Справочник строителя | Оборудование РП и ТП

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Различают трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН). Их назначение:

снижение измеряемых токов и напряжений до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А или по напряжению 100 В);

безопасность измерений и удобство обслуживания приборов и реле, т. к. вторичные обмотки этих трансформаторов электрически не связаны с первичными.

В целях безопасности обслуживания измерительных приборов и реле вторичные обмотки ТТ и ТН заземляются. Этим устраняется опасность появления высокого напряжения на вторичных цепях при пробое изоляции высокого напряжения (переходе высокого напряжения на вторичные цепи). На рис. 1 поясняется принцип защиты вторичных цепей от высокого напряжения. Обозначения: 1 - проводник первичной обмотки ТТ (число витков обмотки равно 1); 2 - сердечник магнитопровода; 3 - вторичная обмотка; 4 - обмотка реле тока, включенного во вторичную цепь. При пробое изоляции первичной обмотки на вторичную цепь ток КЗ или замыкания на землю проходит через заземлитель и поэтому потенциал вторичной обмотки близок к потенциалу земли. Таким образом, на вторичной цепи напряжение мало и нет чрезмерной опасности поражения персонала электрическим током.

Рисунок 1. Назначение заземления вторичной обмотки ТТ

Основные требования к измерительным трансформаторам - точность, иными словами, минимальные погрешности. По точности ТТ и ТН имеют специальную характеристику - класс точности.

Под погрешностью измерения понимают разность между током или напряжением во вторичной цепи данного измерительного трансформатора и этой же величиной идеального измерительного трансформатора (идеальный трансформатор не имеет погрешностей).

Ток ТТ во вторичной цепи обозначают I₂, а вторичный ток идеального ТТ как I′₁. Поэтому погрешность ∆I = I₂ – I′₁.

Относительная погрешность - погрешность измерения, отнесенная к какой-либо величине. В данном случае

Относительная приведенная погрешность вычисляется по отношению к номинальному значению тока или напряжения.

Классом точности измерительного трансформатора называют наибольшую относительную приведенную погрешность, выраженную в процентах,

Допустим, требуется определить класс точности ТТ, если наибольшая разность (I₂ - I′₁)_наиб составила 0,1 А, I_2ном = 5 А.

Подставим указанные в условии значения в формулу для класса точности

Таким образом, класс точности ТТ равен 2.

Измерительные трансформаторы в городских сетях имеют классы точности 0,5; 1,0; 3,0. ТТ в схемах релейной защиты и автоматики имеют класс точности 10. Счетчики электрической энергии подключают к измерительным трансформаторам классов 0,5 и 1,0.

Трансформатор тока по существу представляет собой маломощный трансформатор с первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка имеет малое число витков (W₁ = 1÷З), а вторичная W₂ - несколько сот витков. Благодаря этому ток во вторичной цепи в сотни раз меньше тока в первичной цепи:

Во вторичной цепи ТТ должно быть включено незначительное сопротивление (обычно не более одного Ома), так как нормальным для ТТ является режим короткого замыкания. Режим короткого замыкания опасен для генераторов, силовых трансформаторов, поскольку он сопровождается большими токами. Для ТТ режим КЗ во вторичной цепи не опасен, что поясняется рис. 2.

Рисунок 2. Схема подключения ТТ

ТТ включается в сеть последовательно с сопротивлением нагрузки Z_нг, поэтому ток в его первичной цепи равен

Ток во вторичной цепи ТТ определяется коэффициентом трансформации К₁ = W₁/W₂ и составляет I₂ = I₁/К₁, т. е. не опасен для ТТ.

Режим холостого хода (разомкнута вторичная цепь) для ТТ является аварийным. Напряжение на разомкнутой вторичной обмотке достигает опасных для жизни значений. (Кроме того, возникает повышенный нагрев сердечника вихревыми токами, что может привести к выходу ТТ из строя.)

Каждый ТТ характеризуется следующими параметрами:

1.   Номинальное напряжение U_ном первичной цепи (в паспорте приводится значение линейного напряжения).

2.   Номинальные первичный I_1ном и вторичный l_2нoм токи.

3.   Класс точности.

4.   Номинальная мощность нагрузки, В·А.

5.   Свойства стойкости к токам КЗ (электродинамической и термической).

Так как первичная обмотка ТТ включена последовательно с нагрузкой (рис. 2), то при КЗ в цепи нагрузки по этой обмотке проходит ток КЗ электрической сети.

