Лекция 13. Выбор и проверка измерительных трансформаторов в схемах энергоустановок.

Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока. Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током I_1ном (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40 000 А) и номинальным вторичным током I_2ном, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации K=I_1ном/I_2ном.

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью Δ I =(I₂K — I₁)100/ I (в процентах) и угловой погрешностью δ (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1—1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии — класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов — классов 1 и 3.

Нагрузка трансформатора тока — это полное сопротивление внешней цепи Z₂, выраженное в омах. Сопротивления r ₂ и х₂ представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S₂ = I²_2ном Z₂ В-А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z_2hом понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z_2ном дается в каталогах.

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости I_mдин или отношением k_дин=I_mдин/(√2I_1ном) Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости I_T или отношением k_T = I_T/I_1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости t_Т.

Условия выбора трансформаторов тока:

Рассмотрим подробнее, как рассчитывается нагрузка Z₂. Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому Z₂ ≈r₂. Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

Z₂=r_приб+r_пр +r_к

Сопротивление приборов r_приб=S_приб/I²_2ном, где S_приб — мощность, потребляемая приборами.

Трансформаторы тока установлены во всех цепях (цепи генераторов, трансформаторов, линий и пр.). Необходимые измерительные приборы в цепи выбираются по разработанным рекомендациям. Необходимо также учесть схемы включения и распределение приборов по комплектам или сердечникам трансформаторов тока.

Сопротивление контактов r_к принимают равным 0,05 Ом при двух-трех и 0,1 Ом — при большем числе приборов.

Зная Z_2hом, определяем допустимое сопротивление r_пр= Z_2hом – r_приб-r_к и площадь сечения провода S=ρl_расч/r_пр, где ρ — удельное сопротивление материала провода; l_расч — расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформаторов тока до приборов: при включении в неполную звезду l_расч = √З l при включении в звезду l_расч= l; при включении в одну фазу l_расч=2l.

Для разных присоединений принимается приблизительно следующая длина соединительных проводов I (в метрах):

Все цепи ГРУ 6—10 кВ, кроме линий к потребителям. 40—60

Линии 6—10 кВ к потребителям.... 4—6

Цепи генераторного напряжения блочных станций 20—40

Все цепи РУ 35 кВ....................... 60—75

Все цепи РУ ПО кВ.......................... 75—100

Все цепи РУ 220 кВ.......................... 100—150

Все цепи РУ 330—500 кВ................ 150—175

Для подстанций указанные длины снижают на 15—20%.

Полученная площадь сечения не должна быть меньше 4 мм² для проводов с алюминиевыми жилами и 2,5 мм² для проводов с медными жилами — по условиям механической прочности. Провода с площадью сечения больше 6 мм² обычно не применяются.

Выбор и проверка измерительных трансформаторов напряжения. Трансформаторы напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/√З В), коэффициента трансформации K=U_1ном/U _2ном В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2; 0,5; 1; 3.

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи ; под номинальной вторичной нагрузкой S_2ном понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двух обмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

В зависимости от назначения могут применяться разные схемы включения трансформаторов напряжения. Два однофазных трансформатора напряжения, соединенные в неполный треугольник, позволяют измерять два линейных напряжения. Целесообразна такая схема для подключения счетчиков и ваттметров. Для измерения линейных и фазных напряжений могут быть использованы три однофазных трансформатора, соединенные по схеме «звезда — звезда», или трехфазный типа НТМИ, третья обмотка которого соединена в разомкнутый треугольник и используется для присоединения реле защиты от замыканий на землю. Так же соединяются в трехфазную группу однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и НКФ.

Трансформаторы напряжения выбирают по условиям U_уст≤U_1ном, S₂≤S_2ном в намечаемом классе точности. За S_2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по схеме неполного треугольника.

Перечень измерительных приборов для расчетной цепи принимается на основании рекомендаций. Расчетную нагрузку приборов для упрощения расчетов не разделяют по фазам, тогда получают . При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывают, так как оно мало, однако сопротивление проводов создает дополнительную потерю напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения в проводах от трансформаторов к счетчикам не должна превышать0,5%, а в проводах к щитовым измерительным приборам - 3%. Обычно площадь сечения проводов принимают из условия механической прочности равной 1,5 и 2 мм² соответственно для медных и алюминиевых проводов.