5.1.2. Выбор трансформаторов напряжения и тока

Трансформатор напряжения (TV) – трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичное напряжение практически пропорционально первичному напряжению и при правильном включении совпадает по фазе.

Трансформаторы напряжения служат для понижения напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и приборы релейной защиты и автоматики. Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерений на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя пределы их измерения. Обмотки реле, включаемые через трансформаторы напряжения, также, как правило, имеют стандартное исполнение.

Трансформаторы напряжения выбираются:

• по напряжению установки;

• по конструкции и схеме соединения обмоток;

• по классу точности;

• по назначению;

• по вторичной нагрузке:

,

где – номинальная мощность в выбранном классе точности, ВА; - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединённых к трансформатору напряжения, ВА:

По [23], стр. 277-282 составляем перечень измерительных приборов. Выбор трансформатора напряжения выполняем для одной системы шин. Для второй системы шин выбор проводится аналогичным образом.

К шинам 220 кВ подключаются 2 блочных автотрансформатора, 1 блочный трансформатор и 4 линии связи с системой.

Допустимо ваттметры и варметры с двусторонней шкалой заменять на приборы с односторонней шкалой (при этом их количество возрастает в два раза).

Подключим по одному трансформатору напряжения на каждую из шин и разнесем равномерно приборы между измерительными трансформаторами. Тогда для одного трансформатора напряжения получим следующий перечень приборов.

Измерительные приборы, подключаемые к трансформатору напряжения

Таблица 5.1.2.1.

Прибор	Тип	одной обмотки, ВА	Число обмоток			Число приборов	Общая
							, Вт	, вар
ВЛ 220 кВ (4 линии/2TV)
Ваттметр	Д-335	1.5	2	1	0	4	12	0
Варметр	Д-335	1.5	2	1	0	4	12	0
Счетчик активной энергии	Меркурий 233	2	2	0,5	0,866	2	4	6,928
Датчик активной мощности	Е-829	10	-	1	0	2	20	-
Датчик реактивной мощности	Е-830	10	-	1	0	2	20	-
Фиксатор тока и напряжения импульсного действия	ФИП	3	1	1	0	2	6	0
Сборные шины (2 шт./2TV)
а) показывающие
Вольтметр	Э-335	2	1	1	0	1	2	0
б) регистрирующие
Вольтметр	Н-344	10	1	1	0	1	10	0
Ваттметр	Н-395	10	2	1	0	1	20
Частотомер	Н-397	7	1	1	0	1	7
Сумма:							113	6,928
							113,212 ВА

К установке по [7] приняли многофункциональный счётчик электроэнергии Меркурий 233 класса точности 0,2S. Он предназначен для одно- или двунаправленного учета активной и реактивной электрической энергии и мощности в трехфазных 3-х или 4-х проводных сетях переменного тока через измерительные трансформаторы или непосредственно с возможностью тарифного учёта по зонам суток, долговременного хранения и передачи накопленной информации по цифровым интерфейсным проводным или беспроводным каналам связи в центры сбора информации. Счётчики Меркурий 233 эксплуатируются автономно или в составе любых информационно-измерительных систем технического и коммерческого учёта. Отличительными особенностями данного счётчика является применение двух сменных интерфейсных модулей для максимальной гибкости в построении сетей сбора информации и наличие встроенного реле отключения нагрузки.

Рис. 5.1.2.1. Внешний вид счётчика электрической энергии Меркурий 233

Поскольку к установке были приняты трансформаторы, выключатели и разъединители отечественного производства, то трансформаторы напряжения по возможности выберем среди отечественных разработок. В настоящее время наиболее перспективными являются однофазные антирезонансные трансформаторы напряжения типа НАМИ, выпускаемые ОАО Раменский электротехнический завод «Энергия» [13], способные работать в классе точности 0,2. Антирезонансные трансформаторы напряжения за счёт усовершенствованной конструкции исключают возможность резонансных перенапряжений, которые являются частой причиной выхода из строя обычных трансформаторов напряжения. Приводить в курсовом проекте информацию относительно того, каким именно образом обеспечивается исключение резонанса, не будем, поскольку непосредственно к теме проектирования этот вопрос не относится.

Рис. 5.1.2.2. Внешний вид антирезонансных трансформаторов напряжения НАМИ-110 (слева) и НАМИ-220 (справа)

Трансформаторы напряжения имеют каскадную конструкцию (кроме 110 кВ) и состоят из отдельных ступеней в фарфоровых корпусах. Каждая ступень имеет обособленную маслянную систему с многообъемным маслянным затвором. Объем масла в затворе обеспечивает отсутствие прорыва воздуха через затвор при суточных колебаниях температуры. Антиферрорезонансные свойства трансформаторов подтверждены испытаниями в действующих ОРУ.

Параметры антирезонансных трансформаторов напряжения

Таблица 5.1.2.2.

Тип	Номинальное напряжение обмоток, кВ				Наибольшее рабочее напряжение первичной обмотки частоты 50 Гц, кВ	Номинальная мощность ВА в классах точности									Группа соединения обмоток
	первичной	вторичной основной №1	вторичной дополнительной №2	вторичной основной № 3		вторичной основной №1				вторичной дополнительной №2	вторичной основной № 3
						0,2	0,5	1	3	3	0,2	0,5	1	3
НАМИ-110 УХЛ1	110/√3	0,1/√3	0,1	0,1/√3	126/√3	120	250	400	600	1200	120	250	400	600	1/1/1/1- 0-0-0
НАМИ-220 УХЛ1	220/√3	0,1/√3	0,1	0,1/√3	252/√3	200	400	600	800	1200	120	250	400	600

Проверяем условие :

.

Номинальную мощность трансформатора напряжения умножаем на 3, так как для однофазных трансформаторов напряжения, соединенных в звезду, следует брать суммарную мощность всех трех фаз. Таким образом, трансформатор способен работать в классе точности 0,2 при данной вторичной нагрузке.

По [18] на электростанциях и подстанциях для вторичных цепей следует применять контрольные кабели с алюминиевыми жилами из полутвердого алюминия. Контрольные кабели с медными жилами следует применять во вторичных цепях:

1) электростанций с генераторами мощностью более 100 МВт, при этом для вторичной коммутации и освещения объектов химводоочистки, очистных, инженерно-бытовых и вспомогательных сооружений, механических мастерских и пусковых котельных следует применять контрольные кабели с алюминиевыми жилами;

2) подстанций с высшим напряжением 330 кВ и выше, а также подстанций, включаемых в межсистемные транзитные линии электропередачи;

3) дифференциальных защит шин и устройств резервирования отказа выключателей 110-220 кВ, а также средств системной противоаварийной автоматики;

4) технологических защит тепловых электростанций;

5) с рабочим напряжением не выше 60 В при диаметре жил кабелей и проводов до 1 мм;

6) размещаемых во взрывоопасных зонах классов В-1 и В-1а электростанций и подстанций.

Для соединения трансформатора напряжения с приборами примем кабель КВВГ (с медными жилами с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке) с сечением жил 2,5 мм² (по условию механической прочности из [18] сечение должно быть минимум 4 мм² для алюминиевых жил и 2,5 мм² для медных жил, поскольку подключены счетчики). В ПУЭ также отдельно оговариваются случаи применения кабелей меньшего сечения (1,5 мм² – для меди, 2,5 мм² – для алюминия).

Выполним проверку по потерям напряжения.

По [18] для цепей напряжения потери напряжения от трансформатора напряжения при условии включения всех защит и приборов должны составлять:

• до расчетных счетчиков и измерительных преобразователей мощности, используемых для ввода информации в вычислительные устройства, — не более 0,5%;

• до расчетных счетчиков межсистемных линий электропередачи — не более 0,25%;

• до счетчиков технического учета — не более 1,5%;

• до щитовых приборов и датчиков мощности, используемых для всех видов измерений, — не более 1,5%;

• до панелей защиты и автоматики — не более 3% .

При совместном питании указанных нагрузок по общим жилам их сечение должно быть выбрано по минимальной из допустимых норм потери напряжения.

Расчётный ток во вторичной цепи при условии равномерной загрузки фаз:

.

Определяем сопротивление кабелей:

,

где:

- удельное сопротивление меди;

- длина кабеля по [15], стр. 170.

Потеря напряжения:

.

Получили величину потери напряжения больше , что не удовлетворяет требованиям ПУЭ для подключения счётчиков.

Тогда увеличим сечение кабеля до 4 мм²:

;

.

Полученная потеря напряжения удовлетворяет требованием ПУЭ.

Так как трансформатор напряжения НАМИ-220УХЛ1 удовлетворяет всем требованиям, то принимаем его к установке вместе с кабелем КВВГ сечением 4 мм².

На термическую и электродинамическую стойкость трансформаторы напряжения не проверяются.

Трансформатор тока – трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении совпадает по фазе. Трансформатор тока (TA) применяют при измерении больших токов, когда непосредственное включение приборов на полный ток электрической цепи невозможно. В этом случае измеряемый ток с помощью ТА понижают до значений, соответствующих шкале прибора.

При выборе трансформаторов тока на напряжение 220 кВ будем ориентироваться на продукцию отечественных производителей, поскольку параметры современного электрооборудования, производимого у нас в стране, не уступают параметрам зарубежных разработок, зато его стоимость существенно ниже. Кроме того, обратную связь с производителем в случае приобретения отечественного оборудования наладить проще, что значительно сокращает сроки ремонта и упрощает эксплуатацию.

Одной из самых последних разработок на отечественном рынке трансформаторов тока являются трансформаторы тока типа ТОГФ, выпускаемые ЗАО электротехнический завод «КУРС» [13]. Трансформаторы предназначены для работы на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом.

Рис. 5.1.2.3. Трансформатор тока серии ТОГФ-110, 220

Назначение 1) Трансформатор тока серии ТОГФ-110, 220 предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления в открытых и закрытых распределительных устройствах переменного тока частоты 50 Гц на номинальное напряжение 110 и 220 кВ. 2) Трансформатор тока предназначен для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом (климатическое исполнение УХЛ1* по ГОСТ 15150-69), при этом:

• верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха плюс 40 0С,

• нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха минус 55 0С;

• высота над уровнем моря — не более 1000 м. 3) Механическая нагрузка от ветра скоростью до 40 м/с и от натяжения проводов в вертикальном направлении к плоскости выводов — 1000 Н (100 кгс) и горизонтальном направлении в плоскости выводов — 1000 Н (100 кгс).

Конструктивные особенности

• трансформатор тока взрывобезопасного исполнения, что обеспечивается наличием защитного устройства;

• трансформатор тока пожаробезопасного исполнения, что обеспечивается применяемыми в конструкции материалами и негорючим инертным газом

• применение элегазовой изоляции с низким уровнем утечек;

• наличие надежных уплотнений, обеспечивающих герметичность изделия, в том числе при низких температурах окружающего воздуха;

• стальные части трансформатора тока и опорные металлоконструкции имеют надежное долговременные покрытия горячим цинкованием не менее 100 мкм или термодиффузионным цинком;

• обеспечение требуемых заказчиком параметров;

• применение надежных комплектующих;

• трансформатор тока практически необслуживаемый;

• трансформаторы тока могут поставляться по заказу с рамой под три трансформатора , опорными стойками под раму или без них. Показатели надежности и долговечности

• срок службы — 40 лет;

• межревизионный период — 20 лет;

• межповерочный интервал — 6 лет;

• гарантийный срок — 5 лет. Элегаз по составу и химическим свойствам должен соответствовать ТУ 6-02-1249-83, при этом содержание влаги не должно превышать 5 ppm по массе, содержание паров минеральных масел — не более 5 ppm по массе, азот — ГОСТ 9293-74 (повышенной чистоты, 1 сорта). Условное обозначение ТОГФ — 110Х — Х/Х — Х-Х-Х / Х-Х-Х УХЛ1* Т — трансформатор тока; О — опорного исполнения; Г — газонаполненный; Ф — с фарфоровой покрышкой; 110 — номинальное напряжение, кВ; Х — степень загрязнения изоляции по ГОСТ 9920; Х/Х — классы точности вторичных обмоток; Х-Х-Х — номинальные первичные токи, А; Х-Х-Х — номинальные вторичные токи, А; УХЛ1* — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.

Номинальные параметры трансформаторов тока ТОГФ

Таблица 5.1.2.3.

, кВ	Номинальный ток, А		Номинальная нагрузка в классе точности 0,2S, ВА		Ток электродинамической стойкости, мгновенное значение, кА		Термическая стойкость
	первичный	вторичный					Допустимый ток, кА/допустимое время, с
220	2000	1		20		102		40/1

Выбор трансформаторов тока на ОРУ 220 кВ

Таблица 5.1.2.4.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по трансформатору тока ТБМО-220УХЛ1
	(рассчитывается ниже)

По [23], стр. 277-282 состав приборов будет следующим:

Измерительные приборы, подключаемые к трансформатору тока

Таблица 5.1.2.5.

Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, ВА
		А	В	С
Амперметр	Э-377	0,1	0,1	0,1
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0.5
Варметр	Д-304	0,5	-	0.5
Счетчик активной и реактивной энергии	Меркурий 233	0,1	-	0.1
Сумма:		1,2	0,1	1,2

Согласно тому же источнику амперметры ставятся во все три фазы, поэтому соединяем трансформаторы тока в полную звезду. Таким образом, наиболее нагруженными оказались фазы A и С, поэтому расчет будем вести по ним.

По [17], стр. 170 длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов для РУ 220 кВ принимается равной 100 м.

Выразим номинальную вторичную нагрузку в Омах:

.

Сопротивление приборов:

.

Тогда сопротивление проводов:

,

где при количестве приборов более 3.

По [18] провода с медными жилами применяются во вторичных цепях основного и вспомогательного оборудования мощных электростанций с агрегатами 100 МВт и более.

Рассмотрим кабель с медными жилами, длиной 100 м. Схема соединения трансформаторов тока, как указывалось ранее, - полная звезда, поэтому .

.

Принимаем кабель КВВГ (с медными жилами, с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке) сечением 2,5 мм² из условия механической прочности. Делаем проверку:

.

, что меньше номинальной вторичной нагрузке трансформатора тока в 20 Ом.

Таким образом, трансформатор тока ТОГФ-220УХЛ1 проходит по всем параметрам и принимается к установке на ОРУ 220 кВ.