Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование высокого напряжения и его эксплуатация. Учебное пособие
.pdf
R
R
R
Рис. 40. Электрическая схема испытательной установки
Для определения коэффициентов и n нужно взять две точки из
зависимости
к
тия, подставить значения
ную систему уравнений (система решается при помощи логарифмиро-
вания).
Разница между опытными и расчетными данными может быть значительной, если эксперимент по определению переходного сопротивления проводился недостаточно тщательно. Это различие вызывается
главным образом окислением контактов, а также наличием на поверхности адсорбированного
Чтобы избежать разброса результатов из-за указанных причин,
контактные поверхности перед опытом необходимо зачистить мелкой
наждачной бумагой. Алюминий окисляется настолько быстро, что для
алюминиевых контактов обработка поверхности может ничего не дать,
если сразу не покрыть поверхность тонким слоем консервирующей
смазки (например, вазелина).
при максимальной и минимальной силе нажа-
()
fF
и F в уравнение (60) и решить получен-
к
газа.
Задание
1. Снять зависимости переходного сопротивления контактов
к
от
силы контактного нажатия:
1) для медного окисленного контакта (точечного);
2) медного зачищенного контакта (точечного, линейного, многото-
чечного). Для медного точечного зачищенного контакта зависимость
снять при возрастании и последующем убывании силы нажатия;
3) стального окисленного контакта (точечного);
81
4) стального зачищенного контакта (точечного);
Rf
5) алюминиевого окисленного контакта (точечного);
6) алюминиевого зачищенного контакта (точечного).
()
F
2. Построить графики зависимости
к
для исследуемых
случаев различных типов и материалов контактов.
3. По данным результатов экспериментов найти значения коэффи-
циентов
и n для зачищенных контактов при возрастании силы кон-
тактного нажатия и сравнить их со справочными данными.
Контрольные вопросы
1. Что называют электрическим контактом? Виды контактов.
2. Поясните схему поверхности контакта и ее основные элементы.
3. Выведите формулу зависимости переходного сопротивления то-
чечного контакта от силы нажатия.
4. Опишите основные типы конструктивного исполнения контакт-
ных систем, их преимущества и недостатки.
5. Какие процессы могут иметь место в режиме замыкания контактов?
6. Какие процессы
могут иметь место в замкнутом состоянии кон-
тактов?
82
4. ИСПЫТАНИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
4.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Электромагнитные трансформаторы тока служат для подключения
измерительных приборов, аппаратов релейной защиты и автоматики
к токовым цепям высокого напряжения. Они являются наиболее распространенной разновидностью первичных преобразователей тока
и позволяют:
1) отделить первичные токовые цепи (на высоком напряжении)
от вторичных цепей измерения и контроля, что обеспечивает безопасность измерений и удобство обслуживания
2) стандартизировать токовые обмотки измерительных приборов
и реле на определенный ток (номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно равен 1 или 5 А);
3) защитить от протекания токов КЗ последовательно включенные
обмотки измерительных приборов и реле;
4) существенно снизить сечение и стоимость контрольных кабелей
и проводок;
5) установить приборы и реле на
значительном расстоянии от пер-
вичных цепей, в которых проводятся измерения.
Трансформатор тока (ТТ) состоит из замкнутого магнитопровода,
на котором расположены первичная и вторичная обмотка с числами
витков w
и w2 соответственно (рис. 41). Первичная обмотка последо-
1
вательно включается в токовую цепь высокого напряжения и обтекается током I
. Ко вторичной обмотке в качестве нагрузки последователь-
1
но подключаются измерительные приборы и реле, и по ним протекает
вторичный ток I
.
2
Характерная особенность ТТ в том, что число витков вторичной
обмотки w
существенно больше числа витков первичной обмотки w1
2
(у некоторых ТТ первичная обмотка может состоять всего из одного
приборов и реле;
83
витка), а значение первичного тока I1 не зависит от нагрузки во вторичной цепи ТТ. Соответственно и магнитный поток ТТ Ф
мый током I
, остается постоянным при любой нагрузке во вторичной
1
, создавае-
1
цепи. Сопротивление нагрузки вторичной цепи (токовые обмотки реле,
приборов, соединительных проводов) мало, и поэтому ТТ работает
в режиме, близком к короткому замыканию. Следует отметить, что под
нагрузкой трансформаторов тока обычно понимают или полное сопротивление Z
его внешней вторичной цепи (Ом), равное сумме сопро-
н
тивлений всех последовательно соединенных элементов вторичной
нагрузки, а также соединительных проводов и контактов, или мощ-
ность (В·А), потребляемую нагрузкой
SIZ
н 2 н
.
2
Рис. 41. Схема включения трансформатора тока
Работа ТТ, как и других электромагнитных трансформаторов, описывается уравнением равновесия магнитодвижущих сил трансформатора:
Iw I w I w
11 2 2 нам 1
, (64)
где
– ток намагничивания ТТ.
I
нам
Ток намагничивания ТТ – это часть полного первичного тока
I
1
которая идет на создание магнитного потока ТТ. Вторичный ток, таким образом, равен
где
Т 21
III
– коэффициент трансформации ТТ.
/Kww
1
21нам
K
Т
84
, (65)
,
В нормальном режиме работы ТТ (если ток в первичной обмотке
не превышает номинального) значение намагничивающего тока невелико и составляет порядка 0,5…3,0 % от величины
. Поэтому коэф-
I
1
фициент трансформации трансформатора тока можно приближенно
определять как отношение первичного тока ко вторичному (строго коэффициент трансформации равен отношению числа витков):
wI
K
21
Т
wI
12
. (66)
При расчетах, если ток намагничивания не превышает 10 % от первичного тока, коэффициент трансформации ТТ определяют через
отношение номинальных токов первичной и вторичной обмотки (числа
витков обмоток, как правило, неизвестны и обычно не раскрываются
производителем). Это обстоятельство вносит некоторую погрешность
в результаты измерения ТТ.
В целом выделяют три вида погрешностей ТТ:
токовую, угловую
и полную. Погрешности ТТ зависят от полных реактивных сопротивлений (импедансов) обмоток и от степени насыщения магнитопровода
ТТ. Более подробное представление о погрешностях ТТ дает его схема
замещения (рис. 42).
Рис. 42. Схема замещения трансформатора тока с нагрузкой
В схеме на рис. 42:
приведенный ко вторичной обмотке;
/IIK
11 Т
– ток в первичной обмотке ТТ,
11T
2
/ZZK
– полное сопротив-
ление первичной обмотки, приведенное ко вторичной (состоит из активного сопротивления обмотки постоянному току и реактивного сопротивления, обусловленного индуктивностью рассеяния обмотки);
85
Z
Z
Z
E
Z
Z
E
Z
E
I
ZK
нам нам T
приведенное ко вторичной обмотке;
ричной обмотки;
2
/
– реактивное сопротивление цепи намагничивания,
– полное сопротивление вто-
2
– полное сопротивление нагрузки;
н
I
нам
– приве-
денный ток намагничивания.
У идеального ТТ ток
должен быть строго равен току
I
1
. Одна-
I
2
ко из-за наличия в схеме замещения ветви намагничивания эти токи
различаются. Чем больше ток в первичной обмотке ТТ, тем выше
напряжение на ветви намагничивания
этом сопротивление
является нелинейным, при определенной
Z
нам
и тем выше ток
2
I
нам
. При
величине тока в первичной обмотке происходит насыщение стали магнитопровода ТТ и реактивное сопротивление его ветви намагничивания резко падает. При насыщении магнитопровода ТТ не только
уменьшается ток
, но и (вследствие нелинейности сопротивления
I
2
ветви намагничивания) искажается его форма.
Сопротивления
ность ТТ, поскольку от их величины зависит напряжение
личении сопротивления
и
1
также опосредованно влияют на погреш-
2
. При уве-
2
также происходит рост напряжения
н
2
и тока намагничивания (приводящий к увеличению погрешности ТТ).
Поэтому погрешности трансформатора тока нормируются в определенном, допустимом диапазоне вторичных нагрузок.
Величина
, равная разности между приведенным первичным
и вторичным током ТТ, называется абсолютной токовой погрешностью. Эта же величина в долях от приведенного первичного тока называется относительной токовой погрешностью:
II
f
21
. (67)
100 %
I
1
Под угловой погрешностью
угол между векторами
I
и
1
трансформатора тока понимается
. Эта погрешность показывает, насколь-
I
2
ко ток во вторичной обмотке ТТ (и соответственно в обмотках измерительных приборов) сдвинут по фазе относительно тока в первичной
обмотке.
Абсолютное значение вектора тока намагничивания
называют
I
нам
полной погрешностью ТТ. Полная погрешность может быть определена из выражения
86
f
I
нам
При
ности
9%f , а
0
полная погрешность всегда больше токовой погреш-
. Для современных ТТ при 10 % токовая погрешность
< 7o.
I
1
100 %
. (68)
Под классом точности ТТ понимают токовую погрешность, выраженную в процентах (знак процента при обозначении класса точности
опускается). Государственный стандарт устанавливает пять классов
точности ТТ: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Классы 3 и 10 обычно обозначают 3Р,
10Р, что подразумевает применение ТТ только для релейной защиты.
ТТ с классами точности 0,2 и 0,5 применяют также для подключения
приборов измерения
и учета электрической энергии. Для ТТ с классами точности 0,2; 0,5 и 1 в государственном стандарте нормируется угловая погрешность.
Большинство трансформаторов тока выполняют с двумя сердечниками, на каждом из которых размещают отдельную вторичную обмотку. Первичная обмотка у них общая. Трансформаторы тока с двумя
вторичными обмотками могут иметь как одинаковые,
так и разные
классы точности.
При разных классах точности к обмотке с более высоким классом
присоединяют измерительные приборы (обмотки для измерений),
а к другой – реле защиты (обмотка для защиты).
Шкала номинальных токов первичных обмоток трансформаторов
тока: 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 250; 300; 400; 500; 600;
700; 800; 1000 А и более.
В нормальных условиях намагничивающий ток трансформатора
тока мал (меньше 10 %), так как
пустимому значению сопротивления нагрузки Z
он заранее подбирается таким по до-
исходя из условия
н
работы ТТ с малыми погрешностями.
При случайном размыкании вторичной обмотки первичный
ток
форматора Ф
является током намагничивания и магнитный поток транс-
I
1
резко возрастает. В результате повышения потерь
1
в стали магнитопровода (сердечника ТТ) происходит его сильный
нагрев вплоть до пожара. При этом мгновенное значение, наведенное
потоком Ф
, ЭДС Е2 может оказаться очень большим, опасным для
1
изоляции ТТ и для жизни обслуживающего персонала даже при нормальных рабочих токах, защищаемого элемента.
87
Поэтому при эксплуатации запрещается разрывать вторичную цепь
работающего трансформатора тока, тем более что это может совпасть с
режимом КЗ первичной цепи. Перед отключением какого-либо прибора от трансформатора тока необходимо предварительно замкнуть
накоротко его вторичную обмотку и после этого отключить прибор
или реле.
4.2. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ
ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
В перечень приемосдаточных и периодических испытаний трансформаторов тока согласно ГОСТ 7746–2015 входят следующие виды
испытаний.
1. Измерение сопротивления изоляции
Согласно ПТЭЭП сопротивления изоляции первичных обмоток
трансформаторов тока напряжением выше 1000 В измеряют мегаомметром на напряжение 2500 В. Величина сопротивления изоляции не
нормируется. Она обычно составляет несколько тысяч мегаом при сухой исправной
изоляции.
Сопротивление изоляции вторичных обмоток измеряют мегаомметром на напряжение 1000 В. Сопротивление изоляции обмоток также не нормируется, но должна быть не ниже 1 МОм вместе с подсоединенными к ним цепями. Сопротивление изоляции каждой обмотки
измеряется по отношению к корпусу и остальным обмоткам.
2. Проверка обозначения выводов
При изготовлении трансформаторов тока
выводы их первичной
и вторичной обмотки условно обозначаются (маркируются) так, чтобы
при помощи этих обозначений можно было определять направления
вторичного тока по направлению первичного.
Выводы первичной обмотки могут обозначаться произвольно: один
из них принимается за начало и обозначается буквой Л1, а второй –
за конец обмотки и обозначается буквой Л2. Маркировка выводов
вторичной обмотки выполняется по следующему правилу. При прохождении тока в первичной обмотке от начала Л1 к концу Л2 за начало вторичной обмотки И1 принимается тот ее вывод, из которого в этот
момент ток вытекает в цепь нагрузки. Соответственно другой вывод
вторичной обмотки принимается за конец обмотки и
обозначается
буквой И2.
88
При таком обозначении выводов обмоток трансформатора тока ток
E
в обмотке реле, подключенном ко вторичной обмотке трансформатора
тока, имеет такое же направление, как и в случае включения реле
непосредственно в первичную цепь.