Обозначение ТТ состоит из букв и цифр. Первая буква Т обозначает - трансформатор тока, последующие буквы - способ установки (В - встроенный, П - проходной); конструкцию первичной обмотки (О - одновитковая, Ш - в виде шины, К - катушечная, 3 - звеньевая); основную изоляцию (Л - литая, Ф - фарфоровая); род установки (Н - наружная). Буквой М обозначают модернизированную конструкцию. Первая группа цифр - номинальное линейное напряжение; буква (буквы) с цифрами - климатическое исполнение; вторая группа - первичный и вторичный номинальный токи; третья - класс точности (0, 5 или Р). Сердечники класса Р используют для релейной защиты и электроавтоматики.

ПРИМЕР 1. Расшифровать обозначение ТТ ТЛМ-6УЗ-400/5-0,5/10 Р.

Решение:

Это трансформатор тока с литой изоляцией, модернизированной конструкции, внутренней установки (нет буквы Н в обозначении). Номинальное линейное напряжение - 6 кВ; климатическое исполнение У - умеренный климат; 3 - для закрытых помещений с естественной вентиляцией. Номинальные токи 400 А - первичный и 5 А - вторичный. ТТ имеет два сердечника со вторичными обмотками - один класса 0,5, второй для релейной защиты и автоматики (Р). По справочным данным, номинальная мощность нагрузки сердечника класса 0,5 S_2ном = 10 В·А. Номинальное сопротивление нагрузки этого сердечника ТТ можно вычислить по формуле

При подключении измерительных приборов и реле нужно обращать внимание на начала и концы обмоток ТТ. Выводы первичной обмотки обозначают буквами: Л1 - начало обмотки, Л2 - конец ее. Выводы вторичной обмотки обозначают, соответственно, буквами И1 (начало) и И2 (конец). Это особенно важно для подключения электрических счетчиков и ваттметров. При проверках ТТ используют правило: за начало вторичной обмотки принимают такой ее вывод, из которого ток вытекает, если на первичной стороне он втекает в начало первичной обмотки (рис. 3).

Рисунок 3. Начала и концы обмоток ТТ

ТТ напряжением выше 1 кВ устанавливаются в ячейках с выключателями РП часто в двух (крайних) фазах. Они необходимы для учета электрической энергии (к ним подключают двухэлементные электрические счетчики), измерения тока (при необходимости) и релейной защиты от КЗ. В третьей фазе ТТ не устанавливается, т. к. защита с ТТ в двух фазах реагирует на все виды междуфазных КЗ, а замыкание одной фазы на землю не сопровождается большим током. Последнее объясняется тем, что нейтраль сети напряжением 6-10 кВ изолирована. Следует, однако, отметить, что крайне желательно устанавливать ТТ во всех трех фазах, это диктуется необходимостью быстрого отключения двойных и тройных замыканий на землю в кабельных сетях. Вторичные обмотки ТТ напряжением 6-10 кВ соединяют на разность токов фаз (рис. 4, а), в неполную звезду (рис. 4, б) или полную звезду (рис. 4, в), если ТТ установлены во всех фазах. На напряжении до 1 кВ при глухозаземленной нейтрали сети необходимо устанавливать ТТ во всех трех фазах и применять трехэлементные электрические счетчики. Трехэлементный счетчик отличается от двухэлементного тем, что первый контролирует потребление электрической энергии во всех трех фазах, а второй - только в двух. ТТ напряжением до 1 кВ включают по схеме полной звезды (рис. 4, в).

Рисунок 4. Схема соединения вторичных обмоток ТТ

В схемах защиты от замыкания на землю сетей напряжением 6-35 кВ используют ТТ нулевой последовательности. Устройство такого ТТ показано на рис. 5. В качестве первичной обмотки используются токоведущие части всех трех фаз присоединения кабельной линии, которые проходят через окно сердечника. На сердечник намотана вторичная обмотка. Теоретически доказано, что ток во вторичной обмотке равен

где К_I - коэффициент трансформации (равен числу витков вторичной обмотки); ЗI₀ - утроенный ток нулевой последовательности, равный току замыкания на землю, проходящему по линии.

Рисунок 5. Трансформатор тока нулевой последовательности

ТТ нулевой последовательности бывают неразъемные и разъемные. Неразъемные одевают на кабель до изготовления воронки. Разъемные одевают на кабель, имеющий воронку. Обозначение этих ТТ: ТЗЛ и ТЗР. Буква З обозначает, что ТТ предназначен для защиты от замыкания на землю, а Р - разъемный.

