Меню

Ток номинальной предельной кратности трансформаторов тока



Основные параметры трансформаторов тока

Основными параметрами ТТ являются следующие.

1. Номинальное напряжение — линейное напряжение системы, в которой трансформатор должен работать. Это — напряжение, на которое рассчитана изоляция первичной обмотки.

2. Номинальный первичный и вторичный ток — ток, который трансформатор может пропускать длительно не перегреваясь. Номинальный ток вторичной обмотки стандартизован и может быть 5 или 1 А. Вторичных обмоток может быть несколько с разными номинальными токами.

3. Номинальный коэффициент трансформации — отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току:

4. Номинальная нагрузка трансформатора — это сопротивление нагрузки Z2ном.в омах, при котором трансформатор работает с заданным классом точности при номинальном значении Cos2ном.=0,8. Иногда этот термин заменяется номинальной мощностью в вольт-амперах Р2ном.

Р2ном. = 2ном Z2ном.

Поскольку значение тока I2ном. стандартизовано, то Z2ном.определяет и Р2ном.ТТ.

5. Класс точности. Вследствие потерь в трансформаторе реальный коэффициент трансформации не равен номинальному. Различают погрешность токовую и угловую. Токовая погрешность в процентах определяется выражением

100.

В зависимости от значения токовой погрешности различают классы точности (0,5; 1). Класс точности говорит о погрешности по току при номинальных условиях.

В идеальном трансформаторе вторичный ток сдвинут по фазе относительно первичного на 180°. В реальном трансформаторе этот угол отличается от 180°. Погрешность по углу измеряется в минутах.

6. Номинальная предельная кратность. С увеличением первичного тока выше номинального значения погрешность ТТ сначала уменьшается, затем по мере насыщения магнитопровода увеличивается. ТТ является одним из основных звеньев систем защиты. При токах короткого замыкания погрешность может быть такой, что нормальная работа защиты не будет обеспечиваться. Поэтому для ТТ указывается предельная кратность тока первичной обмотки по отношению к номинальному току, при которой полная погрешность не преышает 5 или 10% (разные классы), и в пределах этой погрешности проектируется нормальная работа защиты.

7. Максимальная кратность вторичного тока – отношение наибольшего вторичного тока к его номинальному значению при номинальной вторичной

нагрузке. Максимальная кратность I2 определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание I1 не ведёт к возрастанию потока.

8. Термическая стойкость — отношение предельно допустимого тока КЗ, который трансформатор может выдержать без повреждений в течение нормированного времени 1с, к номинальному первичному току I1ном при номинальной вторичной нагрузке и нормированной температуре окружающей среды, с учетом предварительного нагрева ТТ номинальным током.

9. Динамическая стойкость ТТ (кратность) — отношение амплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания (ударного тока КЗ), выдерживаемого трансформатором без механических повреждений, к амплитудному значению номинального первичного тока I1ном.

Так как ток первичной обмотки ТТ задаётся сетью, то наибольшим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегчённых условиях.

Конструкции ТТ.Конструкции трансформаторов тока весьма разнообразны. При этом они состоят из замкнутого магнитопровода с соответствующими обмотками и корпуса. Магнитопровод может быть прямоугольный шихтованный или то­роидальный, навитый из ленты. Трансформатор может иметь несколько магнито-проводов 2 (рис. 12-2, а). При напряжениях до 35 кВ магнитопровод может служить опорой трансформатора. Вторичные обмотки 3 всегда многовитковые. Первичная обмотка 4 может быть многовитковой (обычно на токи до 400 А) или одновитко-вой на токи от 600 А и выше. В последнем случае витком служит шина или стер­жень, проходящие через окно магнитопровода (проходной ТТ — рис. 12-2,6). Этим же витком может служить шина распределительного устройства, пропускаемая через то же окно трансформатора (шинный ТТ — рис. 12-2, в).

Обмотки могут выполняться из изолированного или голого медного провода. Для напряжений до 35 кВ широкое распространение получила изоляция первичной обмотки от вторичной и от заземленных деталей литым компаундом на основе эпоксидной смолы. Литой изоляционный корпус 1 (рис. 12-2, а) защищает первич­ную и вторичную обмотки от возможных механических повреждений и проникно­вения ллаги.

