Измерительные трансформаторы

К измерительным трансформаторам, устанавливаемым в РУ всех напряжений ПС, относятся трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН). Эти трансформаторы предназначены для питания вторичных цепей ПС, к которым подключаются приборы контроля, учета, релейной защиты и автоматики (РЗА).

Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования первичного тока (тока основной сети) до значения, которое будет соответствовать номинальным значениям тока приборов и аппаратов вторичных цепей, т.е. служат для питания цепей измерения, автоматики, сигнализации и защиты в электрических установках переменного тока. Его первичная обмотка подключается последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичная обмотка надежно изолируется от первичной, находящейся под высоким напряжением. Это гарантирует безопасность обслуживания вторичных цепей и подключаемых к ним приборов.

Рабочий режим ТТ близок к режиму короткого замыкания во вторичной цепи. Поэтому сопротивление токовых обмоток подключаемых приборов должно быть невелико, а размыкание вторичной обмотки не допускается, поскольку приводит к прекращению размагничивающего действия вторичного тока. Магнитный поток в сердечнике ТТ при этом будет формироваться током первичной обмотки, что приведет к его резкому увеличению и, соответственно, к росту активных потерь в стали и ее перегреву («пожару в сердечнике»). Это может привести к обгоранию изоляции и повреждению ТТ. Кроме того увеличение магнитного потока может дать наведение во вторичной обмотке значительной ЭДС, т.е. напряжение на вторичной обмотке может увеличиться до нескольких киловольт, что неприемлемо для изоляции вторичных цепей, а также опасно для обслуживающего персонала. Поэтому в случае необходимости выполнения переключений во вторичных цепях ТТ, предварительно должна устанавливаться шунтирующая перемычка между зажимами вторичной обмотки.

По принципу конструкции различают ТТ: опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные. По числу витков первичной обмотки различают одновитковые и многовитковые ТТ. Одновитковые в свою очередь подразделяются на стержневые, шинные и встроенные ТТ. Стержневые применяются для напряжений 6 – 10 – 35 кВ для подключения щитовых измерительных приборов и цепей защиты. Цепи учета не подключаются, т.к. погрешность этих ТТ не соответствует классу точности 0,5. Встроенные ТТ устанавливаются во вводах 35 кВ и выше силовых трансформаторов. Служат для подключения цепей релейных защит (дифференциальная защита трансформаторов не подключается). Шинные ТТ изготавливаются на токи до 24 кА, в качестве первичной обмотки служит шина или пакет шин, поэтому не имеют контактных присоединений. На рисунке 2.1 представлен внешний вид некоторых ТТ.

Номинальным первичным током ТТ является ток, на который он рассчитан. Номинальным вторичным током является ток, соответствующий току приборов и устройств, присоединяемых к вторичной обмотке ТТ. как правило, это токи 1, 2 и 5А. Значения номинальных токов ТТ [18] приведены в табл.3.2. Номинальный коэффициент трансформации ТТ – это отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному:

(3.6)

Проходной трансформатор тока типа ТПОЛ-10

Разъемные ТТ типа ТЗРЛ для защиты

Опорный трансформатор тока ТОЛ-10

Трансформатор тока шинный типа ТШЛ-0,66

Рисунок 2.4 – Внешний вид ТТ с литой изоляцией.

Таблица 3.2 – Параметры трансформаторов тока

Номинальный первичный ток трансформатора I_1ном, А	1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000
Номинальный вторичный ток I_2ном, А	1; 2; 5
Класс точности трансформатора или вторичной обмотки: для измерений и учета для защиты	0,1; 0,2; 0,2S2; 0,5; 0,5S2; 1; 3; 5; 103; 5Р; 10Р
Номинальная вторичная нагрузка S_2ном с индуктивно-активным коэффициентом мощности cos φ ₂ = 0,8, В·А	3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 60; 75; 100

Отношение числа витков вторичной и первичной обмоток ТТ принимают несколько меньше номинального коэффициента трансформации:

n_тт = w₂ / w₁ < К_{тт ном}

это позволяет компенсировать ток намагничивания и повысить точность измерения. Токовая погрешность определяется по выражению, %

(3.7)

Класс точности ТТ соответствует предельной токовой погрешности при первичном токе, равном 100-120% номинального.

Соответствующие значения номинальной вторичной нагрузки Z _2ном, определяют по формуле

(3.8)

где R и Х – суммарные активное и индуктивное сопротивления проводов, контактов и приборов, включенных в цепь вторичной обмотки. Величины Z₂или S_2ном для ТТ задаються паспортными данными для обмоток соответствующего класса точности.

В зависимости от вида вторичной нагрузки предъявляются различные требования к классу точности ТТ:

- 0,1 и 0,2 используются для лабораторных ТТ при необходимости выполнения точных измерений;

- 0,2S и 0,5S – для коммерческого учета (устанавливаются по согласованию сторон);

- 0,2, 0,5– для технического учета, 1, 3, 5 - для щитовых приборов;

- 5, 10З; 5Р, 10Р – для подключения устройств РЗА.

ТТ характеризуются также динамической и термической стойкостью.

Коэффициент динамической стойкости К _дин = i _дин. /(√2· I _1ном), где i _дин. – ток динамической стойкости, кА, который должен быть больше расчетного ударного тока i _уд.

. К _дин √2· I _1ном ≥ i _уд (3.9)

По термической стойкости

где В – интеграл Джоуля (см. раздел 1.4).

В зависимости от схем подключения измерительных приборов и устройств РЗА трансформаторы тока могут устанавливаться в одной, двух или трех фазах присоединения.

Измерительный трансформатор напряжения (ТН) – это трансформатор, предназначенный для преобразования первичного напряжения до величины, удобной для измерения и подключения средств защиты и автоматики. В трехфазной системе должны измеряться:

а) линейные напряжения;

б) напряжения фаз относительно земли;

в) напряжение нулевой последовательности, которое появляется в сети при замыкании одной фазы на землю.

По принципу устройства, схеме включения и режиму различают электромагнитные ТН и емкостные делители. Последние используются в сетях 500кВ и выше, которые для СЭС промышленных предприятий не используются. Электромагнитные ТН аналогичны силовым трансформаторам, но мощность их значительно ниже - десятки или сотни ВА. Режим работы ТН близок к режиму холостого хода, поэтому размыкание вторичной обмотки не приводит к опасным последствиям. Включение и отключение ТН производится разъединителями. Для защиты от КЗ во вторичных цепях устанавливают, как правило, автоматические выключатели максимального тока (например, серии АП-50 или ВА с электромагнитным расцепителем).

Номинальные первичные напряжения соответствуют шкале стандартных напряжений. Для однофазных ТН, первичные обмотки которых соединяются в звезду с заземленной нейтралью, в качестве первичных номинальных приняты фазные напряжения сети, например, 35/ или 110/ кВ. Номинальные вторичные напряжения основных вторичных обмоток установлены 100 и 100 В.

Номинальный коэффициент трансформации ТН

(2.8)

Как и для ТТ, n _TH = w₁ / w₂отличается от . Первичное напряжение определяют как · = U _1ном.

ТН изготавливаются в однофазном и трехфазном исполнениях. Трехфазные используются в сетях напряжением до 20 кВ включительно, для контроля состояния изоляции имеют обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник. Схема такого трансформатора представлена на рис. 2.6. При возникновении в сети замыкания фазы на землю (пробой изоляции), в цепи обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник и замкнутой на реле сигнализации появляется ток нулевой последовательности. Реле срабатывает и замыкает контакт в цепи сигнализации.

Рисунок 2.6 – Схема трехфазного трансформатора напряжения для сетей 6 – 10 кВ с обмоткой для контроля изоляции.

На сигнал

0 Щ