Размыкание вторичной цепи является аварийным режимом, так как при этом намагничивание сердечника осуществляется полностью всем первичным током, сердечник входит в насыщение, значение его магнитного сопротивления велико, что приводит к перегреву сердечника, порче изоляции, намотки, напряжение на вторичной обмотке может достигать сотен вольт, что опасно для обслуживающего персонала. В связи с этим у выпускаемых промышленностью трансформаторов тока предусматриваются устройства для закорачивания вторичной обмотки при необходимости осуществления нужных переключений во вторичной цепи при включенной первичной обмотке.
Кроме того, при случайном размыкании вторичных цепей трансформаторов тока (например, используемых для замеров нагрузки, мощности и производительности генераторов, трансформаторов собственных нужд, электродвигателей) в этих цепях может возникнуть напряжение в несколько сотен вольт.
Аварийным для трансформатора тока является режим, возникающий при случайном размыкании вторичной цепи.
Индукция в сердечнике при этом режиме сильно возрастает, что приводит к местным недопустимым перегревам стали сердечника и выгоранию и повреждению изоляции, если размыкание вторичной цепи не будет своевременно обнаружено.
Следует иметь в виду, что вторичная обмотка трансформатора тока во время его работы всегда должна быть замкнута на электроизмерительный прибор или накоротко, так как при обрыве или размыкании вторичной цепи на концах обмотки возникает высокое напряжение, опасное для изоляции и персонала, и происходит усиленный перегрев сердечника.
Категорически запрещается расчленение штепсельных разъемов вторичных цепей при рабочем положении выдвижных элементов с выключателями, в приводы которых встроены токовые реле прямого действия (РТМ, РТВ и др.), во избежание пробоя изоляции вторичных цепей высоким напряжением, возникающим в результате размыкания вторичных цепей трансформаторов тока. Сочленение и расчленение штепсельных разъемов в таких шкафах КРУН производят только при нахождении выдвижного элемента в контрольном положении. При выкатывании выдвижных элементов из контрольного положения в ремонтное штепсельные разъемы вторичных цепей предварительно расчленяют.
Обязательным при включении трансформатора тока в высоковольтную цепь является заземление одного зажима вторичной обмотки и кожуха трансформатора. Недопустимо размыкание вторичной цепи трансформатора тока при наличии тока в первичной обмотке.
Обязательным при включении трансформатора тока в высоковольтную цепь является заземление одного зажима вторичной об-мотки и кожуха трансформатора. Недопустимо размыкание вторичной цепи трансформатора тока при наличии тока в первичной обмотке.
Работа трансформаторов тока с разомкнутой вторичной цепью не допускается. При размыкании вторичной цепи размагничивающая сила вторичной обмотки равна нулю, а результирующая намагничивающая, равная действию первичной обмотки, резко увеличивается. Напряжение у зажимов вторичной обмотки может достигать нескольких тысяч вольт, что опасно для персонала и изоляции аппарата.
В рабочем режиме трансформатора тока его магнитный поток весьма мал и состояние его магнитопровода далеко от насыщения, что способствует уменьшению погрешностей ввиду уменьшения намагничивающего тока. Нельзя допускать размыкания вторичной цепи трансформатора тока, так как при этом размагничивающее действие вторичного тока исчезает и поток трансформатора возрастает в десятки и сотни раз. На вторичной стороне возникает опасное для жизни напряжение, а сам трансформатор может выйти из строя вследствие пробоя изоляции или чрезмерного нагрева магнитопровода в результате увеличения магнитных потерь.
Включение образцовых приборов в токовую цепь и цепь напряжения выполняют на зажимных сборках цепей вторичной коммутации. При этом должно быть предусмотрено приспособление для замыкания вторичных цепей трансформаторов тока (ТТ) без их разрыва и для размыкания вторичной цепи трансформаторов напряжения (ТН) без их случайного закорачивания. Монтаж цепей тока и напряжения от зажимных сборок (рядов) панелей до зажимов проверяемого прибора должен быть тщательно осмотрен во избежание ошибочных операций в цепях релейной защиты вместо цепей измерения.
Уже давно предпринимаются поиски средств, которые могли бы автоматически ликвидировать описанный выше опасный режим. В последнее время необходимость таких средств стала особенно настоятельной, однако до сих пор еще не предложено надежной и простой схемы защиты от размыкания вторичной цепи.
В разомкнутой вторичной цепи ТТ ток / 2 равен нулю, но в первичной цепи ток / г практически не изменяется. Электродвижущая сила Е2 пропорциональна магнитному потоку (8.29) и в результате увеличения последнего при размыкании вторичной цепи во вторичной обмотке индуктируется ЭДС порядка сотен вольт и до 1 5 кВ у ТТ на большие токи. Следовательно, возникает опасность для жизни человека, разомкнувшего вторичную цепь. Кроме того, возрастает мощность потерь в магнитопроводе [ см. (7.11) и (7.12) ] и в результате его сильное нагревание и расширение. То и другое опасно для целости изоляции и в конечном итоге может привести к пробою изоляции и короткому замыканию на землю со стороны высокого напряжения.
Различают трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН). Их назначение:
снижение измеряемых токов и напряжений до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А или по напряжению 100 В);
безопасность измерений и удобство обслуживания приборов и реле, т. к. вторичные обмотки этих трансформаторов электрически не связаны с первичными.
В целях безопасности обслуживания измерительных приборов и реле вторичные обмотки ТТ и ТН заземляются. Этим устраняется опасность появления высокого напряжения на вторичных цепях при пробое изоляции высокого напряжения (переходе высокого напряжения на вторичные цепи). На рис. 1 поясняется принцип защиты вторичных цепей от высокого напряжения. Обозначения: 1 - проводник первичной обмотки ТТ (число витков обмотки равно 1); 2 - сердечник магнитопровода; 3 - вторичная обмотка; 4 - обмотка реле тока, включенного во вторичную цепь. При пробое изоляции первичной обмотки на вторичную цепь ток КЗ или замыкания на землю проходит через заземлитель и поэтому потенциал вторичной обмотки близок к потенциалу земли. Таким образом, на вторичной цепи напряжение мало и нет чрезмерной опасности поражения персонала электрическим током.
Рисунок 1.
Основные требования к измерительным трансформаторам - точность, иными словами, минимальные погрешности. По точности ТТ и ТН имеют специальную характеристику - класс точности.
Под погрешностью измерения понимают разность между током или напряжением во вторичной цепи данного измерительного трансформатора и этой же величиной идеального измерительного трансформатора (идеальный трансформатор не имеет погрешностей).
Ток ТТ во вторичной цепи обозначают I 2 , а вторичный ток идеального ТТ как I′ 1 . Поэтому погрешность ∆I = I 2 - I′ 1 .
Относительная погрешность - погрешность измерения, отнесенная к какой-либо величине. В данном случае
Относительная приведенная погрешность вычисляется по отношению к номинальному значению тока или напряжения.
Классом точности измерительного трансформатора называют наибольшую относительную приведенную погрешность, выраженную в процентах,
Допустим, требуется определить класс точности ТТ, если наибольшая разность (I 2 - I′ 1) наиб составила 0,1 А, I 2ном = 5 А.
Подставим указанные в условии значения в формулу для класса точности
Таким образом, класс точности ТТ равен 2.
Измерительные трансформаторы в городских сетях имеют классы точности 0,5; 1,0; 3,0. ТТ в схемах релейной защиты и автоматики имеют класс точности 10. Счетчики электрической энергии подключают к измерительным трансформаторам классов 0,5 и 1,0.
Трансформатор тока по существу представляет собой маломощный трансформатор с первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка имеет малое число витков (W 1 = 1÷З), а вторичная W 2 - несколько сот витков. Благодаря этому ток во вторичной цепи в сотни раз меньше тока в первичной цепи:
Во вторичной цепи ТТ должно быть включено незначительное сопротивление (обычно не более одного Ома), так как нормальным для ТТ является режим короткого замыкания. Режим короткого замыкания опасен для генераторов, силовых трансформаторов, поскольку он сопровождается большими токами. Для ТТ режим КЗ во вторичной цепи не опасен, что поясняется рис. 2.
Рисунок 2.
ТТ включается в сеть последовательно с сопротивлением нагрузки Z нг, поэтому ток в его первичной цепи равен
Ток во вторичной цепи ТТ определяется коэффициентом трансформации К 1 = W 1 /W 2 и составляет I 2 = I 1 /К 1 , т. е. не опасен для ТТ.
Режим холостого хода (разомкнута вторичная цепь) для ТТ является аварийным. Напряжение на разомкнутой вторичной обмотке достигает опасных для жизни значений. (Кроме того, возникает повышенный нагрев сердечника вихревыми токами, что может привести к выходу ТТ из строя.)
Каждый ТТ характеризуется следующими параметрами:
1. Номинальное напряжение U ном первичной цепи (в паспорте приводится значение линейного напряжения).
2. Номинальные первичный I 1ном и вторичный l 2н o м токи.
3. Класс точности.
4. Номинальная мощность нагрузки, В·А.
5. Свойства стойкости к токам КЗ (электродинамической и термической).
Так как первичная обмотка ТТ включена последовательно с нагрузкой (рис. 2), то при КЗ в цепи нагрузки по этой обмотке проходит ток КЗ электрической сети.
Обозначение ТТ состоит из букв и цифр. Первая буква Т обозначает - трансформатор тока, последующие буквы - способ установки (В - встроенный, П - проходной); конструкцию первичной обмотки (О - одновитковая, Ш - в виде шины, К - катушечная, 3 - звеньевая); основную изоляцию (Л - литая, Ф - фарфоровая); род установки (Н - наружная). Буквой М обозначают модернизированную конструкцию. Первая группа цифр - номинальное линейное напряжение; буква (буквы) с цифрами - климатическое исполнение; вторая группа - первичный и вторичный номинальный токи; третья - класс точности (0, 5 или Р). Сердечники класса Р используют для релейной защиты и электроавтоматики.
ПРИМЕР 1. Расшифровать обозначение ТТ ТЛМ-6УЗ-400/5-0,5/10 Р.
Это трансформатор тока с литой изоляцией, модернизированной конструкции, внутренней установки (нет буквы Н в обозначении). Номинальное линейное напряжение - 6 кВ; климатическое исполнение У - умеренный климат; 3 - для закрытых помещений с естественной вентиляцией. Номинальные токи 400 А - первичный и 5 А - вторичный. ТТ имеет два сердечника со вторичными обмотками - один класса 0,5, второй для релейной защиты и автоматики (Р). По справочным данным, номинальная мощность нагрузки сердечника класса 0,5 S 2ном = 10 В·А. Номинальное сопротивление нагрузки этого сердечника ТТ можно вычислить по формуле
При подключении измерительных приборов и реле нужно обращать внимание на начала и концы обмоток ТТ. Выводы первичной обмотки обозначают буквами: Л1 - начало обмотки, Л2 - конец ее. Выводы вторичной обмотки обозначают, соответственно, буквами И1 (начало) и И2 (конец). Это особенно важно для подключения электрических счетчиков и ваттметров. При проверках ТТ используют правило: за начало вторичной обмотки принимают такой ее вывод, из которого ток вытекает, если на первичной стороне он втекает в начало первичной обмотки (рис. 3).
Рисунок 3.
ТТ напряжением выше 1 кВ устанавливаются в ячейках с выключателями РП часто в двух (крайних) фазах. Они необходимы для учета электрической энергии (к ним подключают двухэлементные электрические счетчики), измерения тока (при необходимости) и релейной защиты от КЗ. В третьей фазе ТТ не устанавливается, т. к. защита с ТТ в двух фазах реагирует на все виды междуфазных КЗ, а замыкание одной фазы на землю не сопровождается большим током. Последнее объясняется тем, что нейтраль сети напряжением 6-10 кВ изолирована. Следует, однако, отметить, что крайне желательно устанавливать ТТ во всех трех фазах, это диктуется необходимостью быстрого отключения двойных и тройных замыканий на землю в кабельных сетях. Вторичные обмотки ТТ напряжением 6-10 кВ соединяют на разность токов фаз (рис. 4, а), в неполную звезду (рис. 4, б) или полную звезду (рис. 4, в), если ТТ установлены во всех фазах. На напряжении до 1 кВ при глухозаземленной нейтрали сети необходимо устанавливать ТТ во всех трех фазах и применять трехэлементные электрические счетчики. Трехэлементный счетчик отличается от двухэлементного тем, что первый контролирует потребление электрической энергии во всех трех фазах, а второй - только в двух. ТТ напряжением до 1 кВ включают по схеме полной звезды (рис. 4, в).
Рисунок 4.
В схемах защиты от замыкания на землю сетей напряжением 6-35 кВ используют ТТ нулевой последовательности. Устройство такого ТТ показано на рис. 5. В качестве первичной обмотки используются токоведущие части всех трех фаз присоединения кабельной линии, которые проходят через окно сердечника. На сердечник намотана вторичная обмотка. Теоретически доказано, что ток во вторичной обмотке равен
где К I - коэффициент трансформации (равен числу витков вторичной обмотки); ЗI 0 - утроенный ток нулевой последовательности, равный току замыкания на землю, проходящему по линии.
Рисунок 5.
ТТ нулевой последовательности бывают неразъемные и разъемные. Неразъемные одевают на кабель до изготовления воронки. Разъемные одевают на кабель, имеющий воронку. Обозначение этих ТТ: ТЗЛ и ТЗР. Буква З обозначает, что ТТ предназначен для защиты от замыкания на землю, а Р - разъемный.
Трансформатор напряжения (ТН) представляет собой маломощный силовой понижающий трансформатор, подключенный параллельно нагрузке (рис. 6). Число витков его первичной W 1 и вторичной W 2 обмоток относятся друг к другу как
Рисунок 6.
Точность работы ТН зависит от нагрузки вторичной обмотки. Один и тот же ТН может иметь классы точности 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 в зависимости от мощности нагрузки. В документации указывается также предельная мощность, определяемая допустимым нагревом при длительной работе.
ТН типа НТМИ-10 может работать в следующих классах точности:
Предельная мощность ТН по условию нагрева
Аварийным режимом для ТН является КЗ во вторичной цепи. При этом по обмоткам ТН проходят большие токи, приводящие к перегреву и выходу из строя изоляции обмоток и, соответственно, к КЗ в самом ТН. Поэтому в первичных и вторичных цепях ТН устанавливают аппараты зашиты (предохранители и автоматы).
Обозначение ТН состоит из букв и цифр. Первая буква Н - трансформатор напряжения. Если один из выводов однофазного ТН заземлен, то первой буквой обозначения является 3, а затем - Н. Следующие буквы О или Т указывают на число фаз ТН (однофазный, трехфазный). Далее идут буквы, обозначающие главную изоляцию аппарата: С - сухая; М - масляная; Ф - фарфоровая; Л - литая (эпоксидная основа). Последняя буква обозначения И - для сетей с изолированной нейтралью. У антиферрорезонансного ТН в обозначении имеется буква А.
Первая цифра после дефиса в обозначении - номинальное линейное напряжение первичной обмотки (6 или 10 кВ). Цифра после второго дефиса обозначает год разработки аппарата; буквы после чисел: У - климат умеренный; цифра 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
ПРИМЕР 2. Расшифровать обозначение НТМИ-10-66УЗ.
Трансформатор напряжения, трехфазный, с масляной изоляцией, для работы в сетях с изолированной нейтралью. Номинальное линейное напряжение 10 кВ. Год разработки 1966. Климатическое исполнение - для умеренного климата. Предназначен для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
Для работы на открытом воздухе нужно использовать аппараты с цифрой 1 после букв У или ХП, а в помещениях со свободным доступом наружного воздуха - с цифрой 2.
Параметры ТН:
номинальное линейное напряжение на стороне ВН U 1 НОМ;
номинальные напряжения вторичных обмоток U 2 НОМ;
номинальные мощности вторичных обмоток S 2 H О M .
Так как ТН подключается параллельно нагрузке (рис. 6), то его обмотки не обтекаются током при КЗ в цепи нагрузки. Поэтому ТН не должен обладать электродинамической и термической стойкостью к току КЗ в электрической сети.
ТН устанавливают в одной, двух и трех фазах. Простейшая схема с установкой ТН в одной фазе применяется для пуска АВР (рис. 7, а). Схема с двумя ТН с соединением обмоток в неполный (открытый) треугольник приведена на рис. 7, б. Она применяется для подключения двухэлементных трехфазных электрических счетчиков и ваттметров (варметров). Схема с тремя однофазными ТН или одним трехфазным ТН приведена на рис. 7, в. В этой схеме первичные обмотки W 1 соединены в звезду; вторичные W 2 - также в звезду. Имеются дополнительные вторичные обмотки W Д, соединенные в разомкнутый треугольник. Последние обмотки представляют собой фильтр напряжения нулевой последовательности, т. е. напряжение на их зажимах а д и z д равно утроенному вторичному напряжению нулевой последовательности
где K U = U 2ном /U 1 ном коэффициент трансформации ТН (для дополнительных обмоток);
Рисунок 7.
Коэффициент трансформации для дополнительных обмоток подбирается таким образом, чтобы при замыкании фазы на землю на стороне ВН напряжение на выводах а и z составляло 100 В.
Нейтраль первичных обмоток трехфазного ТН серии НТМИ или НАМИ заземлена, чтобы можно было измерить фазные напряжения, а самое главное, - чтобы обнаруживать замыкания одной фазы на землю. Чтобы такой ТН мог длительно работать при замыкании одной фазы в сети ВН на землю, его магнитопровод выполнен пятистержневым, как это показано на рис. 8.
Рисунок 8.
Дополнительные стержни (на которых нет обмоток) необходимы для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности. Последнее исключает появление повышенных значений токов в первичных обмотках ТН при замыканиях на землю в питающей сети.
Страница 5 из 32
Цепи напряжения (идущие от трансформаторов напряжения) служат для питания:
измерительных приборов (показывающих и регистрирующих) - вольтметров, частотомеров, ваттметров, варметров; счетчиков активной и реактивной энергии, осциллографов, телеизмерительных устройств и др.;
Рис 2.6. Организация вторичных цепей напряжения в ОРУ 330 или 500 кВ с полуторной схемой соединения:
1 - к защите, измерительным приборам я другим устройствам автотрансформатора: 2 - к защите, измерительным приборам и другим устройствам линии W2, 3 - к защите, измерительным приборам и другим устройствам II системы шин; 4 - к РУ 110 или 230 кВ, 5 - к резервному трансформатору СН 6 или 10 кВ, б - к цепям синхронизации и ЗУ, 7 - к защите, измерительным приборам и другим устройствам блока GTI; 8 -к устройствам АРВ и группового управления возбуждения (ГУВ); 9- к реле контроля напряжения на линии
органов напряжения релейной защиты - дистанционной, направленной, максимальной токовой с пуском по напряжению и др.; автоматических устройств АПВ, АВР, АРВ, противоаварийной автоматики, автоматической частотной разгрузки (АЧР), регулирования частоты и мощности в энергосистеме, регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой, блокировочных устройств и др.; органов контроля наличия напряжения;
устройств синхронизации (ручной и автоматической);
устройств, преобразующих переменный ток в выпрямленный и применяемых в качестве источников оперативного тока.
Пример организации вторичных цепей напряжения дан на рис. 2,6, где показаны две цепи полуторной схемы электрических соединений РУ 500 кВ: к одной подключены блок GT1 (генератор - трансформатор) и автотрансформатор 77 связи РУ 500 кВ с РУ среднего (110-220 кВ) и низшего (6-10 кВ) напряжений, к другой - воздушные линии W1 и W2 500 кВ. Из рисунка видно, что в полуторной схеме ТН установлены на всех присоединениях - на линиях и источниках электроэнергии (автотрансформаторах или генераторах) и на обеих системах шин. У каждого из ТН имеются две вторичные обмотки - основная и дополнительная. Они имеют разные схемы соединений.
Основные обмотки соединяются в звезду и используются для питания цепей защиты, измерений и синхронизации. У генераторов они используются также для питания цепей АРВ. От них выводятся три фазные и один нулевой провод, обозначенные соответственно А, В, С, N. Дополнительные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них выводятся четыре провода, обозначенные Н, U, К, F. Провода Н, К предназначаются для выведения напряжения нулевой последовательности, используемого для питания цепей защиты от замыкания на землю. Провод U используется для снятия векторных диаграмм при проверках рабочим током защит от замыканий на землю, получающих питание от цепей. Напряжение фазы В дополнительных обмоток ТН 110 кВ и выше используется также для синхронизации, для чего от этой фазы выводится провод F. Кроме того, все выводы от основных и дополнительных обмоток ТН используются для питания устройств блокировок неисправностей цепей напряжения защит линий 330 кВ и выше.
Учитывая разветвленность нагрузки вторичных обмоток ТН и установку реле и приборов, получающих питание от цепей напряжения, на разных панелях одного релейного щита над панелями защиты и автоматики прокладывают шинки напряжения. Шинки создают удобства для подключения к цепям напряжения реле и приборов, а также уменьшают кабельные связи между панелями. Шинки каждого ТН получают питание от шкафа трансформатора напряжения, устанавливаемого около ТН.
На рис. 2.6 условно обозначены: EVT1 - шинки напряжения ТН автотрансформатора; EVG1- ТН блока генератор-трансформатор; EVW2 - ТН на линии; EV2 - ТН на II системе шин. Шинки EVT1 и EVG1 создаются для питания цепей синхронизации и АПВ выключателей QGT1 и QGTT1. Например, чтобы включить выключатель QGT1 с контролем синхронизма, надо сравнить напряжение ближайших ТН: TV6II системы шин и TV3 блока GT1, не отделенных другими выключателями от синхронизируемого выключателя. При этом для синхронизации используются шинки EV2 и EVG1. Но если блок GT1 не работает, напряжение II системы шин можно сравнить с напряжением автотрансформатора Т1 на стороне высшего напряжения, т. е. ТН TV4. В этом случае необходимо контролировать включенное состояние первичной цепи от синхронизируемого выключателя до точки включения ТН. В нашем примере - это цепь выключателя QGTT1 и его разъединителей. Реле контроля включенного состояния этой цепи KLS1 замыкает свои контакты в цепях подачи напряжения от шинок EVT1 к шинкам EVG1, куда подключены цепи синхронизации выключателя QGT1.
Реле KLS2 контролирует включенное состояние цепи выключателя QGT1 и при синхронизации на выключателе QGTTI и отключенном блоке GT1 подает на шинки EVG1 напряжение от ТН II системы шин TV6. Реле- повторитель KQQS1 фиксирует включенное состояние разъединителя QS1 блока и своими размыкающими контактами отключает от шинок EVG1 цепи напряжения других ТН. Размыкающие контакты KLS1 и KLS2 участвуют в схеме для исключения возможности параллельного включения двух ТН со стороны вторичного напряжения после включения выключателя, на котором проводилась синхронизация.
Питание расчетных счетчиков на генераторах и линиях для соблюдения точности их показаний осуществляется отдельными контрольными кабелями, специально рассчитанными для этой цели по допустимым потерям напряжения. Это выполняется в том случае, если при питании общими кабелями для обеспечения допустимых потерь напряжения до счетчиков приходится чрезмерно завышать сечение жил кабеля от ТН.
Дополнительные обмотки ТН, соединенные в разомкнутый треугольник, используются для питания цепей защиты от КЗ на землю в сетях с заземленной нейтралью и для сигнализации замыканий на землю в сетях 6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью. При КЗ на землю в одной из фаз сети с заземленной нейтралью нарушается симметрия фазных напряжений сети и на выводах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение 3U, которое подается на реагирующий орган защиты или, если ток КЗ на землю недостаточен для срабатывания защиты (замыкание через переходное сопротивление), на реле сигнализации замыкания на землю.
При замыкании на землю в одной из фаз сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью КЗ не возникает и симметрия фазных напряжений сети не нарушается. Для обеспечения действия реле сигнализации замыкания на землю, включаемого на выводы разомкнутого треугольника ТН, общая точка первичных обмоток ТН должна быть заземлена. Тогда, например, при металлическом замыкании на землю фазы А первичная обмотка фазы А ТН оказывается замкнутой накоротко и напряжение на ней становится равным нулю. Нарушается симметрия фазных и линейных напряжений в обмотках ТН и на выводах разомкнутого треугольника, появляется напряжение 3U0, от которого срабатывает реле сигнализации замыкания на землю. Для определения фазы, на которой произошло замыкание на землю, используется шинный вольтметр с переключателем, позволяющим включать его на любое фазное или междуфазное напряжение.
Напряжение на выходе обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, может возникать не только при замыканиях на землю в сети, но и при перегорании одного из предохранителей при их наличии в цепях первичных обмоток ТН. Для исключения ложной сигнализации о замыкании на землю в этом случае предусматривается блокирование действия реле сигнализации замыканий на землю устройством контроля предохранителей.
Сигнализация о замыкании на землю выполняется с выдержкой времени для отстройки от сигналов, связанных с повреждениями, отключаемыми защитой.
Защита от повреждений в первичных цепях ТН на напряжение 35 кВ и выше не предусматривается. В цепях ТН на шинах 6-10 кВ защита осуществляется с помощью предохранителей, но в тех случаях, когда возникновение КЗ в цепи первичной обмотки ТН 6-10 кВ маловероятно, предохранители на стороне высшего напряжения ТН не устанавливаются. Так, в комплектных токопроводах мощных генераторов ТН включаются без предохранителей, поскольку при этом разделение отдельных фаз практически исключает возникновение междуфазных КЗ на этом участке.
Трансформаторы напряжения должны защищаться от всех видов КЗ во вторичных цепях автоматическими выключателями, имеющими контакты для сигнализации их отключения. Предохранители для защиты цепей вторичных обмоток ТН не используются из-за относительно большого времени их действия. Применение быстродействующих автоматических выключателей необходимо для обеспечения действия блокировок, предотвращающих неправильные действия защит при обрыве цепей напряжения. При этом суммарное время отключения автоматических выключателей и действия устройств блокировки должно быть меньше времени срабатывания защит. Автоматические выключатели устанавливаются в шкафу у ТН.
Защита цепей основных вторичных обмоток, соединенных в звезду, осуществляется одним трехполюсным автоматическим выключателем в проводах А, С, N. Если вторичные цепи разветвлены незначительно и вероятность повреждений в них мала, защитный автоматический выключатель в этих цепях допускается не устанавливать. Например, защитные автоматические выключатели допускается не устанавливать в цепи 3U0 ТН шин и ТН стороны низшего напряжения автотрансформаторов (трансформаторов), установленных в шкафах КРУ 6-10 кВ.
Цепи напряжения счетчиков, проложенные отдельным кабелем, защищаются отдельным автоматическим выключателем.
В сетях с большим током замыкания на землю во вторичных цепях обмоток ТН, соединенных в разомкнутый треугольник, автоматические выключатели также не предусматриваются, так как при возникновении повреждений в таких сетях поврежденные участки быстро отключаются защитами сети и соответственно быстро снижается напряжение 3U0. Поэтому з цепях, идущих от выводов Н и К ТН автотрансформатора, линии и шин 500 кВ, автоматических выключателей нет.
Наоборот, в сетях с малым током замыкания на землю у ТН между выводами Н и К может длительно существовать 3Uo, при замыкании на землю в первичной цепи и при КЗ во вторичных цепях ТН он может повредиться. Поэтому здесь необходимо устанавливать защитные автоматические выключатели. Так, например, в схеме блока GT1 (с малым током замыкания на землю) в цепи Н (нулевой последовательности - 3U0) установлен однополюсный автоматический выключатель; в цепи К (заземленной) автоматический выключатель не установлен.
Для защиты цепей напряжения, прокладываемых от неразомкнутых вершин треугольника (U, F), предусматривается отдельный автоматический выключатель.
Кроме того, в цепях всех выводов от вторичных обмоток ТН предусматривается установка рубильников для создания в них видимого разрыва, что необходимо для обеспечения безопасного ведения ремонтных работ на ТН (исключается подача напряжения на вторичные обмотки ТН от постороннего источника тока). В КРУ в схеме ТН, устанавливаемого на тележке (например, ТН на шинах РУ СН 6-10 кВ), рубильники не устанавливаются, так как видимый разрыв обеспечивается при выкатывании тележки с ТН из шкафа КРУ.
Необходимо предусматривать контроль исправности цепей трансформаторов напряжения. Контроль целости предохранителей в схемах ТН 6-10 кВ выполняется при помощи реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и реле минимального напряжения основных обмоток ТН. При перегорании предохранителей в одной или двух фазах нарушается симметрия линейных напряжений и реле РНФ-1М срабатывает и подает сигнал о неисправности ТН.
В случае исчезновения напряжения всех трех фаз, когда реле РНФ-1М не действует, сигнализация неисправности цепей напряжения обеспечивается с помощью реле PH, включенного на линейное напряжение.
Вторичные обмотки и вторичные цепи ТН должны иметь защитное заземление. Оно выполняется путем соединения с заземляющим устройством одного из фазных проводов или нулевой точки вторичных обмоток. Заземление вторичных обмоток ТН выполняется на ближайшей от ТН сборке зажимов, либо на зажимах самого ТН.
В заземленных проводах между вторичной обмоткой ТН и местом заземления его вторичных цепей установка рубильников, переключателей, автоматических выключателей и других аппаратов не допускается. Заземленные выводы обмоток ТН не должны объединяться, а при переходе в контрольный кабель наряду с другими проводами должны проводиться отдельными жилами до места своего назначения, например до своих шинок. Допускается объединение заземляемых вторичных цепей нескольких трансформаторов напряжения одного РУ общей заземляемой шинкой (ПУЭ, п. 3.4.24).
На щите управления и релейном щите для возможности отыскания мест повреждения и проверок в цепях напряжения применяются разъединительные зажимы. В эксплуатации возможны случаи повреждения или вывода в ремонт ТН, вторичные цепи которых подключены к устройствам защиты, измерения, автоматики, учета и др. Чтобы не допускать нарушения их работы, применяется ручное резервирование от другого ТН.
В полуторной схеме (рис. 2.6) в случае вывода ТН на линиях резервирование осуществляется от ТН той системы шин, с которой данная линия связана через один выключатель - с помощью переключателя SN1 для цепей, идущих от основной обмотки, соединенной в звезду, и переключателя SN2 - для цепей разомкнутого треугольника.
При рабочем положении переключателей цепи напряжения защиты и измерения линии питаются от линейного ТН. При выходе его из строя переключатели вручную переводятся в положение «резерв» и питание цепей напряжения линии осуществляется от ТН шин.
Для главных схем электрических соединений на напряжении 330-500 кВ (треугольник, четырехугольник) резервирование осуществляется от ТН другой линии, для схемы автотрансформатор - шины - от ТН соответствующей системы шин.
Рис. 2.7. Схема ручного переключения вторичных цепей ТН в РУ с двумя системами шин
1 - шинки напряжения системы шин; 2 - шинки напряжения II системы шин; 3- к измерительным приборам и другим устройствам I системы шин на ЦЩУ (или ГЩУ). 4 - к измерительным приборам и другим устройствам II системы шин на ЦЩУ (или ГЩУ)
Для линии 750-1150 кВ в целях резервирования предусматривается установка двух комплектов ТН на каждой линии. От других ТН резервирование не предусматривается.
В схемах с двумя системами сборных шин трансформаторы напряжения должны взаимно резервировать друг друга при выводе из работы одного из ТН с помощью переключателей SN1-SN4 (рис. 2.7). При этом шиносоединительный выключатель QK1 должен быть включен. 
Рис. 2.8. Схема автоматического переключения вторичных цепей шинных ТН с помощью вспомогательных контактов разъединителей в ГРУ 6-10 кВ
В РУ, имеющих две системы сборных шин, нередко производится перевод отдельных присоединений с одной системы шин на другую. Для предупреждения возможных нарушений и ошибок и сокращения времени на производство оперативных переключении (в частности, во вторичных цепях) в схемах предусматривается автоматическое переключение цепей напряжения присоединения с одной системы шин на другую.
Переключение производится в закрытых распределительных устройствах (ГРУ) 6- 10 кВ вспомогательными контактами шинных разъединителей, как это показано на рис. 2.8. Например, при включенном разъединителе QS2 линии W1 цепи напряжения защиты и приборов через вспомогательные контакты этого разъединителя подключены к шинкам напряжения II системы шин. При переводе линии W1 на I систему шин включается разъединитель QS1, а разъединитель QS2 отключается. Таким образом, не прерывается питание цепей напряжения при переключении линии W1 с одной системы шин на другую. То же имеет место и при оперативных переключениях линии W2 и др.
На линиях 110 кВ и выше, подключенных к двойной системе сборных шин, переключение цепей напряжения производится с помощью контактов реле-повторителей положения шинных разъединителей, как это видно из рис. 2.9. В схеме участвуют четыре реле-повторителя: KQS1 и KQS11 - положения разъединителя QS1 I системы шин; KQS2 и KQS12 - положения разъединителя QS2 II системы шин. Реле-повторители работают следующим образом (при переводе линии со 2 системы шин на I). При включении разъединителя QS1 линии на I систему шин его вспомогательные контакты замыкаются. При последующем отключении разъединителя QS2 от II системы шин реле-повторитель контактов этого разъединителя KQS12 теряет питание и его размыкающие контакты замыкаются. На обмотку реле-повторителя KQS1 подается напряжение постоянного тока, реле KQSI срабатывает и замыкает свои контакты. Тем самым цепи напряжения линии подключаются к шинкам EV1.A, EV1.B, EV1.C, EV1.N (эти шинки питаются от основной обмотки ТН). Кроме того, при замыкании контакта KQS1 срабатывает реле-повторитель KQS11, подключающее через свои контакты цепи напряжения линии также к шинкам, питаемым от дополнительной обмотки ТН: EV1.H, EV1.K, EV1.U той же I системы шин. Размыкающие контакты KQSI1 и KQS12 включены в цепи обмоток реле-повторителей во избежание недопустимого объединения вторичных цепей ТН I и II систем шин.
При переводе переключаются все цепи напряжения, в том числе и заземленные цепи основных и дополнительных обмоток. При этом исключается возможность объединения заземленных цепей двух ТН. Это обстоятельство является важным. Как показал опыт эксплуатации, объединение заземленных точек разных ТН может привести к нарушению нормальной работы релейной защиты и устройств автоматики и поэтому не может быть допущено.
Разводку вторичных цепей ТН необходимо выполнять таким образом, чтобы сумма токов этих цепей в каждом кабеле была равна нулю в любых режимах при любом характере нагрузок. Для выполнения этой задачи предусматривается прокладка в одном кабеле трех фазных и нулевого проводов от основных обмоток ТН, соединенных в звезду, до релейного щита и прокладка в одном кабеле проводов от дополнительных обмоток ТН, соединенных в разомкнутый треугольник, до релейного щита. Использование разных кабелей для прокладки цепей от основной и дополнительных обмоток ТН обусловлено необходимостью применения кабелей со значительным сечением жил.
Для прокладки вторичных цепей напряжения должны использоваться четырехжильные кабели в металлической оболочке, при этом оболочка должна заземляться с обоих концов каждого кабеля. Использование изолированной металлической оболочки в качестве одного из проводов вторичной цепи напряжения по соображениям надежности не допускается.
Кабели в цепях основных и дополнительных обмоток ТН по всей длине от шкафа ТН до релейного щита должны прокладываться рядом.
Ряс 2 9 Схема автоматического переключения вторичных цепей шинных ТН в установках 35 кВ и выше с помощью реле-повторителей.
Рассмотрим подключение к цепям ТН цепей синхронизации генераторов, синхронных компенсаторов, отдельных частей энергосистемы (между собой или с электрической сетью и т.д.). Для выключателя любого присоединения с двусторонним питанием (линии, трансформатора и т. д.) в схеме управления должна быть предусмотрена возможность его включения с контролем синхронизма тех объектов, которые объединяются включением рассматриваемого выключателя.
В процессе синхронизации производится сравнение напряжений по величине, фазе и частоте с двух сторон от включаемого выключателя. Для контроля напряжения по указанным факторам используются ТН с двух сторон от включаемого выключателя. Например, при включении генератора на сборные шины, на которых уже объединены на параллельную работу другие генераторы и трансформаторы связи с системой, используются ТН генераторов и ТН сборных шин, от шинок напряжения которых через переключатели синхронизации SS1-SS3 подается напряжение на шинки синхронизации (рис. 2.10). К этим шинкам подключены вольтметры и частотомеры, а также синхроноскоп через ключ SVJ.
Включение может производиться разными способами. Способ точной синхронизации требует, чтобы в момент включения на параллельную работу в электрической сети и у включаемого генератора (или у обеих систем шин) были равенство частот, напряжений и совпадение фаз напряжений. Для ручной синхронизации на щите управления монтируется панель или щиток синхронизации. С помощью установленных на них частотомеров PF и вольтметров PV сети и подключаемого генератора производятся подгонка и уравнивание частот и напряжений, а по синхроноскопу персонал улавливает момент достижения синхронизма и производит выключателем включение на параллельную работу. На рис. 2.10 показана схема синхронизации применительно к электростанции с двумя системами сборных шин. Жирными линиями показаны первичные цепи, тонкими линиями - вторичные цепи. На схеме условно объединены заземленные шинки фаз В разных ТН. В действительности их подключение к шинкам синхронизации должно выполняться так же, как и для фаз А и С. На генераторных и шиносоединительных выключателях Q1, Q2 и QK1 переключатели SS имеют на данном щите управления только одну общую для них съемную рукоятку. Эта рукоятка может сниматься только в горизонтальном положении, что соответствует положению отключено О. Благодаря этому исключается возможность одновременного нахождения во включенном положении нескольких переключателей SS, а следовательно, к шинам и приборам синхронизации будут подключаться цепи только синхронизируемого генератора (или синхронизируемых шин).
Ключ SV1 необходим для того, чтобы ограничить время работы синхроноскопа PS1. Персонал включает синхроноскоп только тогда, когда достигнуты примерно равные значения напряжения и частоты в работающей системе и у подключаемого (синхронизируемого) элемента (генератора).
Рис. 2.11. Цепи напряжения в шкафу ТН КРУ 6 кВ:
1 - цепи напряжения защиты и других устройств резервного трансформатора СН 6 кВ: 2 - цепь сигнала «Отключение автоматического выключателя ТН»; 3 - шкаф КРУ трансформатора напряжения
Рис. 2.10. Схема синхронизации
Вторичные цепи подключаются к шинкам напряжения через контакты разъединителей для выбора шинок напряжения той системы шин, к которой подключается синхронизируемый элемент. Кроме того, через переключатели (условно не показаны вторые контакты переключателей между ключами SA1-5А3 и электромагнитами YAC1- YAC3) подается оперативный постоянный ток, с помощью которого ключами SA1 - SA3 производится включение выключателя. Это исключает возможность включения десинхронизируемого генератора поскольку все переключатели имеют только одну общую рукоятку.
Другие способы синхронизации (с помощью автосинхронизатора, полуавтоматической и автоматической самосинхронизации) и необходимые для этого переключатели и некоторые другие связанные с этим устройства (блокировка от неправильной синхронизации и т. д.) здесь не рассматриваются.
На рис. 2.11 показаны цепи напряжения в шкафу трансформатора напряжения КРУ 6 кВ СН. Здесь обмотки двух однофазных ТН соединены по схеме неполного треугольника. Трансформатор напряжения со стороны высшего напряжения подключается только через разъемные контакты, а со стороны низшего - через разъемные контакты и автоматический выключатель SF1, от вспомогательных контактов которого предусматривается подача сигнала на щит управления о его отключении. Разъемные контакты выполняют роль разъединителя в первичных и рубильников во вторичных цепях.
В эксплуатации очень важно осуществлять тщательный контроль за надежным состоянием разъемных контактов в шкафах КРУ и КРУН и отходящих от них вторичных цепей (токовых, напряжения, оперативного тока).
Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».
Я уже знакомил Вас с требованиями по .
В данной статье я хочу рассказать Вам про цифровую и буквенную маркировку вторичных цепей трансформаторов тока.
В последнее время я часто замечаю, что маркировку токовых цепей выполняют совершенно не правильно.
Например, маркируют любыми взятыми из головы цифрами или буквами. А бывает и так, что маркировка вообще отсутствует. Причем зачастую в этом виноваты не монтажники, а специалисты, которые разрабатывали проект — монтажники лишь выполняют все по проекту.
В данной статье я хочу Вас призвать к соблюдению правил маркировки вторичных цепей ТТ, ведь она очень удобна для распознавания проводников при обслуживании и эксплуатации.
Признаюсь Вам, что на обслуживаемых мною подстанциях (их более 100) маркировка вторичных цепей выполнена не идеально — имеются, как старые обозначения, так и новые. Изменять старые обозначения я не собираюсь, но вот когда вводится новый объект (фидер, подстанция), то я обязательно проверяю маркировку на соответствие нормативному техническому документу (НТД).
Итак, единственный документ, который существует по маркировке токовых цепей (и не только) - это руководящие материалы (РУМ) Минэнерго СССР 10260ТМ-Т1, которые были разработаны и введены в действие еще 1 апреля 1981 года производственно-техническим отделом института «Энергосетьпроект» (г.Москва).
Что же там говорится о маркировке?
Запомните!!! Для маркировки вторичных цепей ТТ используется нумерация с 401 по 499. Есть исключение, но об этом я расскажу чуть ниже.
Основное правило маркировки
Перед цифрой всегда должна стоять буква соответствующей фазы (А, В, С) в зависимости от того, где установлен трансформатор тока. Если трансформатор тока установлен в нуле, то используется буква «N».
Первая цифра всегда «4».
Вторая цифра — это номер группы обмоток трансформаторов тока, согласно схемы (например, ТА, ТА1, ТА2…ТА9).
Третья цифра — от 1 до 9. Она обозначает последовательную маркировку от одного устройства или прибора (амперметры, преобразователи тока, обмотки реле, счетчиков и ваттметров) к другому. Т.е. в токовой цепи может быть включено не более 9 приборов.
Если в Вашей токовой цепи последовательно включено более 9 устройств или приборов, хотя я такое не встречал на практике, то третья цифра будет находиться в пределах от 10 до 99, т.е. нумерация будет начинаться с 4010 и заканчиваться 4099. Но это скорее всего частный случай.
Перейдем к примерам, чтобы легче понять вышесказанное.
1. Один трансформатор тока
Рассмотрим пример, когда на фидере (присоединении) установлен один трансформатор тока в фазе «С» для подключения щитового амперметра.
Таким образом, маркировка токовых цепей у нас будет следующая:
- ТТ установлен в фазе «С», значит первой буквой в маркировке будет «С»
- первая цифра всегда «4»
- вторая цифра — «0», т.к. трансформатор тока обозначен по схеме, как «ТА»
Вот схема подключения амперметра через трансформатор тока:
С вывода И1 трансформатора тока провод с маркировкой «С401» идет на амперметр (РА), а с него уходит «С402» на вывод И2. В точке И2 вторичная цепь заземляется (на фото ниже видна перемычка с клеммы И2 на болт заземления).
Это щитовой амперметр типа Э30.
2. Два трансформатора тока (схема неполной звезды)
В этом примере на фидере установлены два трансформатора тока на фазе «А» и «С».
Таким образом, токовые цепи для фазы «А» будут маркироваться следующим образом:
- первая цифра всегда «4»
- третья цифра — нумерация от 1 до 9
Токовые цепи для фазы «С»:
- первая цифра всегда «4»
- вторая цифра - «0», т.к. группа трансформаторов тока обозначена по схеме, как «ТА»
- третья цифра — нумерация от 1 до 9
Для примера рассмотрим схему подключения амперметра и двухэлементного счетчика САЗУ-ИТ:
С вывода И1 трансформатора тока фазы «А» провод с маркировкой «А401» идет на амперметр (РА), с амперметра «А402» идет на обмотку счетчика, а с нее уходит на вывод И2. Аналогично по фазе «С» — провод с маркировкой «С401» идет на обмотку счетчика, а с нее — на вывод И2. Нулевая (общая) цепь обозначается, как «N401» и заземляется.
3. Три трансформатора тока (схема полной звезды)
На фидере установлено три трансформатора тока в каждой фазе.
Вторичные цепи для фазы «А» будут иметь следующую маркировку:
- ТТ установлен в фазе «А», значит первой буквой будет «А»
- первая цифра всегда «4»
- третья цифра — нумерация от 1 до 9
Токовые цепи для фазы «В»:
- ТТ установлен в фазе «В», значит первой буквой будет «В»
- первая цифра всегда «4»
- вторая цифра — «0», т.к. группа трансформаторов тока обозначена по схеме, как «ТА»
- третья цифра — нумерация от 1 до 9
Токовые цепи для фазы «С»:
- ТТ установлен в фазе «С», значит первой буквой будет «С»
- первая цифра всегда «4»
- вторая цифра — «0», т.к. группа трансформаторов тока обозначена по схеме, как «ТА»
- третья цифра — нумерация от 1 до 9
Вот пример схемы подключения амперметра и трехэлементного счетчика СЭТ4ТМ.03М.01 через три трансформатора тока:
С клеммы И1 трансформатора тока фазы «А» провод с маркировкой «А401» идет на амперметр (РА), с амперметра «А402» идет на обмотку счетчика, а с нее уходит на вывод И2. Аналогично по фазе «В» — провод с маркировкой «В401» идет на обмотку счетчика, а с нее уходит на вывод И2. Аналогично по фазе «С» — провод с маркировкой «С401» идет на обмотку счетчика, а с нее уходит на вывод И2. Нулевая (общая) цепь обозначается, как «N401» и заземляется.
Перечисленные выше примеры имели на фидере (присоединении) всего одну группу обмоток трансформаторов тока. А теперь рассмотрим распространенный пример, когда на высоковольтном фидере имеется три группы обмоток:
- 1 группа обмоток — это цепи измерения и учета
- 2 группа обмоток — это токовые цепи релейной защиты
- 3 группа обмоток — это токовые цепи земляной защиты
Схема подключения реле земляной защиты (КА7).
Здесь все аналогично.
Первая группа обмоток измерения и учета на схеме изображена, как «ТА1», а значит в обозначении всех проводников второй цифрой будет «1».
Вторая группа обмоток токовых цепей релейной защиты на схеме изображена, как «ТА2», а значит в обозначении всех проводников второй цифрой будет «2».
Третья группа обмоток земляной защиты на схеме изображена, как «ТА3», а значит в обозначении всех проводников второй цифрой будет «3».
Трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), или другими словами, феррантий. Он устанавливается на оболочку силового кабеля.
P.S. Уважаемые, коллеги. Прошу Вас, соблюдайте правила маркировки вторичных цепей ТТ. Если есть вопросы по материалу статьи, то спрашивайте.
Энергетическое оборудование электрических подстанций организационно разделяется на два вида устройств:
1. силовые цепи, по которым передается вся мощность транспортируемой энергии;
2. вторичные устройства, позволяющие контролировать происходящие процессы в первичной схеме и управлять ими.
Силовое оборудование располагают на открытых площадках или закрытых распределительных устройствах, а вторичное - на релейных панелях, внутри специальных шкафов или отдельных ячеек.
Промежуточным звеном, выполняющим функцию передачи информации между силовой частью и органами измерения, контроля, защит и управления являются измерительные трансформаторы. Они, как и все подобные устройства, имеют две стороны с разным значением напряжения:
1. высоковольтную, которая соответствует параметрам первичной схемы;
2. низковольтную, позволяющую снизить опасность воздействия силового оборудования на обслуживающий персонал и материальные затраты на создание устройств управления и контроля.
Прилагательное «измерительные» отображает назначение этих электротехнических устройств, поскольку они очень точно моделируют все процессы, происходящие на силовом оборудовании, и разделяются на трансформаторы:
1. тока (ТТ);
Они работают по общим физическим принципам трансформации, но обладают различным конструктивным исполнением и способами включения в первичную схему.
Как сделаны и работают трансформаторы тока
Принципы работы и устройства
В конструкцию заложено преобразование векторных величин токов больших значений, протекающих по первичной схеме, в пропорционально уменьшенные по величине и точно так же направленные вектора во вторичных цепях.
Устройство магнитопровода
Конструктивно трансформаторы тока, как и любой другой трансформатор, состоит из двух изолированных обмоток, расположенных вокруг общего магнитопровода. Он изготавливается шихтованными металлическими пластинами, для плавки которых используются специальные сорта электротехнических сталей. Это делается для того, чтобы снизить магнитное сопротивление на пути прохождения магнитных потоков, циркулирующих по замкнутому контуру вокруг обмоток и уменьшить потери на .
Трансформатор тока для схем релейных защит и автоматики может иметь не один магнитопровод, а два, отличающиеся количеством пластин и общим объемом используемого железа. Это делается для создания двух типов обмоток, которые могут надежно работать при:
1. номинальных условиях эксплуатации;
2. или при значительных перегрузках, вызванных токами коротких замыканий.
Первые конструкции используются для выполнения измерений, а вторые применяются для подключения защит, отключающих возникающие ненормальные режимы.
Устройство обмоток и клемм подключения
Обмотки трансформаторов тока, рассчитанные и изготовленные на постоянную работу в схеме электроустановки, отвечают требованиям безопасного прохождения тока и его теплового воздействия. Поэтому они выполняются из меди, стали или алюминия с площадью поперечного сечения, исключающей повышенный нагрев.
Поскольку первичный ток всегда больше вторичного, то обмотка для него значительно выделяется своими габаритами, как показано на картинке ниже для правого трансформатора.
На левой и средней конструкции силовой обмотки вообще нет. Вместо нее предусмотрено отверстие в корпусе, через которое пропускается питающий силовой электрический провод или стационарная шина. Такие модели используются, как правило, в электроустановках до 1000 вольт.
На выводах обмоток трансформаторов всегда предусмотрено стационарное крепление для подключения шин и соединительных проводов с помощью болтов и винтовых зажимов. Это одно из ответственных мест, где может быть нарушен электрический контакт, который способен привести к поломкам или нарушениям точной работы измерительной системы. Качеству его затяжки в первичной и вторичной схеме всегда обращается внимание при эксплуатационных проверках.
Клеммы трансформаторов тока маркируются на заводе во время изготовления и обозначаются:
Л1 и Л2 для входа и выхода первичного тока;
И1 и И2 - вторичного.
Эти индексы означают направление навивки витков относительно друг друга и влияют на правильность подключения силовых и моделируемых цепей, характеристику распределения векторов токов по схеме. На них обращают внимание при первичном монтаже трансформаторов или заменах неисправных устройств и даже исследуют различными методиками электрических проверок как до сборок устройств, так и после монтажа.
Количество витков в первичной W1 и вторичной W2 схеме не одинаково, а сильно отличается. Высоковольтные трансформаторы тока обычно имеют всего одну прямую шину, пропущенную сквозь магнитопровод, которая работает в качестве силовой обмотки. Вторичная же катушка имеет большее количество витков, которое влияет на коэффициент трансформации. Его для удобства эксплуатации записывают дробным выражением номинальных величин токов в обеих обмотках.
Например, запись 600/5 на шильдике корпуса означает, что трансформатор предназначен для включения в цепь высоковольтного оборудования с номинальным током 600 ампер, а во вторичной схеме будет трансформироваться только 5.
Каждый измерительный трансформатор тока включается в свою фазу первичной сети. Количество же вторичных обмоток для устройств релейной защиты и автоматики обычно увеличивается для раздельного использования в кернах токовых цепей для:
измерительных приборов;
общих зашит;
защит шин и ошиновок.
Такой способ позволяет исключить влияние менее ответственных цепочек на более значимые, упростить их обслуживание и проверки на действующем оборудовании, находящемся под рабочим напряжением.
С целью маркировки выводов таких вторичных обмоток применяют обозначение 1И1, 1И2, 1И3 для начал и 2И1, 2И2, 2И3 - концов.
Устройство изоляции
Каждая модель трансформатора тока рассчитана для работы с определенной величиной высоковольтного напряжения на первичной обмотке. Слой изоляции, расположенный между обмотками и корпусом, должен длительно выдерживать потенциал силовой сети своего класса.
С внешней стороны изоляции высоковольтных трансформаторов тока в зависимости от назначения может применяться:
фарфоровое покрытие;
загустевшие эпоксидные смолы;
некоторые виды пластмасс.
Эти же материалы могут быть дополнены трансформаторной бумагой или маслом для изоляции внутренних пересечений проводов на обмотках и исключения межвитковых замыканий.
Класс точности ТТ
Идеально трансформатор теоретически должен работать точно, без внесения погрешностей. Однако, в реальных конструкциях происходят потери энергии на внутренний нагрев проводов, преодоление магнитного сопротивления, образование вихревых токов.
За счет этого хоть немного, но нарушается процесс трансформации, что сказывается на точности воспроизводства в масштабе первичных векторов тока их вторичными величинами с отклонениями ориентации в пространстве. Все трансформаторы тока имеют определенную погрешность измерения, которая нормируется процентным выражением отношения абсолютной погрешности к номинальному значению по амплитуде и углу.
Трансформаторов тока выражается числовыми значениями «0,2», «0,5», «1», «3», «5»,»10».
Трансформаторы с классом 0,2 работают для выполнения особо важных лабораторных замеров. Класс 0,5 предназначен для точных измерений токов, используемых приборами расчетных учетов 1-го уровня в коммерческих целях.
Измерения тока для работы реле и контрольных учетов 2-го уровня производится классом 1. К трансформаторам тока 10-го класса точности подключаются катушки отключения приводов. Они точно работают в режиме коротких замыканий первичной сети.
Схемы включения ТТ
В энергетике в основном применяются трех или черырехпроводные линии электропередач. Для контроля токов, проходящих по ним, используются разные схемы подключения измерительных трансформаторов.
1. Силовое оборудование
На фотографии показан вариант измерения токов трехпроводной силовой цепи 10 киловольт с помощью двух трансформаторов тока.
Здесь видно, что шины присоединения первичных фаз А и С подключены болтовым соединением к выводам трансформаторов тока, а вторичные цепи спрятаны за ограждение и выведены отдельным жгутом проводов в защитной трубе, которая направляется в релейный отсек для подключения цепей на клеммники.
Этот же принцип монтажа применяется и в других схемах , как показано на фотографии для сети 110 кВ.
Здесь корпуса измерительных трансформаторов смонтированы на высоте с помощью заземленной железобетонной платформы, что требуют правила безопасности. Подключение первичных обмоток к силовым проводам выполнено в рассечку, а все вторичные цепи выведены в рядом расположенный ящик с клеммной сборкой.
Кабельные соединения вторичных токовых цепей защищены от случайного внешнего механического воздействия металлическими чехлами и бетонными плитами.
2. Вторичные обмотки
Как уже отмечено выше, выходные керны трансформаторов тока собираются для работы с измерительными приборами или защитными устройствами. Это влияет на сборку схемы.
Если необходимо контролировать по амперметрам ток нагрузки в каждой фазе, то используется классический вариант подключения - схема полной звезды.
В этом случае каждый прибор показывает величину тока своей фазы с учетом угла между ними. Использование автоматических самописцев в этом режиме наиболее удобно позволяет отображать вид синусоид и строить по ним векторные диаграммы распределения нагрузок.
Часто на отходящих фидерах 6÷10 кВ в целях экономии устанавливают не три, а два измерительных трансформатора тока без задействования одной фазы В. Этот случай показан на расположенном выше фото. Он позволяет включить амперметры по схеме неполной звезды.
За счет перераспределения токов на дополнительном приборе получается отобразить векторную сумму фаз А и С, которая противоположно направлена вектору фазы В при симметричном режиме нагрузки сети.
Случай включения двух измерительных трансформаторов тока для контроля линейного тока с помощью реле показан на картинке ниже.
Схема полностью позволяет контролировать симметричную нагрузку и трехфазные короткие замыкания. При возникновении двухфазных КЗ, особенно АВ или ВС, чувствительность такого фильтра сильно занижена.
Распространенная схема контроля токов нулевой последовательности создается подключением измерительных трансформаторов тока в схему полной звезды, а обмотки контрольного реле к объединенному проводу нуля.
Ток, проходящий через обмотку создан сложением всех трех векторов фаз. При симметричном режиме он сбалансирован, а во время возникновения однофазных или двухфазных КЗ происходит выделение в реле составляющей дисбаланс величины.
Особенности эксплуатации измерительных трансформаторов тока и их вторичных цепей
Оперативные переключения
При работе трансформатора тока создается баланс магнитных потоков, образованных токами в первичной и вторичной обмотке. В результате они уравновешены по величине, направлены встречно и компенсируют влияние созданных ЭДС в замкнутых цепях.
Если первичную обмотку разомкнуть, то по ней ток перестанет протекать и все вторичные схемы будут просто обесточены. А вот вторичную цепь при прохождении тока по первичной размыкать нельзя, иначе под действием магнитного потока во вторичной обмотке вырабатывается электродвижущая сила, которая не тратится на протекание тока в замкнутом контуре с малым сопротивлением, а используется в режиме холостого хода.
Это приводит к появлению на разомкнутых контактах высокого потенциала, который достигает несколько киловольт и способен пробить изоляцию вторичных цепей, нарушить работоспособность оборудования, нанести электрические травмы обслуживающему персоналу.
По этой причине все переключения во вторичных цепях трансформаторов тока производят по строго определенной технологии и всегда под надзором контролирующих лиц без разрыва токовых цепей. Для этого используют:
специальные виды клеммников, позволяющие устанавливать дополнительную закоротку на время разрыва выводимого из работы участка;
испытательные токовые блоки с закорачивающими перемычками;
специальные конструкции переключателей.
Регистраторы аварийных процессов
Измерительные приборы делят по виду фиксации параметров при:
номинальном режиме эксплуатации;
возникновении сверхтоков в системе.
Чувствительные элементы регистраторов прямо пропорционально воспринимают поступающий на них сигнал и также отображают его. Если величина тока поступила на их вход с искажением, то эта погрешность будет введена в показания.
По этой причине приборы, предназначенные для измерения аварийных токов, а не номинальных, подключают в керны защит трансформаторов тока, а не измерений.