Дата добавления: 2017-05-02 ; просмотров: 11091 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Трансформаторы тока в переходных режимах

Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.

В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.

Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.

Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I1 • w1 + I2 • w2 = Iнам • w1

I1 ток в первичной обмотке;
w1количество витков первичной обмотки;
I2 ток во вторичной обмотке;
w2 количество витков вторичной обмотки;
Iнам ток намагничивания.

Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.

В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.

Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.

Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.

Читайте также:  Диод направление течения тока

Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).

Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке

Источник

Определение и расчет предельной кратности трансформаторов тока, кривые

Выбор трансформатора на любой тип производства начинается с формирования выводов о требуемых показателях напряжения, мощности, а также номинального коэффициента безопасности и предельной кратности трансформатора тока. В самом общем понимании слова последний показатель представляет собой наибольшее значение характеристики первичного потока, поданного на источники устройства. Погрешность на вторичной нагрузке при этих характеристиках первички не должна превышать 5 или 10 процентов (зависит от класса и требований конкретных устройств).

Определение

Определение технической характеристики для трансформатора прописаны в ГОСТе 7746 2001 под названием «Трансформаторы тока. Общие технические условия». Этот документ относится к классу межгосударственных, то есть он распространяется для всех устройств, изготовленных в любой точке по территории страны.

Для того, чтоб понять определение, нужно познакомится с тем, что значит усредненный коэффициент безопасности. Этот показатель в свою очередь является соотношением номинального тока безопасности и первичного (также номинальное общее значение). Коэффициент безопасности по своей сути является основным параметром, который определяет искомую кратность повышения импульса.

Последняя характеристика важна, так как в условиях производства часто наблюдаются ситуации, когда он повышается из номинального показателя. Это возникает при коротком замыкании в цепи в большей части случаев.

Ситуация определяется тем, что сердечник ТС уходит в насыщение, при этом рост во вторичке не наблюдается, что в свою очередь обеспечивает защиту всех подключенных нагрузок к оборудованию.

Понятие номинальной предельной кратности

Параметр характеризуется как наибольшее значении кратности первичного в определенных условиях. Полная погрешность на вторичной нагрузке не должна превышать 10 процентов. Показатель нормируется, должны учитываться условия работы по защите трансформатора.

Если силовой трансформатор используется для питания различных электроизмерительных приборов, то к нему не предъявляются требования. Дело в том, что насыщение магнитного провода в оборудовании может быть даже положительным моментом, обеспечивающим улучшение электродинамических и термических свойств оборудования. Если же трансформаторы применяются для токовых цепей релейной защиты, то к требованиям устанавливают условия. Первичный поток увеличиваясь более получаемой погрешности, установленной для тс, влияет на сердечник, что приводит к увеличению насыщения.

Если функционирование силового оборудования ведется при характеристиках подачи тока, которые выше на 10% чем номинальные (что и называется — к10), то прибор перестает работать в стабильной области, переходит в фазу насыщения.

Понятие номинальной предельной кратности

Измерение и расчет предельной кратности

При превышении предельного нормированного показателя прибор переходит из стабильной области работы в фазу насыщения. Точность функционала оценивается по математическим кривым, условия которых приведены в таблицах. Коэффициент устанавливается не опытным путем, а по специальным табличным данным. Кривые состоят из информации о наибольшем отношении тока вторички к среднему номинальному назначению, которое подается на первичку.

Расчет производится таким образом, чтоб полная ошибка при вычисляемых данных (то есть при включении заданной информации о вторичной нагрузке) не было больше десяти процентов. Математические кривые позволяют вычислить характеристики проводов, приборов, реле, схемы подсоединения и составить схему таким образом, чтоб не происходило пересыщение и приборы работали в оптимальном режиме.

Оборудование, дополненное дифференциальной защитой, при сквозном токе короткого замыкания должно иметь идентичную предельную кратность.

Расчетные кривые приводятся для вычислений работы по установленному режиму. Если апериодическая стремится к max, то есть режим переходный, то параметр достигает и 70-75%.

Измерение и расчет предельной кратности

Класс точности выбирают в зависимости от назначения. Такие же требования применяются и к устройствам с неидентичными типами нагрузок.

