1. Problem postavljanja
Zaščitni tokovni transformator (TA) se v glavnem uporablja v povezavi z relejno zaščitno napravo za zagotavljanje signala relejni napravi za prekinitev vezja napake in zaščito varnosti elektroenergetskega sistema v primeru preobremenitve kratkega stika ali drugih napak v vrsti. Njegovi delovni pogoji so popolnoma drugačni kot pri merilnih transformatorjih, ki morajo imeti ustrezno natančnost le v normalnem območju delovanja posameznega toka. Pri prehodu skozi okvarjeni tok kratkega stika upamo, da se bo transformator čim prej nasičil in tako zaščitil merilni instrument pred poškodbami, ki jih povzroči tok kratkega stika. Prvi začne delovati šele, ko je tok nekajkrat ali desetkrat večji od običajnega, njegove napake (tokovne in fazne napake) pa morajo biti znotraj območja krivulje napak. Pri ocenjevanju trenutnih napak in faznih razlik hkrati se uporabljajo sestavljene napake.
Ko je primarni tok i1 zaščitnega TA majhen, se sekundarni tok i2 spreminja linearno; Ko se i1 poveča na določeno raven, je magnetna gostota v jedru transformatorja zelo visoka. Zaradi nelinearnosti feromagnetnih materialov ima vzbujalni tok i0 visoko vsebnost harmonikov visokega reda s koničasto valovno obliko, ki je daleč od sinusnega vala. Tudi če je il idealen sinusni val, i2 ni sinusoiden.
Nesinusoidnih valčkov ni mogoče analizirati s fazorskimi diagrami in zahtevajo uporabo sestavljene napake (konceptualna analiza), kar vodi do hitrega povečanja i0, kar je enakovredno temu, da se nekateri i1 ne pretvorijo v i2, i2 in i1 pa ne dlje spreminja sorazmerno, s čimer se poveča napaka TA.
Ko pride do napake kratkega stika v elektroenergetskem sistemu in povzroči delovanje relejne zaščite, je tok kratkega stika i zelo velik, običajno več kot 10-kratnik nazivnega toka, kar poveča napako in ogrozi občutljivost in selektivnost zaščitne naprave.
Poleg tega je načeloma sam TA poseben transformator, transformatorji pa morajo delovati pri nazivni obremenitvi. Če torej obremenitev na sekundarni strani TA preseže nazivno vrednost sekundarne obremenitve, bo povečala tudi svojo napako.
2. Ideje za rešitve
Kot je navedeno zgoraj, je napaka TA neizogibna, njena velikost pa je povezana z značilnostmi vzbujanja železnega jedra TA in obremenitvijo sekundarne strani.
Za nadzor te napake je treba obravnavati razmerje med največjo napako i na lokaciji TA, razmerje med tem tokom in nazivnim i1, razmerje nazivnega toka in nazivno sekundarno obremenitev. Zato je treba natančno razumeti koncepte ravni točnosti in z njo povezane meje ravni točnosti, razmerje nazivnega toka in nazivno obremenitev. Za rešitev tega problema je treba izbrati ustrezno stopnjo točnosti glede na dejansko stanje transformatorske postaje.
Za TA, ki se uporablja za zaščito, je raven točnosti nominalna kot odstotek največje dovoljene sestavljene napake pod nazivno mejo točnosti i1, ki ji sledi črka "P", ki označuje zaščito. To je pravzaprav ročno določena zahteva glede stopnje napake za proizvodnjo TA. Natančen mejni koeficient se nanaša na razmerje i1max, ki lahko izpolni zahteve glede sestavljene napake, in nazivnega i1. Razmerje nazivnega toka se nanaša na razmerje med nazivnim i1 in i2. Nazivna obremenitev je vrednost sekundarne obremenitve, ki se uporablja za določanje stopnje točnosti transformatorja.
V zgodnjem nacionalnem standardu "Tokovni transformator" (GBl208-75) je bilo določeno, da je stopnja natančnosti zaščite TA B in D. Pri izbiri stopnje natančnosti TA za zaščito mora biti krivulja 10 % napake preverjeno, da zagotovi, da tokovna napaka med kratkim stikom ne preseže navedene vrednosti. Trenutno nova različica določa stopnjo natančnosti 5P oziroma 10P, kar kaže na mejo sestavljene napake 5 % in 10 % pri ocenjeni meji natančnosti i1; Standardni niz vrednosti njegovega mejnega koeficienta točnosti vključuje 5, 10, 15, 20, 30 itd., kar kaže, da je pri napakah kratkega stika, če je večkratnik kratkostičnega toka i v primerjavi z nazivnim i1 manjši od tega vrednost, je napaka nadzorovana v območju ravni točnosti.
Zato je mogoče narediti dva zaključka: 1) Pri izbiri stopnje natančnosti TA za zaščito je treba hkrati izbrati mejni koeficient natančnosti, kot sta 5P20 in 1200/5A, kar pomeni, da ko i ni večji od 20 krat nazivni i1, tj. ne več kot 20 × 1200=24 kA, sestavljena napaka ni večja od 5 %; 2) Z izbiro obeh smeri je mogoče natančno določiti razmerje nazivnega toka na podlagi danega ilmax, vrednosti sekundarne obremenitve in 10-odstotne krivulje napake za določitev mejnega koeficienta; Točen mejni koeficient je mogoče izbrati tudi na podlagi danega i1max, nazivnega tokovnega razmerja in 10-odstotne krivulje napake, nazivno sekundarno obremenitev in presek sekundarnega kabla pa je mogoče izbrati na podlagi 10-odstotne krivulje napake.
Med delovanjem v ustaljenem stanju mora sekundarna obremenitev TA izpolnjevati zahtevo 10-odstotne krivulje napake. Dokler je dejanska sekundarna obremenitev TA manjša od obremenitve, ki jo dovoljuje 10-odstotna krivulja napake, mora biti merilna napaka znotraj 10 %. Večja kot je sekundarna obremenitev, lažje se železno jedro nasiči.