Проверка правильности маркировки выводов ТТ согласно
ГОСТ 7746–2015 входит в перечень всех видов испытаний ТТ (квалификационных, приемосдаточных, периодических).
3. Измерение
характеристики намагничивания или вольт-амперной
характеристики ТТ
Это измерение согласно ГОСТ 7746–2015 входит в перечень всех
видов испытаний ТТ (квалификационных, приемосдаточных, периодических). Результаты измерения характеристики намагничивания заносятся в паспорт на конкретный трансформатор тока.
В общем случае характеристикой намагничивания является зависимость мгновенного значения тока намагничивания от мгновенного
().if
значения потокосцепления
нам 1
Эта характеристика имеет
вид петли из-за явления гистерезиса.
В нормальном режиме работы ТТ мгновенное значение потокосцепления ТТ пропорционально напряжению на ветви намагничивания
,
2
которое близко по величине к напряжению, приложенному к обмотке
ТТ, на которой измеряется кривая намагничивания. Как правило,
в таком виде испытаний измеряют зависимость тока намагничивания
ТТ от величины приложенного к обмотке ТТ напряжения, т. е. вольтамперную характеристику ТТ.
ВАХ снимается относительно вторичной обмотки ТТ. Напряжение
регулируется автотрансформатором типа ЛАТр.
Вольтметром и амперметром измеряется напряжение на обмотке и протекающий в ней
ток (действующие значения). ВАХ непременно снимается без достижения насыщения магнитопровода ТТ, т. е. до значения I
где I
– вторичный ток КЗ, при котором должна обеспечиваться
2.расч
нам
= 0,1I
2.расч
,
точная работа ТТ. При снятии ВАХ нельзя подавать напряжение выше
гарантированного заводом-изготовителем (чаще всего 1000 В).
Исправность трансформатора тока оценивается сопоставлением построенной ВАХ с результатами предыдущих измерений ВАХ этого
трансформатора (сохраняются в паспорте ТТ), с типовой характеристикой намагничивания (рассчитанной на заводе-
изготовителе) или
с ВАХ других ТТ того же типа, класса и коэффициента трансформации.
89
При наличии виткового замыкания во вторичной обмотке ТТ ВАХ
Z
Z
Z
резко снижается по сравнению с ВАХ исправного трансформатора тока и при этом резко уменьшается угол наклона ВАХ и горизонтальной
оси.
Наличие вольт-амперных характеристик позволяет оценить возможность совместного использования ТТ в схемах дифференциальной
токовой защиты. Чем ближе совпадают вольт-амперные
характеристи-
ки, тем меньше токи небаланса дифференциальной защиты.
Снятие ВАХ позволяет выполнить расчет полной погрешности ε
трансформатора тока. С этой точки зрения их использование предпочтительнее по сравнению с типовыми характеристиками намагничивания, поскольку отклонения характеристик намагничивания отдельных
экземпляров ТТ от типовой (рассчитанной на заводе) характеристики
могут достигать 20 %.
4. Проверка ТТ
по кривым предельной кратности
Кривой предельной кратности называется зависимость расчетного
тока в первичной обмотке ТТ, при котором полная погрешность ТТ не
превышает 10 % от сопротивления нагрузки
. При полной погреш-
н
ности (относительном значении тока намагничивания ТТ) 10 % трансформатор тока работает в режиме, близком к насыщению (у точки перегиба кривой намагничивания). Кривая предельной кратности
определяется из выражения
I
где
KfZ
– значение первичного тока, при котором полная погреш-
I
1max
1max
10 н
I
1
(),
(69)
ность ТТ равна 10 %.
По кривой предельной кратности, соответствующей типу, классу
вторичной обмотки и коэффициенту трансформации ТТ, находится
значение сопротивления нагрузки
трансформатора ε = 10 %. По величине
, при котором погрешность
н
в зависимости от схемы
н
соединения ТТ и реле выбирается сечение соединительных проводов
между трансформаторами тока и реле.
При использовании кривых предельной кратности необходимо
иметь в виду, что они обычно строятся по типовым характеристикам
намагничивания, которые могут иметь отличие от фактических, что
особенно важно учитывать при работе трансформатора тока в области
насыщения магнитопровода (кратность первичного тока 4…5 и выше).
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]