2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы тока измерительные

2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные органы релейной защиты подключаются к защищаемому элементу с помощью специальных измерительных трансформаторов.

Назначение измерительных трансформаторов - изолировать измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения, снизить токи и напряжения до величин удобных и безопасных для работы реле и измерения. Применение измерительных трансформаторов позволяет также унифицировать реле и приборы.

Трансформаторы тока (ТА). ТА состоит из стального сердечника из шихтованной стали и двух обмоток - первичной w1и вторичнойw2, причемw1<<w2. Первичная обмотка ТА подключается последовательно в цепь защищаемого элемента, к вторичной обмотке присоединяются реле или измерительные приборы. Ток, протекающий по обмоткеw1, создает магнитный поток Ф1, который индуцирует ток во вторичной обмоткеI2. ТокI2, в свою очередь, создает магнитный поток Фт , направленный навстречу потоку Ф1 . Результирующий магнитный поток Фт = Ф1- Ф2,

Аналогичное выражение может быть записано для намагничивающих сил F = I, т.е.

;, (2.1)

где Iнам - ток намагничивания, обеспечивающий создание магнитного потока в сердечнике. Из последнего выражения делением всех членов уравнения на w2 можно получить

, или

где nтв- витковый коэффициент трансформации,

На практике чаще используют номинальный коэффициент трансформации

записанный через значения номинальных токов. Анализируя уравнение (2.2), можно заметить, что расчетное значение токаи действительное значениеотличаются друг от друга. ВеличинаIнам/nт вносит погрешность в величину и фазу тока I2, поскольку не весь ток I1 трансформируется во вторичную обмотку, что обусловливает наличие погрешностей в работе ТА.

рис.5. Схема замещения ТА

Для анализа погрешностей ТА составим схему замещения и построим векторную диаграмму. Схема замещения строится при следующих допущениях (рис. 5):

- все магнитные связи заменены электрическими;

- параметры первичной обмотки приведены к числу витков вторичной обмотки;

- вектор тока I2 повернут на 1800 по сравнению с его действительным направлением.

- сопротивление первичной обмотки, приведенное к W2;

- сопротивление намагничивания, приведенное к W2, ,- ток первичной обмотки и ток намагничивания, приведенные кw2 .

На схеме рис. 5 приведено обозначения выводов обмоток ТА: первичная обмотка имеет маркировку Л1 - начало, Л2 - конец обмотки, а вторичная – И1 - начало, И2 - конец обмотки.

Наличие Iнам обусловлено тем, что процесс трансформации происходит с затратой энергии, которая идет на создание магнитного потока в сердечнике, на гистерезис, на погори на вихревые токи и нагрев обмоток. Из схемы замещения видно, что , т.е.,т.е. вторичный ток отличается от расчетного первичного, что может исказить работу защиты.

На основе схемы замещения (см. рис. 5) построим векторную диаграмму для анализа величин токов (рис. 6). Сначала строим I2, затем . Величина ЭДС

.Магнитный поток ФН отстает от Е2 на 90°.

; .

Из векторной диаграммы видно, что I1 отличается от I2 по модулю и сдвинут на угол . Отсюда выделяют погрешности ТА - токовую и угловую.

Токовая погрешность - алгебраическая разность токов:

- абсолютная ;

- относительная .

Угловая погрешность - величина угла 5, являющегося углом сдвига между I2 и I1 .

Чем больше величина Iнам, тем больше погрешности трансформатора тока. Чем меньше погрешности ТА, тем точнее работает защита. Iнам имеет две составляющие - активную Iнам.акт и реактивную Iнам.р.

Ток Iнам.акт обусловлен активными потерями (гистерезис) и вихревыми токами. Для его снижения сердечники ТА делают из шихтованной трансформаторной стали, поскольку величина этих потерь определяется качеством и параметрами стали.

Ток Iнам.р служит для создания магнитного потока Фт , который индуцирует Е2 во

вторичной обмотке. Для снижения Iнам.р нужно снижать Фт , который определяется как , гдеRм - магнитное сопротивление.

Связь эта представлена на рис. 7. В области до Iнам.р изменение Фт почти линейно, при Iнам.р >I'нам.р происходит насыщение сердечника и малому изменению Фт соответствует большое изменение Iнам.р ,что в свою очередь, приводит к увеличению токовой погрешности (и) ТА. Для того чтобы снизить эти погрешности, нужно так выбрать параметры схем релейной защиты и автоматики, чтобы рабочая зона располагалась в линейной части характеристики намагничивания ТА:

Рис. 6. Векторная диаграмма ТА

Рис. 7. Характеристика намагничивания ТА

В связи с этим для уменьшения тока намагничивания, а следовательно, и уменьшения погрешности ТА необходимо снижать ZH, определяемое сопротивлением токовых обмоток реле, соединительных проводов и контактов, и уменьшать I2.

Для нормальной эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики погрешности и.

Следует особо отметить необычность режимов холостого хода и короткого замыкания для ТА. Так работа ТА в режиме холостого хода, когда контакты И1 - И2 вторичной обмотки разомкнуты, является аварийной. В таком режиме I2=0 и в соответствии с (2.1) весь магнитный поток I1w1 идет на намагничивание сердечника. Размагничивающего действия вторичного потока I2w2 нет. Происходит перегрев стали магнитопровода. Кроме того, в соответствии со схемой замещения весь ток I1 протекает через большое сопротивление к создает ЭДСE2 , которая может достигать нескольких киловольт. Перенапряжение и перегрев могут привести к пробою изоляции вторичной обмотки ТА. Таким образом, работа ТА в режиме холостого хода недопустима, поэтому в случае, когда ТА не используется, его следует держать в режиме короткого замыкания, который для ТА является нормальным.

В устройствах релейной защиты обмотки трансформаторов тока и реле соединяются по определенным схемам. Поведение реле зависит от характера распределения тока по обмоткам реле при различных видах к.з.

Все схемы соединения, кроме изображенной на рис. 8, д, принято характеризовать коэффициентом схемы kсх, который определяется как отношение тока, протекающего по реле, к вторичному фазному току ТА kcx = Iр/. Данный коэффициент обычно равен 1 (для схем рис. 8, а и 8, б) или(для схем рис. 8, в и 8, г).

При выполнении МТЗ и токовых отсечек наиболее часто применяют следующие схемы:

1. Трехфазная трехрелейная схема полной звезды для защит сетей с глухозаземленной нейтралью от всех видов замыканий (рис. 8, а).

2. Двухфазная двухрелейная (трехрелейная) схема в качестве зашиты от междуфазных замыканий в сетях с изолированной нейтралью (рис. 8, б).

3. Двухфазная однорелейная схема в качестве защиты от междуфазных к.з. для неответственных потребителей (рис. 8, в).

4. Схема соединения ТА в треугольник, а реле - в звезду в дистанционных и дифференциальных защитах трансформаторов от всех видов к.з. (рис. 8, г).

5. Фильтр токов нулевой последовательности для выполнения защит от замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью (рис. 8, д).

Рис. 8. Схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле

Рис. 9. Распределение токов при различных видах к.з.:

а - трехфазное к.з.; б - двухфазное к.з. между фазами АС; в - однофазное к.з. на землю

Для выбора возможности применения какой-либо из приведенных на рис. 8 схем соединения необходимо провести анализ поведения реле в выбранной схеме при различных видах к.з. Для этого на выбранную схему соединения наносят первичные токи, соответствующие им вторичные токи ТА и затем определяют направление и величину тока, протекающего по каждому реле.

При анализе трехфазных, двухфазных и однофазных к.з. для схемы, приведенной на рис. 9, становится очевидным, что на трехфазные и двухфазные к.з. реагируют оба реле или одно из них. При однофазном к.з. в фазе В нет тока ни в одном из реле. Следовательно, для защиты от однофазных к.з. данную схему применять нельзя, а для междуфазных к.з. применение ее возможно.

Трансформаторы напряжения (TV). По принципу действия TV аналогичен силовому трансформатору, но W1>>W2, где W1,W2 - число витков первичной и вторичной обмоток. Введем обозначение nтн= U1/ - коэффициент трансформации TV, где U2хх - напряжение вторичной обмотки при условии, что она разомкнута. Схема замещения TV аналогичнаa схеме замещения ТА и построена при тех же самых допущениях (рис. 10).

Построим векторную диаграмму для иллюстрации погрешностей TV. Построение векторной диаграммы начинается с U2 и I2. Затем строят Е2=U2+I2(r2 + jX2) Поток ФТ отстает от Е2 на 90°. Из схемы замещения =I2 + , затем можно построить

Из векторной диаграммы видно, что U2 отличается от по модулю и сдвинуто на угол. Погрешность по модулю

Рис. 10. Схема замещения и векторная диаграмма TV

а.б.

Рис. 11. Схемы соединения трансформаторов напряжения:

а - схема соединения; б - схема соединения

Отсюда видно, что для снижения погрешности TV необходимо уменьшать сопротивление обмоток W1 и W2, снижать ток намагничивания IH и ток I2 .

Погрешность TV может быть абсолютной по напряжению , относительной, угловой - величина угла.

Для питания цепей релейной защиты, автоматики и измерения TV соединяются по определенным схемам. Выбор схемы зависит от того, какое напряжение нужно - фазное, линейное или напряжение нулевой последовательности. Наиболее часто применяемые схемы соединения приведены на рис. 11.

studfiles.net

Измерительные трансформаторы тока: особенности конструкции

На сегодняшний день правительство проводит и придерживается политики энергосбережения. Теперь каждый пользователь обязательно должен вести учет всей потребляемой энергии. Существующие приборы учета электричества просто не могут работать с высоким напряжением. Поэтому здесь вам на помощь придут устройства, которые могут преобразовывать электричество с высокого напряжения в низкое. Эти устройства называются измерительные трансформаторы.

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока способны изолировать цепь электрических приборов от высокого напряжения к низкому. Их конструкция значительно упрощается, так как они могут работать с меньшим напряжением и током. Измерительные трансформаторы также способны преобразовывать большое напряжение в ток незначительной величины. Благодаря этому у пользователей появляется возможность применять стандартные измерительные приборы для замера тока.

Виды измерительных трансформаторов

По своей конструкции измерительные трансформаторы могут быть нескольких видов. К основным видам относят:

Встроенный – это устройство, у которого вместо первичной обмотки имеется ввод электричества.
Опорный – это прибор, который устанавливается на опоре.
Проходной – это трансформатор, который используется в качестве входа.
Шинный – это прибор, которому первичной обмоткой служит одна или несколько шин.
Разъемный – устройство, цепь которого будет размыкаться, и замыкаться вокруг проводника.
Трансформатор Тесла.

Показатель коэффициента трансформации.
Диапазон рабочей частоты.
Класс точности измерения трансформаторов.
Максимальный первичный ток.
Значения погрешности.

Отличия измерительных трансформаторов от других приборов

Измерительные трансформаторы значительно отличаются от других приборов. Принцип работы трансформатора измерительного может немного отличаться от других устройств. Основное отличие заключается в том, что он включается первичной обмоткой в измеряемую цепь. Вторичная обмотка полностью будет пропорциональна первичному току, который будет измеряться. Обычно вторичную обмотку в этих приорах рассчитывают под ток в 5 А. К ней могут подключаться:

Амперметры.
Ваттметры.

Также достаточно часто измерительные трансформаторы используются в качестве релейной защиты. Релейная защита предназначается для защиты электрических систем от короткого замыкания. Информация о повышении напряжения поступает от измерительного трансформатора и реле.

Как правило, в трехфазных сетях измерительные трансформаторы можно устанавливать как в двух, так и в трех фазах. Если вы его установите в двух фазах, тогда вторичная обмотка будет соединена в виде «неполной звезды». Если напряжение сети будет составлять выше 35 кВт, тогда измерительные трансформаторы тока будут установлены во всех трех фазах. Если трансформаторы использовать для дифференциальной защиты, тогда вторичную обмотку необходимо соединить в виде «треугольника».

Также читайте: силовой трансформатор.

dekormyhome.ru

Измерительные трансформаторы тока. Общие сведения

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод и две обмотки — первичную и вторичную. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I1, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I2.

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

где I1 nom и I2 nom — номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.

Токовая погрешность определяется по выражению

В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100—120% для первых трех классов и 50 —120 % для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения нагрузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастет.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 — для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов, выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

Источник: Л. Д. Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций

electrichelp.ru

Трансформаторы тока - Измерительные трансформаторы

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 2 (рис.) и две обмотки — первичную 1 и вторичную 3. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I1, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I2.

Принцип устройства трансформаторов тока

а – одновитковый трансформатор тока; б – многовитковый трансформатор тока; е - многовитковый трансформатор тока с двумя сердечниками; 1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3 - сердечник; 4 - изоляция; 5 - обмотка прибора

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей; сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I1*W1. В зависимости от предъявляемых требований, выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 - 120% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 - для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Всего комментариев: 0

ukrelektrik.com

Измерительные трансформаторы тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 26Следующая ⇒

При измерении больших переменных токов применяют измерительные трансформаторы переменного тока, кратко называемые трансформаторами тока. Кроме этого, они используются для безопасности обслуживания электрических установок повышенного и высокого напряжения, а также для подключения различных элементов цепей защиты и управления. Применение шунтов для расширения пределов измерения в сетях переменного тока повлекло бы за собой дополнительные погрешности вследствие непропорционального изменения значений сопротивлений шунта и обмоток прибора при изменениях силы тока и частоты. Кроме того, поскольку внутреннее сопротивление приборов, предназначенных для измерений в сетях переменного тока, значительно превышает внутреннее сопротивление магнитоиндукционных приборов, работающих в сетях постоянного тока, то и шунты для приборов переменного тока должны были бы иметь значительно большие сопротивления и габариты.

Первичная обмотка трансформатора тока, по которой протекает измеряемый ток I1, включается последовательно в провод С, в котором измеряется ток (рис. 3.2.2). Во вторичную цепь, по которой протекает ток I2, включаются амперметры, последовательные обмотки ваттметров, фазометров и другие низкоомные приемники тока. Поэтому трансформаторы тока работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Токи I1 и I2, протекая по обмоткам трансформатора, создают намагничивающие силы, под действием которых в сердечнике появляется магнитный поток Ф. С некоторым приближением можно считать I1w1 = I2w2; , где w1 и w2 – соответственно число витков в первичной и вторичной обмотках; kI = w2 / w1 = I1 / I2 – расчетный коэффициент трансформации. Если w1 << w2, то I2 << I1, что позволяет вместо большого тока I1 измерять относительно небольшой ток I2.

По показаниям приборов, включенных во вторичную обмотку, можно определить значения измеряемой величины. Для этого необходимо показание прибора умножить на коэффициент kI. Коэффициент kI называется действительным коэффициентом трансформации тока. Действительный коэффициент трансформации не остается постоянным, он зависит от режима работы трансформатора, т.е. от значений токов и напряжений, характера и величины нагрузки вторичной цепи, частоты тока, а также от конструктивных данных трансформатора и качества материала сердечника. Обычно показание прибора умножается не на действительный, а на номинальный коэффициент трансформации (kIн), который указывается на щитке трансформатора.

Определение измеряемых величин по номинальному коэффициенту трансформации приводит к погрешностям. Относительная погрешность (в %) вследствие неравенства действительного и номинального коэффициентов трансформации может быть определена:

где kI = I1 / I2 и kIн = I1н / I2н.

Эта погрешность называется токовой погрешностью. Числовые значения наибольших допустимых погрешностей определяют класс точности трансформатора.

Кроме того, трансформаторы характеризуются и угловой погрешностью, которая определяется как угол сдвига между вектором первичной величины и повернутым на 180º вектором вторичной. Если повернутый вектор опережает первичный, погрешность считается положительным. Угловая погрешность сказывается на результатах измерений только фазочувствительными приборами, такими как, например, ваттметры и счетчики. Так как погрешности трансформаторов зависят от их нагрузки, определяемой включенными приборами, в паспорте указывают значение допустимой нагрузки.

В трансформаторе тока происходит передача энергии из первичной во вторичную цепь. Кроме того, часть энергии расходуется на потери в сердечнике и первичной обмотке трансформатора, что обусловливает некоторую погрешность.

Для снижения погрешности измерений сопротивление Z2, которое складывается из сопротивлений резисторов, включенных во вторичной цепи, и из сопротивления вторичной обмотки, должно быть уменьшена. Поэтому сопротивления измерительных приборов во вторичной цепи должны быть по возможности малыми.

При разрыве цепи измерения ток I2 равен нулю и ток холостого хода I0 становится равным току I1, т.е. возрастает в несколько десятков и даже сотен раз. Соответственно увеличивается падение напряжения на первичной обмотке, а напряжение во вторичной обмотке возрастает в kI раз и может достигнуть значений, опасных для обслуживающего персонала и способных вызвать разрушение изоляции. Поэтому режим разрыва вторичной цепи является аварийным. По этой же причине нежелательно включение вторичной обмотки трансформатора на высокоомную нагрузку. Таким образом, только включение во вторичную цепь низкоомных приемников энергии (амперметров, последовательных обмоток ваттметров и счетчиков энергии и т.п.) обеспечивает нормальную работу трансформатора тока.

Рис. 3.2.3 Схема включения трансформатора напряжения

Для трансформаторов тока устанавливается ряд номинальных значений первичного тока – от 1 до 40 000 А. Любому номинальному току в первичной обмотке соответствует номинальный вторичный ток: 1; 2; 2,5 и 5 А. Классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. На корпусе трансформатора указаны номинальные токи или номинальные значения коэффициента трансформации (kIн). Иногда цифры даны в виде дроби: в числителе указан номинальный первичный ток, а в знаменателе – длительный номинальный вторичный ток.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего персонала от высокого напряжения.

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 2 и две обмотки − первичную 1 и вторичную 3 (рис. 5.1). Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I1, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I2.

Рис. 5.1. Схема включения трансформатора тока:

1 – первичная обмотка; 2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

К1=I1ном / I2ном.,

где I1ном и I2ном.− номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А. Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.

Токовая погрешность определяется по выражению

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I1w1. В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10 (Д, Р, З).

Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 − 120% для первых трех классов и 50 − 120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивления приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает.

На рис. 5.2 представлены схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока.


а)	б)	в)

Рис. 5.2. Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока:

а – звездой; б – треугольником; в – на сумму трех фаз

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 − для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 − для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 − для релейной защиты.

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

При монтаже распределительных устройств напряжением 6 – 10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжении до 1000 В – с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой изоляцией.

Измерительные трансформаторы тока изготовляют с номинальным вторичным током 1 и 5 А и первичным от 5 до 5000 А. Они допускают длительную токовую перегрузку, равную 110 % номинальной при условии, что превышение допустимой температуры подводящих шин не более 45 °С.

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторы тока для внутренней установки до 35 кВ имеют литую эпоксидную изоляцию. По типу первичной обмотки различают катушечные (на напряжение до 3 кВ включительно), одновитковые и многовитковые трансформаторы.

Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рис. 5.3, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.

Рис. 5.3. Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:

а – катушечный; б, в – шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5

1 – каркас; 2, 4 – зажимы вторичнойи первичной обмоток;

3 – защитный кожух; 5 – окно

Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (рис.5.4,а-в).

Рис. 5.4. Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:

а – многовитковый ТПЛ-10; б – одновитковый ТПОЛ – 10; в – шинный ТПШЛ-10

1,2 – зажимы первичной и вторичной обмоток; 3 – литая изоляция;

4 – установочный угольник; 5 – сердечник

На рис. 5.5, а схематично показано выполнение магнитопроводов и обмоток, а на рис.5.5, б − внешний вид трансформатора тока ТПОЛ-20 (проходной, одновитковый, с литой изоляцией на 20 кВ). В этих трансформаторах токоведущий стержень, проходящий через «окна» двух магнитопроводов, является одним витком первичной обмотки. Одновитковые трансформаторы тока изготовляются на первичные токи 600 А и более; при меньших токах МДС первичной обмотки I1w1окажется недостаточной для работы с необходимым классом точности. Трансформатор ТПОЛ-20 имеет два магнитопровода, на каждый из которых намотана своя вторичная обмотка. Классы точности этих трансформаторов тока 0,5; 3 и 10 Р. Магнитопроводы вместе с обмотками заливаются компаундом на основе эпоксидной смолы, который после затвердения образует монолитную массу. Такие трансформаторы тока имеют значительно меньшие размеры, чем трансформаторы с фарфоровой изоляцией, выпускавшиеся ранее, и обладают высокой электродинамической стойкостью.

а) принципиальное расположение магнитопроводов с обмотками

б)конструкция

Рис. 5.5. Трансформатор тока ТПОЛ-20:

1 – вывод первичной обмотки; 2 − эпоксидная изоляция;

3 − выводы вторичной обмотки

Рассматриваемый трансформатор тока в распределительном устройстве выполняет одновременно роль проходного изолятора.

При токах, меньших 600 А, применяются многовитковые трансформаторы тока ТПЛ, у которых первичная обмотка 3 состоит из нескольких витков, количество которых определяется необходимой МДС (рис. 5.6).

Трансформатор тока ТПФ-10 (рис. 5.7) − это проходной трансформатор с фарфоровой изоляцией на номинальное напряжение 10 кВ, который состоит из одного или двух сердечников 1, охватывающих фарфоровые изоляторы 2. Вторичная обмотка 3 (одно- или двухкатушечная) надета на стержень сердечника. Первичная обмотка 4 состоит из нескольких витков круглого изолированного провода или ленточной меди, продетой через отверстия изоляторов. Начало Л1 и конец Л2 первичных обмоток приварены к медным контактным пластинам 5, выведенным наружу через прямоугольные отверстия в торцовых крышках 6 трансформатора. На фланце 8 укреплены изолированные колодки 9, на которые через изоляционные втулки выведены начало И1 и конец И2 вторичных обмоток и болт заземления 11. По углам фланца расположены отверстия 10 для крепления трансформатора. Для защиты обмоток трансформатора от механических повреждений служит прямоугольный кожух 7.

Рис. 5.6. Трансформатор тока ТПЛ-10 с двумя магнитопроводами:

1 − магнитопровод; 2 − вторичная обмотка; 3 − первичная обмотка;

4 − вывод первичной обмотки; 5 − литой эпоксидный корпус

Рис. 5.7. Трансформатор тока ТПФ-10

Трансформаторы тока ТЗЛ нулевой последовательности с литой изоляцией и ТЗ с хлопчатобумажной служат для питания схем защиты от замыканий на землю в кабельных линиях. В нормальных условиях суммарный магнитный поток этих трансформаторов, вызванный токами, проходящими по каждой фазе кабеля, равен нулю, поэтому во вторичной обмотке трансформатора ток отсутствует. Если произойдет замыкание на землю одной из фаз защищаемой установки или участка сети или нарушится равномерность загрузки по фазам, суммарный магнитный поток не будет равен нулю и вызовет ток во вторичной обмотке.

Трансформатор ТЗЛ состоит из сердечника с катушками двухсекционной обмотки, надетыми на него и залитыми эпоксидным компаундом, который является изолирующим материалом, защищающим обмотки от механических повреждений. Первичной обмоткой этих трансформаторов служит кабель. Для удобства монтажа трансформаторы нулевой последовательности изготовляют разъемными − ТЗРЛ (рис. 5.8) и ТЗР.

Рис. 5.8. Трансформатор нулевой последовательности ТЗРЛ

Трансформаторы тока ТКБ служат для питания отключающих обмоток приводов и состоят из шихтованного сердечника, на боковых стержнях которого надеты первичная и вторичная обмотки. Начало и конец обмоток выведены на щиток, укрепленный на верхней части магнитопровода. Особенностью трансформаторов тока ТКБ являются быстрое насыщение железа и стабильность вторичного тока. В трансформаторах ТКБ тропического исполнения сердечник с обмотками залит эпоксидным компаундом.

Трансформаторы ТКЛ и ТШЛ с литой изоляцией, заменяющие трансформаторы ТК (катушечные) и ТШ (шинные) с хлопчатобумажной изоляцией, применяются для измерения тока и питания схем защиты в сетях напряжением до 660 В, частотой 50 Гц при температуре от +35 до - 40 °С и выпускаются на токи до 1500 А с классом точности 0,5 и 1. Длительно допустимый ток этих трансформаторов − 110 % номинального, температура обмоток не должна превышать 100 °С, номинальная нагрузка трансформаторов в зависимости от их типа колеблется от 0,1 до 1,2 Ом.

В комплектных распределительных устройствах применяются опорно-проходные трансформаторы тока ТЛМ-10, ТПЛК-10, конструктивно совмещенные с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки КРУ.

На большие номинальные первичные токи применяются трансформаторы тока, у которых роль первичной обмотки выполняет шина, проходящая внутри трансформатора. На рис. 5.9 показан трансформатор тока ТШЛ-20 (шинный, с литой изоляцией, на 20 кВ и токи 6000— 18000 А).

Рис. 5.9. Трансформатор тока ТШЛ-20:

1 − магнитопровод класса 0,5; 2 − магнитопровод класса Р; 3 − литой эпоксидный блок;

4 − корпус; 5 − коробка выводов вторичных обмоток; 6 − токоведушая шина

Эти трансформаторы представляют собой кольцеобразный эпоксидный блок с залитым в нем магнитопроводом и вторичными обмотками. Первичной обмоткой является шина токопровода. В изоляционный блок залито экранирующее силуминовое кольцо, электрически соединенное с шиной с помощью пружины. Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется устойчивостью шинной конструкции.

В комплектных токопроводах применяются трансформаторы тока ТШВ-15, ТШВ-24.

Для наружной установки выпускаются трансформаторы тока опорного типа в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией типа ТФЗМ (рис. 5.10). В полом фарфоровом изоляторе, заполненном маслом, расположены обмотки и магнитопровод трансформатора.

Рис. 5.10. Трансформатор тока ТФЗМ:

1 − маслорасширитель; 2 − переключатель первичной обмотки; 3 −ввод Л1; 4 − крышка;

5 − влагопоглотитель; 6 − ввод Л2; 7 − маслоуказатель; 8 − первичная обмотка;

9 − фарфоровая покрышка; 10 − магнитопровод с вторичной обмоткой;

11 − масло; 12 − коробка выводов вторичных обмоток; 13 − цоколь

Конструктивно первичная и вторичная обмотки напоминают два звена цепи (буква З в обозначении типа). Первичная обмотка состоит из двух секций, которые с помощью переключателя 2 могут быть соединены последовательно (положение I) или параллельно (положение II), чем достигается изменение номинального коэффициента трансформации в отношении 1:2. На фарфоровой покрышке установлен металлический маслорасширитель 1, воспринимающий колебания уровня масла. Силикагелевый влагопоглотитель 5 предназначен для поглощения влаги наружного воздуха, с которым сообщается внутренняя полость маслорасширителя. Обмотки и фарфоровая покрышка крепятся на стальном цоколе 13. Коробка вторичных выводов 12 герметизирована. Снизу к ней крепится кабельная муфта, в которой разделан кабель вторичных цепей.

Трансформаторы тока ТФНД на 220 кВ имеют фарфоровый корпус 3, установленный на тележке 4, снабженный металлическим колпаком-расширителем 1 с масломерной трубкой 2. Сбоку на тележке 4 размещена коробка 5 выводов вторичной обмотки.

Трансформаторы ТФЗМ имеют один магнитопровод с обмоткой класса 0,5 и два-три магнитопровода с обмотками для релейной защиты. Чем выше напряжение, тем труднее осуществить изоляцию первичной обмотки, поэтому на напряжение 330 кВ и более изготовляются трансформаторы тока каскадного типа. Наличие двух каскадов трансформации (двух магнитопроводов с обмотками) позволяет выполнить изоляцию обмоток каждой ступени не на полное напряжение, а на половину его.

Рис.5.11. Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки:

1 – колпак-расширитель; 2 –масломерная трубка; 3 – фарфоровый корпус; 4 – тележка;

5 – коробка выводов вторичной обмотки

В установках 330 кВ и более применяются каскадные трансформаторы тока ТФРМ с рымовидной обмоткой, расположенной внутри фарфорового изолятора, заполненного трансформаторным маслом. В таких трансформаторах четыре-пять вторичных обмоток на классы точности 0,2; 0,5 и Р. Встроенные трансформаторы тока применяются в установках 35 кВ и более. В вводы высокого напряжения масляных выключателей и силовых трансформаторов встраиваются магнитопроводы со вторичными обмотками. Первичной обмоткой является токоведущий стержень ввода. При небольших первичных токах класс точности этих трансформаторов тока 3 или 10. При первичных токах 1000 - 2000 А возможна работа в классе точности 0,5. Вторичные обмотки встроенных трансформаторов тока имеют отпайки, позволяющие регулировать коэффициент трансформации в соответствии с первичным током. Для встраивания в масляные выключатели применяются трансформаторы тока серий ТВ, ТВС, ТВУ. Каждому типу масляного бакового выключателя соответствует определенный тип трансформатора тока, паспортные данные которых приводятся в каталогах выключателей и в справочниках. Для встраивания в силовые трансформаторы или автотрансформаторы применяются трансформаторы тока серии ТВТ.

Кроме рассмотренных типов трансформаторов тока выпускаются специальные конструкции для релейных защит: трансформаторы тока нулевой последовательности ТНП, ТНПШ, ТЗ, ТЗЛ; быстронасыщающиеся трансформаторы ТКБ; трансформаторы для поперечной дифференциальной защиты генераторов ТШЛО.

Чем выше напряжение, тем труднее изолировать первичную обмотку ВН от вторичной, измерительной обмотки трансформаторов. Каскадные измерительные трансформаторы на 500, 750 и 1150 кВ сложны в изготовлении и дороги, поэтому взамен их разработаны принципиально новые оптико-электронные трансформаторы (ОЭТ). В них измеряемый сигнал (ток, напряжение) преобразуется в световой поток, который изменяется по определенному закону и передается в приемное устройство, расположенное на заземленном элементе. Затем световой поток преобразуется в электрический сигнал, воспринимаемый измерительными приборами (рис. 5.12).

Таким образом, передающее устройство, находящееся под высоким напряжением, и приемное устройство, соединенное с землей, связаны между собой только пучком света.

Световой поток передается внутри полого изолятора по трубе с зеркальными стенками или по диэлектрическим стержневым и волоконным световодам, которые изготовляются из специального оптического стекла с изолирующей оболочкой. Передающее устройство ОЭТ может быть основано на различных принципах. В некоторых трансформаторах тока (ОЭТТФ) используется эффект Фарадея (рис. 5.13).

Рис. 5.12. Структурная схема оптико-электронного трансформатора тока:

1 − первичный преобразователь; 2 − светодиод; 3 − оптическая система; 4 − световод;

5 − фоточувствительный прибор; 6 − усилитель; 7 − измерительный прибор

Рис. 5.13. Функциональная схема оптико-электронного трансформатора тока ОЭТТФ:

1 – головка ВН; 2 – токопровод; 3 – поляризатор; 4 – оптически активное вещества;

5 – анализаторы; 6 – изолирующая колонка; 7 – световод; 8 – источник света;

9 – фотоприемник; 10 – основание; 11 – усилитель

В основании 10 на потенциале земли находятся источник света 8, два фотоприемника 9, включенных по дифференциальной схеме в цепь усилителя 11, к которому присоединяются измерительные приборы. В головке ВН 1 размещены две ячейки Фарадея и токопровод измеряемого тока 2. Ячейки Фарадея состоят из поляризаторов 3, оптически активного вещества (кварц, тяжелое стекло) 4 и анализаторов 5. Пучок поляризованного света, проходя в оптически активном веществе 4, меняет плоскость поляризации на угол, который зависит от напряженности магнитного поля, т. е. от измеряемого тока. Поворот плоскости поляризации за анализаторами 5 проявляется в виде изменения интенсивности светового потока, падающего на фотоприемник. Световые потоки передаются внутри изолирующей колонки 6 по световодам 7. Фотоприемники преобразуют световой сигнал в электрический, который усиливается в усилителе 11иподается к измерительным приборам. Такие трансформаторы тока универсальны, они предназначены для измерения постоянного, переменного и импульсного тока в установках высокого и сверхвысокого напряжения. Измерительный импульс практически мгновенно передается к фотоприемникам.

Имеются конструкции трансформаторов тока, в которых передающее устройство состоит из модулятора и светодиода. Световой поток полупроводникового светодиода зависит от измеряемого тока и его фазы.

Оптико-электронный трансформатор тока с частотной модуляцией (ОЭТТЧ) на 750 кВ и 2000 А имеет четыре оптических канала − один для измерения и три для защиты. Каждый канал связан со своим первичным преобразователем. Канал измерения рассчитан на нормальную работу при токах до 1,2 Iном, при этом погрешность не превышает ±1%. Каналы защиты рассчитаны так, что передают без искажения импульсы при токах до 20 Iном.

Оптико-электронные измерительные трансформаторы позволяют контролировать не только ток, но и мощность (полную, активную, реактивную) установки, сопротивление на ее зажимах, а также моменты перехода мгновенных значений тока и напряжения через нулевое значение.

ОЭТ целесообразно применять в установках 750 кВ и выше, а также для измерения больших токов (20 − 50 кА) при напряжении 10 − 24 кВ, импульсных токов и параметров переходных режимов.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Трансформаторы напряжения служат для преобразования напряжения установки или участка сети в напряжение, удобное для измерения стандартными приборами, питания защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации, а также для изоляции приборов и эксплуатирующего их персонала от высокого напряжения.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 5.14, первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а ко вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушки измерительных приборов и реле.

Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

КU= U1НОМ/U2НОМ,

где U1НОМ , U2НОМ − номинальные первичное и вторичное напряжения, соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения.

Так же как и в трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180°. Это определяет угловую погрешность. В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Рис. 5.14. Схема включения трансформатора напряжения:

1 − первичная обмотка; 2 − магнитопровод; 3 − вторичная обмотка

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных к вторичной обмотке трансформатора напряжения, не должно превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

Трансформаторы напряжения подсоединяют к точкам электрической цепи, между которыми необходимо измерить напряжение. Включение трансформаторов напряжения 6−10 кВ производят разъединителями, а защиту электроустановок от их повреждения − предохранителями.

Трансформаторы напряжения выполняют однофазными и трехфазными, двухобмоточными и трехобмоточными, масляными и сухими. К числу сухих относят и трансформаторы с изоляцией из эпоксидных смол.

Масляные трансформаторы напряжения имеют ряд недостатков: необходимость постоянного надзора и периодической замены масла, непригодность к установке в помещениях с повышенной пожарной опасностью и для передвижных установок в условиях бездорожья и тряски; большие габаритные размеры и массу. Трансформаторы напряжения с литой изоляцией из эпоксидных смол лишены указанных недостатков.

Масляные трансформаторы напряжения изготовляют с первичными обмотками на все стандартные напряжения электрических сетей и вторичными на напряжения 100; 100/ и 100/3 В. В схемах электроустановок напряжением 6 − 10 кВ используют однофазные (НОЛ-11-06, ЗНОЛ-09), масляные (НОМ-6 и НОМ-10), трехфазные (НТМК-6 и НТМК-10) и трехфазные пятистержневые (НТМИ-6, НТМИ-10) трансформаторы, имеющие специальную обмотку для контроля изоляции. В пятистержневом трансформаторе два дополнительных стержня магнитопровода позволяют замыкаться магнитному потоку нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю в сети. В устройствах до 1000 В применяют трансформаторы НОС-0,5 и НТС-0,5.

Вторичные обмотки (за исключением дополнительной обмотки НТМИ) трансформаторов напряжения заземляют. Схемы включения трансформаторов показаны на рис. 5.15, а −г.

На рис. 5.15, а показана схема включения однофазного трансформатора для измерения напряжения. Схема включения двух однофазных трансформаторов напряжения для питания обмоток счетчиков, ваттметров представлена на рис. 5.15, б. На рис. 5.15, в представлена схема включения трехфазного двухобмоточного трансформатора для питания обмоток вольтметров, счетчиков, ваттметров. Схема включения трехфазного трехобмоточного трансформатора напряжения показана на рис. 5.15, г. Такая схема включения позволяет осуществлять питание различных приборов измерения и учета от основной обмотки, а от дополнительных обмоток – приборов контроля изоляции и реле защиты от замыканий на землю.

Рис. 5.15. Схемы включения трансформаторов напряжения:

1 – разъединитель; 2 – предохранитель ПКТ; 3, 4, 5 – трансформаторы

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией. Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5 − трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кВ).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35.

Схема обмоток первых показана на рис. 5.16, а. Такие трансформаторы имеют два ввода высокого напряжения (ВН) и два ввода низкого напряжения (НН), их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника.

У трансформаторов второго типа (рис. 5.16,б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН − на боковой стенке бака. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН − на 100/ В, дополнительная обмотка − на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми.


а) НОМ-35	б) ЗНОМ-35

Рис. 5.16 Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

1 − ввод ВН; 2 − коробка вводов НН; 3 − бак

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной стали. На рис.4.17 показана установка такого трансформатора в комплектном токопроводе.

Трансформатор с помощью ножевого контакта 3, расположенного на вводе ВН, присоединяется к пружинящим контактам, закрепленным на токопроводе 1, закрытом экраном 2. К патрубку 5 со смотровыми люками 4 болтами 6 прикреплена крышка трансформатора. Таким образом, ввод ВН трансформатора находится в закрытом отростке экрана токопровода. Зажимы обмоток НН выведены на боковую стенку бака и закрываются отдельным кожухом.

Рис. 5.17. Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20

в комплектном токопроводе:

1 – токопровод; 2 – экран; 3 – ножевой контакт; 4 – смотровой люк;

5 – патрубок; 6 – болты

Трехфазные масляные трансформаторы типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод и три обмотки, они предназначены для присоединения приборов контроля изоляции.

Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения серии ЗНОЛ.06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10, 15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.Трансформаторы ЗНОЛ.06 предназначены для установки в КРУ и комплектных токопроводах вместо масляных трансформаторов НТМИ и ЗНОМ, а трансформаторы серии НОЛ.08 − для замены НОМ-6 и НОМ-10.

На рис. 5.18 показан однофазный двухобмоточный трансформатор с незаземленными выводами типа НОЛ-08-6 на 6 кВ. Трансформатор представляет собой литой блок, в который залиты обмотки и магнитопровод. Выводы первичной обмотки А, X, выводы вторичной обмотки а, х расположены на переднем торце трансформатора и закрыты крышкой.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис. 5.19) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне расположена обмотка ВН, рассчитанная на Uф/2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом Uф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на Uф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.

Рис. 5.18. Трансформатор напряжения НОЛ-08-6

Рис. 5.19. Трансформатор напряжения НКФ-110: а − схема; б − конструкция;

1 − ввод высокого напряжения; 2 − маслорасширитель; 3− фарфоровая рубашка;

4 − основание; 5 − коробка вводов НН

Трансформаторы напряжения НДЕ на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т. е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на Uф/4. На рис. 5.20 представлены схема и установка трансформатора НДЕ-500-72.

а) схема

б) установка НДЕ-500-72

Рис. 5.20. Трансформатор НДЕ:

1 – делитель напряжения; 2 – разъединитель; 3 – трансформатор напряжения

и дроссель; 4 – заградитель высокочастотный; 5 – разрядник; 6 – привод

Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, то есть шесть и восемь ступеней обмотки ВН. Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивление, возрастают погрешности, и поэтому трансформаторы НКФ-330, НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис. 5.20, а). Напряжение, снимаемое с С2 (10−15 кВ), подается на трансформатор НДЕ, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ.

Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель 3В не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты. Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис. 5.20, б показана установка НДЕ-500-72.

При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и 1150 кВ применяются трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150.

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение измерительных трансформаторов тока. Изобразите схемы

их включения.

2. Изложите основные технические характеристики измерительных трансформаторов

тока.

3. Какие типы измерительных трансформаторов тока для внутренней установки

применяются в настоящее время?

4. Расскажите об устройстве и принципе работы трансформатора тока для

внутренней установки на примере ТПОЛ-20.

5. Расскажите об устройстве и принципе работы трансформатора тока ТПЛ-10.

6. Расскажите об устройстве трансформатора тока ТЗЛ и его особенностях.

7. Расскажите об устройстве и принципе работы трансформатора тока

для наружной установки на примере ТФЗМ.

8. Объясните устройство и принцип работы оптико-электронного трансформатора

тока ОЭТТФ.

9. Каково назначение измерительных трансформаторов напряжения?

Нарисуйте схемы включения трансформаторов.

10. Изложите основные технические характеристики измерительных трансформаторов

напряжения.

11. Какие типы трансформаторов напряжения для внутренней установки

применяются в настоящее время?

12. Объясните устройство и принцип работы измерительного трансформатора

напряжения ЗНОМ.

13. Расскажите об устройстве и принципе работы измерительного трансформатора

напряжения НТМИ.

14. Расскажите об устройстве и принципе работы измерительного трансформатора

НКФ-110.

Тема № 6

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Поиск Лекций

Методы прямых измерений

Метод непосредственной оценки: значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора.

Данный метод дает значение измеряемой величины непосредственно, без каких - либо дополнительных действий со стороны лица, проводящего измерение. Этому методу свойственна быстрота процесса измерения, что делает его часто незаменимым для практического использования, хотя точность измерения обычно бывает ограниченной.

Методы сравнения с мерой: одновременное или разновременное сравнение двух однородных независимых друг от друга величин – измеряемой и известной.

В зависимости от требований и технических возможностей используют:

- метод дополнения: измеряемую величину дополняют мерой и получают заданное суммарное значение;

- дифференциальный метод: на измерительный прибор воздействует разность из меряемой величины и меры

- нулевой метод: разность измеряемой величины и меры доводится до нуля регулированием значения меры. Показания снимаются по шкале меры.

Это частный случай дифференциального метода. Он более точен, так как важна не точность, а чувствительность измерительного прибора, который служит индикатором равенства меры и измеряемой ФВ. Метод используется в уравновешенном измерительном мосте. Можно применять меры, во много раз меньшие измеряемой величины (неравноплечие весы).По сравнению с дифференциальным методом, недостаток нулевого заключается в необходимости иметь меры, воспроизводящее любое значение известной величины без существенного понижения точности;

- метод перестановки: измеряемую и известную величины сравнивают до и после их взаимной перестановки.

например, добиваются совпадения стрелки весов с нулевой отметкой в обоих случаях. Результат определяется как среднее значение известной величины. Исключается систематическая погрешность D, которая возникает из-за возможного отклонения стрелки весов от нулевой отметки до проведения измерений:

- метод замещени измеряемая величина замещается равновеликой ей известной величиной, воспроизводимой мерой. Известная величина регулируется, и по ней определяют измеряемую величину.

4. Классификация средств измерений

Средство измерения: технические средства с нормированными метрологическими свойствами.

Используются следующие виды СИ

Эталон: СИ для воспроизведения, хранения, передачи размера единицы измерения нижестоящим СИ.

Иные работы запрещены с целью снижения износа, старения и, следовательно, погрешностей. Различают первичные, вторичные и рабочие эталоны. Первичные, служат для воспроизведения единицы с наивысшей в стране (мире) точностью, достижимой в данной области измерений (погрешность 10-7¸10-13%). Вторичные эталоны это копии, предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам, которые служат для поверки образцовых и наиболее точных рабочих СИ.

Мера: СИ для воспроизведения ФВ заданного размера.

Изготавливают однозначные меры (гири, конденсаторы постоянной емкости и т.д.) и многозначные (магазины сопротивлений, конденсаторов, ЭДС). Используются как образцовые и рабочие средства.

Образцовое средство измерения: мера, измерительный прибор для поверки по ним других СИ.

Рабочее средство измерения: для проведения измерений не связанных с передачей размера единицы измерений (РСИ). Составляют наибольшее количество СИ.

Измерительный прибор: для выработки измерительной информации в форме доступной наблюдателю (это РСИ).

Погрешность и ее разновидности. Классификация погрешностей измерений.

Абсолютная погрешность есть разность между показанием прибора X и истинным значением измеряемой величины Xи:

Важное значение имеет относительная погрешность . Она позволяет ответить на вопросы:

- каким из двух различных приборов величина измеряется точнее?

- в какой части шкалы прибора следует производить измерения?(чем меньше , тем точнее измеряется величина)

В общем случае погрешность измерений ( или ) складывается из следующих составляющих:

- методической погрешности;- инструментальной погрешности;- погрешности отсчитывания (субъективная погрешность).

Погрешности средств измерений и их нормирование.
Обработка результатов измерений с многократными наблюдениями. Случайная и систематическая погрешности.

Систематическая – погрешность измерения остаётся постоянной или закономерно изменяется (дрейфовая) при повторных измерениях одной и той же величины. Кпостоянной относят систематическую погрешность градуировки шкалы, погрешность, обусловленную неточностью подгонки значения меры, температурную и др. К дрейфовой относят систематическую погрешность, обусловленную старением, нестабильностью напряжения источника питания и других медленно изменяющихся влияющих величин. Единственный способ обнаружения – поверка прибора по образцовым мерам.Когда значение систематической погрешности может быть достаточно точно определено, вводят поправку. Поправка - значение величины, прибавляемое к полученному при измерении значению с целью исключения систематической погрешности. Случайная – погрешность измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Погрешность обнаруживается при повторных замерах в виде некоторого разброса полученных результатов.Попытки уменьшения систематической погрешности за счет частого внесения поправок могут привести к снижению точности измерений из-за перевода случайной в систематическую погрешность. Грубая – существенно превышающая ожидаемую погрешность в данных условиях. Промахи – погрешности, которые явно и резко искажают результат измерений. Измерительные преобразователи (добавочные сопротивления, шунты, делители напряжения).

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для преобразования больших переменных токов и напряжений в меньшие, удобные для измерения, а также для разделения цепей измерительных приборов и цепей высокого напряжения.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в измерительную цепь последовательно, а ее зажимы обозначаются буквами Л1 - Л2 (линия). Зажимы вторичной обмотки обозначаются буквами И1 - И2 (измерение). Нормальным режимом работы трансформаторов тока является режим, близкий к короткому замыканию. Первичная обмотка трансформатора напряжения включается в измерительную цепь параллельно, а ее зажимы обозначаются А - Х (начало - конец). Режим работы вторичной обмотки близок к холостому ходу, ее зажимы обозначаются а - х.

Лабораторные трансформаторы тока предназначены для работы в цепях переменного тока частотой от 25 Гц до 10кГц с номинальным напряжением от 660 В до 35 кВ. Номинальный первичный ток IНОМ составляет от 0,1 А до 60 кА, номинальный вторичный ток I2НОМ - 1;2 А при частоте 50 Гц или 5 А - во всем диапазоне частот. Лабораторные трансформаторы напряжения предназначены для использования в цепях переменного тока промышленной частоты с номинальным первичным напряжением U1НОМ от 127 В до 35 кВ; номинальные вторичные напряжения могут быть 100/3; 100/ ; 100 и 150 В. Номинальная мощность PНОМ нагрузки во вторичной цепи составляет 2,5; 5; 10; 15 ВА - для трансформаторов тока и 5; 10; 15; 25 ВА - для трансформаторов напряжения. Коэффициент мощности равен 0,8-1,0 при активном характере нагрузки. Лабораторные трансформаторы могут иметь следующие классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 - для трансформаторов тока; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 - для трансформаторов напряжения. Класс точности определяет

Угловая погрешность характеризует угол фазового сдвига вторичного тока (или напряжения) относительно первичного. Она положительна, если повернутый на 180 градусов вектор тока (или напряжения) вторичной обмотки - I2 (-U2) опережает вектор первичной обмотки I1 (U1), и отрицательна, если - I2 (- U2) отстает от I1 (U1). Погрешности измерительных трансформаторов обусловлены потерями энергии в сердечнике и обмотках. Они зависят от значений первичных тока или напряжения и от мощности нагрузки во вторичной цепи.

Стационарные измерительные трансформаторы имеют следующие метрологические характеристики: частота переменного тока 50 Гц; U1НОМ трансформаторов напряжения от 0,38 до 750 кВ; U2НОМ - 100; 100/3; 100/ ; 200; 200/ В; I1НОМ трансформаторов тока - от 1 А до 40 А; I1НОМ - 1 А или 5 А; номинальная нагрузка вторичной цепи - 2,5; 5; 10; 25; 30; 40; 60; 75; 100 ВА. Классы точности трансформаторов тока - 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. Классы точности трансформаторов напряжения - 0,2; 0,5; 1; 3.

poisk-ru.ru

2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы тока измерительные