Файл: Звіт про проходження практики за темою дипломної роботи Термін практики Початок Закінчення Місце практики.docx

Рис. 2.6 Трансформатор струму типу ТФУМ330

3. 
   Методи розрахунку, виготовлення, підвищення надійності та точності ТС. надійність високовольтної ізоляції та правила техніки безпеки при роботі з високовольтним електрообладнанням

   1. Існуючі методи розрахунку параметрів трансформаторів струму

В залежності від конструкції трансформатора струму, виду первинної обмотки та її ізоляції існують різні методи розрахунку:

Розрахунок тороїдального магнітопроводу[8]:

1. 
   Визначення потужності вторинної обмотки, Вт
   

(3.1)

2. 
   Визначення габаритної потужності ТС, Вт
   

(3.2)

3. 
   Знаходженні площі магнітопроводу, см² (знаменник змінюється в залежності від габаритної потужності)
   

(3.3)

4. 
   Підбір розміру магнітопроводу за розрахунковою площею
   

(3.4)

5. 
   Перевірка виконання умови, при якій внутрішній діаметр обраного магнітопроводу має виконувати умову:
   

(3.5)

Розрахунки ізоляції первинної обмотки в залежності від її виду[5]:

Паперово-масляна ізоляція:

2. Способи виготовлення трансформаторів струму високої напруги

3. Сучасні методи підвищення точності масштабного перетворення високовольтних трансформаторів струму

На точність ТС впливають явища магнітного гістерезису, залишкового намагнічення та насичення магнітопроводів. Найбільш згадуваним традиційним методом корекції похибок є метод виткової корекції — суть даного методу полягає у намотуванні або відмотуванні витків вторинної обмотки трансформатора струму в залежності від знаку похибки. Наприклад, при негативній похибці, що виходить за межі класу точності, проводять відмотку певної кількості витків вторинної

---

обмотки трансформатора струму, в результаті чого МРС вторинної обмотки зменшується, це призводить до зменшення компенсації дії МРС первинної обмотки, в результаті чого результуючий потік Ф0 в магнітопроводі посилюється, це викликає збільшення ЕРС у вторинній обмотці та збільшення струму в ній, струмова похибка наближається до нуля. Також завдяки підключенню мікропроцесорної вимірювальної техніки можна зменшити вірогідність насичення магнітопроводу ТС, так як вона має набагато менший опір, ніж у традиційних електромагнітних вимірювальних пристроїв. Зменшення опору вторинного кола Z₂ спричиняє збільшення струму I₂, який створює проти МРС вторинної обмотки:

(3.6)

Ця МРС створює зустрічний потік Ф₂ до потоку Ф₁ та зменшує сумарний Ф₀:

(3.7)

Так зі зменшенням основного потоку, зменшуються втрати в магнітопроводі, що спричиняють струмову похибку.

В статті журналу “Електротехнічна механіка” №1 2016-го року описані такі сучасні методи підвищення точності трансформаторів струму з посиланнями на джерела закордонних авторів:

У [17] запропоновано метод компенсації вторинного струму, що базується на використанні моделі ТС з апроксимованою ХН, за допомогою якої визначається струм намагнічування, що додається до виміряного вторинного струму ТС. У [18] цей метод удосконалено шляхом використання простої і легкої в реалізації скалярної гістерезисної моделі. Перевірка запропонованих методів, проведена на декількох різних типах ТС при синусоїдальному збудженні та при синусоїдальному з невеликим вмістом гармонічної складової струмі, показала досить задовільні результати [17,18]. Проте слід відзначити, що використання такого підходу до розв’язання цієї проблеми не дозволяє враховувати можливу наявність залишкового потоку в магнітопроводі ТС, а відповідно і говорити про їхню придатність у реальних експлуатаційних умовах.