Трансформатор напряжения (ТН) представляет собой маломощный силовой понижающий трансформатор, подключенный параллельно нагрузке (рис. 6). Число витков его первичной W₁ и вторичной W₂ обмоток относятся друг к другу как

где U₁ и U₂ - напряжения на первичной и вторичной обмотках ТН.

Рисунок 6. Схема подключения ТН

Точность работы ТН зависит от нагрузки вторичной обмотки. Один и тот же ТН может иметь классы точности 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 в зависимости от мощности нагрузки. В документации указывается также предельная мощность, определяемая допустимым нагревом при длительной работе.

ТН типа НТМИ-10 может работать в следующих классах точности:

Предельная мощность ТН по условию нагрева

Аварийным режимом для ТН является КЗ во вторичной цепи. При этом по обмоткам ТН проходят большие токи, приводящие к перегреву и выходу из строя изоляции обмоток и, соответственно, к КЗ в самом ТН. Поэтому в первичных и вторичных цепях ТН устанавливают аппараты зашиты (предохранители и автоматы).

Обозначение ТН состоит из букв и цифр. Первая буква Н - трансформатор напряжения. Если один из выводов однофазного ТН заземлен, то первой буквой обозначения является 3, а затем - Н. Следующие буквы О или Т указывают на число фаз ТН (однофазный, трехфазный). Далее идут буквы, обозначающие главную изоляцию аппарата: С - сухая; М - масляная; Ф - фарфоровая; Л - литая (эпоксидная основа). Последняя буква обозначения И - для сетей с изолированной нейтралью. У антиферрорезонансного ТН в обозначении имеется буква А.

Первая цифра после дефиса в обозначении - номинальное линейное напряжение первичной обмотки (6 или 10 кВ). Цифра после второго дефиса обозначает год разработки аппарата; буквы после чисел: У - климат умеренный; цифра 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

ПРИМЕР 2. Расшифровать обозначение НТМИ-10-66УЗ.

Решение:

Трансформатор напряжения, трехфазный, с масляной изоляцией, для работы в сетях с изолированной нейтралью. Номинальное линейное напряжение 10 кВ. Год разработки 1966. Климатическое исполнение - для умеренного климата. Предназначен для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

Для работы на открытом воздухе нужно использовать аппараты с цифрой 1 после букв У или ХП, а в помещениях со свободным доступом наружного воздуха - с цифрой 2.

Параметры ТН:

номинальное линейное напряжение на стороне ВН U_1НОМ;

номинальные напряжения вторичных обмоток U_2НОМ;

номинальные мощности вторичных обмоток S_2HОM.

Так как ТН подключается параллельно нагрузке (рис. 6), то его обмотки не обтекаются током при КЗ в цепи нагрузки. Поэтому ТН не должен обладать электродинамической и термической стойкостью к току КЗ в электрической сети.

ТН устанавливают в одной, двух и трех фазах. Простейшая схема с установкой ТН в одной фазе применяется для пуска АВР (рис. 7, а). Схема с двумя ТН с соединением обмоток в неполный (открытый) треугольник приведена на рис. 7, б. Она применяется для подключения двухэлементных трехфазных электрических счетчиков и ваттметров (варметров). Схема с тремя однофазными ТН или одним трехфазным ТН приведена на рис. 7, в. В этой схеме первичные обмотки W₁ соединены в звезду; вторичные W₂ - также в звезду. Имеются дополнительные вторичные обмотки W_Д, соединенные в разомкнутый треугольник. Последние обмотки представляют собой фильтр напряжения нулевой последовательности, т. е. напряжение на их зажимах а_д и z_д равно утроенному вторичному напряжению нулевой последовательности

где K_U = U_2ном/U_1ном коэффициент трансформации ТН (для дополнительных обмоток);

U₀ - напряжение нулевой последовательности на стороне ВН.

Рисунок 7. Схемы соединения трансформаторов напряжения

Коэффициент трансформации для дополнительных обмоток подбирается таким образом, чтобы при замыкании фазы на землю на стороне ВН напряжение на выводах а и z составляло 100 В.

Нейтраль первичных обмоток трехфазного ТН серии НТМИ или НАМИ заземлена, чтобы можно было измерить фазные напряжения, а самое главное, - чтобы обнаруживать замыкания одной фазы на землю. Чтобы такой ТН мог длительно работать при замыкании одной фазы в сети ВН на землю, его магнитопровод выполнен пятистержневым, как это показано на рис. 8.

Рисунок 8. Трансформатор напряжения серии НТМИ

Дополнительные стержни (на которых нет обмоток) необходимы для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности. Последнее исключает появление повышенных значений токов в первичных обмотках ТН при замыканиях на землю в питающей сети.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях