Подстанции
16.02.2019

Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки. Измерительные трансформаторы в цепях учета - монтаж и эксплуатация счетчиков

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ДОПУСТИМОЙ ВТОРИЧНОЙ НАГРУЗКИ

С учетом тока нагрузки защищаемого элемента, его рабочего напряжения и вида РЗ выбирают тип ТТ и его номинальный коэффициент трансформации, после чего проводят проверку на термическую и динамическую стойкость. Выбранные таким образом ТТ проверяют на точность и надежность работы питающейся от них РЗ, исходя из следующих требований ПУЭ:

1) обеспечения точности работы измерительных органов РЗ при КЗ в расчетных точках электрической сети, выбираемых в зависимости от типа РЗ, при этом полная погрешность ТТ ε не должна превышать 10%;

2) предотвращения отказа срабатывания РЗ при наибольших значениях тока КЗ в начале участка, защищаемого РЗ, вследствие чрезмерного увеличения погрешности ТТ и искажения формы кривой вторичного тока, могущей вызвать вибрацию контактов у электромеханических реле, снижение чувствительности и быстродействия у полупроводниковых реле под влиянием высших гармоник;

3) ограничения напряжения во вторичных цепях ТТ и РЗ до допустимых значений при I к max .

Для выполнения первого требования, как правило, выбирается ТТ класса Р с коэффициентом трансформации, обеспечивающим необходимую кратность тока при КЗ в требуемой для рассматриваемой РЗ точке сети. Для выбора допустимой нагрузки при заданной кратности К расч = I к. pa сч /I 1 TT и полной погрешности ТТ ε ≤ 10% используются кривые предельной кратности, построенные по заводским данным, или характеристики намагничивания, снятые при разомкнутой первичной обмотке – вольт-амперные характеристики U 2 =f(I нам ).

Выбор z h по кривым предельной кратности К 10 = f (Z н). Этот метод является самым простым и им следует пользоваться как основным методом расчета требуемой точности работы ТТ класса Р:

а) рассчитывают значение максимального первичного тока КЗ I 1 расч max , при котором для рассматриваемой РЗ погрешность ε не должна превышать 10%;

б) вычисляют максимальную кратность найденного первичного тока I 1 расч max по формуле

в) по заводской характеристике K 10 = f(Z) для данного типа ТТ и принятого коэффициента трансформации К I определяют Z н.доп для К расч тах;

г) определяют действительное сопротивление нагрузки Z н с учетом сопротивления проводов и реле и проверяют выполнение условия Z н ≤ Z н.доп. Если окажется, что Z н > Z н.доп, то необходимо или увеличить коэффициент трансформации К I ТТ, или выбрать ТТ, у которого при К расч тах допускается большее значение Z н.доп, или уменьшить Z н (за счет увеличения сечения жил соединительного кабеля или сокращения его трассы), либо принять ТТ с вторичным номинальным током 1 А.

Выбор Z н по вольт-амперным характеристикам ТТ U 2 = f (I 2нам). При отсутствии сведений о погрешности ТТ его пригодность для данной РЗ и допустимую нагрузку вторичной цепи Z н можно приближенно оценить по характеристике зависимости вторичного тока намагничивания I 2нам от вторичного напряжения U 2 . Характеристику снимают опытным путем по схеме, приведенной на рис.3.7, а . Меняя напряжение U 2 на зажимах вторичной обмотки, измеряют соответствующий каждому значению U 2 ток I нам во вторичной обмотке, который является I нам,


поскольку первичная обмотка разомкнута. На основании полученных данных строится зависимость U 2 =f (I 2нам) (рис.3.7, б ).

Вследствие малого значения сопротивления вторичной обмотки Z 2 принимается, что U 2 ≈ E 2 , и тогда полученная характеристика может рассматриваться как зависимость Е 2 = f (I 2нам).

На основании этой характеристики можно определить значения Е 2 и I 2нам, при которых наступает насыщение (по точке Н – конец прямолинейной части), и, пользуясь формулой (3.9а), вычислить допустимую нагрузку Z н.доп при заданном токе КЗ I 2 = I 1 /K I . Погрешность ε = I 2 HAM Н /I 2 %. Этот метод может применяться для проверки погрешности ТТ, имеющих малое сопротивление R 2 по сравнению с Z н.

Для выполнения второго условия используется зависимость параметра А от токовой погрешности ТТ А = f(f i ). Начнем с рассмотрения поведения ТТ при кратностях первичного тока в насыщенной части характеристики намагничивания.

Работа ТТ в режиме глубокого насыщения. При КЗ в начале защищаемой зоны РЗ кратность первичных токов, проходящих через ТТ защищаемых элементов, может оказаться очень большой. В этих условиях ТТ могут работать в режиме глубокого насыщения, который характеризуется двумя особенностями: резким увеличением тока намагничивания ТТ с соответствующим ростом погрешностей (ε и f i) до 20% и более и значительным искажением формы кривой вторичного тока I 2 , в составе которого наряду с основной появляются и высшие гармоники. При этом как электромеханические, так и статические ИО, реагирующие на ток, могут отказать в работе: первые – из-за вибрации контактов, вторые – из-за изменения характеристик срабатывания реле. Чем больше значение погрешности ТТ (ε и f i),тем больше искажается форма кривых токов I 2 и I нам . Проверка надежности действия ИО при глубоком насыщении ТТ сводится к определению значения токовой погрешности при максимальной кратности тока КЗ К m ах = I к тах /I ном ТТ вслучае повреждения в начале защищаемого участка. Это значение f i не должно превосходить предельно допустимого, при котором еще обеспечивается правильная работа рассматриваемого ИО.

Расчет погрешностей ТТ, работающих в режиме насыщения, методом эквивалентных синусоид, при резком искажении синусоид токов I 2 и I нам, лает преувеличенные значения погрешности f i , а значение допустимой нагрузки получается меньше реального значения.

Более точным и простым способом расчета погрешностей насыщенного ТТ является способ, основанный на замене (аппроксимации) действительной характеристики намагничивания (рис.3.8, а ) прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН). При мгновенных значениях индукции B t < B s ,при которой наступает глубокое насыщение магнитопровода, характеристика намагничивания представляется в виде вертикальной прямой (рис.3.8, а ). При этом I нам = 0 и I 2 = I ’ 1 – работа ТТ считается идеальной.

При B t > B s магнитопровод ТТ насыщается, и дальнейшее изменение B t прекращается независимо от значения I нам. Характеристика намагничивания насыщенного ТТ изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс, мало отличаясь от действительной характеристики намагничивания на ее участке за точкой перегиба (точка H ) (рис.3.7). Схема замещения, характеризующая работу ТТ с ПХН, показана на рис.3.8, б . Ветвь намагничивания, соответствующая вертикальной прямой ПХН, должна иметь бесконечно большое сопротивление Х нам = ∞, поскольку I нам = 0, а при работе на горизонтальном участке ПХН Х нам скачкообразно уменьшается до нуля. При этом е 2 = 0, I" нам = I" 1 . Поэтому ветвь намагничивания в схеме замещения заменяется рубильником S (рис.3.8, б ). При работе ТТ в вертикальной части характеристики рубильник разомкнут (I нам = 0), а в горизонтальной – замкнут (Х нам = 0).

Кривые мгновенных значений (i 1 , i 2 , i нам), напряжения (u 2) и магнитной индукции (В) приведены на рис.3.9. Первичный ток i 1 определяется параметрами сети и имеет форму синусоиды. Вторичный ток i 2 на участках А совпадает с i 1 пока B t s .Bмомент времени t 1 индукция B t достигает значения B s (насыщения), рубильник S в схеме замещения (рис.3.8, б ) замыкается, i 2 → 0. Ток i 2 затухает по экспоненциальному закону с постоянной времени вторичной цепи τ = L 2 /R 2 . В момент времени t 2 (когда B t < B s ) магнитопровод ненасыщен, и ток i 2 снова равен i" 1 . В следующем полупериоде процесс повторяется. Методика на основе ПХН позволяет определить формы кривых I 2 и I нам и найти значение I 1 при котором наступает насыщение (момент t 1)и значение I нам при заданном значении I 1 max .



Для упрощения расчета погрешностей ТТ вводится коэффициент А , являющийся обобщенным параметром, определяющим при ε = 10% = const и соs φ = 0,8 значение токовой погрешности. Зависимость f i , = F(A) приведена на рис.3.10. Она построена с использованием обобщенных характеристик f i = F" (I l уд), полученных экспериментально на модели ТТ с магнитопроводом из одинакового сорта стали, с одинаковыми удельными параметрами. Поэтому. характеристика, приведенная на рис.3.10, справедлива для всех типов однокаскадных ТТ отечественного производства. Коэффициент А выражается в виде отношения максимального первичного тока I 1 max ,для которого ищется значение f i , к первичному току I расч 10 , определенному по кривым предельной кратности для заданной нагрузки Z н, при ε = 10%, cos φ = 0,8; А = I 1 max / I 1расч 10 , или в виде отношения кратностей этих токов: А = К 1 m ах /К 1расч 10 .

Пользуясь зависимостью f i , = F(A) , можно по заданному значению К 1 m ах находить значение f i , или по заданному f i , определять значение К 1 m ах.В обоих случаях для определения значения К расч10 необходимо иметь кривые предельной кратности К 10 = f(Z н.доп ) . Для реле разных типов допустимы разные значения f i доп при работе ТТ в условиях глубокого насыщения: 50% – для РТ-40, РТ-80 и РТ-90, направленных PC (индукционные и полупроводниковые с нуль-индикатором на магнитоэлектрическом реле); 40% – для РТ-40 (выпуск до 1969 г.) и РБМ с жесткими упорами и т.д.

При известном f i доп для конкретных реле и устройств РЗ из рис.3.10 определяется А и вычисляется отношение К m ах /А. Если К m ах /А > К расч, то в качестве расчетной кратности принимается К расч = К m ах /А.

Если К m ах /А < К расч, то в качестве расчетной сохраняется кратность К расч.

В ЦЕПЯХ УЧЕТА
Точность учета электроэнергии во многом зависит от правильного выбора измерительных трансформаторов. У трансформаторов тока начало и конец первичной обмотки обозначены соответственно буквами Л\ и Л2 (линия), а начало и конец вторичной обмотки соответственно Mi и И2 (измерение). Зажимы Л\ и И\ однополярны. Это значит, что если в первичной цепи мощность направлена от Л, к Л^ (зажим Л\ является генераторным), то зажим Иг является также генераторным. Он должен быть подключен к началу последовательной обмотки счетчика. Отметим, что в распределительных устройствах принята установка трансформаторов тока так, чтобы зажим Л1 был обращен к сборным шинам. Поэтому зажим Л\ и соответственно зажим Их являются генераторными при положительном направлении мощности.
У встроенных трансформаторов тока однополярными являются «верх» и зажим А вторичной обмотки.
На паспортной табличке трансформатора тока указывается его коэффициент трансформации в виде отношения номинального первичного тока к номинальному вторичному току. Номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно равен 5 а. Таким же должен быть и номинальный ток счетчика, включаемого в его обмотку. В некоторых случаях для электроустановок напряжением 110 кВ и выше изготовляют трансформаторы тока с номинальным током вторичной обмотки 1 а.
Трансформатор тока выбирается по номинальному напряжению и по максимальной длительной нагрузке данного присоединения, которая должна быть не выше 110% номинального тока этого трансформатора. В то же время необходимо помнить, что при токе менее 20%
номинального увеличиваются погрешности как счетчика, так и трансформатора тока и счетчик недоучитывает энергию. При нагрузке менее 10% номинальной погрешность счетчика становится недопустимой. Перегрузка же счетчика на 10-20% вполне допустима и не вызывает увеличения его погрешности. Поэтому не следует устанавливать трансформатор тока с номинальным первичным током, значительно превосходящим нагрузку данного присоединения. Завышенным по коэффициенту трансформации считается такой трансформатор тока, у которого при 25%-ной загрузке силового трансформатора или линии ток во вторичной обмотке будет менее 0,5 а.
Пример 1. Трансформатор 320 ква с первичным напряжением
6,3 кв имеет первичный номинальный ток



По условиям термической и динамической устойчивости выбран трансформатор тока с коэффициентом трансформации 75/5 а. При 25%-ной загрузке силового трансформатора ток первичной обмотки будет:


Ток во вторичной обмотке
Таким образом, трансформатор тока выбран неправильно и должен быть заменен на трансформатор 50/5 а.
Действительный коэффициент трансформации трансформатора тока отличается от номинального на некоторую величину, а вектор вторичного тока, протекающего во внешней цепи, не совпадает с вектором первичного тока. Другими словами, трансформатор тока обладает погрешностью по току и по углу. Наибольшая допускаемая погрешность обмотки трансформатора тока определяет его класс точности. Расчетные счетчики включаются в обмотку трансформатора тока класса 0,5. Счетчики, предназначенные для технического учета, могут подключаться к обмоткам трансформаторов тока класса 1.
Погрешность трансформатора тока зависит от величины его вторичной нагрузки. Под вторичной нагрузкой трансформатора тока понимают полное сопротивление его внешней вторичной цепи, равное сумме сопротивлений всех последовательно включенных обмоток измерено быть не менее 2,5 мм2, сечение алюминиевых жил - не менее 4 мм2. Сопротивление переходных контакте* принимают равным 0,1 ом.

Пример 2. Во вторичные обмотки класса 0,5 двух трансформаторов тока ТПФМ 200/5, соединенные в неполную звезду, включены счетчик активной энергии САЗ, счетчик реактивной энергии СРЗ и амперметр Э-30. Приборы расположены в коридоре управления распределительного устройства иа стенке ячейки. Длина соединительного провода от трансформатора тока до приборов (в один конец) равна 4 м. Провода медные сечением 2,5 мм2. Определить вторичную нагрузку трансформаторов тока.
Находим сопротивления приборов (см. также приложение 1).


Наименование
прибора

Потребляемая мощность, в-а

Сопротивление обмотки, ом

Амперметр

Сопротивление соединительных проводов



сопротивление переходных контактов равно 0,1 ом.
Суммарное сопротивление нагрузки

при максимально допустимом сопротивлении 0,6 ом.
Параллельные обмотки счетчиков в сети напряжением выше 0,4 кв питаются через трансформаторы напряжения. Обычно применяются трехфазные трансформаторы напряжения с группой соединения 12.
Векторы первичных напряжений при этом совпадают по фазе с векторами соответствующих вторичных напряжений.
Можно использовать также два однофазных трансформатора напряжения, соединенные по схеме открытого треугольника. В этом случае конец обмотки высокого напряжения одного трансформатора соединяется с началом обмотки другого. Так же соединяются и обмотки низкого напряжения (рис. 9). Начало обмотки высокого напряжения обозначается буквой А, а конец-буквой X. У обмотки низкого напряжения соответствующие буквы - а их.
Номинальное вторичное междуфазное напряжение трансформаторов напряжения равно 100 в. Счетчики, подключаемые к ним, должны иметь номинальное напряжение также 100 в. Трансформаторы напряжения обладают погрешностью в коэффициенте трансформации и угловой погрешностью. Наибольшие допускаемые погрешности определяют класс точности трансформатора напряжения.
Этому классу точности соответствует номинальная нагрузка его вторичной цепи, выраженная в вольт-амперах. Счетчики должны присоединяться к трансформатору напряжения класса 0,5. Фактическая нагрузка его вторичной обмотки не должна превышать номинальную для данного класса точности. Кратковременные нагрузки во внимание не принимаются. К ним относятся двигатели заводки пружинных приводов, лампы освещения ячеек, приборы синхронизации, обмотки реле, на которые напряжение подается только при работе защиты или автоматики.
Чтобы определить нагрузку трансформатора напряжения, выписывают из каталогов или справочников мощности 5прИб, в-а, или Рприб, вт, которые потребляют параллельные обмотки приборов и реле, а также их коэффициенты мощности. Затем определяют суммарную нагрузку трансформатора напряжения или группы однофазных трансформаторов напряжения по формуле



- суммарные соответственно активные и реактивные мощности, потребляемые всеми параллельными катушками.

Таким образом, нагрузка трансформатора напряжения равна допустимой для данного класса точности.
Пример 3. В цепь трансформатора напряжения НТМИ-6 (класс 0,5 при SH = 80 в-а) включены три счетчика активной энергии САЗУ, три счетчика реактивной энергии СРЗУ, вольтметр Э-31 и реле.времени ЭВ-235. Нагрузки определяют по следующей таблице (потребляемые мощности приборов и реле взяты из приложения 1).



Для выбора сечения соединительных проводов необходимо рассчитать падение напряжения в них, которое не должно превышать

  1. 5%. По условиям механической прочности сечение медных проводов должно быть не менее 1,5 мм, сечение алюминиевых проводов - не менее 2,5 мм2.

Вторичная обмотка трансформатора напряжения защищается плавкими вставками на ток 0,1 а либо автоматом. Должна быть предусмотрена сигнализация, действующая при перегорании вставок или отключении автомата.
Измерительные трансформаторы должны проходить следующие виды эксплуатационных проверок: измерение сопротивления изоляции обмоток, испытание обмоток повышенным напряжением, снятие вольт-амперной характеристики (для трансформаторов тока).

Рис. 11. Определение полярности обмоток трансформатора тока.
Измерение сопротивления изоляции обмоток высокого напряжения и их испытание повышенным напряжением проводится одновременно с испытаниями изоляции высоковольтного оборудования распредустройства.
Перед вводом в эксплуатацию, кроме вышеперечисленного, необходимо проверить полярность зажимов у трансформаторов тока и однофазных трансформаторов напряжения, а также группу соединения у трехфазных трансформаторов напряжения.
Полярность зажимов обмоток трансформаторов тока проверяется с помощью магнитоэлектрического прибора с обозначенной полярностью обмотки и нулем в середине шкалы по схеме, приведенной на рис. 11. Источник постоянного тока, в качестве которого используется сухая батарейка или аккумулятор напряжением 4-6 в, подключается последовательно с добавочным сопротивлением к первичной обмотке трансформатора тока. При этом плюс батарейки подключается к зажиму Л1, а минус - к зажиму Л2. Зажим прибора, обозначенный « + », подключается к зажиму Иi вторичной обмотки трансформатора тока, а зажим «-» к зажиму И2. Замыкая и размыкая ключом К цепь первичной обмотки трансформаторов тока, наблюдают за отклонением стрелки прибора П. Если при замыкании первичной цепи стрелка прибора будет отклоняться вправо, а при размыкании - влево, то выводы JI% и Я) являются однополярными, т. е. маркировка зажимов выполнена правильно.

Рис. 13. Характеристика намагничивания исправного трансформатора тока / и трансформатора тока с закороченными витками //.
Характеристика намагничивания, представляющая зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока от протекающего по ней тока намагничивания, является основной характеристикой, которая определяет исправность трансформатора тока.



Рис. 12. Снятие характеристики намагничивания трансформатора тока.
Для снятия характеристики намагничивания при разомкнутой первичной обмотке на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока подается переменное напряжение через регулировочный автотрансформатор АТ (рис. 12).
Увеличивая ступенями напряжение, для каждого его значения фиксируют величину тока. При новом включении, таким образом, снимаются 10-12 точек и строится характеристика намагничивания. При плановых проверках снимаются 3-4 точки и проверяется их совпадение со снятой характеристикой (рис. 13).
При наличии короткозамкнутых витков характеристика намагничивания резко снижается, как показано на рис. 13. Снижение характеристики может быть обнаружено при ее сравнении с характеристикой, снятой ранее, или с характеристиками однотипных трансформаторов тока.
В процессе эксплуатации необходимо также производить замеры нагрузок вторичных цепей измерительных трансформаторов, а также измерение падения напряжения в соединительных проводах трансформатора напряжения.
Случайные статьи