Материал: Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Рассмотрим несколько примеров обозначений трансформаторов тока.

ТЛ-0,66 - трансформатор тока, с литой изоляцией, номинальное напряжение 0,66 кВ.

ТШЛ-0,66 - трансформатор тока, шинный, с литой изоляцией, номинальное напряжение 0,66 кВ.

ТОЛ-10 - трансформатор тока, опорный, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.

ТЛО-10 - трансформатор тока, с литой изоляцией, опорный, номинальное напряжение 10 кВ.

ТЛП-10 - трансформатор тока, проходной, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.

ТЗЛ-10 - трансформатор тока, для защиты от замыканий на землю, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.

ТВГ-24 - трансформатор тока, встроенный, генераторный, номинальное напряжение 24 кВ.

ТШВ-20 - трансформатор тока, шинный, встраиваемый в токопроводы, номинальное напряжение 10 кВ.

ТБМО-35 - трансформатор тока, баковый, маслонаполненный, одноступенчатый, номинальное напряжение 35 кВ.

ТГФ-110 - трансформатор тока, элегазовый, с фарфоровой покрышкой, номинальное напряжение 110 кВ.

ТФЗМ-220 - трансформатор тока, с фарфоровой покрышкой, с обмотками звеньевого типа, номинальное напряжение 220 кВ.

Первичная обмотка состоит из нескольких секций, которые соединяются последовательно или параллельно.

.4 Схемы соединений трансформаторов тока

Питание измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики производится по различным схемам соединений вторичных обмоток трансформаторов тока.

При большой вторичной нагрузке трансформатора тока может не обеспечиваться требуемый класс точности. В этом случае последовательно включаются первичные и вторичные обмотки двух трансформаторов тока, установленные на одной фазе. Величина вторичного тока остаётся неизменной (рис.1.7).

При параллельном согласном соединении вторичных обмоток трансформаторов величина тока в нагрузке (А₃) равна сумме токов в каждом трансформаторе (А₁) и (А₂) (рис. 1.8). Например, эта схема соединений применяется на распределительном устройстве при подключении присоединений через два выключателя для измерения тока в присоединении.

На рис.1.9 показана схема соединений вторичных обмоток трансформаторов тока в звезду с нулевым проводом. В нулевом проводе ток равен геометрической сумме токов в фазах.

При соединении вторичных обмоток трансформаторов тока в неполную звезду (рис.1.10) ток в нулевом проводе равен их геометрической сумме с обратным знаком

İ₀ = -(İ_а + İ_С). (1.10)

Следовательно, в симметричном режиме работы первичной сети

İ₀ = - İ_в. (1.11)

Достаточно устанавливать трансформаторы тока в двух фазах для измерения трёх фазных токов в нормальном режиме работы сети. В сетях с изолированной нейтралью не бывает однофазных коротких замыканий, поэтому для релейной защиты не требуется установка трансформаторов тока в трёх фазах.

Схема соединений вторичных обмоток трансформаторов тока в треугольник, а приборов в звезду показана на рис.1.11. В приборе А₁ протекает ток, равный геометрической разности токов в фазах А и В.

Рассмотрим схему соединения вторичных обмоток на разность токов двух фаз (рис.1.12). Ток через прибор равен

İ = İ_а - İ_с.  (1.12)

При симметричном первичном токе ток во вторичной цепи можно определить из векторной диаграммы трёхфазной сети. Он будет в  раз больше фазного тока.

Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора тока образует фильтр тока нулевой последовательности (рис.1.13). Ток через прибор А₀ равен току замыкания на землю.

2. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

.1 Проверка погрешности трансформатора тока

Производится изучение токовой погрешности трансформатора тока. Последовательно с испытуемым трансформатором тока соединён образцовый трансформатор (рис.2.1).

Показания амперметра во вторичной обмотке образцового трансформатора тока принимаются за точные значения.

Проверка погрешности трансформатора тока производится совместно с изучением формы вторичного тока в пункте 2.2.

Определяется зависимость вторичного тока от величины первичного тока. К вторичной обмотке испытуемого трансформатора тока подключается только амперметр. С помощью автотрансформаторов АТ₁ и АТ₂ изменяется ток во вторичной цепи от 0,1 А до номинального значения 5 А. По полученным данным производится расчёт токовой погрешности в зависимости от величины первичного тока в относительных единицах.

Снимается зависимость величины вторичного тока в цепи испытуемого трансформатора тока от величины вторичной нагрузки. С помощью автотрансформаторов АТ₁ и АТ₂ поддерживается постоянное значение показаний амперметра, подключённого к образцовому трансформатору тока. В качестве нагрузки поочерёдно используется амперметр, активные сопротивления R1-R3 и вторичная обмотка одного из трансформаторов тока, расположенного в центре стенда. Переключения производятся перемычками, как показано на рис. 2.1. По полученным данным рассчитывается токовая погрешность по отношению к показаниям амперметра на образцовом трансформаторе тока и строится график погрешности в функции сопротивления нагрузки. С помощью экстраполяции определяется сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока и сравнивается с допустимым сопротивлением нагрузки в классе точности 10Р равным 1 Ом. Подключение вторичной обмотки трансформатора тока проводятся с учебной целью для определения соотношения между сопротивлением вторичной обмотки трансформатора тока и величиной допустимой вторичной нагрузки.

2.2 Изменение формы вторичного тока трансформатора тока при возрастании нагрузки

Отклонение формы кривой вторичного тока от синусоидальной формы вносит дополнительную токовую погрешность. Для контроля искажения формы кривой вторичного тока, происходящего из-за насыщения магнитопровода, в схеме на рис. 2.1 используется осциллограф. Для каждого значения нагрузки по осциллографу фиксируется форма кривой вторичного тока. Определяется величина нагрузки, при которой начинается искажение формы кривой вторичного тока.

.3 Проверка коэффициента трансформации трансформатора тока

Проверка коэффициента трансформации в условиях эксплуатации при небольших первичных токах производится с применением амперметров по схеме рис.2.1. Зная коэффициент трансформации образцового трансформатора тока, проверяют коэффициент трансформации испытуемого трансформатора тока. У трансформаторов тока с большим первичным номинальным током проверку удобно производить с использованием вольтметров (рис.2.2) [4]. Необходимо использовать высокоомный вольтметр V₂, так как первичная обмотка трансформатора тока имеет очень низкое сопротивление. Коэффициент трансформации равен отношению показаний вольтметров V₁ к V₂. При этом, перемычка, показанная на рис. 2.2, не устанавливается.

.4 Контроль витковой изоляции трансформатора тока и повреждений в стали магнитопровода

Для определения виткового замыкания в трансформаторе тока и повреждений в стали магнитопровода снимают вольтамперную характеристику трансформатора тока. Она представляет собой зависимость тока намагничивания I₀ от величины приложенного напряжения к обмотке. Вольтамперная характеристика снимается при разомкнутой первичной обмотке (рис. 2.2). При витковом замыкании или повреждении в стали магнитопровода, будут протекать токи, магнитное поле которых размагничивает магнитопровод. Это отражается на вольтамперной характеристике. На производстве оценка исправности трансформатора тока производится путём сравнения вольтамперной характеристики, снятой при испытаниях, с типовой характеристикой для данного типа трансформатора тока. Допускается отклонение кривой намагничивания от типовой характеристики не более чем на 10 % [5].

Вольтамперная характеристика (кривая намагничивания) снимается при снятой перемычке, т.е. разомкнутой первичной обмотке. Затем снимается характеристика при замкнутой перемычкой первичной обмотке. Этим моделируется неисправность в виде короткозамкнутого витка. Строятся две вольтамперные характеристики, и определяется отклонение характеристик между собой.

.5 Проверка полярности обмоток трансформатора тока

Под полярностью обмоток понимается определение начала и конца первичных и вторичных обмоток у встроенных трансформатора тока, а так же проверка маркировок обмоток трансформаторов тока. Проверка полярности необходима для правильного подключения счётчиков электроэнергии, ваттметров, варметров, направленных устройств релейной защиты и автоматики, то есть приборов и устройств, контролируемый параметр которых зависит от угла между током и напряжением. Маркировка проверяется у всех трансформаторов тока, даже не имеющих первичную обмотку.

Для проверки полярности обмоток необходим источник постоянного тока и гальванометр (рис. 2.3). Во время подключения источника постоянного тока во вторичной обмотке трансформируется импульс тока, который приводит к кратковременному отклонению стрелки гальванометра. При правильной полярности обмоток в соответствие с маркировкой во время кратковременного включения ключа К стрелка гальванометра отклоняется вправо, а при размыкании ключа К - влево.

2.6 Контроль вторичных цепей трансформаторов тока

Нарушение контактов или обрывы проводников во вторичных цепях приводят к изменению величины тока во вторичных цепях трансформатора тока. В зависимости от места и вида повреждения, а также от режима работы первичной сети можно выявить причину отказа релейной защиты и автоматики.

Для диагностики вторичных цепей собирается одна из схем соединений вторичных обмоток трансформаторов тока (рис. 1.8 - 1.12).

В качестве примера на рис. 2.4 показаны режимы для схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в неполную звезду. Перемычками П1 - П4 создаются различные режимы работы первичной и вторичной цепи. В первичной цепи рассматриваются трёхфазный и два двухфазных режима работы. Во вторичной цепи - размыкание нулевого проводника. Записываются показания амперметров и анализируются пути протекания вторичных токов.

. Проверка погрешности трансформатора тока.

Испытания проводятся совместно с пунктом 2.

Снимается зависимость вторичного тока трансформатора тока от первичного тока в диапазоне от 0,1 I_1НОМ до I_1НОМ. Производится не менее пяти измерений. За точные значения принимаются показания образцового трансформатора тока. Рассчитывается величина токовой погрешности. Строится зависимость токовой погрешности от величины первичного тока, который берётся в относительных единицах.

Снимается зависимость вторичного тока от величины сопротивления вторичной нагрузки и при неизменной величине первичного тока и одновременно фиксируется форма кривой вторичного тока на осциллографе (пункт 2). Строится зависимость токовой погрешности от величины нагрузки. Путём экстраполяции определяется величина сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока.

. Изменение формы вторичного тока при возрастании нагрузки.

Для каждого из значений нагрузки по пункту 1 по осциллографу фиксируется форма кривой вторичного тока. Определяется величина сопротивления нагрузки, при которой появляется несинусоидальность формы кривой вторичного тока.

. Проверка коэффициента трансформации трансформатора тока.

Произвольно выставляется величина тока в первичной цепи. С помощью метода двух вольтметров определяется коэффициент трансформации.

. Контроль витковой изоляции трансформатора тока и повреждений в стали магнитопровода.

Снимаются две вольтамперные характеристики с разомкнутыми выводами первичной обмотки и с перемычкой между выводами Л₁ и Л₂. Строятся две характеристики и рассчитываются отклонения между ними во всех измеренных точках. Определяется возможность выявления виткового замыкания по вольтамперной характеристике.

. Проверка полярности обмоток трансформатора тока.

Собирается схема проверки полярности испытуемого трансформатора тока. При кратковременном нажатии кнопки К фиксируется направление отклонения стрелки гальванометра. Определяется правильность маркировки обмоток трансформаторов тока.

. Изучение схем соединений трансформаторов тока и контроль вторичных токовых цепей.

По заданию преподавателя собираются несколько схем соединений вторичных обмоток трансформаторов тока (пункт 1.4). Для одной из схем записываются показания амперметров при симметричных и несимметричных режимах первичной и вторичной сети. Определяются пути протекания тока и возможность отказов релейной защиты при резком изменении величины тока.

4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

.1 Назначение, принцип действия и погрешности трансформатора напряжения

Трансформаторы напряжения применяются в электроустановках на напряжение выше 1000 В и предназначены:

) для преобразования переменного первичного напряжения в стандартное вторичное напряжение 100, 100/, 100:3 В;

) для защиты персонала и приборов от высокого напряжения первичной цепи.

) для питания оперативных цепей на подстанциях с выпрямленным и переменным оперативным током.

Трансформатор напряжения работает в режиме близком к холостому ходу.

Коэффициент трансформации равен:

, (4.1)

где U_1НОМ - номинальное первичное напряжение, U_2НОМ - номинальное вторичное напряжение. Вторичное напряжение трансформатора, увеличенное в K_НОМ раз, отличается от первичного напряжения, как по модулю, так и по фазе вследствие потерь напряжения в трансформаторе.

Обозначения трансформатора напряжения приведены в табл. 4.1.

Погрешность по напряжению - это отношение разности между приведённым вторичным напряжением и первичным к первичному напряжению

.

Угловая погрешность - это угол δ между векторами первичного и вторичного напряжений. Погрешность считается положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения.

Для уменьшения погрешности по напряжению применяется витковая коррекция трансформатора напряжения, так как вторичное напряжение несколько меньше из-за потерь в трансформаторе. Отношение числа витков выбирают меньше номинального коэффициента трансформации. Для этого уменьшают число витков первичной обмотки.

Таблица 4.1 Обозначение обмоток трансформаторов напряжения