Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Лекции 19,20 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения Трансформаторы тока Трансформатор тока (ТА) – измерительный трансформатор, предназначенный для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения ТА применяют для подключения амперметров, фазометров, ваттметров, приборов релейной защиты и электроавтоматики, счетчиков. От их работы зависит точность учета электрической энергии и измерения электрических параметров, правильность и надежность действия релейной защиты. Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации Коэффициент трансформации ТА не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания. Токовая погрешность определяется по выражению Погрешность ТА зависит от его конструктивных особенностей, от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения нагрузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности. В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100-120% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. ТА класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов и используются для системы АСКУЭ, класса 0,5 – для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 – для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 – для релейной защиты ТА работает при следующих номинальных напряжениях: 0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150 кВ; Номинальных токах: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500 А и т.д. Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А. При этом значение 1 А допускается только для ТА с номинальным первичным током до 4000 А. По согласованию с заказчиком допускается изготовление ТА с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А. Трансформаторы тока различаются: по роду установки – наружные, внутренние, встроенные, накладные; по способу установки – проходные, опорные; по конструкции первичной обмотки – одновитковые, многовитковые, шинные. Одновитковые ТА применяются при номинальных первичных токах выше 400 А, т.к. при измерении малых токов они дают большие погрешности. Выпускаются трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит). Буквенные обозначения ТА расшифровываются следующим образом: Т – трансформатор тока; способ установки: П - проходной, Ш – шинный и т.п.; изоляция: Л – литая, В – воздушная и т.п.; особенности конструкции первичной обмотки: К – катушечный, П – петлевой; особенности использования: З – для защиты от замыкания на землю, М – модернизированный, малогабаритный, маслонаполненный (последнее только для ТА наружной установки), Ч – повышенной частоты, С – специальный, Р – со вторичной обмоткой для релейной защиты. Каскадные измерительные трансформаторы на 500, 750 и 1150 кВ сложны в изготовлении и дороги. На данные напряжения применяются оптико-электронные трансформаторы (ОЭТ). В них измеряемый сигнал (ток, напряжение) преобразуется в световой поток, который изменяется по определенному закону и передается в приемное устройство, расположенное на заземленном элементе. ОЭТ позволяют контролировать не только ток, но и мощность установки, сопротивление на ее зажимах, а также моменты перехода мгновенных значений тока и напряжений через нулевое значение. Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому ТА нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт. Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку ТА при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка ТА (или шунтируется обмотка реле, прибора). Трансформаторы тока для внутренней установки до 35 кВ имеют литую эпоксидную изоляцию. Также новые трансформаторы тока типа ТОЛ для наружной установки имеют литую изоляцию. Кроме отдельностоящих трансформаторов тока на РУ могут применяться встроенные трансформаторы тока. Встроенные трансформаторы тока применяются в установках35 кВ и более. В вводы высокого напряжения элегазовых выключателей типа ВГБ, ВЭБ и силовых трансформаторов встраиваются магнитопроводы со вторичными обмотками. Первичной обмоткой является токоведущий стержень ввода. Вторичные обмотки встроенных трансформаторов тока имеют отпайки, позволяющие регулировать коэффициент трансформации в соответствии с первичным током, поэтому даже не выбирая встроенные трансформаторы тока, необходимо их указывать на главной схеме. Выбор трансформаторов тока Трансформаторы тока (ТА) выбираются в тех же цепях, в которых выбирались выключатели и разъединители. Перед выбором трансформатора тока необходимо определить место установки ТА. На ОРУ предпочтительнее выбирать литые, элегазовые или масляные трансформаторы тока. В ЗРУ 110 и 220 кВ выбираются встроенные в стену здания трансформаторы тока типа ТВТ. Они выполняются такими же как встроенные во ввода выключателя трансформаторы тока. В КРУ трансформаторы тока не выбираются, так как они идут в комплекте КРУ. Условия выбора: Uн.выкл. ≥ Uуст., I1ном, ТА ≥ Iн.цепи, I1, номТА ≥ Imax.цепи; Чтобы уменьшить абсолютные погрешности ТА, выбирать его надо так, чтобы значения первичного тока и тока в цепи были как можно ближе по значению. Выбранные трансформаторы тока проверяются по токам короткого замыкания : - на термическую устойчивость ≥ , принимается из выбора выключателя. - на электродинамическую стойкость или где - - коэффициент электродинамической стойкости. Принимается по каталожным данным трансформатора тока - на вторичную нагрузку где – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока; – расчетная вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом. Учитывая малое индуктивное сопротивление приборов, примем ; Следовательно, условие проверки на вторичную нагрузку примет вид: r2H ≥ r2расч , где r2H – допустимая вторичная нагрузка; Вторичная нагрузка ТА определяется сопротивлением приборов, подключенных ко вторичной обмотке ТА, сопротивлением проводов и контактов r2расч=r2риб+r2пров+r2конт , где r2расч – расчетное сопротивление приборов и проводов во вторичной обмотке; r2приб – сопротивление приборов, подключенных ко вторичной обмотке; r2конт – сопротивление контактов во вторичной обмотке; r2пров – сопротивление проводов. Чтобы определить rприб составляем таблицу, куда заносим приборы, подключаемые к трансформатору тока. Перечень приборов, подключаемых к ТА определяется по таблице 4.8 в учебнике. В таблице представлены приборы, подключаемые к трансформатору тока и напряжения, поэтому надо выбрать какие приборы из них подключены к ТА, а какие к трансформатору напряжения. Таблица 1 – Расчет мощности приборов Наименование прибора Тип прибора Потребляемая мощность, ВА ∑ Рекомендуется применять цифровые приборы или многофункциональные приборы, включающие в себя функции многих приборов. Если устанавливаются многофункциональные приборы, то необходимо отметить какие приборы они заменяют по функциям измеряемых величин. r2приб определяется по формуле: где – суммарная мощность потребляемая приборами, МВА; Сопротивление контактов определяем следующим образом: Если количество приборов ≤ 3, то принимаем 0,05 Ом. Если количество приборов > 3, то принимаем 0,1 Ом. Зная r2пров , можно определить сечения проводов. Принимая ; Определим сопротивления проводов rпров = - r 2приб - Определяем по формуле: где ρ – удельное сопротивление материала провода, Ом*мм2/м; для меди ρ = 0,0175, для алюминия ρ =0,028; rпров – сопротивление соединительных проводов, Ом; lрасч = К* lдейств – расчетная длина соединительных проводов, Ом; lдейств – длина соединительных проводов от трансформаторов тока до приборов, м; ориентировочно можно принять по таблице 2; К – коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформаторов тока; К = 1 – трансформаторы тока соединены в полную звезду; – используются трансформаторы тока 2-х фаз, соединенные в неполную звезду; К = 2 – используется трансформатор тока одной фазы. Во вторичных цепях ТА должны применяться медные провода, сечение которых исходя из условий механической прочности не должно быть меньше 2,5 мм2. Таблица 2 - Длина соединительных проводов от трансформаторов тока до приборов Наименование цепи lдейств, м Все цепи ГРУ 6-10 кВ, кроме линий к потребителям 40-60 Цепи генераторного напряжения блочных электростанций 20-40 Линии 6-10 кВ к потребителям 4-6 Все цепи РУ напряжением: 35 кВ 110 кВ 220 кВ 330-500 кВ 60-75 75-100 100-150 150-175 После выбора сечения провода, необходимо рассчитать действительное сопротивление провода и произвести окончательную проверку на вторичную нагрузку r2расч = rприб+rпров+rконт ≤ Трансформаторы напряжения Трансформатор напряжения (TV) предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. TV в отличие от TA работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик. Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением: . Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения Так же как и в трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180°. Это определяет угловую погрешность. В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3. Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток. В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника, а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду. Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y/Yо, или трехфазный трехобмоточный трансформатор. В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные — на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой и элегазовой изоляцией. Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В. TV с масляной изоляцией применяются на напряжение 6— 1150 кВ в ЗРУ и ОРУ. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ -20, ЗНОМ -24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной стали. В установках 110 кВ и выше до недавнего времени применялись TV типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на . Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом . Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на . Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом. Выбор трансформаторов напряжения Условия выбора: 1. По напряжению: UномTV ≥ UустРУ, 2. По схеме соединения: Трансформатор напряжения должен устанавливаться на каждой системе сборных шин, а если она секционирована, то на каждой секции. Эти трансформаторы должны иметь схему соединения обмоток Первичная обмотка заземляется для того, чтобы правильно показывали приборы на вторичной обмотке, вторичные обмотки заземлены для безопасности. Трансформаторы напряжения проверяются по вторичной нагрузке по условию: S2 РАСЧ ≤ S2 НОМ Для расчета нагрузки составляем таблицу. Наименование цепи Наименование прибора Тип прибора Потребляемая мощность одной катушкой, ВА Кол-во катушек Кол-во приборов ∑Потребляемая мощность, ВА