα δεν υπερβαίνει την καθορισμένη τιμή κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος. Προς το παρόν, η νέα έκδοση ορίζει ένα επίπεδο ακρίβειας 5P και 10P, αντίστοιχα, υποδεικνύοντας ένα σύνθετο όριο σφάλματος 5% και 10% στο ονομαστικό όριο ακρίβειας i1. Η τυπική σειρά τιμών του οριακού συντελεστή ακρίβειάς της περιλαμβάνει 5, 10, 15, 20, 30 κ.λπ., υποδεικνύοντας ότι σε σφάλματα βραχυκυκλώματος, εάν το πολλαπλάσιο του ρεύματος βραχυκυκλώματος i σε σύγκριση με το ονομαστικό i1 είναι μικρότερο από αυτό τιμή, το σφάλμα ελέγχεται εντός του εύρους του επιπέδου ακρίβειας.
Επομένως, μπορούν να εξαχθούν δύο συμπεράσματα: 1) Κατά την επιλογή του επιπέδου ακρίβειας του TA για προστασία, θα πρέπει να επιλέγεται ταυτόχρονα ο συντελεστής ορίου ακρίβειας, όπως 5P20 και 1200/5A, πράγμα που σημαίνει ότι όταν το i δεν είναι μεγαλύτερο από 20 φορές το ονομαστικό i1, δηλαδή όχι περισσότερο από 20 × 1200=24 kA, το σύνθετο σφάλμα δεν είναι μεγαλύτερο από 5%. 2) Επιλέγοντας και τις δύο κατευθύνσεις, η αναλογία ονομαστικού ρεύματος μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια βάσει του δεδομένου ilmax, της τιμής δευτερεύοντος φορτίου και της καμπύλης σφάλματος 10% για τον προσδιορισμό του οριακού συντελεστή. Ο ακριβής οριακός συντελεστής μπορεί επίσης να επιλεγεί με βάση το δεδομένο i1max, το ονομαστικό λόγο ρεύματος και την καμπύλη σφάλματος 10%, και το ονομαστικό δευτερεύον φορτίο και η διατομή του δευτερεύοντος καλωδίου μπορούν να επιλεγούν με βάση την καμπύλη σφάλματος 10%.
Κατά τη λειτουργία σε σταθερή κατάσταση, το δευτερεύον φορτίο του TA θα πρέπει να πληροί την απαίτηση μιας καμπύλης σφάλματος 10%. Εφόσον το πραγματικό δευτερεύον φορτίο του ΤΑ είναι μικρότερο από το φορτίο που επιτρέπεται από την καμπύλη σφάλματος 10%, το σφάλμα μέτρησης πρέπει να είναι εντός 10%. Όσο μεγαλύτερο είναι το δευτερεύον φορτίο, τόσο πιο εύκολο είναι να κορεστεί ο πυρήνας του σιδήρου.
