12. Выбор трансформаторов тока. Схемы соединения измерительных трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают:

а) по напряжению установки

(6.5)

б) по току установки

(6.6)

где I_{ПРОД,РАСЧ}  расчетный ток в продолжительном утяжеленном режиме.

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей;

в) по конструкции и классу точности;

г) по электродинамической стойкости:

(6.7)

где i_УД  ударный ток КЗ по расчету;

k_ЭД  кратность электродина­мической стойкости по каталогу;

I_1НОМ  номинальный первич­ный ток трансформатора тока;

i_ДИН  ток электродинамической стойкости по каталогу.

Электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительного уст­ройства, вследствие этого такие трансформаторы по этому усло­вию не проверяются;

д) по термической стойкости

(6.8)

где k_Т  кратность термической стойкости по каталогу;

t_TEP  вре­мя термической стойкости по каталогу;

В_К  тепловой импульс по расчету;

I_ТЕР  ток термической стойкости; вторичной нагрузке:

(6.9)

где Z₂  вторичная нагрузка трансформатора тока;

Z_2H0M  номи­нальная допустимая нагрузка трансформатора тока в

выбранном классе точности.

Рассмотрим подробнее выбор трансформаторов тока по вто­ричной нагрузке. Индуктивное сопротивление токовых цепей не­велико, поэтому Z₂  r₂. Вторичная нагрузка состоит из сопротив­ления приборов, соединительных проводов и переходного сопро­тивления контактов:

(6.10)

Сопротивление приборов определяется по выражению

(6.11)

где S_ПРИБ  мощность, потребляемая приборами;

I2  вторичный номинальный ток прибора.

Сопротивление контактов принимается 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов. Сопротивление соединительных проводов зависит от их длины и сечения. Чтобы трансформатор тока работал в выбранном классе точности, необ­ходимо выдержать условие:

(6.12)

(6.11)

Зная r_ПР, можно определить сечение соединительных проводов

(6.13)

где   удельное сопротивление материала провода. Провода с мед­ными жилами ( = 0,0175 Оммм²/м) применяются во вторичных цепях ос­новного и вспомогательного оборудования мощных электростан­ций с агрегатами 100 МВт и более, а также на подстанциях с выс­шим напряжением 220 кВ и выше. В остальных случаях во вторич­ных цепях применяются провода с алюминиевыми жилами ( = 0,0283 Оммм²/м);

l_РАСЧ  расчетная длина, зависящая от схемы соедине­ния трансформаторов тока (рисунок 6.6).

а  включение в одну фазу;

б  включение в неполную звезду;

в  включение в полную звезду

Рисунок 6.6  Схемы соединения измерительных трансформаторов

тока и при­боров

Длину соединительных проводов от трансформатора тока до приборов (в один конец) можно принять для разных присоедине­ний приблизительно равной, 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:

35 кВ ………………………………………………………… .. 60  75

110 кВ ………………………………………………………… 75  100

220 кВ ………………………………………………………. 100  150

330-500 кВ ……………………………………………………150  175

Синхронные компенсаторы ……………………………….. 25  40

Для подстанций указанные длины снижают на 15  20 %.

В качестве соединительных проводов применяют многожиль­ные контрольные кабели с бумажной, резиновой, полихлорви­ниловой или полиэтиленовой изоляцией в свинцовой, резино­вой, полихлорвиниловой или специальной теплостойкой оболоч­ке. По условию прочности сечение не должно быть меньше 4 мм² для алюминиевых жил и 2,5 мм² для медных жил. Сечение больше 6 мм² обычно не применяется.

30) Трансформаторы напряжения. Основные понятия и схемы соединения.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТV) предназначены:

1) для изоляции цепей напряжения измерительных ор­ганов от высокого напряжения;

2) для получения, независимо от номи­нального первичного напряжения U_1,HOM, стандартного значения вторич­ного напряжения U_2,НОМ.

Трансформаторы напряжения имеют стандарт­ное номинальное вторичное напряжение U_2,НОМ = 100 В или 100/ В.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения яв­ляется режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Схема включения однофазного трансформа­тора напряжения показана на рисунке 7.1, первичная обмотка вклю­чена на напряжение сети U₁ а ко вторичной обмотке (напряже­ние U₂) присоединены параллельно катушки измерительных при­боров и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторич­ной обмотки заземлен.

1  первичная обмотка

2  магнитопровод

3  вторичная обмотка

Рисунок 7.1  Схема включения трансформатора напряжения

Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков w₁ включается на напряжение сети U₁. Под действием напряжения по обмотке w₁ проходит ток намагничива­ния I_НАМ, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф.

Магнитный поток Ф наводит в первичной w₁ и вторичной w₂ обмотках ЭДС с дейст­вующими значениями со­ответственно E₁ = 4,44f w₁Ф, E₂ = 4,44fw₂Ф, где f  частота сети.

E₁/E₂ = w₁/w₂. (7.1)

Отношение w₁/w₂ на­зывается коэффициентом трансформации и обозна­чается К_U. В режиме холостого хода ток I₂ = 0, а ток в первичной обмотке I₁ = I_HAM. При этом U₂ = E₂ и напряжение U₁ незначительно отличается от ЭДС Е₁. Поэтому

К_U = w₁/w₂ = U₁/U₂. (7.2)

Работа трансформатора напряжения иллюстрируется схемой замещения (рисунок 7.2). Векторная диаграмма трансформатора напряжения приведена в [1, с. 200], [2], [3, с. 332], [4], [5, с. 669].

Рисунок 7.2  Схема замещения трансформатора напряжения

Работа трансформатора с нагрузкой Z_H (в виде, например, ре­ле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I₂ и уве­личением (по сравнению с холостым ходом) тока I₁' (рисунок 7.2).

Эти токи создают падение напряжения U в первичной и вторич­ной обмотках, вследствие чего U₂ = U₁'  U. Вторичное напряжение U₂ отли­чается от приведенного первичного U₁' по значению на U и по фазе на угол . Поэтому трансформатор имеет две погрешности:

1) погрешность напряжения f_U = (U/U₁')100, или вследствие незна­чительного угла 

f_U = [(K_UU₂ U₁)/U₁]100; (7.3)

2) угловую погрешность, которая определяется углом  между век­торами напряжений U₁' и U₂.

Значения погрешностей трансформатора напряжения опреде­ляются падением напряжения U, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (тока I₂). Вместе с ним возрастают и погреш­ности, поэтому нормальным режимом работы трансформатора на­пряжения является режим, близкий к холостому ходу.

Погрешность трансформатора напряжения зависит от конструкции магнитопровода, магнит­ной проницаемости стали и от cos 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 условиях эксплуатации трансформатор напряжения может работать с различными погрешностями. В зависимости от погрешностей установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3 соответственно погрешностям напряжения f_U в про­центах. Номинальная мощность трансформатора отнесена к определенному классу точности. Однако по условию нагрева он мо­жет допускать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного класса точности.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора на­пряжения, не должно превышать номинальную мощность транс­форматора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

Начала и концы обмоток трансформа­тора напряжения принято обозначать: А  начало первичной обмотки, а  начало вторичной обмотки; X  конец первичной обмотки, х  конец вторичной обмотки.

При этом напряжения U₁ и U₂, направленные одинаково от одно­именных концов обмоток, совпадают по фазе, если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора напряжения.

Буквенная часть трансформаторов напряжения означает:

Н  напряжения;

О  однофазный;

Т  трехфазный;

С  с естественным воздушным охлаждением (сухой);

Л  с литой изоляцией;

Г  с газовой изоляцией;

М  с естественным масляным охлаждением;

Ф  в фарфоровой покрышке;

З  с заземленным выводом первичной обмотки;

И  с обмоткой для контроля изоляции;

А  антирезонансный;

Цифровая часть в большинстве случаев означает:

а) первое число  класс напряжения;

б) второе число (если есть)  год разработки.

В серии литых трансформаторов (например, НОЛ.08-6) первая группа цифр (08) означает порядковый номер или шифр разработки, а вторая  класс напряжения. Буква (буквы) и цифра в конце означает климатическое исполнение и класс размещения.

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 (рисунок 7.3,а), а так­же трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рисунок 7.3,б).

Для измерения напря­жения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y₀/Y₀), или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рисунок 7.3,в). 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. Таким же образом в трехфазную группу соединяют­ся однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

Рисунок 7.3  Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения