Устройство измерительных трансформаторов тока
Трансформаторы предназначены для передачи сигнала измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в электрических установках переменного тока частотой 50 Гц на класс напряжения 6–35 кВ.
Конструкция и принцип действия ИТТ
Трансформатор тока включает в себя две обмотки, размещенные на ферромагнитном сердечнике из электротехнической стали (рис. 1). Витки первичной – включаются в цепь, по которой протекает первичный ток, к вторичной – подключаются измерительные и защитные приборы. В магнитопроводе образуется переменный магнитный поток, который индуцирует во вторичной обмотке, за счет чего создается вторичный ток, противоположно направленный первичному.
Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора тока: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – магнитопровод; 4 – рассечка магнитопровода
Для правильной передачи фазы тока и максимальной точности замеров выводы первичной и вторичной обмоток ИТТ обозначают «линия» (Л) и «измеритель» (И) соответственно.
Иногда аварии вызывают превышение допустимого значения тока на порядок. При этом ИТТ подвергается перегрузке. Из-за этого его мощность становится значительно больше номинальной, сердечник насыщается, а точность измерений уменьшается. Поэтому ГОСТ определил пределы погрешности 10%.
Специфика измерительного трансформатора тока
Основные характеристики ИТТ: вторичный и первичный номинальный ток, нагрузка вторичной цепи, класс точности, коэффициент трансформации, угловая и полная погрешности.
Устройство измерительного трансформатора тока
Одно и то же устройство можно применять для подключения сразу нескольких приборов. Но чем их больше подсоединено к трансформатору, тем выше сопротивление. Из-за этого снижается ток во вторичной обмотке, что влияет на рабочий режим устройства.
Благодаря разделению обмоток амперметр не подвергается высокому напряжению, что позволяет монтировать его непосредственно на распределительный щит. Для снижения риска пробоя изоляции вывод вторичной обмотки необходимо заземлить (рис. 2).
Рис. 2. Схема заземления ИТТ
Номинальный вторичный ток не должен превышать 5А. А если трансформатор устанавливается на большом расстоянии от измерительных устройств, ток снижают до 1А, чтобы уменьшить падение напряжения в гибких выводах.
Подключение измерительного трансформатора тока: основные правила монтажа
Во избежание ошибки при подключении и выхода устройства или измерительных приборов из строя выводы на устройстве отмечены буквами и цифрами: Л1 и Л2, И1 и И2, что обозначает точки начала и конца первичной и вторичной обмоток, соответственно. Для обеспечения возможности подключения обмотки напряжения к фазе и нолю между Л1 и И1 есть перемычка, а провод «ноль» соединяют с третьим зажимом.
В измерительных трансформаторах тока класса напряжения 6–10 кВ установлено больше двух вторичных обмоток. Одна из них подключается к устройству защиты, а остальные соединяются с измерительными приборами (рис. 3).
Рис. 3. Схемы соединения вторичных обмоток: а – «звезда», б – «неполная звезда»
Схемы соединения вторичных обмоток:
- «Звезда» – установка в три фазы;
- «Неполная звезда» – монтаж в две фазы.
Чаще всего номинальное значение первичного тока составляет 50–2000А, вторичного – 5А.
Подключение трансформатора, проведенное по правилам и без ошибок, – гарантия стабильной и продолжительной работы оборудования.
Нормы монтажа цепей тока и напряжения перечислены в ПУЭ – Правилах устройства электроустановок. Как видно из документа, в токовых цепях сечение медного провода составляет 2,5 кв. мм и более, в цепях напряжения – от 1,5 кв. мм.
Вторичные цепи необходимо заземлять, чтобы обеспечить безопасность пользователей и оборудования.
Не рекомендуется устанавливать трансформатор самостоятельно, не имея соответствующих навыков. Обращение в электромонтажную организацию, имеющую допуск СРО, позволит быстро и без нарушений выполнить комплекс электротехнических работ.
Испытания измерительных трансформаторов тока
Для снижения риска аварий и травматизма среди персонала, обеспечения безопасных условий труда необходимы периодические испытания измерительных трансформаторов тока. Также эти мероприятия требуется проводить при вводе нового объекта в эксплуатацию либо после модернизации и ремонта существующего здания или сооружения.
