Первичные измерительные преобразователи в релейной защите и их схемы соединения с нагрузкой
Наиболее распространенными измерительными преобразователями являются электромагнитные трансформаторы тока и напряжения. Кроме того, используют трансреакторы, трансформирующие первичный ток в пропорциональную ему вторичную ЭДС. В отличие от трансформаторов тока трансреакторы имеют сердечник с немагнитным зазором. Режим работы их близок к режиму холостого хода.
Измерительные преобразователи выполняют две основные функции:
- осуществляют гальваническую развязку вторичных цепей от цепей высокого напряжения. Это облегчает обслуживание и повышает безопасность;
- обеспечивают во вторичной цепи стандартные значения токов (1 и 5 А) и напряжений (100 и 
В) при различных токах и напряжениях в первичной цепи.
Трансформаторы тока
По своему назначению трансформаторы тока делятся на предназначенные для устройств измерений и для релейной защиты. К точности их работы, в зависимости от назначения, предъявляются различные требования. Основным режимом работы трансформатора тока, предназначенного для измерений, является нормальный рабочий. В пределах рабочих токов он должен обеспечить необходимую точность трансформации, в соответствии со своим классом точности. Работа трансформаторов тока в схемах многих типов релейных защит происходит в аварийных режимах, когда токи КЗ значительно превосходят нормальные рабочие. Поэтому допускается значительно большая погрешность - 10%.
У трансформаторов тока имеется три вида погрешностей: токовая, полная и угловая, значения которых тесно связаны друг с другом и зависят от степени насыщения магнитопровода трансформатора тока и сопротивления нагрузки zн.
Величина DI, равная разности между 
и I2 (рис. 7) называется токовой погрешностью, обозначается буквой f, выражается чаще всего в процентах и вычисляется по формуле:
.
Угол d показывает на сколько действительный ток 
сдвинут относительно «идеального» тока I2, рассчитанного по формуле. Он определяет угловую погрешность трансформатора тока и указывается в градусах. Если f £10%, то угловая погрешность не более 10 градусов. Однако при глубоком насыщении магнитопровода трансформатора тока в случаях близких к КЗ угловая погрешность может достигнуть 
больших значений и вызвать неправильное срабатывание направленных реле, поэтому в таких схемах не допускается работа с трансформаторами с d >450, что соответствует f >50%.
Геометрическая разность DI – полная погрешность трансформатора тока:
.
Это выражение справедливо для синусоидального вторичного тока.
Согласно ПУЭ все трансформаторы тока, используемые в релейной защите должны обеспечивать:
- точную работу измерительных органов защиты в конкретных расчетных условиях, для чего полная погрешность трансформатора не должна превышать 10%;
- надежную (без вибрации) работу контактов измерительных органов защиты при максимальном токе КЗ, когда могут быть повышенные погрешности трансформатора тока и искажение формы кривой вторичного тока;
- отсутствие опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформаторов тока при максимальном значении тока КЗ.
Все трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению, проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ. Кроме того, трансформаторы тока, используемые для включения релейной защиты, проверяются на значение погрешности, которая не должна превышать 10 % по току и 7 % по углу. Последняя проверка может проводится по кривым зависимости предельной кратности от сопротивления нагрузки, подключенной к вторичной обмотке.
Предельной кратностью 
называется наибольшее отношение первичного тока, проходящего через трансформатор тока, к его номинальному току 
, при котором полная погрешность трансформатора тока при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%. Кривые предельной кратности для большинства отечественных трансформаторов тока приведены в справочной литературе.
При проверке в начале определяется значение предельной кратности:
,
где 
- максимально возможный расчетный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора тока; 
- номинальный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора тока.
Затем определяется нагрузка вторичной обмотки трансформатора:
,
где 
- сопротивления соединительных кабелей, приборов, реле, контактов соответственно.
По кривой предельной кратности (рис. 8), соответствующей типу, классу вторичной обмотки и коэффициенту трансформации трансформатора тока, находится допустимое значение нагрузки 
.
Если ³ 
то погрешность трансформатора тока в любом режиме работы оборудования не превысит 10%.
При < необходимо уменьшить вторичную нагрузку или заменить трансформатор.
Рис. 8. Определение допустимой нагрузки по кривой
предельной кратности
Увеличить допустимую нагрузку можно последовательным соединение вторичных обмоток одного и того же трансформатора.
Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и
Обмоток реле
В зависимости от назначения защиты и предъявляемых к ней требований применяются следующие схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле:
- схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду;
- схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду;
- схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду;
- однорелейная двухфазная схема соединения трансформаторов тока в неполный треугольник;
- схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности.
Для каждой схемы соединений можно определить коэффициент схемы, который равен отношению тока в реле 
к вторичному току в фазе 
:
.
Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствительности защиты.