Пределы погрешностей ТТ для классов Р

Все характеристики указаны в документации к конкретным видам приборов. Также информация прописывается отдельно к каждому устройству. Конкретно для классов точности Р установлены пределы допустимых погрешностей токовое и угловые.

Для трансформаторов с классом мощности 5Р при токе нормальной с предельной полной кратности в 5 процентов значения пределов допустимой погрешности следующие:

  • токовые – + или — 1 %;
  • угловые + или — 60 процентов, что идентично 1,9.

Пределы, указанные в таблицах, выполняются, так как это первое из требований безопасности.

Для прибора класса точности 10Р искомая предельная кратность составляет 10% соответственно. Предел погрешности, max возможной при работе, составляет 3 процента. В тоже время данных об угловых погрешностей не представлено, так как их не нормируют.

Примеры кривых

Заводские кривые определяют показатели вторичной нагрузки при расчетных коэффициентах безопасности. Если последняя не дотягивает до требуемых по условиям характеристик, то изменяют сердечник и длины проводов. В крайнем случае допускают резисторы. Но даже эти ситуации не выгодны с экономической точки зрения. Поэтому тщательно измеряют при помощи кривых, чтоб выбрать такой коэффициент безопасности, чтоб происходила усиленная защита.

Варианты, которые используются на производственных площадках, — это 5Р и 10Р. Но распространены варианты с числовыми маркировками 20, 30 и больше. Для таких трансформаторов нельзя обойтись построением кривых — вычисляют математическим путем значения импульса вторички при коротком замыкании в первичке. Дальше эти данные сопоставляются с характеристиками импульса, а также совокупности всех токов приборов, которые будет подключаться в обмотке оборудования.

Источник

Правильный выбор трансформатора тока по ГОСТу

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

До определения номинальных параметров и их проверки на различные условия, необходимо выбрать тип ТТ, его схему и вариант исполнения. Общими, в любом случае, будут номинальные параметры. Разниться будут некоторые критерии выбора, о которых ниже.

Читайте также:  Как обозначается ток насыщения

1. Номинальное рабочее напряжение ТТ. Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки, где требуется установить трансформатор тока. Выбирается из стандартного ряда, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Далее, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ. Величина данного тока должна быть больше значения номинального тока электрооборудования, где монтируется ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Приведем пример из книги. Допустим у статора ТГ ток рабочий 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с перегрузкой в 10%. Значит ток на генераторе будет 5600+560=6160. А это значение мы не замерим через ТТ на 6000А.

Выходит необходимо будет взять следующее значение из ряда токов по ГОСТу. Приведу этот ряд: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако, некоторое электрооборудование не допускает работу с перегрузкой. И для него величина тока будет равна номинальному току.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как дальше идет проверка на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

2.1 Проверка первичного тока на термическую стойкость производится по формуле:

Формула проверки первичного тока ТТ на термическую устойчивость

Данная проверка показывает, что ТТ выдержит определенную величину тока КЗ (IТ) на протяжении определенного промежутка времени (tt), и при этом температура ТТ не превысит допустимых норм. Или говоря короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iуд — ударный ток короткого замыкания

kу — ударный коэффициент, равный отношению ударного тока КЗ iуд к амплитуде периодической составляющей. При к.з. в установках выше 1кВ ударный коэффициент равен 1,8; при к.з. в ЭУ до 1кВ и некоторых других случаях — 1,3.

2.2 Проверка первичного тока на электродинамическую стойкость:

Формула проверки первичного тока ТТ на динамическую устойчивость

В данной проверке мы исследуем процесс, когда от большого тока короткого замыкания происходит динамический удар, который может вывести из строя ТТ.

Для большей наглядности сведем данные для проверки первичного тока ТТ в небольшую табличку.

выбор первичного тока трансформатора тока по термической и электродинамической устойчивости

3. Третьим пунктом у нас будет проверка трансформатора тока по мощности вторичной нагрузки. Здесь важно, чтобы выполнялось условие Sном>=Sнагр. То есть номинальная вторичная мощность ТТ должна быть больше расчетной вторичной нагрузки.

Вторичная нагрузка представляет собой сумму сопротивлений включенных последовательно приборов, реле, проводов и контактов умноженную на квадрат тока вторичной обмотки ТТ (5, 2 или 1А, в зависимости от типа).

Величину данного сопротивления можно определить теоретически, или же, если установка действующая, замерить сопротивление методом вольтметра-амперметра, или имеющимся омметром.

Сопротивление приборов (амперметров, вольтметров), реле (РТ-40 или современных), счетчиков можно выцепить из паспортов, которые поставляются с новым оборудованием, или же в интернете на сайте завода. Если в паспорте указано не сопротивление, а мощность, то на помощь придет известный факт — полное сопротивление реле равно потребляемой мощности деленной на квадрат тока, при котором задана мощность.

Схемы включения ТТ и формулы определения сопротивления по вторичке при различных видах КЗ

Не всегда приборы подключены последовательно и это может вызвать трудности при определении величины вторичной нагрузки. Ниже на рисунке приведены варианты подключения нескольких трансформаторов тока и значение Zнагр при разных видах коротких замыканий (1ф, 2ф, 3ф — однофазное, двухфазное, трехфазное).

формулы определения сопротивления по низкой стороне ТТ при различных схемах подключения

zр — сопротивление реле

rпер — переходное сопротивление контактов

rпр — сопротивление проводов определяется как длина отнесенная на произведение удельной проводимости и сечения провода. Удельная проводимость меди — 57, алюминия — 34,5.

Кроме вышеописанных существуют дополнительные требования для ТТ РЗА и цепей учета — проверка на соблюдение ПУЭ и ГОСТа.

Выбор ТТ для релейной защиты

Трансформаторы тока для цепей релейной защиты исполняются с классами точности 5Р и 10Р. Должно выполняться требование, что погрешность ТТ (токовая или полная) не должна превышать 10%. Для отдельных видов защит эти десять процентов должны обеспечиваться вплоть до максимальных токов короткого замыкания. В отдельных случаях погрешность может быть больше 10% и специальными мероприятиями необходимо обеспечить правильное срабатывание защит. Подробнее в ПУЭ вашего региона и справочниках. Эта тема имеет множество нюансов и уточнений. Требования ГОСТа приведены в таблице:

значения погрешностей ТТ для цепей РЗА по ГОСТ-7746-2015

Хоть это и не самые высокие классы точности для нормальных режимов, но они и не должны быть такими, потому что РЗА работает в аварийных ситуациях, и задача релейки определить эту аварию (снижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, частоты) и предотвратить — а для этого необходимо уметь измерить значение вне рабочего диапазона.

Выбор трансформаторов тока для цепей учета

К цепям учета подключаются трансформаторы тока класса не выше 0,5(S). Это обеспечивает бОльшую точность измерений. Однако, при возмущениях и авариях осциллограммы с цепей счетчиков могут показывать некорректные графики токов, напряжений (честное слово). Но это не страшно, так как эти аварии длятся недолго. Опаснее, если не соблюсти класс точности в цепях коммерческого учета, тогда за год набежит такая финансовая погрешность, что “мама не горюй”.

ТТ для учета могут иметь завышенные коэффициенты трансформации, но есть уточнение: при максимальной загрузке присоединения, вторичный ток трансформатора тока должен быть не менее 40% от максимального тока счетчика, а при минимальной — не менее 5%. Это требование п.1.5.17 ПУЭ7 допускается при завышенном коэффициенте трансформации. И уже на этом этапе можно запутаться, посчитав это требование как обязательное при проверке.

По требованиям же ГОСТ значение вторичной нагрузки для классов точности до единицы включительно должно находиться в диапазоне 25-100% от номинального значения.

Диапазоны по первичному и вторичному токам для разных классов точности должны соответствовать данным таблицы ниже:

значения погрешностей ТТ для цепей учета и измерения по ГОСТ-7746-2015

Исходя из вышеописанного можно составить таблицу для выбора коэффициента ТТ по мощности. Однако, если с вторичкой требования почти везде 25-100, то по первичке проверка может быть от 1% первичного тока до пяти, плюс проверка погрешностей. Поэтому тут одной таблицей сыт не будешь.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

предварительная таблица выбора ТТ по мощности

Пройдемся по столбцам: первый столбец это возможная полная мощность нагрузки в кВА (от 5 до 1000). Затем идут три столбца значений токов, соответствующих этим мощностям для трех классов напряжений — 0,4; 6,3; 10,5. И последние три столбца — это разброс возможных коэффициентов трансформаторов тока. Данные коэффициенты проверены по следующим условиям:

  • при 100%-ой нагрузке вторичный ток меньше 5А (ток счетчика) и больше 40% от 5А
  • при 25%-ой нагрузке вторичный ток больше 5% от 5А

Я рекомендую, если Вы расчетчик или студент, сделать свою табличку. А если Вы попали сюда случайно, то за Вас эти расчеты должны делать такие как мы — инженеры, электрики =)

К сведению тех, кто варится в теме. В последнее время заводы-изготовители предлагают следующую услугу: вы рассчитываете необходимые вам параметра тт, а они по этим параметрам создают модель и производят. Это выгодно, когда при выборе приходится варьировать коэффициент трансформации, длину проводов, что приводит и к удорожанию схемы и увеличению погрешностей. Некоторые изготовители даже пишут, что не сильно и дороже выходит, чем просто серийное производство, но выигрыш очевиден. Интересно, может кто сталкивался с подобным на практике.

Читайте также:  Какие действия тока электрического тока наблюдаются при пропускании тока через электрический

Вот так выглядят основные моменты выбора трансформаторов тока. После выбора и монтажа, перед включением, наступает самый ответственный момент, а именно пусковые испытания и измерения.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Расчетная проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности

Устройство трансформатора тока

Одним из требований при выборе трансформаторов тока (ТТ) является их расчетная проверка на 10% погрешность. Что это значит и для чего это нужно? Это значит, что в аварийном режиме, когда ток в первичной обмотке трансформатора тока достигнет некоторого расчетного значения, погрешность ТТ не должна превышать 10%.

В противном случае ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет отличаться более чем на 10% от первичного (с учетом коэффициента трансформации), что может привести к несрабатыванию защиты.

Существует несколько способов проверки ТТ на 10% погрешность:

  1. По кривым предельной кратности
  2. По паспортным данным ТТ
  3. По действительным вольт-амперным характеристикам, снятым у ТТ перед включением электроустановки
  4. По типовой кривой намагничивания электротехнической стали, используемой для изготовления ТТ.

Все эти способы описаны в книгах Шабада М.А. Мы же подробно остановимся на способе проверки трансформатора тока по его паспортным данным. Почему именно на нем? Потому что на этапе проектирования электроустановки снять действительные вольт-амперные характеристики трансформатора не представляется возможным, получить от заводов-изготовителей ТТ кривые предельной кратности также бывает достаточно проблематично, не говоря уже о кривой намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник ТТ.

Существует два способа проверки ТТ на 10% погрешность по его паспортным данным:

  1. По известным паспортным данным ТТ и его нагрузке определяется фактический коэффициент предельной кратности Кпк.факт и сравнивается с минимально требуемым Кпк.мин
  2. Определяется минимально требуемый коэффициент предельной кратности Кпк.мин, а затем с учетом фактической вторичной нагрузки ТТ определяется номинальный Кпк.ном. Затем выбирается трансформатор тока с ближайшим большим стандартным значением коэффициента Кпк.ном

Рассмотрим более подробно первый вариант (определение фактического Кпк.факт и сравнение его с минимально требуемым Кпк.мин).

Определение фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт

Итак, для определения фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт необходимы следующие исходные данные:

а) Паспортные данные ТТ, а именно

  • Sном — номинальная вторичная нагрузка трансформатора тока, ВА;
  • Zтр — внутреннее сопротивление трансформатора тока, Ом;
  • Кпк.ном – номинальный коэффициент предельной кратности;
  • Iперв — первичный номинальный ток трансформатора тока, А;
  • Iвтор — вторичный номинальный ток трансформатора тока, А.

б) Должна быть известна схема соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки

в) Необходимо знать какие устройства подключены к вторичной обмотке ТТ, а также какими проводами выполнено это соединение.

Теперь необходимо определить значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ. Для этого воспользуемся готовыми формулами, позаимствованными из книги Шабада М.А.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки трансформаторов тока Zн.расч

Понятно, что в формулах
Zн.расч – расчетное значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ;
rпр – сопротивление проводов соединяющих трансформатор тока и реле защиты;
rпер – переходное сопротивление. Принимается равным 0,1 Ом;
Zр, Zр.ф, Zр.обр – сопротивление реле.

Так как сейчас в основном используются микропроцессорные реле защиты, потребляемая ими мощность по токовым цепям очень мала. Поэтому в формулах вместо Zр, Zр.ф, Zр.обр подставляем значение потребляемой мощности по токовым цепям микропроцессороного реле (в Омах). Если же в каждой фазе и в нулевом обратном проводе установлено свое отдельное реле, то в формулы необходимо подставлять значение потребляемой мощности каждого этого реле.

Если в информации на реле потребляемая по токовым цепям мощность дается в Вт или ВА, пересчет в Омы производится по формуле

Аналогично выполняется перевод номинальной мощности трансформатора тока из ВА в Омы

Сопротивление проводов rпр рассчитывается по формуле

где: Lпр – длина проводов от зажимов ТТ к реле, м
Sпр – сечение проводов, мм 2 ;
γпр – удельное электрическое сопротивление, в зависимости от материала проводов

  • γпр = 57 м/Ом · мм 2 – для меди
  • γпр = 34,5 м/Ом · мм 2 – для алюминия

Теперь необходимо определить фактический коэффициент предельной кратности по формуле

Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

В зависимости от вида защиты, токовые цепи которой подключены к проверяемому трансформатору тока, значение Кпк.мин определяется по разному.

Также в зависимости от типа (класса) применяемых трансформаторов тока Кпк.мин определяется по разному. Ниже приводятся формулы для определения Кпк.мин для транформаторов тока класса 5Р, 10Р.

Максимальная токовая защита

где: Iсраб.то – ток срабатывания наивысшей токовой ступени (как правило, токовой отсечки);
Iперв.тт – номинальный первичный ток ТТ.

Примечение: для микропроцессорных устройств могут быть свои требования к Кпк.мин. Так, для устройств Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности должен быть

Дифференциальная защита шин

Для устройств дифференциальной защиты шин типа 7SS85

где: Iкз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты.

Дифференциальная защита трансформатора

Для устройств дифференциальной защиты трансформатора типа 7UT82, 7UT85 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по трем условиям

где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны;
Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН).

Дифференциальная защита линии

Для функции 87L дифференциальной защиты линии устройств типа 7SD82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по формулам:

где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии;
Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии.

Проверка на предел измерения

При проверке токовых цепей для любой защиты должно выполняться условие

где: IКЗ.макс – максимальный ток КЗ в месте установки трансформаторов тока.

Пример проверки ТТ на 10% погрешность

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

К трансформатору тока подключен терминал типа 7SJ80 в котором задействована максимальная токова защита и токовая отсечка. Уставка срабатывания токовой отсечки Iсраб.то = 3150 А. Схема соединения трансформаторов тока – полная звезда. Максимальное значение тока КЗ в месте установки защиты IКЗ.макс = 12,45 кА. Терминал релейной защиты устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ и соединятеся с трансформаторами тока медными проводами сечением 2,5 мм 2 .

Проверка

1. По информации на устройство 7SJ80 находим потребляемую им мощность по токовым цепям.

2. Переводим потребляемую мощность в Омы

3. Находим сопротивление проводов от ТТ к терминалу защиты. Поскольку терминал устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ принимаем длину проводом 5 м.

4. Для схемы соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки “полная звезда” используя формулы таблицы 1 находим фактическую вторичную нагрузку трансформатора тока.

Так как мы достоверно не знаем, какой потребитель получает питание от защищаемого присоединения, рассчитываем на худший случай. Максимальная вторичная нагрузка для схемы соединения ТТ “полная звезда” будет для однофазного КЗ, его и примем в качестве расчетного.

5. Определим фактический коэффициент предельной кратности. Для этого сначала переведем номинальную вторичную нагрузку трансформатора тока из ВА в Омы

Определим минимально необходимый коэффициент предельной кратности для максимальной токовой защиты

Следовательно, минимально необходимый коэффициент предельной кратности должен быть больше либо равен 20. Фактический коэффицент предельной кратности при ТТ с Кном= 10 согласно расчету составляет

Кпк.факт = 14,64 2 перв = 15 / 5 2 = 0,6 Ом

Проверка на предел измерения

Автор статьи, инженер-проектировщик систем релейной защиты станций и подстанций

Источник