книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

сяч вольт. Это опасно для жизни обслуживающего персонала и мо­ жет повредить изоляцию реле, измерительных приборов, соедини­ тельных проводов. Значительное же возрастание индукции в стали вызывает сильный нагрев его сердечника, сечение которого из эко­ номических соображений выбрано небольшим, соответствующим малым расчетным значениям индукции нормального режима транс­

форматора. Перегрев сердечника ве­ дет к перегреву изоляции обмоток и повреждению. Таким образом, холо­ стой ход для трансформаторов тока является аварийным режимом, кото­ рый допускать нельзя. Если необхо­ димо отключить приборы и реле от вторичной обмотки трансформатора тока, необходимо предварительно надежно закоротить ее зажимы с помощью перемычки.

Трансформаторы тока не только снижают ток, подводимый к зажимам приборов и реле, до необходимого, но и надежно отделя­ ют эти приборы от высокого напряжения, при котором может рабо­ тать первичная цепь. Если возникает пробой изоляции с первичной обмотки на вторичную, то вторичная обмотка оказывается под вы­ соким потенциалом относительно земли. Для безопасности персона­ ла и сохранения целости изоляции, подключенных ко вторичной об­ мотке приборов и реле, вторичную обмотку трансформаторов тока надежно заземляют.

В настоящее время отечественные заводы выпускают трансфор­ маторы тока на все стандартные напряжения до 750 кВ (включи­ тельно). По конструкции трансформаторы тока различны. Транс-

162

Рис. 106. Схема включения приборов и реле через трансформато­ ры тока

6*

форматоры, изготовляемые для внутренних установок на напря­ жение до 3000 В, могут выполняться многовитковыми, с одним сер­ дечником. Они рассчитаны на токи 10—600 А.

При больших токах и напряжениях выше 1000 В выпускаются одновитковые (стержневые) трансформаторы тока, рассчитанные на 150—200 А и выше. В расчете на токи более 600—1000 А изго­ товляют только одновитковые трансформаторы тока. Первая обмот­ ка их выполнена в виде стержня, помещенного внутрь фарфорового проходного изолятора и образует как бы один виток бесконечно большого радиуса. Вторичная обмотка размещена на цилиндриче­ ских сердечниках из ленточной стали. Некоторые трансформаторы тока выполняют с одной первичной обмоткой, двумя сердечниками и двумя вторичными обмотками (сердечники могут быть различно­ го класса точности). При такой конструкции требуется меньше мес­ та для их размещения по сравнению с установкой двух одностерж­ невых трансформаторов и достигается экономический эффект.

Изготовляют также трансформаторы тока проходного типа. С их помощью можно не только измерить ток, но и провести токо­ ведущую часть через стену в соседнее помещение.

На рис. 102 показано устройство трансформаторов тока, а на рис. 103 — трансформатор тока проходного типа. В установках на­ пряжением 35 кВ и выше, открытых и закрытых, применяют транс­ форматоры тока ТФН с обмотками, размещенными в фарфоровых корпусах, залитых трансформаторным маслом. Эти трансформато­ ры многовитковые (рис. 104).

При очень высоких напряжениях (220 кВ и более) надежно изо­ лировать вторичную обмотку трансформаторов тока очень трудно. В этих случаях применяются каскадные трансформаторы (рис. 105).

Кроме описанных конструкций, широко распространены при на­ пряжении 35 кВ и выше так называемые встроенные трансформато­ ры тока. Их встраивают в различные аппараты: силовые трансфор­ маторы, масляные выключатели и т. п. Кольцевой сердечник этих трансформаторов, на котором размещена вторичная обмотка, наде­ вают на проходной изолятор вывода; токоведущий стержень про­ ходного изолятора в этом случае служит первичной обмоткой. Та­ кие трансформаторы тока дешевле, но отличаются малой мощ­ ностью и невысокой точностью.

§ 40, ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, номинальному первичному току, виду установки, конструктивному выполнению, классу точности (по вторичному номинальному току их выбирают только в том случае, если ЬтшфЪ А).

Вторичную обмотку выбранного по этим параметрам трансфор­ матора проверяют на соответствие ее номинальной мощности той мощности последовательных обмоток приборов и реле, которые бу­ дут к ней подключены. При этом должно быть соблюдено условие:

164

■ Р г н о м .т .т ^ ^ г т .т , где Р 2т.т — действительная мощность, которая должна быть получена со вторичной обмотки трансформатора или Z2hom^ Z 2 (если подключаемая ко вторичной обмотке нагрузка z2 задана в Омах).

Выбранный трансформатор тока проверяют на термическую и электродинамическую устойчивость при коротких замыканиях. Его термическая устойчивость характеризуется односекундным током короткого замыкания, определяемым из выражения

== /43) ] / - /С т/ t

Здесь /Ст — коэффициент термической устойчивости трансфор­ матора тока.

Полученное значение должно быть меньше или равно приведенно­ му в каталоге, т. е. / ю расч^Лс кат-

Электродинамическую устойчивость трансформатора тока опре­

деляет динамический коэффициент (/СДШ1); KJWH= ip(3'>lY2 -IlmM- Необходимо, чтобы Адин.расч^ Адин.катПроходные трансформаторы проверяют также на усилие, создаваемое на колпачке изолятора трансформатора тока при протекании ударного тока короткого за­ мыкания. Действующая на колпачок сила F зависит от рас­ стояния между фазами а и расстояния b от колпачка до ближайше­ го опорного изолятора:

Пр(3)2 — кА, b и а — см). Необходимо, чтобы ЕРаоч^Дкат.

П р и м е р . Выбрать и проверить на устойчивость при коротких замыканиях трансформаторы тока в цепи трансформатора собст­ венных нужд насосной станции (по условиям эксплуатации транс­ форматор может быть длительно перегружен на 18%). Трансфор­ маторы тока выбрать с двумя сердечниками: один из сердечников — для питания токовых обмоток приборов (см. рис. 106), второй —

165

чику будут производиться денежные расчеты. Нагрузки, создавае­ мые последовательными обмотками подключенных приборов, при­ ведены в табл. 5.

Для соединения трансформаторов тока с измерительными при­ борами применен медный провод сечением q = 2,5 мм2*. Расстояние от места установки трансформаторов тока до щита, на котором рас­ положены измерительные приборы / = 25 м, напряжение установки 10 кВ. Ток нагрузки трансформатора собственных нужд (трансфор­

матор ТМ4000/10) равен / 1ном = 4000/уЗ-10= 231 А. Поскольку по условиям эксплуатации возможна длительная перегрузка транс­ форматора на 18%, то максимальный ток первичной обмотки цепи будет равен /такс = /том -1,18 = 231-1,18 = 273 А. Расстояние между соседними фазами установки а = 40 ем. Расстояние между транс­ форматорами тока и ближайшими опорными изоляторами 6 = 50 см. Токи короткого замыкания установки /"<3) = 40 кА, Iоо(3) = 28 кА. Про­ должительность действия основной защиты трансформатора собст­ венных нужд £р= 0,25 с. Выключатель в цепи трансформатора обыч­ ного типа (^в = 0 , 2 с).

Р е ш е н и е . В соответствии с основными заданными параметра-- ми цепи выбираем трансформатор тока ТПФМ-10 с двумя сердеч­ никами. Сопоставляем расчетные и гарантируемые по каталогу значения:

Ад— коэффициент динамической устойчивости трансформаторов тока;

н( —коэффициент термической устойчивости трансформатора.

Пр и м е ч а н и я : 1. Выражения, характеризующие динамическую и термическую ус­ тойчивость трансформатора тока, записаны для удобства в виде общих условий. Легко

убедиться, что проверка устойчивости (путем сравнения расчетных коэффициентов с ката­ ложными) в форме, приведенной выше, даст тот же качественный результат.

2. Вследствие относительно большой мощности сердечника класса 3 соответствие его гарантированной мощности расчетной не проверяется.

Так как наиболее загруженным оказывается трансформатор тока фазы А, то на нагрузку, создаваемую приборами этой фазы, и будем вести расчеты (SA npH6 = 8,525 ВА)

166

Определим полную нагрузку трансформатора тока фазы А:

условиям нагрузки необходимо либо выбрать более мощный транс­ форматор, либо уменьшить расчетную нагрузку.

Используем вторую возможность. Выберем соединительные про­

удовлетворено, и выбранный трансформатор тока будет работать

характеризующее термическую устойчивость трансформатора, для чего предварительно определяем

Таким образом, / оо<3)2-^ф= (28)2-0,532 = 417 кА2 с.

Сравнивая расчетные значения, характеризующие термическую и динамическую устойчивость необходимого трансформатора с со­ ответствующими данными трансформатора, выбранного по ката­ логу, видим, что последний не удовлетворяет условию динамиче­ ской устойчивости.

Возьмем другой, более устойчивый в динамическом отношении трансформатор тока, например ТПФМУ-10. Сопоставляем расчет­ ные и гарантируемые каталогом параметры трансформаторов:

167

Из сравнения этих данных видно, что выбранный трансформатор тока удовлетворяет всем необходимым условиям.

§ 41. ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформаторы напряжения предназначены для снижения на­ пряжения (пропорционально коэффициенту трансформации), под­ водимого к параллельным обмоткам измерительных приборов и реле. Они используются в электрических установках переменного тока напряжением 380 В и выше. Вторичное их напряжение (U2)

U?

К трансфер'-- матару

тока

Рис. 107. Однофазный трансформатор напряжения и векторная диа­ грамма его напряжений:

1 — стальной сердечник, 2 — первичная обмотка, 3 ~~ вторичная обмотка

обычно равно 100 В. Принцип действия трансформаторов напряже­ ния практически не отличается от принципа действия силовых трансформаторов. Трансформаторы напряжения имеют незначи­ тельную мощность (десятки или сотни Ватт), и поэтому ток их пер­ вичной обмотки мал. Они могут быть одно-или трехфазными.

На рис. 107 показана схема устройства однофазного трансфор­ матора напряжения и векторная диаграмма его напряжений. Транс­

16 8

форматор состоит из замкнутого сердечника 1 , выполненного из тонких листов специальной электротехнической стали. На сердеч­ ник наложены две обмотки: первичная 2 и вторичная 3. Первичная обмотка состоит из большого числа витков (W\) тонкой медной про­ волоки с изоляцией. Число витков вторично обмотки W2 всегда значительно меньше, чем Wu выполнена она из того же материала, но имеет больший диаметр. Первичную обмотку подключают па­ раллельно к сети, напряжение которой должно быть измерено, ко вторичной обмотке присоединяют параллельные обмотки приборов и реле.

Важнейшие параметры трансформатора напряжения — коэф­ фициент трансформации и класс точности. Коэффициент трансфор­ мации (номинальный) указан на щитке трансформатора. Он пред-, ставляет собой отношение:

где Uтом и U2 ном — номинальные первичные и вторичные напряже­ ния, на которые рассчитаны обмотки (значения этих напряжений также приводятся на щитке трансформатора). Трансформаторынапряжения вносят в измерения погрешности двух типов: в коэф­ фициенте трансформации (AU) и угловую погрешность 6 . Погреш­ ность в коэффициенте трансформации (AU) представляет собой разность между напряжением вторичной обмотки, приведенным к первичной обмотке и напряжением первичной обмотки, т. е.

± AU = С/2- Дном — £Д.

Знаки плюс или минус показывают, что полученное напряжение может быть больше или меньше его действительного значения. Та же погрешность может быть выражена в процентах от действи­ тельного значения измеряемого напряжения;

AU = и *К» ™ ~ и ‘ . 100%.

U i

Погрешность в коэффициенте трансформации зависит от различ­ ных причин, в том числе от качества стали сердечника, качества его сборки, площади его поперечного сечения. Эта погрешность влияет на точность измерения всех приборов, присоединенных ко вторичной обмотке трансформатора. Угловая погрешность пред­ ставляет собой угол сдвига между вектором напряжения Ui на зажимах первичной обмотки и вектором напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 , повернутым на 180° (см. рис. 107). Угловая погрешность влияет на точность измерения только приборов ваттметрового типа (ваттметры, счетчики, фазометры, реле мощности и др.). Действительно, при наличии угловой погрешности изменяет­ ся угол сдвига между векторами напряжения и тока, следователь­ но, изменяется коэффициент мощности цепи (соэфг), что обуслов­ ливает ошибку приборов ваттметрового типа. Величина угловой по­

169

ский бак с трансформаторным маслом, являющимся изолирующей и охлаждающей средой. Такие трансформаторы предназначены как для внутренней, так и для наружной установки. На рис. 108 пока­

трансформатора фарфоровым корпусом 4. Контакт 1 соединен с началом первичной обмотки трансформатора, конец ее присоеди­ нен к надежно - заземленной тележке. Первичная обмотка таких трансформаторов состоит из нескольких (в зависимости от пер­ вичного напряжения) элементов. Средняя точка обмотки каждого элемента электрически соединена с сердечником, что облегчает изо­ ляцию обмоток (рис. 110). Обмотки элементов включаются после­

171