Специфічний метод корекції вторинного струму ТС запропоновано в роботі [13]. Цей метод передбачає визначення струму намагнічування за ХН та додавання його до вторинного струму відповідно до коефіцієнта трансформації. Відмінність цього методу від попереднього полягає в можливості врахування при корекції залишкового потоку в магнітопроводі. Запропонований метод перевірено за різних умов, що впливають на рівень насичення, серед яких момент виникнення пошкодження, стала часу первинного кола, залишковий потік у магнітопроводі ТС. Незважаючи на те, що даний алгоритм не враховує гістерезисних властивостей матеріалу магнітопроводу, результати, представлені у даній статті, свідчать про високу точність корекції сигналу.

---

Існує також ряд методів, які не використовують для корекції параметри та моделі ТС, спотвореного в результаті насичення магнітопроводу, вторинного струму, а виконують корекцію за вибірками виміряного струму за допомогою різноманітних алгоритмів [1,20]. Зокрема у [20] запропоновано метод фіксації насичення з подальшими розділенням вторинного струму на насичену і ненасичену частини та відбудовою його насиченої частини. Тут заявлено, що представлений у ній алгоритм може бути застосований у режимі реального часу, проте точне вимірювання струму можливе приблизно через 25 мс після моменту виникнення пошкодження. Проте запропонований алгоритм не був перевірений на придатність за наявності гармонічної складової в струмі КЗ, що знову ж таки ставить під певний сумнів його застосування. На точність методу значно впливає величина аперіодичної складової струму КЗ.

В [11] для виявлення насичення магнітопроводу та компенсації спотвореного вторинного струму ТС запропоновано метод, що поєднує вейвлет перетворення і метод регресії. Спершу використовується вейвлет перетворення для виділення спотвореної частини вторинного струму, далі – метод регресії для компенсації спотвореної частини струму на основі особливостей, отриманих від ненасиченої частини вторинного струму. Цей метод дозволяє компенсувати спотворений струм, включно і за наявності залишкового намагнічування в магнітопроводі. Слід зазначити, що у випадку значно спотвореного струму, коли кількість неспотворених вибірок ненасиченої частини сигналу на першому періоді є недостатньою для точної регресії його насиченої частини, труднощі використання методу зростають, значно збільшуючи розрахункове навантаження.

У багатьох наукових публікаціях, зокрема в [14,30], йдеться про застосування для корекції струму насиченого ТС, спричиненого пошкодженням в енергосистемі, штучних нейронних мереж. Авторами роботи [30] штучну нейронну мережу було навчено будувати зворотні передавальні функції ТС. Потім мережа використовує їх для перебудови вихідного сигналу ТС в залежності від параметрів вхідного сигналу (первинного струму). Однак, у вказаній статті не розглядалася залишкова намагніченість магнітопроводу, а штучна нейронна мережа була навчена тільки для випадку активного вторинного навантаження ТС.

Дещо інший підхід до компенсації спотвореного вторинного струму ТС з використанням штучної нейронної мережі запропоновано в [14]. Автори провели її навчання за допомогою моделювання різних типів пошкоджень в енергосистемі, що характеризувалися амплітудами струмів КЗ, сталими часу первинного кола і моментами виникнення КЗ, моделюванням залишкових потоків у магнітопроводі та вторинних навантажень ТС. Цей метод дозволяє точно відтворювати вторинний струм відповідно до коефіцієнта трансформації ТС як за наявності, так і за відсутності залишкового потоку в його магнітопроводі.

---

Практичне застосування штучних нейронних мереж для корекції вторинного струму не дозволяє вважати цей метод узагальненим для реальних ситуацій, що є його значним недоліком. Перевагою ж цього підходу є можливість корекції в режимі реального часу.

Для виявлення області насичення магнітопроводів ТС розроблено і впроваджено багато алгоритмів на основі використання похідних струмів і високочастотних характеристик, які фіксуються диференціальними фільтрами. Метод функції другої різниці вторинного струму і метод, який базується на функції третьої різниці, що були використані і порівняні в [28], показують досить непоганий результат корекції вторинного струму за відсутності гармонічних складових. Проте у випадку присутності у струмі гармонічних складових, зокрема другої, яку зазвичай генерують генератори з несиметричним ротором при струмах КЗ, запропоновані методи корекції призводять до значних похибок.

У [23] запропоновано комбінований метод виявлення насичення, який аналізує вторинний сигнал струму ТС у часовій та частотній областях. Для аналізу в частотній області автори використали алгоритм швидкого перетворення Фур'є та цифровий фільтр Баттерворта. Для аналізу в часовій області використано функцію другої різниці. Таким чином комбінація цих методів дозволяє виявляти насичення з досить високим ступенем точності. Після знаходження насиченої частини сигналу застосовується метод корекції, який грунтується на методі найменших квадратів. Автори провели перевірку запропонованого алгоритму на значній кількості сигналів струмів, використовуючи програмне забезпечення Digsilent Power Factory і Matlab, та на реальних осцилограмах, зафіксованих диспетчерським пунктом в енергосистемі Німеччини. Результати свідчать про досить високу точність виявлення насичення та корекції вторинного струму ТС. Визначати насичення магнітопроводу ТС через аналіз наявності у вторинному струмі затухаючої постійної складової за допомогою дробових дискретних перетворень Фур'є пропонується в [29]. Відновлення струму відбувається завдяки застосуванню вибірок струму при ненасиченому магнітопроводі та специфічних, запропонованих авторами, співвідношень. Цей метод перевірено для великої кількості можливих пошкоджень на програмному забезпеченні Matlab. Зокрема, моделювалися випадки значного та незначного насичення

---

, випадки різних залишкових намагніченостей, включно і максимально можливої, випадок насичення змінною складовою та за незначного вмісту гармонічної складової в первинному струмі. Практично в усіх випадках запропонований метод показав позитивні результати [4].

4. Методи підвищення надійності трансформаторів струму

Питання надійності трансформатору струму виникає у стресових випадках його роботи, коли відбувається вплив перенапруг, коротких замикань мережі та розрив вторинного кола. В залежності від чинників, застосовують такі методи підвищення надійності ТС:

Трансформатори струму зовнішньої установки піддаються впливу атмосферних чинників, таких як волога та забрудненість повітря. На їх зовнішній ізоляції (найчастіше це керамічна покришка) осідає бруд та волога які зменшують напругу поверхневого перекриття. Для зменшення впливу цих чинників, на керамічну покришку можна нанести силіконове покриття, яке має велику адгезію та менший рівень гігроскопічності ніж у кераміки.

Розрив вторинного кола є аварійним для ТС, викликає перенасичення та перегрівання магнітопроводу, а також виникнення небезпечного рівня напруги на вторинних клемах:

Рис. 3.7 Крива напруги U2 та основні потоки Ф0 (ном. режим) та Ф0` (авар. режим)

Поява на розімкнених кінцях вторинної обмотки високої напруги є наслідком зникнення вторинної МРС, яка розмагнічувала магнітопровід, що призвело до різкого зростання потоку Ф₀. В результаті чого, при кожному зростанні потоку магнітопровід насичується і крива зміни потоку змінюється від синусоїдальної до трапеціїдальної. Як видно на графіку, потік в магнітопроводі змінюється за друже короткий проміжок часу, що спричиняє різке збільшення напруги, та досягає певного значення рівня магнітного насичення магнітопроводу і потім знов різко спадає[6]. Розроблені спеціальні системи захисту з застосуванням серійних ОПН, які фіксують розриви вторинного кола трансформатора струму та швидко шунтують його.

Термічна стійкість трансформатора струму залежить в першу чергу від провідника, що застосовується в його первинній обмотці. Для підвищення термічної стійкості варто застосовувати провідники з меншим питомим опором та характерної форми, у вигляді пластин (для зменшення впливу скін-ефекту).

---