Перечень испытаний измерительных трансформаторов
Первый этап испытаний – осмотр. Здесь проверяют:
- паспорт устройства;
- состояние компаунда, фарфора или керамики;
- количество заземлений и место их установки (на клеммной сборке или панели защиты);
- состояние резьбы в ламелях зажимов;
- комплектность устройства.
Если трансформатор встроенный, необходимо проверить уплотнители труб и коробов, сквозь которые проходят цепи.
Сопротивление изоляции обмоток. Проверку выполняют с помощью мегомметра на напряжение 1,0–2,5 кВ, определяя сопротивление изоляции обмоток относительно друг друга и относительно корпуса.
Электрическая прочность изоляции проверяется подачей напряжения 2000В в течение 60 с. Изоляция обмоток — переменным током напряжением 1000В на протяжении такого же времени.
Полярность вторичных обмоток. Импульсы постоянного тока, источником которого служат сухие батареи/аккумуляторы до 6В, измеряются гальванометром.
Если во время замыкания цепи стрелка прибора смещается вправо, то к однополярным зажимам относятся те, к которым присоединены «плюсы» гальванометра и источника питания.
Коэффициент трансформации ИТТ. Нагрузочный трансформатор подает в первичную обмотку ток, максимально приближенный к номинальному. Коэффициент измеряют для вторичных обмоток и ответвлений.
Если у встроенных трансформаторов нет маркировки, ее следует восстановить. Для этого подают напряжение на два любых ответвления. Вольтметром определяют начало и конец обмотки (на них будет наибольшее значение) и подают напряжение по 1В на виток. Напряжение по ответвлениям должно быть прямо пропорционально числу витков.
Параметры намагничивания. Это испытание позволяет выявить такой распространенный дефект, как межвитковое замыкание во вторичной обмотке.
Полученные данные сравнивают с типовыми значениями или с параметрами устройств такого же типа и класса точности. Если у проверяемого устройства намагничивание снизилось, а крутизна уменьшилась, значит, дефект присутствует.
При испытаниях не рекомендуется использовать реостат, детекторные, электронные приборы, способные исказить данные.
Условия для проведения испытаний
Во избежание погрешности проверку следует проводить в соответствии с установленными стандартами и правилами, перечисленными в инструкции по эксплуатации:
- температура воздуха от +15 до +35 °С;
- атмосферное давление 85–105 кПа;
- влажность 30–80%.
Приборы, с помощью которых проводятся испытания, не оказывают негативного воздействия на окружающую среду. При этом на выходных клеммах в ходе проверки присутствуют напряжения, способные травмировать человека. Поэтому измерения должны проводить только подготовленные сотрудники, имеющие квалификационную группу не ниже III.
Структура условных обозначений ИТТ
На рис. 4–7 представлена структура условных обозначений измерительных трансформаторов тока на примере продукции СВЭЛ.
Рис. 4. Структура условного обозначения трансформаторов тока ТОЛ-СВЭЛ
Рис. 5. Структура условного обозначения трансформаторов тока ТВ-СВЭЛ
Рис. 6. Структура условного обозначения трансформаторов тока ТШЛ-СВЭЛ
Рис. 7. Структура условного обозначения трансформаторов тока ТПОЛ-СВЭЛ, ТПЛ-СВЭЛ
Схемы включения измерительных трансформаторов тока и напряжения, силовых трансформаторов
Измерительные ТТ используются для контроля и измерения токовых величин в случаях, когда непосредственно подключить приборы измерения и защитные реле в первичную цепь невозможно. Подключение первичных обмоток ТТ осуществляется таким образом, чтобы по ним протекал полный ток контролируемой цепи. Такому условию отвечает последовательное подключение. То есть, первичная обмотка ТТ становится частью или последовательным звеном электрической цепи.
В трёхфазных электрических сетях измерительные трансформаторы тока могут устанавливаться в одной, двух или трёх фазах. Установка ТТ только в одной фазе используется в простых схемах питания симметричной нагрузки, обычно асинхронного двигателя. ТТ в этом варианте служит для измерения тока, и к нему подключается только амперметр.
Для питания цепей защит в сетях с изолированной нейтралью (6 – 35 кВ) применяется схема с двумя ТТ, которые включаются в крайние фазы (А и С). Вторичные цепи ТТ соединяются в неполную звезду. Схемы защит сетей напряжением 110 кВ и выше, работающие в режиме эффективно заземлённой нейтрали, а также до 1000 В, где нейтраль глухо заземлена, предполагают установку трансформатора тока в каждой фазе. При трёхфазной установке ТТ, соединение их вторичных обмоток образует полную звезду.
Подключение трансформаторов напряжения (ТН)
Наличие ТН в высоковольтных электрических сетях требуется для работы приборов измерения и учёта электрической энергии, устройств защиты и контроля изоляции. Подключение их первичных цепей к контролируемой сети производится параллельно.
Включение однофазных ТН осуществляется на линейное сетевое напряжение (Uл). Таким образом, один однофазный ТН контролирует Uл между двумя фазами. Для полного контроля сети применяются три однофазных ТН, объединённые в группу. К вторичным выводам ТН параллельно присоединяются вольтметры, обмотки реле и счётчики электрической энергии.
Включение трёхфазных ТН выполняется пофазно, в соответствии с маркировкой выводов ТН. Возможности контроля Uсети при этом зависят от количества вторичных обмоток ТН и способов их соединения.
При использовании соединения звездой возможно измерение только Uл. Схема разомкнутого треугольника позволяет фиксировать наличие напряжения нулевой последовательности (U0), которое отсутствует при нормальном режиме работы сети. Составляющая U0 появляется при различных вариантах замыкания на землю. Отслеживание величины этой составляющей выполняют защиты от замыканий на землю (иногда называемые «земляными» защитами), а также различные устройства контроля изоляции. Ухудшение состояния изоляции влечёт за собой появление утечек, то есть возникновение электрических цепей «фаза – земля», ток которых увеличивается с ухудшением изоляции.
Большинство моделей ТН оснащаются несколькими группами вторичных обмоток, среди которых есть соединённые в звезду и образующие разомкнутый треугольник, что позволяет использовать их в различных целях.
Включение в сеть силового трансформатора
Для преобразования электрической энергии путём перехода на более высокую или низкую ступень напряжения применяются трансформаторы, называемые силовыми. Данные устройства имеют две и более обмотки. Вместо понятий первичной и вторичной обмоток, применяемых к ТТ и ТН, в данном случае используются термины: сторона ВН, СН и НН, то есть сторона высокого, среднего или низкого напряжения. Сторона СН имеет место только в трёхобмоточных трансформаторах или автотрансформаторах.
Подключение выводов силового трансформатора производится в соответствии с обозначением фаз в целях сохранения правильной последовательности их чередования. Выводы обозначаются аналогично фазам электроустановки — А, В, С. На стороне НН двухобмоточного трансформатора соответствующие выводы обозначены прописными буквами a, b, c. Проверка фазировки должна производиться всякий раз при выполнении монтажа электрооборудования и ремонтных работ, когда существует вероятность её нарушения.
Специальные серии однофазных двухобмоточных трансформаторов ОЛС, ОЛ, ОЛСП и ОЛЗ подключаются на Uл соответствующей сети, то есть к двум фазам. Высоковольтные выводы обозначены буквами A и X, низковольтные — соответствующими прописными буквами a, x. Поскольку трансформаторы данного типа имеют несколько обмоток НН, обозначение их выводов индексируется a1, a2, a3 и так далее. К нагрузке трансформатора подключается один из выводов «a» с требуемым напряжением и вывод «x». Фазировка не производится ввиду того, что оборудование однофазное. Клемма с обозначением заземления должна быть соединена с заземляющим устройством.
Выполнение коммутации выводов трансформаторов всех типов должно производиться с соблюдением ПУЭ и других нормативов.
Принципиальная схема трансформатора тока
Принципиальная схема одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схема замещения приведены на рис. 1-2.
Рис. 1-2. Принципиальная схема трансформатора тока и его схема замещения
Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока, участвующими в преобразовании тока, являются первичная 1 и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3.
Первичная обмотка включается последовательно, в рассечку токопровода высокого напряжения 4, то есть обтекается током линии I1.
Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку, которая называется вторичной нагрузкой.
Первичную обмотку совместно с цепью высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получающую измерительную информацию от вторичной обмотки трансформатора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной обмоткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичного тока.
Из принципиальной схемы трансформатора тока видно, что между первичной и вторичной обмотками не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напряжение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоединение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, приложенного к первичной обмотке, на обслуживающий персонал. Так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.
На рис. 1-2 изображены только те элементы трансформатора тока, которые участвуют в преобразовании тока. Конечно, ТТ имеет много других элементов, обеспечивающих требуемый уровень изоляции, защиту от атмосферных воздействий, надлежащие монтажные и эксплуатационные характеристики. Однако они не принимают участия в преобразовании тока.
Основные схемы соединения трансформаторов тока и реле
При осуществлении защиты применяются различные схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в первую очередь схема полной звезды, схема неполной звезды и схема включения реле на разность токов двух фаз (рис. 1).
В сельских электрических сетях в настоящее время наиболее часто используют схему неполной звезды. В дифференциальных защитах силовых трансформаторов и блоков генератор — трансформатор, а также в других защитах применяется схема включения трансформаторов тока в треугольник, реле в звезду.
Выбор той или иной схемы соединения определяется целым рядом факторов: назначением защиты, видами повреждений, на которые защита должна реагировать, условиями чувствительности, требованиями простоты выполнения и эксплуатации и т. д.
Рис. 1. Схемы соединения трансформаторов тока и реле: а – полная звезда; б – неполная звезда; в – включение одного реле на разность токов двух фаз.
Рис. 2. Распределение токов в обмотках силового трансформатора при к.з. за ним: а — схема защиты — полная звезда, силового трансформатора— Y/Y-0; б — схема защиты — неполная звезда, силового трансформатора—Y/Δ.
Каждая схема характеризуется своим значением коэффициента схемы, под которым понимают отношение
где Iр — ток, протекающий в обмотке реле; I2.тт — ток во вторичной обмотке трансформатора тока.
В схемах, где реле включается на фазные токи, kсх=1. Для других схем kcx может иметь различные значения в зависимости от вида к. з. Так, для схемы включения одного реле на разность токов двух фаз А и С
На распределение токов в первичных цепях и работу различных схем защит оказывают влияние силовые трансформаторы с соединением обмоток Y/Δ и Y/Y-0.
На рисунке (2, а) показано токораспределение в первичных цепях при коротком замыкании фазы В за трансформатором с соединением обмоток Y/Y-0. При этом в месте короткого замыкания протекает ток только в поврежденной фазе, а со стороны питания — во всех трех фазах. В фазах А и С токи одинаково направлены, равны по значению и в 2 раза меньше тока в фазе В.
В этом и другом подобном случае при двухфазном к. з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ (рис. 2,б) схема неполной звезды может иметь пониженную чувствительность, а схема включения реле на разность токов двух фаз отказывает в действии (ток в реле равен 0).
Для замера наибольшего тока к. з. включают дополнительное реле в обратный провод схемы неполной звезды, чтобы повысить ее чувствительность.
При проверке чувствительности защит необходимо учитывать, что наибольший ток со стороны звезды при двухфазном к. з. на стороне треугольника в относительных единицах равен току трехфазного к. з. на стороне треугольника:
а минимальный ток равен его половине:
Для трансформатора с соединением обмоток Y/Y-0 (рис. 2, а)
Схема включения трансформаторов тока и реле определяет нагрузку на трансформатор тока и его погрешности.
В системах с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием и может быть обнаружено по возросшему току в фазе.
В сельских схемах электроснабжения однофазные к. з. наблюдаются в сетях с заземленной нейтралью напряжением 0,38 кВ, а простые замыкания на землю — в сетях 6 . 10, 20 и 35 кВ.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: