Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Содержание

Принцип действия трансформатора

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Коэффициент трансформации — формула

Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор повышающий, если больше единицы, понижающий. Разберем на небольшом примере: w1 количество витков первичной обмотки равно условно равно 300, w2 количество витков вторичной обмотки равно 20. Делим 300 на 20, получаем 15. Число больше единицы, значит трансформатор понижающий. Допустим, мы мотали трансформатор с 220 вольт, на более низкое напряжение, и нам теперь нужно посчитать, какое будет напряжение на вторичной обмотке. Подставляем цифры: U2=U1кт = 22015 = 14.66 вольт. Напряжение на выходе с вторичной обмотки будет равно 14.66 вольт.

Виды трансформаторов тока

Данные электротехнические устройства классифицируются по нескольким характеристикам. В зависимости от назначения токовые трансформаторы могут быть:

  • защитными – снижающими параметры тока для предотвращения выхода из строя потребляющих устройств;
  • измерительными – через которые подключаются средства измерения, в том числе электросчётчики;
  • промежуточными – устанавливаемыми в системы релейной защиты;
  • лабораторными – используемыми для исследовательских целей, обладающими низкой погрешностью измерения, нередко – с несколькими коэффициентами трансформации.

Учитывая характер условий эксплуатации, различают трансформаторы:

  • для наружной установки – защищённые от воздействия атмосферных факторов, которые можно использовать на открытом воздухе;

  • внутренние – применяемые внутри помещений;

  • встроенные – расположенные внутри электрических приборов и являющиеся их составной частью(3 ТА для каждой фазы показаны стрелкой).

В зависимости от исполнения первичных обмоток различают устройства:

  • одновиткового исполнения;
  • многовитковые;
  • шинные.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

С учётом способа установки их подразделяют на следующие типы:

  • проходной;
  • опорный.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

По числу ступеней изменения тока выделяют трансформаторы:

  • одноступенчатого,
  • двухступенчатого (каскадного) типа.

Устройства, в зависимости от величины напряжения, на которое они рассчитаны делят на предназначенные для работы в условиях более и менее 1000 В.

Для изготовления сердечника применяется специальная трансформаторная сталь. Изоляция выполняется сухой (бакелитовой, фарфоровой), обычной или бумажно-масляной.

Силовые трансформаторы

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Фото высоковольтный трансформатор

Трансформаторы с 6-10 киловольт на 380 вольт расположены вблизи потребителей. Такие трансформаторы стоят на трансформаторных подстанциях расположенных во многих дворах. Они поменьше размерами, но вместе с ВН (выключателями нагрузки) которые ставятся перед трансформатором и вводными автоматами и фидерами могут занимать двух этажное здание.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Трансформатор 6 киловольт

У трехфазных трансформаторов обмотки соединяются не так, как у однофазных трансформаторов. Они могут соединяться в звезду, треугольник и звезду с выведенной нейтралью. На следующем рисунке приведена как пример одна из схем соединения обмоток высокого напряжении и низкого напряжения трехфазного трансформатора:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Пример соединения обмоток силового трансформатора

Трансформаторы существуют не только напряжения, но и тока. Такие трансформаторы применяют для безопасного измерения тока при высоком напряжении. Обозначаются на схемах трансформаторы тока следующим образом:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Изображение на схемах трансформатор тока

На фото далее изображены именно такие трансформаторы тока:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Трансформатор тока — фото

Существуют также, так называемые, автотрансформаторы. В этих трансформаторах обмотки имеют не только магнитную связь, но и электрическую. Так обозначается на схемах лабораторный автотрансформатор (ЛАТР):

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Лабораторный автотрансформатор — изображение на схеме

Используется ЛАТР таким образом, что включая в работу часть обмотки, с помощью регулятора, можно получить различные напряжения на выходе. Фотографию лабораторного автотрансформатора можно видеть ниже:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

В электротехнике существуют схемы безопасного включения ЛАТРа с гальванической развязкой с помощью трансформатора:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Безопасный ЛАТР изображение на схеме

Для согласования сопротивления разных частей схемы служит согласующий трансформатор. Также находят применение измерительные трансформаторы для измерения очень больших или очень маленьких величин напряжения и тока.

Тороидальные трансформаторы

Промышленность изготавливает и так называемые тороидальные трансформаторы. Один из таких изображен на фото:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Фотография — тороидальный трансформатор

Преимущества таких трансформаторов по сравнению с трансформаторами обычного исполнения заключаются в более высоком КПД, меньше звуковой дребезг железа при работе, низкие значения полей рассеяния и меньший размер и вес.

Сердечники трансформаторов, в зависимости от конструкции могут быть различными, они набираются из пластин магнитомягкого материала, на рисунке ниже приведены примеры сердечников:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Сердечники трансформаторов — рисунок

Вот в кратце и вся основная информация о трансформаторах в радиоэлектронике, более подробно разные частные случаи можно рассмотреть на форуме. Автор AKV.

Классификация и выбор

Подключение счетчика через трансформаторы тока

По конструкции и исполнению трансформаторы тока используемые в измерительных цепях делятся на:

  • Встроенные. Первичная обмотка у них служит элементом для другого устройства. Они устанавливаются на вводах и имеют только вторичную обмотку. Функцию первичной обмотки выполняет другой токоведущий элемент линейного ввода. Конструктивно это магнитопровод кольцевого типа, а его обмотки имеют отпайки, соответствующие разным коэффициентам трансформации;
  • Опорные. Предназначенные для монтажа и установки на опорной ровной плоскости;
  • Проходной. По своей структуре это тот же встроенный, только вот находиться он может снаружи другого электрического устройства;
  • Шинный. Первичной обмоткой служит одна или несколько шин включенных в одну фазу. Их изоляция рассчитывается с запасом, что бы он мог выдержать даже многократное увеличение напряжения;
  • Втулочный. Это одновременно и проходной, и шинный трансформатор тока;
  • Разъемный. Его магнитопровод состоит из разборных элементов;
  • Переносной. Это устройство электрики называют токоизмерительные клещи. Они являются переносным и удобным измерительным трансформатором тока, у которого магнитная система размыкается и замыкается уже вокруг того провода в котором и нужно измерять значение тока.
Популярные статьи  Как выпаять микросхему

При выборе трансформатора тока стоит знать главное, что при протекании по первичной обмотке номинального тока в его вторичной обмотке, которая замкнута на измерительный прибор, будет обязательно 5 А. То есть если нужно проводить измерение токовых цепей где его расчётная рабочая величина будет примерно равна 200 А. Значит, при установке измерительного трансформатора 200/5, прибор будет постоянно показывать верхние приделы измерения, это неудобно. Нужно чтобы рабочие пределы были примерно в середине шкалы, поэтому в этом конкретном случае нужно выбирать трансформатор тока 400/5. Это значит что при 200 А номинального тока оборудования на вторичной обмотке будет 2,5 А и прибор будет показывать эту величину с запасом в сторону увеличения или уменьшения. То есть и при изменениях в контролируемой цепи будет видно насколько данное электрооборудование вышло из нормального режима работы.

Вот основные величины, на которые стоит обратить внимание при выборе измерительных трансформаторов тока:

  1. Номинальное и максимальное напряжение в первичной обмотке;
  2. Номинальное значение первичного тока;
  3. Частота переменного тока;
  4. Класс точности, для цепей измерения и защиты он разный.

Схемы подключения трансформаторов тока

Схема подключения для 110 кВ и выше:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Схема подключения для 6-10 кВ в ячейках КРУ:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Вторичные цепи

Схема включение трансформатора тока в полную звезду:

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Схема включение трансформатора тока в неполную звезду(З а счет распределения токов на дополнительном приборе получается отобразить векторную сумму фаз А и С, которая противоположно направлена вектору фазы В при симметричном режиме нагрузки сети):

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Схема включение трансформатора тока в неполную звезду(для контроля линейного тока с помощью реле):

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Схема включение трансформатора тока в полную звезду с подключением обмотки реле к фильтру нулевой последовательности(ФТНП):

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Трансформаторы тока разных производителей

Рассмотрим несколько трансформаторов тока разных производителей:

Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01

, предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.

Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.

Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.

Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений и имеют:

  • класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93;
  • уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.

Варианты исполнения трансформатора: «Б» — оснащён изолирующими барьерами.

Расположение вторичных выводов:

  • «А» — параллельно установочной поверхности;
  • «В» — перпендикулярно установочной поверхности;
  • «С» — из гибкого провода, параллельно установочной поверхности;
  • «D» — из гибкого провода, перпендикулярно установочной поверхности.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Требования к надежности

Для трансформаторов установлены следующие показатели надежности:

  • средняя наработка до отказа – 2´105 ч.;
  • полный срок службы – 30 лет.

Выбор

При выборе трансформатора тока в первую очередь необходимо учитывать номинальное напряжение прибора было не ниже, чем в сети, где он будет установлен. Например, для трехфазной сети с напряжением 380 В можно использовать ТТ с классом напряжения 0,66 кВ, соответственно для установок более 1000 В, устанавливать такие устройства нельзя.

Помимо этого IНОМ ТТ должен быть равен или превышать максимальный ток установки, где будет эксплуатироваться прибор.

Кратко изложим и другие правила, позволяющие не ошибиться с выбором ТТ:

  • Сечение кабеля, которым будет подключаться ТТ к цепи вторичной нагрузки, не должно приводить к потерям сверх допустимой нормы (например, для класса точности 0,5 потери не должны превышать 0,25%).
  • Для систем коммерческого учета должны использоваться устройства с высоким классом точности и низким порогом погрешности.
  • Допускается установка токовых трансформаторов с завышенным КТ, при условии, что при максимальной нагрузке ток будет до 40% от номинального.

Посмотреть нормы и правила, по которым рассчитываются измерительные трансформаторы тока (в том числе и высоковольтные) можно в ПУЭ ( п.1.5.1.). Пример расчета показан на картинке ниже.

Популярные статьи  Интуитивный метод разработки схем управления

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики
Пример расчета трансформатора тока

Что касается выбора производителя, то мы рекомендуем использовать брендовую продукцию, достоинства которой подтверждены временем, например ABB, Schneider Electric b и т.д. В этом случае можно быть уверенным, что указанные в паспорте технические данные, а методика испытаний соответствовала нормам.

Информация на корпусе

Информация, представленная на видимой стороне устройства, наносится при помощи гравировки, травления или теснения. Это обеспечивает чёткость и долговечность надписи. На металлическом щитке указываются данные о заводе-изготовителе оборудования. Наносится год его выпуска, заводской номер.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Помимо данных о производителе обязательно присутствует информация об агрегате. Указывается номер стандарта, которому соответствует представленная конструкция. Обязательно наносится показатель номинальной мощности. Для трехфазных устройств этот параметр приводится для каждой обмотки отдельно. Указывается информация о напряжении ответвлений витков катушек.

Для всех обмоток определяется показатель номинального тока. Приводится количество фаз установки, частота тока. Производитель предоставляет данные о конфигурации и группах соединения катушек.

После приведённой выше информации можно ознакомиться с параметрами напряжения короткого замыкания. Представляются требования к установке. Она может быть наружной или внутренней.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Технические характеристики позволяют определить способ охлаждения, массу масла в баке (если применяется эта система), а также массу активной части. На приводе переключателя указывается его положение. Если установка обладает сухим видом охлаждения, есть данные о мощности установки при отключённом вентиляторе.

Под щитком должен быть выбит заводской номер. Он присутствует на баке. Номер указывается на крышке возле ввода ВН, а также сверху и слева на полке балки сердечника.

2.4. Типовые схемы соединений трансформаторов тока

2.4.1. Соединение трансформаторов тока и
обмоток реле в полную звезду

Схема соединения
представлена на рис. 2.4.1, векторные диаграммы
иллюстрирующие работу схемы на рис. 2.4.2, 2.4.3, 2.4.4.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматикиВ нормальном режиме (если он симметричный) (практически из–за
погрешностей трансформаторов тока проходит небольшой ток – ток небаланса).

Рис.2.4.1

Трехфазное КЗ

 

Рис. 2.4.2.

Двухфазное
КЗ

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.3

Однофазное
КЗ

 

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.4

Схема
применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ.

Для каждой
схемы соединений можно определить отношение тока в реле Iр к току в фазе Iф, это отношение называется коэффициентом схемы , для данной схемы kсх=1.

2.4.2. Соединение трансформаторов тока и
обмоток реле в неполную звезду

Схема соединения представлена на рис.
2.4.5, векторные диаграммы иллюстрирующие работу схемы
на рис. 2.4.6, 2.4.7.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.5

3 – фазное КЗ: токи проходят по обоим реле и в обратном проводе:

2 – фазное
КЗ: токи проходят в одном или двух реле в зависимости от того, какие фазы
повреждены.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.6

Однофазное КЗ
фазы В: токи в схеме защиты не появляются.

Рис.2.4.7

Схема
неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного
КЗ и применяется только для защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными
нулевыми точками:

kсх=1.

2.4.3. Соединение трансформаторов тока в
треугольник, а обмоток релев звезду

Схема соединения представлена на рис. 2.4.8.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.8

При трехфазном КЗ при симметричной нагрузке в
реле проходит линейный ток в раз больше тока фазы и
сдвинутый относительно него по фазе на 30°.

Особенности
схемы:

1)
токи в реле проходят при всех видах КЗ, защиты
построенные по такой схеме реагируют на все виды КЗ;

2)
отношение тока в реле к фазному току зависит от вида КЗ;

3)
токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника
трансформаторов тока, не имея пути для замыкания через обмотки реле.

Схема
применяется в основном для дифференциальных защит трансформаторов и
дистанционных защит.

Коэффициент
схемы: .

2.4.4. Включение реле на разность токов 2 –
фаз (схема восьмерки)

Схема соединения представлена на рис.
2.4.9, векторные диаграммы иллюстрирующие работу схемы
на рис. 2.4.10,
2.4.11.

При трехфазном КЗ
(симметричная нагрузка) .

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.9

Двухфазное КЗ
АС

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Рис. 2.4.10

Двухфазно
КЗ АВ или ВС

Рис. 2.4.11

Ток в реле,
следовательно, и чувствительность при различных видах КЗ будут различными.

Однофазное КЗ
фазы В: ток в реле равен нулю.

Схема применяется для защиты от междуфазных КЗ, когда она
обеспечивает необходимую чувствительность когда не
требуется её действие за трансформатором с соединением обмоток YD – 11 группа.

Коэффициент схемы .

2.4.5. Соединение трансформаторов тока в
фильтр токов нулевой последовательности

Схема соединения представлена на рис. 2.4.12.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики. Ток в реле появляется только при одно –и
двухфазных КЗ на землю.

Схема
применяется в защитах от замыканий на землю.

При нагрузках трехфазных и двухфазных КЗ IN=0.

Рис.
2.4.12

Однако из–за погрешности
трансформаторов тока в реле появляется ток небаланса Iнб.

2.4.6. Последовательное соединение
трансформаторов тока

Схема соединения представлена на рис. 2.4.13.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматикиНагрузка, подключенная к
трансформаторам тока, распределяется поровну. Вторичный ток остается неизменным, а
напряжение, приходящееся на каждый трансформатор тока
составляет .

Схема
применяется при использовании маломощных трансформаторов тока.

Рис. 2.4.13

2.4.7. Параллельное соединение
трансформаторов тока

Схема соединения представлена на рис. 2.4.14.

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики

Схема используется для получения
нестандартных коэффициентов трансформации.

Рис. 2.4.14

пятница, 3 мая 2013 г.

Обозначение трансформаторов, автотрансформаторов

ГОСТ 2.721—74 2

5 ИЗДАНИЕ (май 2002 г.) с Изменениями № 1, 2, 3, утвержденными в марте 1981 г., июле 1991 г., октябре 1993 г. (ИУС 6—81, 10—91, 5—94)

1a. Настоящий стандарт устанавливает условные графические обозначения катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, автотрансформаторов, трансдукторов и магнитных усилителей на схемах, выполняемых вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности и строительства.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

1. Устанавливаются три способа построения условных графических обозначений для трансформаторов и автотрансформаторов: упрощенный однолинейный; упрощенный многолинейный (форма I); развернутый (форма II).

2. В упрощенных однолинейных обозначениях обмотки трансформаторов и автотрансформаторов изображают в виде окружностей (черт. 1). Выводы обмоток показывают одной линией с указанием на ней количества выводов в соответствии с требованиями ГОСТ 2.721. В автотрансформаторах сторону высшего напряжения изображают в виде развернутой дуги (черт. 2).

Черт. 1 Черт. 2 Черт. 3 Черт. 4

В настоящем стандарте примеры упрощенных однолинейных обозначений трансформаторов и автотрансформаторов не приведены. 3. В упрощенных многолинейных обозначениях обмотки трансформаторов (черт. 3) и автотрансформаторов (черт. 4) изображают аналогично упрощенным однолинейным обозначениям, показывая выводы обмоток.

4. В развернутых обозначениях обмотки трансформаторов и автотрансформаторов изображают в виде цепочек полуокружностей.

5. Обозначения элементов катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, автотрансформаторов и магнитных усилителей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование Обозначение
Форма I Форма II
1. Обмотка трансформатора, автотрансформатора, дросселя и магнитного усилителя.
Примечания: 1. Количество полуокружностей в изображении обмотки и направление выводов не устанавливаются
2. При изображении магнитных усилителей, трансдукторов разнесенным способом используют следующие обозначения:
а) рабочая обмотка
б) управляющая обмотка
в) магнитопровод
3. Для указания начала обмотки используют точку
2. Магнитопровод: а) ферромагнитный
Примечания: 1. Для немагнитного магнитопровода указывают химический символ металла, например, магнитопровод медный
2. Магнитопровод ферритовый (изображают толстой линией)
б) ферромагнитный с воздушным зазором
в) магнитодиэлектрический
Примечание. Количество штрихов в обозначении магнитопровода не устанавливается
г) Исключен. (Изм. № 1)
3. Характер кривой намагничивания отражают при помощи следующих знаков: а) прямоугольная петля гистерезиса
б) непрямоугольная петля гистерезиса
4. Первичная обмотка трансформатора тока
5. Обмотка запоминающего трансформатора

6. Примеры построения обозначений катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, автотрансформаторов и магнитных усилителей приведены в табл. 2.

2.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Ток Iнам состоит из активной и реактивной составляющих.

Iа.нам – обусловлена активными потерями на гистерезис и от
вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока.

Iр.нам – создает магнитный поток, который индуктирует во
вторичной обмотке ЭДС Е2.

Для уменьшения Iа.нам магнитопровод выполняется
из шихтованной стали.

При
насыщении Iнам возрастает значительно быстрее, чем поток Фт,
что вызывает резкое увеличение погрешностей. (см. рис. 2.2.1 – характеристика
намагничивания трансформатора тока.)

Для ограничения погрешностей нужно
уменьшить Фт:

Рис.
2.2.1

ФтЕ2=I2(Z2+Zн).(2.3)

Этого можно добиться, либо
снизив ток I2 за счет подбора соответствующего коэффициента
трансформации (повысить nтдля
снижения кратности максимального первичного тока ), либо уменьшив сопротивление нагрузки вторичной обмотки Zн .

Требования к точности трансформаторов тока, питающих
релейную защиту

Погрешность трансформаторов тока по току (DI) не должна превышать 10%, а
по углу (d) – 7°.

Эти требования обеспечиваются, если Iнам£0,1I1.

Для каждого типа трансформаторов тока имеются определённые значения К1макс и Zн, при которых погрешность e будет равна 10%. Поэтому
исходными величинами для оценки погрешности являются I1макс и Zн

Zн=Zр+Zп,(2.4)

гдеZп – сопротивление проводов,

Zр – сопротивление реле.

Для упрощения в расчетах сопротивления суммируются арифметически.

Предельные значения К1макс
и Zн из условия 10% погрешности
дают заводы, изготавливающие трансформаторы тока.

Класс точности

Выпускаются трансформаторы тока следующих классов точности:
0,5;1;3;10 (для подсоединения к ним измерительных приборов) и Р (для релейной защиты).

Таблица 2.1

Класс

Погрешность1

по току, %

по углу, ¢

0,5

±0,5

±40

1

±1

±80

3

±3

Не нормируется

Р

Не нормируется

При диапазоне первичных
токов 0,1£I1£1,2 от номинального.

Номинальная нагрузка – максимальная нагрузка, при которой
погрешность равна значению, установленному для данного класса – Sн.ном(ВА) при I2ном=5А или 1А и cosj=0,8

Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики.(2.5)

Кривые предельной кратности – К10=f(Zном) – приводятся в заводской
документации (Рис.2.2.2).

Имеются и другие характеристики, например зависимость I2=f(I1) (рис.2.2.3).

Рис. 2.2.2Рис. 2.2.3

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: