/
Author: Киреева Э.А. Цырук С.А.
Tags: электротехника электроэнергетика электроника трансформаторы журнал энергетик
ISBN: 0013-7278
Year: 2009
Text
Библиотечка электротехника
Э. А. Киреева
С. А. Цырук
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
С ЛИТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
(справочные материалы)
Часть 1
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЖУРНАЛУ
©НЕРГГПЖ
Вниманию специалистов
Вышли в свет следующие выпуски
“Библиотечки электротехника
Иноземцев Е. К. Восстановление работоспособности роторов
высоковольтных электродвигателей (части 1 и 2).
Соловьев А. Л. Защита генераторов малой и средней мощности
терминалами “Сириус-ГС”.
Трофимов В. М. Выбор и проверка надежности функционирова-
ния устройств выпрямленного оперативного тока подстанций:
БПТ-1002, БПНС (УПНС-М).
Хромченко Ф. А. Сварочные технологии ремонта элементов тру-
бопроводов (справочные материалы).
Шмурьев В. Я. Реле времени полупроводниковые.
ЗахаровО. Г., Козлов В. Н. Цифровые устройства центральной
сигнализации (части 1 и 2).
Подписку можно оформить в любом почтовом отделении связи по
объединенному каталогу “ПРЕССА РОССИИ”. Том 1. Российские
и зарубежные газеты и журналы.
Индексы “Библиотечки электротехника”
— приложения к журналу “Энергетик”
88983 — для предприятий и организаций;
88982 — для индивидуальных подписчиков.
Адрес редакции
журнала “Энергетик”:
115280, Москва, ул. Автозаводская, д. 14/23.
Телефон (495) 675-19-06
E-mail: energetick@mail.ru
Библиотечка электротехника
— приложение к журналу “Энергетик ”
Основана в июне 1998 г.
Выпуск 11 (131)
Э. А. Киреева
С. А. Цырук
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
С ЛИТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
(справочные материалы)
Часть 1
Москва
НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”
2009
УДК 621.311.4 (07)
ББК 31.29-05
К43
Главный редактор журнала “Энергетик” А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
“Библиотечки электротехника”
В. А. Семенов (председатель), И. И. Батюк (зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчастнов, А. Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В. И. Кочкарев,
Н. В. Лисицын, |Л. Г. Мамиконянц|, В. И. Пуляев, А. И. Таджибаев,
Ю. В. Усачев
Киреева Э. А., Цырук С. А
К43 Измерительные трансформаторы тока и напряжения с ли-
той изоляцией (справочные материалы). Часть 1. — М.: НТФ
“Энергопрогресс”, 2009. — 68 с., ил. [Библиотечка электро-
техника, приложение кжурналу “Энергетик”; Вып. 11(131)].
Даны общие сведения об измерительных трансформаторах тока (ТТ)
и напряжения (TH). Приведены технические характеристики ТТ и TH,
выпускаемых различными фирмами. Рассмотрены вопросы эксплуата-
ции ТТ и TH.
Для широкого круга инженеров и техников, занимающихся эксплуа-
тацией электрических сетей. Может быть полезна студентам энергетиче-
ских специальностей.
ISSN 0013-7278 © НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”, 2009
Предисловие
Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (TH)
являются одними из наиболее распространенных устройств в систе-
мах электроснабжения. Области их применения разнообразны.
Во-первых, ТТ и TH входят в состав измерительных комплексов
по учету электроэнергии вместе со счетчиками. В этом случае на них
не должны подключаться никакие другие цепи (например, цепи
электроизмерительных приборов, защит и автоматики).
Во-вторых, ТТ и TH до настоящего времени являются датчиками
сигналов для всех поколений релейной защиты и автоматики, в том
числе и для цифровой (микропроцессорной).
В-третьих, ТТ и TH должны выбираться с учетом требуемого
класса точности. Так, например, для коммерческого учета электро-
энергии должны применяться измерительные ТТ и TH класса точ-
ности 0,2S или 0,5S.
В-четвертых, ТТ и TH являются источниками оперативного тока
для релейной защиты и автоматики.
Брошюра состоит из пяти глав. Все они посвящены ТТ и TH (об-
щие сведения, справочные материалы, вопросы эксплуатации).
Справочные материалы приведены на основе каталогов электро-
оборудования таких известных отечественных производителей и по-
ставщиков, как ОАО “Свердловский завод трансформаторов тока”
(СЗТТ), ОАО “Самарский трансформатор”, Раменский электротех-
нический завод, ООО “Вымпел”, электротехническая компания
“Техэнерго”.
Замечания и пожелания по брошюре
просим направлять по адресу:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала “Энергетик”
Авторы
3
Введение
Трансформаторы тока и напряжения находят широкое примене-
ние на электрических станциях, распределительных подстанциях, в
промышленных испытательных лабораториях и др. Они классифи-
цируются по различным признакам. Так, по способу охлаждения ТТ
и TH подразделяются на трансформаторы с масляным охлаждением
(масляные), газонаполненные (с элегазом) и с естественным воз-
душным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).
Применение литой эпоксидной изоляции потребовало создания
новых конструкций измерительных ТТ и TH. Метод получения изо-
ляции путем литья в форму позволяет изготовлять ТТ и TH любой
конфигурации, которая определяется требуемыми изоляционными
расстояниями и функциональным назначением ТТ и TH (для невы-
соких классов напряжения).
Трансформаторы тока и напряжения с литой изоляцией имеют
значительные преимущества, обусловившие их широкое примене-
ние взамен традиционных масляных в установках до 35 кВ.
Значительно сократились габариты и объем, занимаемые ТТ и
TH в распредустройстве. Габариты ТТ и TH определяются размера-
ми активных частей и находящегося поверх них тонкого слоя эпок-
сидной изоляции. Толщина этого слоя зависит от класса напряже-
ния, конструктивных и эстетических требований, предъявляемых к
ТТ и TH, а также нормами на длину путей утечки.
В качестве примера можно провести сравнение TH типа НОМ-10
с заменяющим его TH типа НОЛ.08-10. Габариты TH типа НОМ-10
составляют 308 х 282 х 472 мм, занимаемый им в распредустройстве
объем равен 41 дм3; габариты же TH типа НОЛ.08-Ю соответствен-
но 335 х 208 х 313 мм и объем 22 дм3.
Кроме того, трансформаторы с литой изоляцией, как правило,
можно устанавливать в пространстве в любом положении, что недо-
пустимо для маслонаполненных трансформаторов без применения
специальных уплотнений.
4
Возможность получения ТТ и TH любой конфигурации позволя-
ет создавать трансформаторы, отвечающие всем требованиям их
компоновки в распредустройствах, что особенно важно для КРУ.
В литых ТТ и TH исключаются пожароопасность и необходи-
мость ревизий, связанных с проверкой и заменой масла. В КРУ
трансформаторы напряжения слитой изоляцией, как правило, уста-
навливают в ячейке выключателя, что дает возможность во многих
случаях отказаться от специальной ячейки для TH и обеспечивает
тем самым значительный экономический эффект.
Литая изоляция исключает влияние на ТТ и TH внешних воздей-
ствий (влажности, механических ударов, вибрации и т.п.). Это по-
вышает надежность измерительных трансформаторов, позволяет
применять их в условиях тропического климата.
Таким образом, основные преимущества трансформаторов с ли-
той изоляцией заключаются в следующем.
1. Экологическая безопасность. Отсутствие в трансформаторе
масла устраняет угрозу загрязнения окружающей среды при его
утечке. В случае пожара не выделяются токсичные и едкие газы.
2. Безопасность при эксплуатации. Обмотки трансформаторов
не горючи и не могут стать источниками пожара. А в случае пожара
от внешнего источника смола не поддержит горение и обеспечит
противопожарный эффект.
3. Не требуется дополнительных мер противопожарной безопас-
ности в местах установки трансформатора.
4. Небольшие габариты, что обеспечивает возможность установ-
ки трансформатора большей мощности в существующем трансфор-
маторном отсеке, например, при реконструкции подстанции.
5. Устойчивость к воздействию сырости и влаги.
6. Минимальные эксплуатационные затраты, так как отсутствует
необходимость в периодической проверке и замене диэлектриче-
ской жидкости.
Все перечисленные выше преимущества ТТ и TH с литой изоля-
цией обеспечивают значительный технико-экономический эффект
при их внедрении.
Конструкция и технические характеристики ТТ и TH постоянно
совершенствуются. Так, ТТ изготовляются с любыми данными:
классами точности, возможностью переключения коэффициентов
трансформации по низкой стороне, различными нагрузками и т.п. В
настоящее время введено обязательное пломбирование вторичных
выводов высоковольтных трансформаторов для защиты от несанк-
ционированного доступа. Для удобства применения в существую-
щих трансформаторах увеличено количество вторичных обмоток.
5
Широкая номенклатура выпускаемых ОАО СЗТТ трансформато-
ров нулевой последовательности позволяет подобрать трансформа-
тор для самых разнообразных потребностей:
• трансформаторы ТЗЛМ применяются, как правило, на кабель-
ных вводах ячеек КРУ;
• трансформаторы с разъемными магнитопроводами серии
ТЗРЛ используются на смонтированных кабельных линиях;
• трансформаторы ТЗЛ-1 и ТЗЛК изготавливаются в климатиче-
ском исполнении 05 Л и предназначены для использования в уголь-
ных шахтах и карьерах;
• трансформаторы ТЗЛ-200 и ТЗРЛ-200 с окном диаметром
200 мм разработаны для использования на кабелях большого диа-
метра с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Трансформатор тока ТЗЛМ-600 (табл. В1) позволяет произвести
поиск однофазного замыкания в сетях с изолированной и компен-
сированной нейтралью воздушных линий электропередачи напря-
жением 6 — 10 кВ; он имеет климатическое исполнение “У”, катего-
рия размещения “2” по ГОСТ 15150.
Опыт эксплуатации измерительных TH, в частности НТМИ-6—10,
используемых в сетях с изолированной нейтралью, выявил их час-
тую повреждаемость. Главной причиной этого являются феррорезо-
нансные явления, при которых через обмотки высокого напряже-
ния TH проходят значительные токи, превышающие в несколько
раз номинальные.
Применение антирезонансных TH, выпускаемых такими отече-
ственными предприятиями, как ОАО СЗТТ, ОАО “Самарский
трансформатор”, Раменский электротехнический завод, обеспечи-
ло защиту TH и тем самым повысило надежность систем электро-
снабжения. Эти трансформаторы обладают стойкостью к ферроре-
зонансу и (или) воздействию перемежающейся дуги в случае замы-
Таблица В1. Технические характеристики ТТ типа ТЗЛМ-600
Параметр Значение
Номинальное напряжение, кВ 0,66
Диаметр окна, мм 600
Испытательное одноминутное напряжение, кВ 3,3
Номинальная частота, Гц 50 или 60
Односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки, А 140
Масса, кг 11,9
6
кания одной из фаз сети на землю в системах с изолированной
нейтралью (буква “П” означает наличие в TH встроенного защитно-
го предохранительного устройства).
В качестве литой изоляции используют не только эпоксидные, но
и полиуретановые компаунды. Эти изоляционные материалы, по-
мимо перечисленных выше преимуществ, отличаются хорошими
электроизоляционными и физико-механическими свойствами,
обеспечивают высокую электрическую прочность трансформато-
ров, полностью герметизируют трансформаторы, что не только по-
вышает надежность трансформаторов, но и сводит к минимуму объ-
ем профилактических работ при их эксплуатации.
Предприятия, выпускающие ТТ и TH, расширяют диапазоны
технических параметров, повышают классы точности измеритель-
ных обмоток, увеличивают число вторичных обмоток для удобства
измерений и др.
Важную роль в релейной защите и автоматике играют ТТ нулевой
последовательности (ТНТ). Для кабельных линий изготавливают
ТТ нулевой последовательности с неразъемным типа ТЗ и разъем-
ным типа ТЗР магнитопроводом. Защита с ТНП имеет значительно
большую чувствительность, чем защита от замыканий на землю, вы-
полненная с помощью трехтрансформаторного фильтра. При соче-
тании ТНП с высокочувствительными реле чувствительность защи-
ты повышается до 1 — 2 А.
Все более актуальной задачей для предприятий энергетики и ко-
нечных потребителей становятся достоверность и оперативность
учета электрической энергии.
Автоматизированные информационно-измерительные систе-
мы коммерческого учета энергии и мощности (АИИСКУЭ) дают
возможность:
а) предприятиям энергетики автоматизировать обмен данными с
субъектами ФОРЭМ (в том числе и с оператором ФОРЭМ), а также
расчеты с потребителями и субъектами ФОРЭМ; повысить досто-
верность и оперативность учета электроэнергии; автоматизировать
контроль технического состояния электроэнергетических систем;
реализовать различные схемы управления распределением энергии
и мощности между потребителями; повысить эффективность рабо-
ты предприятия;
б) крупным и конечным потребителям, кроме указанного выше,
снизить оплату за потребляемую энергию и мощность.
По своей сути задача состоит в точном измерении количества по-
требленной (переданной) энергии и мощности (возможно, с учетом
суточных, зонных или других тарифов), обеспечении возможности
7
хранения этих измерений и доступа к этим данным для расчетов с
поставщиком (потребителем). Кроме того, важной является воз-
можность анализа потребления (передачи) энергии и мощности.
На основании изложенного к электрооборудованию, входящему
в состав АИИСКУЭ, предъявляются жесткие требования, в частно-
сти к измерительным ТТ и TH.
8
ГЛАВА ПЕРВАЯ
Общие сведения
о трансформаторах напряжения
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Измерение напряжения электрического тока производится изме-
рительными приборами — вольтметрами. Однако непосредствен-
ное включение этих приборов в электрическую сеть допускается при
номинальном напряжении сети, не превышающем 220 В. При более
высоком напряжении сети непосредственное включение приборов
недопустимо по условиям как изоляции прибора, так и безопасности
обслуживающего персонала. В связи с этим при высоких напряжени-
ях измерительные приборы включаются через измерительные транс-
форматоры, называемые трансформаторами напряжения (TH).
При первичных напряжениях до 500 кВ используются электро-
магнитные TH, представляющие собой понижающий трансформа-
тор, работающий в режиме, близком
Трансформаторы напряжения
предназначены для понижения вы-
сокого напряжения, подаваемого на
его вход, до пропорционального на-
пряжения, уровень которого соот-
ветствует номинальному напряже-
нию включаемых на TH измеритель-
ных приборов и устройств релейной
защиты и автоматики. Кроме того,
TH отделяют цепи измерения, ре-
лейной защиты и автоматики от це-
пей высокого напряжения.
Согласно стандарту первичной
обмоткой трансформатора напряже-
ния называется обмотка, к которой
холостому ходу.
Рис. 1.1. Принципиальная схема
включения TH:
1 — первичная обмотка; 2— сер-
дечник; 3 — вторичная обмотка
9
прикладывается напряжение, подлежащее преобразованию. Вто-
ричной (основной) обмоткой называется обмотка, предназначен-
ная, главным образом, для измерения. Вторичной дополнительной
обмоткой называется обмотка, используемая для защитных и сигна-
лизирующих устройств.
На рис. 1.1 показана принципиальная схема включения TH, где
первичная обмотка включена на напряжение сети Ц, а ко вторич-
ной обмотке (напряжение С/2) присоединены параллельно катушки
измерительных приборов и реле.
Для безопасности обслуживания выводы вторичных обмоток
заземляют.
Трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холо-
стому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов
и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИПЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Трансформаторы напряжения различаются:
а) по числу фаз — однофазные и трехфазные;
б) по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные;
в) по классу точности, т.е. по допускаемым значениям
погрешностей;
г) по способу охлаждения — масляные (с масляным охлаждением),
сухие (с естественным воздушным охлаждением), газонаполненные;
д) по роду установки — для внутренней или наружной установки
и для комплектных распределительных устройств (КРУ);
е) по конструктивному исполнению — однофазные (О), трехфаз-
ные (Т), электромагнитные, двухобмоточные, трехобмоточные, за-
щищенного исполнения (3), водозащищенного исполнения (В), ан-
тирезонансная конструкция (А), со встроенным предохранителем
(П), герметичного исполнения (Г), заземляемый (3) и др.;
ж) по виду изоляции—с воздушно-бумажной (С), с литой (Л), с за-
литой битумным компаундом (К), с фарфоровым покрытием (Ф),
масляные (М), газовые (Г).
В однофазных трансформаторах напряжения на 6 и 10 кВ преи-
мущественно применяется литая изоляция. Трансформаторы с ли-
той изоляцией полностью или частично (одни обмотки) залиты изо-
ляционной массой (эпоксидной смолой). Такие трансформаторы,
предназначенные для внутренней установки, выгодно отличаются
от масляных: имеют меньшие массу и габаритные размеры и почти
не требуют ухода в эксплуатации.
10
Рис. 1.2. Однофазный двухобмоточный TH:
а — присоединение трансформатора напряжения к трехфазной сети для изме-
рения напряжения: 1 — первичная обмотка (ВН — высшего напряжения); 2—
вторичная обмотка (НН — низшего напряжения); 3 — предохранители; А, В,
С — фазы линии; PV— вольтметр; б— расположение вводов на крышке одно-
фазного TH: АмХ— вводы ВН; а и х — вводы НН
Масляное заполнение трансформаторов напряжения служит,
главным образом, для изоляции обмоток от заземленных частей и
предохранения обмоток от увлажнения.
На рис. 1.2 дана схема однофазного двухобмоточного TH.
Особенностью трансформаторов напряжения является их малая
мощность при высоком напряжении первичной обмотки, т.е. они
являются маломощными понижающими трансформаторами, име-
ющими почти всегда большой коэффициент трансформации. Кро-
ме того, трансформаторы напряжения должны обладать малым па-
дением напряжения в первичной и вторичной обмотках, чтобы
иметь возможно меньшие погрешности коэффициента трансфор-
мации (погрешность напряжения) и угла сдвига между векторами
первичного и вторичного напряжений (угловая погрешность).
Трансформаторы напряжения бывают:
а) сухие, в которых основной изолирующей средой является воз-
дух или твердый диэлектрик, изготавливаются следующих типов:
• НОС — напряжения, однофазные, сухие;
• НТС — напряжения, трехфазные, сухие;
• НОЛ. 11-6.05 — напряжения, однофазные, с литой изоляцией;
предназначены для питания схем управления и приводов выключа-
телей высоковольтных взрывобезопасных КРУ;
• НОЛП — напряжения, однофазные с литой изоляцией, со
встроенными защитными предохранительными устройствами; пред-
11
назначены для установки в КРУ, токопроводы и служат для питания
цепей измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в
электрических установках переменного тока частотой 50 (60) Гц.
Трансформаторы напряжения с литой изоляцией обладают ря-
дом преимуществ, обусловивших их широкое применение взамен
традиционных масляных TH внутренней установки для классов на-
пряжения до 35 кВ. Это относится прежде всего к сокращению габа-
ритов и объемов, занимаемых TH в распредустройствах. В литых TH
исключаются пожароопасность и необходимость ревизий, связан-
ных с проверкой и заменой масла. В КРУ трансформаторы напряже-
ния, как правило, устанавливаются в ячейке выключателя, что дает
возможность при соответствующей компоновке аппаратуры отказа-
ться от специальной ячейки TH и обеспечивает большой экономи-
ческий эффект. Литая изоляция герметизирует и жестко фиксирует
активные части TH, исключает влияние на них внешних воздейст-
вий, таких как влажность, механические удары, вибрации и др. Это
значительно повышает надежность TH;
• 3 х ЗНОЛ.06 и 3 х ЗНОЛП — трехфазные, антирезонансные
группы TH, устойчивы к феррорезонансу и воздействию перемежа-
ющейся дуги в случае замыкания одной фазы на землю (об этом речь
будет идти ниже);
б) масляные, с естественным масляным охлаждением, выпуска-
ются следующих типов:
• НОМ — напряжения, однофазные, масляные; выпускаются на
номинальные напряжения от 6 до 35 кВ и имеют одну вторичную
обмотку на номинальное напряжение 100 В;
• ЗНОМ — заземляемый вывод ВН, напряжения, однофазные
масляные, с двумя вторичными обомотками, номинальное напря-
жение одной из них составляет 100/V3 В, а другой — 100/3 В. По-
следняя включается в разомкнутый треугольник и предназначена для
выделения вторичного напряжения нулевой последовательности;
• НТМИ — напряжения, трехфазные, масляные, с обмоткой для
контроля изоляции сети; выпускаются на номинальные напряже-
ния до 20 кВ и имеют пятистержневой магнитопровод, на трех стер-
жнях которого расположены первичная и две вторичные обмотки.
Вторичные обмотки предназначены для получения вторичного фаз-
ного напряжения TH и выделения напряжения нулевой последова-
тельности (обмотки соединены в разомкнутый треугольник);
• НАМИТ — напряжения, антирезонансные, масляные, с об-
моткой для контроля изоляции сети, трехфазные.
Цифровая часть в типах TH обозначает: первое число — класс на-
пряжения, второе число — год разработки (у некоторых типов).
12
1.3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Номинальными напряжениями первичной и вторичной обмоток
Цном и ^2ном трансформатора напряжения согласно ГОСТ называ-
ются напряжения, указанные на щитке трансформатора, соответст-
венно для каждой из его обмоток. Номинальным напряжением
трансформатора называется номинальное напряжение его первич-
ной обмотки.
Номинальным коэффициентом трансформации трансформатора
напряжения КццОМ называется отношение номинального напряже-
ния первичной обмотки Е/1ном к номинальному напряжению вто-
ричной обмотки С/2ном, т.е.
К ином ~ ^1Н0м/^2н0М'
Действительным коэффициентом трансформации ^называется
отношение действующего первичного напряжения Ц (приложен-
ного к вводам первичной обмотки) к действующему вторичному на-
пряжению 1/2 (измеренному на вводах вторичной обмотки).
Классом напряжения TH принято считать класс напряжения его
обмотки ВН. Трансформаторы напряжения отечественного произ-
водства изготовляются со стороны ВН на все стандартные напряже-
ния распределительных сетей: 3; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220;
330; 500; 750 кВ.
На вторичной (НН) стороне трансформаторов напряжения при-
меняются напряжения 100; 100/V3 и 100/3 В.
Номинальные напряжения первичных обмоток однофазных TH,
включаемых между фазами, и трехфазных TH на напряжение до
1000 В должны быть 380 или 660 В.
Характерная особенность TH — их малая мощность при высоком
напряжении первичной обмотки — отражается на их конструк-
ции. Размеры и масса TH зависят не только от его мощности, но и,
главным образом, от первичного напряжения.
Номинальная мощность TH — это значение полной мощности (в
вольт-амперах при определенном коэффициенте мощности) вто-
ричной цепи при номинальном вторичном напряжении, при кото-
рой трансформатор удовлетворяет требованиям класса точности.
Номинальные мощности TH указаны на щитке. Трансформатор на-
пряжения имеет несколько значений мощности, соответствующих
различным классам точности, причем чем выше класс точности дан-
ного трансформатора (т.е. чем меньше его погрешности), тем мень-
ше его номинальная мощность.
13
Таблица 1.1. Значение мощностей Tri (примеры) 1
Тип транс- форматора Номинальное напряжение, В Номинальная мощность, В • А, для классов точности Макси- мальная мощность, В-А
вн НН 0,5 1 3
НТМИ-10-66 10000 100/100:3 120 200 500 960
НТМИ-18 13 800 100/100:3 120 200 500 960
15750 100/100:3 120 200 500 960
18 000 100/100 3 120 200 500 960
НТМИ-20 18 000 100/100 3 120 /00 500 960
Значения мощностей некоторых трансформаторов отечествен-
ного производства в зависимости от класса точности для различных
номинальных напряжений приведены в табл. 1.1.
Номинальные мощности TH для любого класса точности выбира-
ют из ряда: 10; 15; 25; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800;
1000; 1200 В А. Кроме того, TH имеет максимальную мощность, т.е.
длительную полную мощность при номинальном первичном напря-
жении, вне классов точности, при которой превышение температуры
всех его частей не выходит за пределы, предусмотренные ГОСТ.
Выполнение вторичных цепей TH и контроль за их состоянием. Ис-
ходя из требований техники безопасности вторичные обмотки TH в
установках напряжением 500 В и выше должны обязательно зазем-
ляться. Предохранители, установленные с первичной стороны TH,
не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их вторич-
ных цепях. Поэтому все незаземленные провода, подключаемые к
вторичным обмоткам TH, соединяются с ними чеоез низковоль-
тные плавкие предохранители или малогабаритные автоматические
выключатели, которые являются более быстродействующими; они
надежнее и удобнее предохранителей. Перегорание предохраните-
лей или срабатывание автоматических выключателей и возможные
обрывы в цепях напряжения могут повлечь за еэбой неправильное
действие некотор >ix устройств защиты и автоматики. Поэтому они
должны снабжаться специальными устройствами, автоматически
выводящими их из действия при нарушениях цепей напряжения. В
тех случаях, когда указанные нарушения непосредственно не приво-
дят к неправильной работе устройств защиты и автоматики, доста-
точно сигнализации об исчезновении напряжения.
14
1.4. КЛАССЫ ТОЧНОСТИ
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Трансформаторы напряжения должны удовлетворять определен-
ным классам точности. Класс точности — это условное обозначе-
ние, приписываемое трансформаторам, погрешности которых при
заданных условиях остаются в определенных пределах.
Класс точности обозначается числом, которое равно предельно
допустимой погрешности напряжения в процентах номинального.
Погрешность напряжения — это погрешность, которую вносит
трансформатор при измерении напряжения вследствие того, что дей-
ствительный коэффициент трансформации неравен номинальному.
Погрешность напряжения Д U, %, определяется по формуле
= (1Л)
Ц
где KUh0U — номинальный коэффициент трансформации; Ux — дей-
ствующее первичное напряжение, В; t/2 — действующее вторичное
напряжение, соответствующее приложенному напряжению Щ при
данных условиях измерения, В.
Погрешность напряжения, или, иными словами, падение напря-
жения, возникает в основном из-за потерь в магнитопроводе на его
перемагничивание, вихревых токов и нагрева обмоток. Это погреш-
ность значения вторичного напряжения.
Угловая погрешность — это угол между вектором первичного
напряжения и повернутым на 180° вектором вторичного напряже-
Таблица 1.2. Допускаемые погрешности TH
Класс точности Предел допускаемой погрешности
напряжения, % угловой
мин ср (стерадианы)
0,1 ±0,1 ±5 ±0,15
0,2 ±0,2 ± 10 ±0,3
0,5 ±0,5 ±20 ± 0,6
1,0 ± 1,0 ±40 ± 1,2
3,0 ±3,0 Не нормируют
ЗР ±3,0 ± 120 ±3,5
6Р ±6,0 ±240 ±7,0
Примечание. Погрешности трансформаторов для защиты указаны в диапазоне первич-
ных напряжений от 0,2 до 1,2 номинального.
15
Рис. 1.3. Схема замещения TH: первич-
ный ток, напряжение и сопротивление при-
ведены к числу аитков вторичной обмотки
Рис. 1.4. Векторная диаграмма
TH
ния, выражаемый в угловых градусах и минутах. Угловая погреш-
ность 5 считается положительной, если вторичное напряжение опере-
жает первичное, и отрицательной, если вторичное напряжение отстает
от первичного. Это погрешность по фазе, которая оценивается углом
сдвига 5 между векторами первичного и вторичного напряжений.
Допускаемые погрешности (согласно ГОСТ 1983—2001) для раз-
личных классов точности в рабочих условиях применения при уста-
новившемся режиме работы приведены в табл. 1.2.
При значении первичного напряжения, подведенного к транс-
форматору для защиты, равном 0,02 номинального, предельные зна-
чения допускаемых погрешностей должны быть увеличены в 2 раза.
При значении первичного напряжения, подведенного к транс-
форматору для защиты, равном 0,05; 1,5 или 1,9 номинального, пре-
дельные значения допускаемых погрешностей по согласованию
между разработчиком и заказчиком могут быть увеличены в 2 раза.
В стандартах на трансформаторы конкретных типов должны быть
указаны допустимые значения погрешностей при значениях напря-
жений 0,02; 0,05; 1,5 и 1,9 номинального.
Из схемы на рис. 1.3 следует, что потеря напряжения в TH
Д V = —нам^1 + ЛС2! + Z2>- (1 -2)
Д ля снижения Л С необходимо уменьшить сопротивление обмо-
ток Z] и Zq, ток намагничивания f'1[ам и ток нагрузки, т.е. вторичный
ток /2-
Допустимые погрешности нормируются при номинальном на-
пряжении, соответственно чему TH подразделяют в зависимости от
16
класса точности. Один и тот же TH может работать в различных
классах точности в зависимости от его нагрузки.
Предприятия — изготовители TH обычно указывают номиналь-
ную мощность, подразумевая под ней максимальную нагрузку, ко-
торую может питать TH в гарантированном классе точности. При
превышении номинальной мощности погрешности TH выходят за
гарантированные пределы. Кроме того, для TH указывают максима-
льную мощность по условиям нагрева, которая обычно значительно
превышает его номинальную мощность.
Погрешности TH могут быть определены и наглядно представле-
ны с помощью векторной диаграммы (рис. 1.4). Исходной величи-
ной при построении векторной диаграммы является вектор магнит-
ного потока Фт, направленный горизонтально. Вектор намагничи-
вающего тока /нам опережает вектор магнитного потока на угол у.
Вектор вторичного тока /2 опережает вектор намагничивающего
тока. Треугольник АВС определяет падение напряжения в сопротив-
лении вторичной обмотки от вторичного тока. Треугольник BED
определяет падение напряжения в сопротивлении первичной об-
мотки от первичного тока. Из диаграммы видно, чем определяются
погрешность TH по напряжению (At/) и угловая погрешность (8).
Для приборов учета расхода энергии (электрических счетчиков),
для более точных расчетов между абонентами и энергосистемами
требуются TH наиболее высоких классов точности — 0,2 и 0,5. Для
питания щитовых приборов применяются TH классов точности 0,5
и 1, а для питания цепей автоматики, сигнализации и релейной за-
щиты допустим класс точности 3.
Трансформатор напряжения считается удовлетворяющим задан-
ному классу точности, если его погрешности не превышают значе-
ний, указанных в табл. 1.2.
1.5. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Для питания цепей релейной защиты и автоматики используются
различные схемы соединений обмоток измерительных TH для полу-
чения междуфазных (линейных), фазных относительно земли на-
пряжений, а также симметричных составляющих этих напряжений.
Ниже рассмотрены типовые схемы соединения обмоток TH и
схемы фильтров, позволяющие получить указанные напряжения.
Соединение TH в звезду. Схема, приведенная на рис. 1.5, предназ-
начена для получения напряжения фаз относительно земли и меж-
дуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TH
17
Рис. 1.5. Схема соединений одно-
фазных TH в звезду с заземленной
нейтралью первичной обмотки
(TV1) соединяются в звезду. Нача-
ла каждой обмотки (выводы А, В,
С) присоединяются к соответству-
ющей фазе линии, а концы X, Y, Z
объединяются в общую точку (ней-
траль Н^) и заземляются.
При таком включении к каждой
первичной обмотке TV1 подводит-
ся напряжение фазы линии отно-
сительно земли, которое затем
трансформируется во вторичные
обмотки. Концы вторичных обмо-
ток TV1 (х, у, z на рис. 1.5) также со-
единяются в звезду, нейтраль кото-
рой Н2 связывается проводом с ну-
левой точкой Н2 нагрузки (обмотки
реле 1,2,3).
В приведенной схеме нейтраль
первичной обмотки (точка 1Ц) же-
стко связана с землей и поэтому
имеет ее потенциал, а нейтраль на-
грузки соединена с нейтралью
вторичных обмоток Н2 и всегда
имеет потенциал точки Н2.
Рис. 1.6. Схема соединений одно-
фазных TH в открытый треугольник
Рис. 1.7. Схема соединений одно-
фазных TH в фильтр напряжения ну-
левой последовательности
18
При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соот-
ветствуют фазным напряжениям относительно земли первичной
стороны.
Таким образом, заземление нейтрали первичной обмотки TH и нали-
чие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным услови-
ем для получения фазных напряжений относительно земли.
Соединение обмоток TH в открытый треугольник. Схема, показан-
ная на рис. 1.6, выполняется с помощью двух однофазных TH,
включенныхнадвамежцуфазныхнапряжения, например UABu UBC.
Напряжение на зажимах вторичных обмоток TH пропорциональ-
но междуфазным напряжениям, подведенным с первичной сторо-
ны. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема по-
зволяет получать три междуфазных напряжения: UAB, UBcn UCA.
Рассмотренная схема на первичной и вторичной сторонах явля-
ется схемой незавершенного треугольника (не имеющего одной сто-
роны), что и определило ее название.
Соединение обмоток однофазных TH в фильтр напряжения нулевой
последовательности. Схема выполняется посредством трех однофаз-
ных TH, как показано на рис. 1.7. Первичные обмотки соединены в
звезду с заземленной нейтралью, а вторичные соединяются после-
довательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разо-
мкнутой вершины треугольника подсоединяются реле. Как следует
из схемы, напряжение Up на зажимах разомкнутого треугольника
будет равно геометрической сумме напряжений вторичных
обмоток:
Up-Ua+Ub+Uc.
Выражая вторичные напряжения через первичные, получаем:
ТГ иь ис
Кц Ку ки
Так как сумма трех фазных напряжений равна утроенному напря-
жению нулевой последовательности, то
U _3^0
~Р Ку Ку
Следовательно, на зажимах разомкнутого треугольника получается
напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.
В нормальных условиях напряжения фаз симметричны и равны в
сумме нулю, поэтому в нормальном режиме (/р = 0.
При междуфазных КЗ без земли сумма фазных напряжений все-
гда равна нулю, ибо в этом случае векторы напряжений не содержат
19
Рис. 1.8. Трехфазный пятистержневой TH:
1 — 3 — внутренние стержни; 4,5— наружные (боковые) стержни; Фо — маг-
нитный поток
составляющей нулевой последовательности, поэтому напряжение
Up также равно нулю. И только при замыканиях на землю геометри-
ческая сумма напряжений фаз относительно земли не равна нулю за
счет появления в них составляющей 3 (/0. В результате этого на зажи-
мах разомкнутого треугольника появляется остаточное напряжение,
равное 3 Uo.
Напряжения прямой и обратной последовательностей образуют
симметричные звезды и поэтому при суммировании в цепи разо-
мкнутого треугольника всегда дают нуль на его зажимах.
Таким образом, рассмотренная схема является фильтром, пропу-
скающим только напряжение нулевой последовательности. Рас-
смотренная схема соединения очень удобна и получила широкое
распространение.
Необходимымусловием работы рассмотренной схемы в качестве фи-
льтра Uo является заземление нейтрали первичной обмотки TH.
Соединение обмоток трехфазных TH в фильтр напряжения нулевой
последовательности. Для получения напряжения нулевой последо-
вательности от трехфазного пятистержневого трансформатора
(рис. 1.8) на каждом из его основных стержней 1, 2 и 5 выполняется
дополнительная (третья) обмотка, соединяемая, как и в предыду-
щем случае, по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на
выводах этой обмотки появляется так же, как и в предыдущем слу-
чае, только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки
нулевой последовательности, замыкающиеся по четвертому и пято-
му стержням магнитопровода.
Схемы с пятистержневым трансформатором, показанные на
рис. 1.8, позволяют получать одновременно с напряжением нулевой
последовательности фазные и междуфазные напряжения.
20
1.6. ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Группой соединения трансформаторов называется угловое сме-
щение векторов линейных ЭДС обмотки НН по отношению к век-
торам линейных ЭДС (одноименных фаз) обмотки ВН. Это угловое
смешение обозначается числом, которое, будучи умноженным на
30° (условная единица), дает угол отставания в градусах. В схемах
звезды и треугольника эти углы кратны 30°, поэтому угол 30° для
краткости обозначения принят за угловую единицу. Таким образом,
например, число 11 указывает угловое отставание 11 • 30 = 330°, а
число 0 — угловое смещение 0°.
Один из способов, позволяющих определять сдвиги фаз ЭДС об-
моток относительно друг друга, т.е. группы соединения, заключает-
ся в следующем.
Для простоты рассуждений удобно взять однофазный трансфор-
матор, имеющий две обмотки, насаженные на магнитопровод, как
это схематично показано на рис. 1.9, а. Представим, что по обеим
обмоткам от их начальных вводов Айа одновременно проходят
токи, показанные стрелками. Предположим, что эти токи будут
иметь одинаковое направление в обеих обмотках, например, против
часовой стрелки, если смотреть сверху. В таком трансформаторе
Рис. 1.9. Определение группы соединения однофазного TH в условном обозначе-
нии по заданной схеме соединения обмоток и при известном направлении их на-
мотки:
а — однофазный трансформатор, направление намоток одинаковое (левое и
левое), фазные ЭДС ВН н НН совпадают по направлению — TH имеет группу
0; б— то же, но направление намотокразное (левое и правое), фазные ЭДС на-
правлены противоположно (сдвинуты на половину периода) — группа 6
21
Таблица 1.3. Схемы и группы соединения обмоток TH (примеры)
Схема соединения обмотки Диаграмма векторов ЭДС обмотки Условное обозначение
первичной вторичной первичной вторичной
0 ЛВС о о о о 0 а Ь с о О О О В ь Y/Y-0
5 J J J J J
XYZ х у z
АВС 0 а b с о о о о в ь Y/Y-0
J J J
X Y Z X у z
Таблица 1.4. Группы соединения обмоток TH (примеры)
ТипТН Номинальное напряжение, В Номинальная мощность, В - А, для классов точности Макси- мальная мощность, В-А Группа соедине- ния об- моток TH
вн НН 0,5 1,0 3,0
НОС-0,5 380 660 100 100 25 25 50 50 100 100 200 200 1/1-0 1/1-0
НОМ-6 6000 100 50 75 200 400 1/1-0
НОМ-Ю 10000 100 75 150 300 640 1/1-0
ЭДС, наводимые в обмотках ВН и НН при возникновении магнит-
ного потока в магнитопроводе, будут совпадать по фазе. При этом
получится группа соединения 1/1-0 (читается: один-один-нуль).
Если изменить направление намотки одной из обмоток или пере-
соединить выводные концы одной из них, как показано на
рис. 1.9, б, фазные ЭДС будут сдвинуты на угол 180° (6 угловых еди-
ниц), т.е. на половину периода относительно друг друга. В этих слу-
чаях получим группу соединения 1/1-6.
В табл. 1.3 приведены примеры схем и групп соединения обмоток
трехфазных двухобмоточных TH.
В табл. 1.4 в качестве примера представлены группы соединения
обмоток некоторых измерительных TH.
1.7. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Трансформаторы напряжения применяются в цепях переменно-
го тока при напряжении выше 220 В для присоединения измерите-
22
Рис. 1.10. Присоединение двух однофазных двухобмоточных TH к трехфазной
сети по схеме открытого треугольника для измерения мощности:
1 — первичные обмотки; 2 — вторичные обмотки; 3 — ваттметры; 4 — концы
токовых обмоток ваттметров; 5 — предохранители; TV1, TV2 — первый и вто-
рой TH
льных приборов — вольтметров, ваттметров, частотомеров, счетчи-
ков и различных реле управления и защиты.
В цепь первичной обмотки TH включаются предохранители и то-
коограничивающие резисторы д ля того, чтобы в случае неисправно-
сти трансформатора он не оказался причиной аварии. Предохрани-
тели, установленные во вторичной цепи, служат для защиты транс-
форматора от возможных замыканий в этой цепи.
Рис. 1.11. Присоединение трехфазного трехобмоточного TH типа НТМИ к
трехфазной сети:
1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка основная; 3—то же дополни-
тельная
23
Рис. 1.12. Присоединение трех однофазных трехобмоточных TH типа ЗНОМ к
трехфазной сети:
1 — первичные обмотки; 2 — вторичные обмотки; 3 — вторичные дополните-
льные обмотки; 4 — предохранители; TV1, TV2, TV3 — первый, второй и тре-
тий TH
На рис. 1.10 приведена схема присоединения двух однофазных
двухобмоточных TH к трехфазной сети по схеме открытого треуго-
льника для измерения мощности.
Важная область применения TH — контроль изоляции сети. Для
этой цели служат дополнительные вторичные обмотки трехобмо-
точных TH, показанные на рис. 1.11.
Трехфазный трехобмоточный TH типа НТМИ изготовляется
групповым, т.е. состоящим из трех однофазных трансформаторов.
Первичные и основные вторичные обмотки соединены в звезду с
выведенной нейтралью. Дополнительные вторичные обмотки сое-
динены в разомкнутый треугольник, как показано на рис. 1.11. Ней-
траль первичной обмотки при установке трансформатора заземля-
ется. Основная вторичная обмотка питает различные измеритель-
ные приборы, и ее нейтраль также при установке заземляется, а
дополнительная вторичная обмотка служит для контроля изоляции
сети, и к ней подключается реле защиты от заземления.
Таким же образом соединяются в трехфазную группу и однофаз-
ные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ, как это показа-
но на рис. 1.12.
Трансформатор напряжения рассчитан на длительное включение
его в электрическую сеть, т.е. на постоянное нахождение его под на-
пряжением. Изоляция обмоток и токоведущих частей во время его
работы испытывает воздействие как длительно приложенного напря-
жения промышленной частоты (50 Гц), так и импульсных, т.е. крат-
ковременных, перенапряжений. Последние значительно превышают
номинальное напряжение TH и поэтому опасны для его изоляции.
24
Обычно под этими перенапряжениями подразумевают грозовые
импульсные перенапряжения, возникающие от атмосферных явле-
ний и наиболее сильно воздействующие на изоляцию TH, а также
коммутационные перенапряжения, возникающие в результате не-
стационарных режимов электрооборудования и линий электропе-
редачи (ЛЭП). Кроме того, в ЛЭП могут возникать аварийные пере-
напряжения, превышающие коммутационные, обусловленные об-
рывами и короткими замыканиями в них. Поэтому при выборе TH
необходимо учитывать условия, в которых они будут эксплуатирова-
ться, так как от этого во многом зависит надежность работы TH.
1.8. ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ TH И ИХ КОНТРОЛЬ
Во вторичных цепях TH могут возникать повреждения (КЗ и об-
рывы). Короткие замыкания вызывают опасное увеличение тока в
трансформаторе, и поэтому для его защиты устанавливаются предо-
хранители или автоматические выключатели, прерывающие цепь
при повышении токов. Повреждения вторичных цепей, а также их
нарушение при перегорании предохранителей или действии авто-
матических выключателей искажают значение и фазу вторичного
напряжения, что приводит к неправильной работе защиты. Так, на-
пример, при КЗ или обрыве фаз вторичной цепи напряжение, под-
водимое к обмоткам реле защиты, снижается или полностью исчеза-
ет, что воспринимается защитой как КЗ в сети и может явиться при-
чиной ложного действия защиты.
Для предупреждения ложных действий предусматриваются специ-
альные устройства (блокировки), которые реагируют на повреждения
во вторичных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисп-
равности и выводят из действия (блокируют) защиты, которые могут
неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.
В качестве примера на рис. 1.13 приведены схемы сигнализации
обрыва в цепях TH, которые представляют собой блокирующие
устройства, реагирующие на появление Uo и /0 при повреждениях в
цепях напряжения.
Блокирующие устройства реагируют на появление напряжения и
тока нулевой последовательности во вторичных цепях TH. Для этого
реле 1 включается на напряжение нулевой последовательности по
одной из схем, приведенных на рис. 1.13.
В нормальных условиях вторичные напряжения TH симметрич-
ны, поэтому их сумма равна нулю и напряжение на реле 1 отсутству-
ет. При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает t/0,
под влиянием которого в реле появляется ток и оно срабатывает, да-
вая сигнал и выводя защиту из работы.
25
Рис. 1.13. Схемы сигнализации обрыва в цепях TH:
а — с трансформаторным фильтром Uo; б — с фильтром на активных сопро-
тивлениях; в — с фильтром на конденсаторах С
Рис. 1.14. Периодический контроль
исправности цепи обмотки, соеди-
ненной в фильтр напряжения нулевой
последовательности
Контроль цепей разомкнуто-
го треугольника TH, т.е. исправ-
ности цепи вторичной обмотки
TH, соединенной по схеме фи-
льтра нулевой последовательно-
сти, производится путем перио-
дического измерения напряже-
ния небаланса с помощью вольт-
метра, включаемого по схеме на
рис. 1.14. При исправной цепи
вольтметр показывает напряже-
ние небаланса 1 — 3 В, а при нару-
шении цепи показания пропадают.
Схемы, реагирующие на появление составляющих нулевой по-
следовательности, проще других, но они недостаточно совершенны.
Эти схемы не действуют при обрыве трех фаз вторичных цепей TH, а
также при КЗ в цепях напряжения, не сопровождающихся появле-
нием Uq.
1.9. ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЯ
Емкостные делители напряжения. Для питания устройств релей-
ной защиты и автоматики наряду с TH могут также применяться
емкостные делители напряжения. Емкостные делители состоят из
нескольких последовательно соединенных конденсаторов, вклю-
чаемых между проводом фазы и землей (рис. 1.15).
Существуют два способа использования емкостных делителей
для измерения напряжения. Первый способ (рис. 1.15, а) состоит в
том, что для питания защиты используется напряжение U2, снимае-
26
Рис. 1.15. Емкостные делители напряжения:
а, б—с измерением напряжения на конденсаторе С,; в — с измерением заряд-
ного тока, проходящего через конденсаторы С, и С2
мое с зажимов последнего конденсатора делителя С2. При отсутст-
вии нагрузки напряжение f/2 пропорционально первичному на-
пряжению t/ф и совпадает с ним по фазе, как это следует из
рис. 1.15, а. Действительно,
и.
U2 = IcjX2=-. * jX2 = kU*,
+л2)
, Х2
где к =----— = const.
Х] + Х2
Нагрузка подключается к зажимам конденсатора С2 через пони-
жающий трансформатор напряжения 2 (рис. 1.15, б), так как значе-
ние U2 достигает нескольких киловольт. Присоединение сопротив-
ления нагрузки Zp искажает как значение, так и фазу U2, что и вызы-
вает погрешность измерения. Для уменьшения этой погрешности
предусматривается компенсирующее устройство, состоящее из ре-
актора 1 и конденсатора 3. Соответствующим подбором их парамет-
ров и ограничением нагрузки Z$ можно с достаточной точностью
обеспечить пропорциональность и совпадение по фазе напряжения
U2, подводимого к нагрузке Z, с измеряемым напряжением U$.
Во втором способе (рис. 1.15, в) для измерения напряжения ис-
пользуется зарядный ток 1Г, проходящий в делителе.
U+
Ток/С = ———и, следовательно, пропорционален первично-
хCj + хс2
му напряжению. Ко вторичной обмотке трансформатора тока под-
соединяется реле. Ток в реле пропорционален первичному току 1С, а
следовательно, и первичному напряжению U$.
27
Рис. 1.16. Принципиальная схема фильтра напряжения обратной последователь-
ности
Существенным недостатком емкостных делителей являются от-
носительно малая мощность и большая, чем у TH, погрешность.
Так, например, при отборе напряжения от конденсаторных вводов
(выключателей и трансформаторов) удается получить мощность
примерно 15 В • А на вводах 110 кВ и 35 В А на вводах 220 кВ при
погрешности по значению напряжения около ± 6 % и ± Г по углу.
В случае использования конденсаторов связи удается получить
мощности порядка 100 — 120 В • А (на напряжении 220 кВ) при со-
блюдении погрешности измерения, соответствующей первому
классу точности TH.
Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения. Для
повышения чувствительности релейной защиты, а в ряде случаев
для уменьшения количества исполнительных органов (ИО) приме-
няются фильтры симметричных составляющих тока и напряжения.
Это могут быть как фильтры отдельных последовательностей (пря-
мой, обратной, нулевой), так и комбинированные фильтры, выход-
ное напряжение (ток) которых пропорционально некоторой комби-
нации симметричных составляющих (обычно двух). Выполнение
фильтров симметричных составляющих основано на применении
активно-реактивных звеньев, выбранных с таким расчетом, чтобы
при номинальной частоте напряжение (ток) на выходе было про-
порционально напряжению (току) какой-либо последовательности
одной из фаз и сдвинуто относительно него на постоянный угол.
Исключение составляют фильтры токов или напряжений нулевой
последовательности, которые осуществляют простое алгебраиче-
ское сложение фазных токов или напряжений, и поэтому их выход-
ные значения не зависят от частоты сети. В схемах релейной защиты
с электромеханическими и детекторными ИО наибольшее распро-
28
охранение получили активно-емкостные фильтры напряжения об-
ратной последовательности (ФНОП) и активно-индуктивные фи-
льтры тока обратной последовательности (ФТОП).
Фильтры напряжения обратной последовательности (ФНОП).
ФНОП представляет собой устройство (рис. 1.16), с помощью кото-
рого можно получить напряжение Umn, пропорциональное состав-
ляющей обратной последовательности, содержащейся в напряже-
нии сети:
^тп ^"^2сети’
Составляющие прямой и нулевой последовательностей такой
фильтр не пропускает, поэтому реле, подсоединенное к выходным
зажимам фильтра, реагирует только на U2.
Для упрощения конструкции фильтр обычно включается на линей-
ные напряжения, которые не содержат нулевой последовательности.
Наибольшее распространение получили фильтры, состоящие из
активных и реактивных сопротивлений, образующих два “плеча” А
и С(рис. 1.16), питающихся напряжениями U^h Ubc.
Сопротивления плеч фильтра (ZA\, ZA2, и ZC1, Za) подбираются с
таким расчетом, чтобы при подводе к фильтру напряжений прямой
последовательности напряжение на его выходных зажимах было
равно нулю:
итп1 ~ °-
(1.3)
Рассматривая контур тВп (рис. 1.16), легко убедиться, что для
выполнения условия (1.3) напряжение UA должно компенсировать
напряжение U'c или, иначе говоря,
Ua=~U'c-
(1-4)
Существует большое число сочетаний сопротивлений, образую-
щих фильтр, удовлетворяющих условиям (1.3) и (1.4).
29
ГЛАВА ВТОРАЯ
Общие сведения
о трансформаторах тока
2.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
Электромагнитные трансформаторы тока (ТТ) являются одной
из разновидностей первичных преобразователей тока. Именно
электромагнитные ТТ с замкнутым магнитопроводом получили
наибольшее распространение.
Трансформаторы тока предназначены для уменьшения первич-
ного тока до значений, наиболее удобных для измерительных при-
боров и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от
первичных цепей высокого напряжения.
Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник 2 (рис. 2.1) и
две обмотки — первичную 1 и вторичную 3. Первичная обмотка
включается последовательно в цепь измеряемого тока 1Х, ко вторич-
ной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые
током /2 (амперметры, счетчики электрической энергии) и устрой-
ства релейной защиты практически всех типов.
От исправности и точности работы ТТ зависят не только правиль-
ный учет электроэнергии, отпускаемой потребителям, но и беспере-
бойность их электроснабжения, сохранность самой электроуста-
новки, особенно при КЗ.
Первичная обмотка ТТ Wj включается в цепь защищаемого эле-
мента последовательно (рис. 2.1, б). Вторичная обмотка w2 замкну-
та на сопротивление ZH, состоящее из сопротивлений реле, измери-
тельных приборов, соединительных проводов (кабелей), проложен-
ных между ТТ и аппаратами защиты.
Первичный ток 7j и вторичный ток 12, индуцированный во вто-
ричной обмотке w2, создают магнитодвижущие силы, которые вы-
30
Рис. 2.1. Схема включения ТТ:
а — включение измерительных приборов во вторичную обмотку ТТ; б —
принцип работы ТТ
зывают магнитные потоки и Ф2 замыкающиеся по стальному
магнитопроводу.
Магнитодвижущие силы (МДС), равные /jWj и [xw2 и создавае-
мые ими магнитные потоки Ф[ и Ф2 геометрически складываются,
создавая результирующий поток Фт в ТТ:
ZlWl + /2W2 = /HaMwi;
Ф, + Ф2 = Фт,
где Фт — рабочий магнитный поток, пронизывающий обе обмотки
ТТ и наводящий во вторичной обмотке электродвижущую силу Е2,
которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки вторичный
ток/2-
Магнитный поток Фт создается МДС /HaMWj, иначе говоря, током
намагничивания /нам. Именно наличие тока /нам обеспечивает
трансформацию 1\ в /г-
Однако ток намагничивания — это как бы часть первичного тока,
т.е. во вторичный ток трансформируется лишь часть первичного:
где К г- = — — витковый коэффициент трансформации ТТ.
Wj
В нормальном режиме при рабочих токах значение /нам невелико
(0,5 — 3 %) и поэтому витковый коэффициент может считаться рав-
ным коэффициенту трансформации ТТ:
31
= (2.1)
'2
При расчетных токах КЗ, если ток намагничивания ТТ не превы-
шает 10 % первичного тока, также может использоваться выражение
(2.1), например для вычисления вторичного тока (тока в реле):
h = ^-- (2-2)
Однако при больших значениях тока намагничивай ия выражени-
ями (2.1) и (2.2) нельзя пользоваться без учета /нам, который и опре-
деляет полную погрешность ТТ, т.е. точность его работы в таких ава-
рийных режимах, когда должна действовать релейная зашита.
Номинальный коэффициент трансформации является одним из
основных параметров ТТ, он указывается на паспортной табличке и
проверяется при наладке РЗ.
2.2. ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
Значение коэффициента трансформации ТТ не является строго
постоянным и может отличаться от номинального вследствие по-
грешности, обусловленной наличием тока намагничивания. Токо-
вая погрешность определяется по выражению
А/= К{12 - Iv
На рис. 2.2 показан физический смысл АТ.
Трансформаторы тока имеют три вида погрешностей: токовую,
полную и угловую, значения которых тесно связаны друг с другом и
зависят от степени насыщения магнитопровода ТТ. Чем больше это
насыщение (/нас), а оно зависит, например, от значения первичного
тока I), тем меньше сопротивление так называемой “ветви намагни-
чивания” Z' тем больше ток в этой ветви I' и тем меньший ток
нам7 нам
попадает в реле 12.
Таким образом, вследствие наличия тока намагничивания во вто-
ричную обмотку ТТ трансформируется не весь первичный ток, а то-
лько часть его, что и вызывает погрешность в работе ТТ.
Искажающее влияние тока намагничивания показано на вектор-
ной диаграмме (рис. 2.3), в основу которой положена схема замеще-
ния (рис. 2.4).
При построении диаграммы за исходный принят вторичный ток
h-
32
Рис. 2.2. Зависимость вторичного тока ТГ от первичного:
1 — вторичный ток идеального ТТ; 2 — действительный вторичный ток
Как видно из схемы замещения ТТ, вторичное напряжение U2
равно падению напряжения в сопротивлении нагрузки, т.е.
С/2 = /2(Лн+Ан)-
Ток намагничивания ТТ /нам, создающий магнитный поток Фт,
опережает последний на угол у, обусловленный потерями в стали
сердечника ТТ. Приведенный ко вторичной обмотке первичный ток
Г, находится как сумма вторичного тока 12 и тока намагничивания
Г .
нам ,
Диаграмма показывает, что за счет тока намагничивания / нам вто-
ричный ток получается меньше приведенного первичного тока 1[ на
значение Д7и смещается относительно него по фазе на угол 8.
Погрешность в значении тока (токовая погрешность), %, оцени-
вается следующим образом:
М =^Ц^100.
Л
Погрешность по углу 8 (угловая погрешность) также определяет-
ся наличием /нам и характеризует фазовый сдвиг между первичным
и вторичным токами ТТ. Чем больше намагничивающий ток ТТ,
тем больше его погрешности. Чрезмерно большие погрешности мо-
гут вызвать неправильные действия устройств релейной защиты и
автоматики, поэтому уменьшение погрешности ТТ является важной
задачей, которая сводится к уменьшению /нам.
Для уменьшения погрешностей ТТ должен работать в прямолиней-
ной части своей характеристики намагничивания, что обеспечивается:
• конструктивными параметрами магнитопровода;
33
Рис. 2.3. Векторная диаграмма ТТ
• правильным выбором нагрузки вторичной обмотки;
• снижением вторичного тока (за счет выбора соответствующего
коэффициента трансформации А}).
Токовая погрешность зависит также от кратности первичного
тока к = Zi//1HOM, где — действительное значение тока в первич-
ной обмотке, а/1ном — его номинальное (паспортное) значение. При
увеличении к магнитопровод ТТ насыщается и токовая погреш-
ность увеличивается. Характерной для ТТ является кратность Л10,
Рис. 2.4. Схема замещения ТТ
34
при которой е = 10 %. При дальнейшем увеличении к токовая по-
грешность ТТ резко возрастает.
Полная погрешность е, так же как и токовая, определяется нали-
чием тока намагничивания и может быть рассчитана по упрошен-
ной формуле, %:
e = (WA)ioo-
Полная погрешность учитывает наличие в /2 и /нам высших гар-
моник, возникающих в связи с насыщением стали ТТ.
2.3. КРИВЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ КРАТНОСТЕЙ
И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ТТ
Для всех ТТ, используемых в схемах релейной защиты, даются
кривые предельных кратностей /с10 =f(Z^, где А:10 — отношение
наибольшего первичного тока к его номинальному значению, при
котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке
е < 10 %; ZH доп — допустимое сопротивление нагрузки ТТ при
cos <рн = 0,8 (рис. 2.5).
Кратность fc10 принимают равной
^“10 ~ ^нам/^1ном‘
Используя зависимости, называемые обычно кривыми предельной
кратности, можно подобрать соответствующие ТТ, способные по-
давать питание в схему релейной защиты, обеспечивая е< 10 % в
условиях срабатывания защиты. Если же тип ТТ задан, то, используя
кривую предельной кратности, соответствующую данному ТТ, не-
обходимо определить допустимое сопротивление нагрузки доп и
позаботиться о том, чтобы расчетное сопротивление нагрузки ТТ,
состоящее из суммарного сопротивления реле, соединительных
проводов и других элементов, включенных во вторичную цепь ТТ, с
учетом схемы соединений не превысило ZH доп.
Классы точности ТТ. Трансформаторы тока подразделяются на
классы точности. Каждый класс характеризуется допустимой по-
грешностью, установленной из условий точной работы измеритель-
ных приборов.
Точность ТТ характеризуется их полной погрешностью в передаче
значения тока и угловой погрешностью в передаче фазы измеряемого
тока. Требования к точности различны для ТТ, питающих измерите-
льные приборы, и ТТ, питающих устройства релейной защиты.
Класс точности ТТ или вторичной обмотки:
• для измерений и учета — 0,1; 0,2S; 0,2; 0,5; 0,5S; 1; 3; 5; 10;
35
Обмотка защитная Pl
Класс обмотки — 10
Обмотка измерения
Класс обмотки — 0,5
Значение Л ном 30 50 75 100 150 200 300 400
Номер кривой 1 1 1 1 1 1 ] 2
Значение А ном 30 50 75 100 150 200 300 400
Номер кривой 1 1 1 1 1 2 2 3
Рис. 2.5. Кривые предельных кратностей ТТ типа ТПЛ10
• для защиты — 5Р; ЮР (в первом случае полная погрешность ТТ
е = 5 %, во втором £ = 10 %).
Пределы допускаемых погрешностей токов вторичных обмоток
для измерений и учета в рабочих условиях применения при устано-
Таблица 2.1. Пределы допускаемых погрешностей токов вторичных обмоток ТТ
Класс точности Первичный ток, % номиналь- ного значения Предел допускаемой погрешности Предел вторич- ной нагрузки, % номинального значения
токовой,% угловой
мин ср
0,1 5 20 100 - 120 ±0,4 ±0,2 ±0,1 ± 15 ±8 ±5 ±0,45 ±0,24 ±0,15 25 - 100
0,2 5 20 100 - 120 ±0,75 ±0,35 ±0,2 ±30 ± 15 ± 10 ±0,9 ±0,45 ±0,3
0,2S 1 5 20 100 120 ±0,75 ±0,35 ±0,2 ±0,2 ±0,2 ±30 ±15 ±10 ±10 ±10 ±0,9 ±0,45 ±0,3 ±0,3 ±0,3
0,5 5 20 100 - 120 ±1,5 ±0,75 ±0,5 ±90 ±45 ±30 ±2,7 ±1,35 ±0,9
0,5S 1 5 20 100 120 ±1,5 ±0,75 ±0,5 ±0,5 ±0,5 ±90 ±45 ±30 ±30 ±30 ±2,7 ± 1,35 ±0,9 ±0,9 ±0,9
1 5 20 100 - 120 ±3,0 ± 1,5 ±1,0 ± 180 ±90 ±60 ±5,4 ±2,7 ±1,8
3 50 - 120 ±3,0 Не нормируют 50 - 100
5 ±5,0
10 ± 10
Таблица 2.2. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток
Предел допускаемой погрешности
при номинальном первичном токе полной при токе номинальной пре- дельной кратно- сти, %
Класс точности токовой, % угловой
мин ср
5Р ±1 ±60 ±1,8 5
ЮР ±3 Не нормируют 10
37
Таблица 2.3. Расчетные формулы вторичной нагрузки ТТ
Схема соединения ТТ и вторичной нагрузки Вид КЗ Формула для определения вторичной расчетной нагрузки ТТ (на фазу)
Полная звезда Гпр Zp.tf) Трехфазное и двухфазное ^н.расч — гпр + ^р.ф + 'пер
А В С 0 рУх Гпр 4-ф. гпр 2р.ф гпр ,2рр Однофазное ^н.расч — ^гпр 2р.ф ^р0 гпер
Неполная звезда Трехфазное ^н.расч ~ ^пр ^р.ф ^р.обр 'пер
А В С Гпр Zp,$ Двухфазное АВ или ВС ^н.расч “ 2^Пр + ^р.ф + ^р.обр + 'пер
Гпр [ ^^р.обр Двухфазное за трансформатором Y/A-11 ^н.расч — ЗгПр + ^р.ф 22^.обр 'пер
На разность токов двух фаз А и С А {Гпр 1 , * гпр Трехфазное ^н.расч ~ ^(^гпр Zp) + гпер
Двухфазное Л С ^.расч “ 4^пр + /*пер
Двухфазное АВ или ВС ^н.расч — 2/*пр + Zp + ^пер
Тр А В С еугольник Гпр Zp » Гпр Г**^У\ Гпр Zp Трехфазное и двух- фазное; двухфазное за трансформа- тором Y/Д-11 ^.расч ~ + -5'^р + /*пер
Однофазное ^н.расч ~ 2^пр + 'IZp + 7*пер
Последовательное соединение вторич- ных обмоток ТТ ^ярасч ^н.расч — 0,52^расч, ГДе ^.расч нагрузка, рассчитанная по форму- лам, приведенным выше; 1, 2— ТТ одного и того же класса точности
Параллельное сое- динение вторичных обмоток ТТ /*УЧ ГУЧ Zi.pacM ZH.pac4 = 4(.расч - нагрузка, рас- считанная по формулам, приве- денным выше; 1, 2 — ТТ одного и того же класса точности
Примечание. Во всех случаях на контактах принимается переходное сопротивление
''пер = 0,1 Ом.
38
вившемся режиме должны соответствовать значениям, указанным в
табл. 2.1 (ГОСТ 7746-2001).
Для трансформаторов с номинальными вторичными нагрузками
1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 В А нижний предел вторичных нагрузок составля-
ет 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75 и 3,75 соответственно.
Пределы допускаемых погрешностей токов вторичных обмоток
для защиты в рабочих условиях применения при установившемся
режиме и номинальной вторичной нагрузке должны соответство-
вать указанным в табл. 2.2.
В табл. 2.3 приведены расчетные формулы вторичной нагрузки ТТ.
2.4. ОПАСНОСТЬ РАЗМЫКАНИЯ
ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ ТТ
Из сказанного следует, что ток намагничивания ТТ в нормальных
условиях очень мал (меньше 10 %), так как он заранее подбирается
по допустимому значению ZH доп, исходя из условия работы ТТ с ма-
лыми погрешностями. При таком относительно небольшом сопро-
тивлении ZH доп невелики значения U2 и Е2.
Однако при случайном размыкании вторичной обмотки ток ста-
новится равным значению /нам и поток Фт резко возрастает, вызы-
вая за счет повышенных потерь в стали сильный нагрев магнитопро-
вода, вплоть до пожара. При этом мгновенные значения ЭДС Е2 мо-
гут достигать тысяч и даже десятков тысяч вольт и быть опасными
для изоляции ТТ и для обслуживающего персонала, даже при нор-
мальных рабочих токах защищаемого элемента. Поэтому размыка-
ние вторичной обмотки ТТ недопустимо.
Таким образом, нормальным режимом работы ТТ является ре-
жим КЗ, а режим с разомкнутой вторичной обмоткой (режим холо-
стого хода) — аварийным режимом. Поэтому если ТТ включен и к
его вторичной обмотке не подключена нагрузка, то эту обмотку сле-
дует обязательно закоротить.
2.5. КЛАССИФИКАЦИЯ И ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТТ
(НОМИНАЛЬНЫЕ)
По конструктивному исполнению ТТ делятся на опорные (О),
проводные (П), шинные (Ш), встроенные (В), разъемные (Г), кас-
кадные (К).
По виду изоляции различают ТТ с фарфоровой покрышкой (Ф), с
твердой и воздушной изоляцией, маслонаполненные (М), газонапол-
ненные (Г), с литой изоляцией (Л), в пластмассовом корпусе (П).
39
Назначение вторичной обмотки ТТ:
• для измерений и учета;
• для зашиты;
• для измерений и защиты.
В этих случаях обязательно указывается класс точности.
Главными параметрами ТТ являются:
а) номинальное напряжение трансформатора t/H0M (кроме встро-
енных трансформаторов);
б) номинальный первичный ток трансформатора /1ном;
в) номинальный вторичный ток трансформатора /2ном;
г) номинальный коэффициент трансформации А/ном, определя-
емый по формуле:
If' _ Л ном .
Л /ном г ’
* 2ном
д) номинальная вторичная нагрузка 52ном с коэффициентом
мощности cos (р2 = 1 или cos ip2 = 0,8 (допускается обозначение вто-
ричной нагрузки ^ном);
е) класс точности трансформатора (для трансформатора с одной
вторичной обмоткой) или вторичных обмоток (для трансформатора
с несколькими вторичными обмотками).
Ряд номинальных напряжений ТТ f/HOM, кВ, следующий: 0,66; 3;
6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; ПО; 150; 220; 330; 500; 750.
Номинальный первичный ток ТТ 1]ном, А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40;
50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500;
2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10 000; 12 000; 14 000; 16 000; 18 000;
20 000; 25 000; 28 000; 30 000; 32 000; 35 000; 40 000.
Номинальный вторичный токТТ /2ном, А: 1; 2; 5.
Номинальная вторичная нагрузка *52ном с cos Ф = 1, В А: 1; 2; 2,5.
Номинальная вторичная нагрузка 52н|)н с cos ф = 0,8 (индуктив-
но-активная), В • А: 3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 60; 75; 100.
2.6. ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
С ЛИТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
К основным типам ТТ относятся:
ТШЛ — трансформатор тока, шинный с литой изоляцией;
ТОЛ — трансформатор тока, опорный с литой изоляцией;
ТПЛ — трансформатор тока, проходной с литой изоляцией;
ТВ — трансформатор тока, встроенный;
ТЗРЛ — трансформатор тока, земляной, разъемный с литой изо-
ляцией; предназначен для питания схем релейной защиты от замы-
40
кания на землю отдельных жил трехфазного кабеля путем трансфор-
мации возникших при этом токов нулевой последовательности.
2.7. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ
ОБМОТОК ТТ И РЕЛЕ
В трехфазных электрических сетях переменного тока всех клас-
сов напряжения ТТ для питания устройств РЗ устанавливаются в
двух или в трех фазах: как правило, в сетях 6 и 10 кВ с малыми токами
замыкания на землю — в двух фазах (Ли С), в сетях 35 кВ и обязате-
льно в сетях 110 кВ и выше — в трех фазах. Все три фазы оснащаются
ТТ и в сетях напряжением до 1 кВ, если они работают с глухозазем-
ленной нейтралью.
При выполнении токовых защит используются следующие четыре
схемы соединения вторичных обмоток ТТ и токовых цепей реле тока:
• полная звезда (трехфазная, трехрелейная);
• неполная звезда (двухфазная, двухрелейная);
• неполная звезда с реле в обратном проводе (двухфазная,
трехрелейная);
• включение реле на разность токов двух фаз (двухфазная,
однорелейная).
Рис. 2.6. Схемы соединения обмоток ТТ н реле:
а — схема полной звезды; б — схема неполной звезды; в — схема неполной
звезды с реле в обратном проводе; г — схема неполного треугольника
41
Схемы характеризуются отношением тока в реле 1р к вторичному
/2 току ТТ, называемым коэффициентом схемы.
В схеме полной звезды (рис. 2.6, а) в реле проходят вторичные
токи измерительных трансформаторов, поэтому коэффициент схе-
мы ксх = 1.
Защита может срабатывать при любом виде КЗ. Эта схема приме-
няется обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью, в которых мо-
гут возникать не только междуфазные, но и однофазные КЗ, сопро-
вождающиеся протеканием тока в одной фазе. В сетях с изолирован-
ной (компенсированной) нейтралью (6 — 35 кВ) схема, как правило,
не применяется, так как в этих сетях могут возникать лишь между-
фазные КЗ, для фиксации которых достаточно иметь трансформа-
торы тока в двух фазах.
Схема относительно дорогая: требует трех ТТ и трех реле тока.
В схеме неполной звезды (рис. 2.6, б) в реле тока проходят вторич-
ные токи ТТ, установленных в фазах Аи С. Коэффициент схемы
ксх = 1. Схема нашла широкое распространение в сетях с изолиро-
ванной нейтралью, поскольку она обеспечивает отключение любого
междуфазного КЗ (двухфазного или трехфазного).
Недостатком схемы является пониженная (в 2 раза по сравнению
с предыдущей схемой) чувствительность максимальной токовой за-
щиты при двухфазном КЗ Л£за трансформатором со схемой соеди-
нения обмоток Y/A-l 1, поскольку при этом в реле защиты проходит
ток, в 2 раза меньший, чем в схеме полной звезды.
В схеме неполной звезды с реле в обратном проводе (рис. 2.6, в) че-
рез реле ЗКА, включенное в обратный провод, проходит сумма вто-
ричных токов фаз Ан С или (при междуфазных КЗ) ток фазы В с об-
ратным знаком
Lp = La + Lc = -lb-
Схема обладает достоинством схемы неполной звезды (использо-
вание двух ТТ) и имеет такую же чувствительность при двухфазных
КЗ за трансформатором Y/A-11, как и схема полной звезды. Коэф-
фициент схемы ксх= 1.
Схема неполной звезды с реле в обратном проводе или без него
нашла широкое распространение в токовых защитах линий напря-
жением до 35 кВ включительно (т.е. в сетях с изолированной
нейтралью).
В схеме неполного треугольника (рис. 2.6, г) в реле КА проходит
ток, равный разности токов фаз Я и С, в которых установлены ТТ:
Lv = La-Lc-
42
Коэффициент схемы (в симметричном режиме работы защищае-
мой линии)
/ссх
_ ^2 .. [?
h ^2
Достоинствами схемы являются ее простота и дешевизна: испо-
льзуется только одно реле тока.
Однако схема имеет недостатки, существенно ограничивающие
область ее применения:
• защита обладает пониженной чувствительностью (по сравне-
нию с рассмотренными выше схемами в л/3 раз) при некоторых ви-
дах двухфазных КЗ на защищаемой линии;
• защита отказывает в действии при двухфазном КЗ К^в за
трансформатором Y/Д-П, так как /р = 1а~ 1С оказывается в этом
случае равным нулю;
• чувствительность защиты, а следовательно, и зона ее действия
зависят от сочетания повредившихся фаз (например, при чувст-
вительность защиты в 2 раза выше, чем при и что препят-
ствует ее использованию в качестве первой или второй ступени трех-
ступенчатой токовой защиты линии.
Схема токовой защиты с включением реле тока на разности токов
двух фаз находит широкое распространение в электрической ветви
напряжением до 10 кВ, где понижающие трансформаторы имеют,
как правило, схему соединений Д/Уо, а выполнение трехступенча-
той токовой защиты оказывается часто невозможным из-за недо-
статочной чувствительности первой и второй ступеней. Схема
широко применяется также в токовых защитах электроустановок
потребителей.
Включение реле через фильтры симметричных составляющих тока.
В ряде случаев в целях повышения чувствительности защиты к опре-
деленным видам повреждений реле тока защиты включаются не
на полные фазные токи защищаемого объекта, а на отдельные
симметричные составляющие трехфазной системы токов защи-
щаемого объекта или в общем случае на комбинацию симметрич-
ных составляющих.
Реле тока подключается к ТТ защиты через фильтр симметрич-
ных составляющих. Фильтры симметричных составляющих токов
выполняются по-разному. Наиболее просты фильтры токов нуле-
вой последовательности, образуемые параллельным соединением
ТТ трех фаз (трехтрансформаторные фильтры) или представляющие
43
Рис. 2.7. Трех- и однотрансформаторный фильтры тока нулевой последователь-
ности
собой измерительные трансформаторы тока специальной конструк-
ции (типа ТНП или ТНПШ — однотрансформаторные фильтры),
имеющие три первичные и одну вторичную обмотки (рис. 2.7). При
этом
1а + 1ь + 1с = По-
токовая защита с включением реле через фильтр тока нулевой
последовательности реагирует, таким образом, только на поврежде-
ния, сопровождающиеся токами нулевой последовательности. Схе-
ма широко используется в токовых защитах нулевой последователь-
ности, причем трехтрансформаторные фильтры применяются, как
правило, в кодовых защитах от однофазных КЗ в сетях с глухозазем-
ленной нейтралью (110 кВ и выше), а однотрансформаторные — в
токовых защитах от однофазных замыканий на землю в сетях с изо-
лированной (компенсированной) нейтралью (35 кВ и ниже).
2.8. ПРИМЕРЫ ВЫБОРА ТТ И TH
Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению,
первичному и вторичному токам, роду установки (внутренняя, на-
ружная), конструкции, классу точности, проверяют на термическую
и динамическую стойкость токам КЗ.
В справочниках приводятся следующие технические данные ТТ:
тип, конструктивное исполнение; номинальное напряжение
^номТТ’ номинальный первичный ток 7jHOM; номинальные вторич-
ные нагрузки 52ном при разных классах точности; коэффициент тер-
44
мической стойкости (кратность) токам КЗ; ударный коэффи-
циент Ауд, обусловленный необходимостью увеличения номиналь-
ного первичного тока для обеспечения электродинамической
стойкости токам КЗ.
Выбор ТТ производится по следующим параметрам:
1) по номинальному напряжению
ЦюмТТ - Цюм.у’
где t/HOM у — номинальный ток установки;
2) по номинальным току и мощности нагрузки
в первичной цепи
^1ном - Ata’
где 7па — ток послеаварийного режима в первичной цепи;
во вторичной цепи
С > с
2ном — ‘-’расч’
где Sjhom—допустимая (номинальная) нагрузка вторичной обмотки
ТТ; 5расч — расчетная нагрузка вторичной обмотки ТТ в нормаль-
ном режиме.
Номинальная нагрузка вторичной обмотки ТТ:
с - /2 у
° 2ном 12ном^ и ’
где /2ном номинальный ток вторичной обмотки, принимаемый в
расчетах обычно равным 5 A; ZH — полное допустимое сопротивле-
ние внешней цепи, равное сумме сопротивлений последовательно
включенных обмоток приборов, реле, соединительных проводов и
контактов;
3) по термической стойкости
где /к, tK — соответственно ток и время КЗ;
4) по электродинамической стойкости
Ад “ ^Уд^Аном-
В присоединениях с относительно небольшим рабочим током и
большим током КЗ приходится выбирать трансформаторы с номи-
нальным током, значительно превосходящим рабочий ток присое-
динения, чтобы обеспечить электродинамическую и термическую
стойкость трансформаторов. В этих случаях погрешности трансфор-
маторов получаются относительно большими.
45
Пример 2.1. Выбрать трансформаторы тока для измерительных
приборов и релейной защиты в присоединении трансформатора
собственных нужд электростанции, мощность трансформатора
6,3 МВ А, коэффициент трансформации 10,5/6,3 кВ. Трансформа-
торы тока подлежат установке на стороне высшего напряжения си-
лового трансформатора. К ним должны быть присоединены следу-
ющие приборы: амперметр, ваттметр и счетчик ватт-часов. Расстоя-
ние от места установки трансформаторов тока до измерительных
приборов составляет 40 м. Импульс квадратичного тока КЗ фазы В
равен 1340 кА2 - с. Сеть 10 кВ заземлена через дугогасящие реакто-
ры, следовательно, ток однофазного замыкания на землю мал.
В рассматриваемых условиях целесообразно выбирать трансфор-
маторы тока с двумя магнитопроводами и двумя вторичными обмот-
ками: класса точности 0,5 для присоединения измерительных при-
боров и класса точности 3 для присоединения реле. При заданной
системе рабочего заземления сети и заданных измерительных при-
борах достаточно установить трансформаторы тока в двух фазах А и
С (см. рис. 2.6, б).
Определим нагрузку трансформатора тока, предназначенного
для присоединения измерительных приборов:
Измерительные приборы Нагрузка, В • А Нагрузка фазы А, В А Нагрузка фазы С, В-А
Амперметр Э-377 0,1 0,1 —
Ваттметр Д-335 0,5 0,5 0,5
Счетчик И-670 2,5 2,5 2,5
Итого 3,1 3,1 3,0
Наибольшая нагрузка приходится на трансформатор фазы А, где
сопротивление приборов:
гприб — ^приб/^2ном ~ 3,1/25 — 0,124 Ом.
Максимальный рабочий ток на стороне высшего напряжения
трансформатора собственных нужд должен быть принят равным но-
минальному току, поскольку перегрузка этих трансформаторов не
допускается:
с
_ ном
Н°М jyj
v ном
6300
73-10,5
= 346 А.
Номинальный первичный ток трансформатора желательно иметь
равным 400 А. Однако трансформаторы типов ТПЛ-10 (многовит-
46
ковый) и ТПОЛМ-Ю (одновитковый) с таким номинальным током
не отвечают требованию электродинамической и термической стой-
кости. Номинальная кратность электродинамической стойкости
этих трансформаторов равна соответственно 165 и 160. Номиналь-
ная кратность термической стойкости, отнесенная к 1 с, равна соот-
ветственно 70 и 65, что в рассматриваемых условиях недостаточно.
Чтобы обеспечить стойкость трансформаторов тока при КЗ, при-
ходится выбрать их с номинальным током, значительно превышаю-
щим рабочий ток. Так, например, трансформатор тока ТПОЛМ с
номинальным током 800 А, у которого kWH = 160 и ктер = 65, удов-
летворяет требованиям электродинамической и термической стой-
кости. Действительно,
^/1номЛдин = V2 - 0,8 160 = 181 кА > /уд тах = 140 кА;
(ЛноьЛгер)2*!^ = (°>8 • 65)2 = 27Ю кА2 с > В = 1340 кА2 с.
Недостаток такого выбора трансформаторов тока заключается в
том, что рабочий ток составляет только 324/800 = 0,4 номинального
тока трансформатора тока, что увеличивает погрешность измере-
ния. Стрелки измерительных приборов будут находиться в левой ча-
сти шкалы.
Проверим соответствие нагрузки трансформаторов тока ее номи-
нальному значению. Трансформатор тока типа ТПОЛМ-10 класса
точности 0,5 допускает максимальную нагрузку 0,6 Ом. При нагруз-
ке 1,2 Ом погрешность трансформатора соответствует классу точно-
сти 1,0 и при нагрузке 2,0 Ом — классу точности 3. Нагрузка измери-
тельных приборов определена выше и равна 0,124 Ом. Следователь-
но, сопротивление проводов и контактов не должно превышать
0,6 - 0,124 = 0,476 Ом.
В качестве соединительных проводов применяют контрольные
кабели. Их сопротивление зависит от материала и сечения жил, дли-
ны трассы и схемы включения измерительных приборов. Кабели с
медными жилами (для меди р = 0,0172 Ом мм2/м) применяют во
вторичных цепях мощных электростанций с высшим напряжением
220 кВ и выше. Во вторичных цепях остальных электроустановок
используют кабели с алюминиевыми жилами (для алюминия
р = 0,028 Ом • мм2/м). По условию механической прочности сече-
ние медных жил должно быть не менее 1,5 мм2, а алюминиевых — не
менее 2,5 мм2. Если в число подключаемых измерительных прибо-
ров входят счетчики, предназначенные для денежных расчетов, ми-
нимальные сечения медных жил увеличивают до 2,5 мм2 и алюми-
ниевых — до 4 мм2. Сечение проводов выбирают в соответствии с
47
Рис. 2.8. Схемы присоединения измерительных приборов к ТТ в трехфазиой сис-
теме:
а — измерение тока в одной фазе; б— измерение тока в трех фазах; в — измере-
ние тока в двух фазах
требованием точности измерения, но не менее минимального сече-
ния, удовлетворяющего требованию механической прочности.
Расчетная длина проводов /р определяется длиной трассы I и схе-
мой включения приборов: при включении приборов в одну фазу
(рис. 2.8, а) I = 2/; при включении приборов в три фазы по схеме
звезды (рис. 2.8, б) lp = I; при включении приборов в две фазы по
схеме неполной звезды (рис. 2.8, в) /р = V3/.
Сопротивление алюминиевых проводов сечением 6 мм2 при дли-
не трасы /р = 40 м составит:
з/3/р V3 -40-0,028
г = —- -----------— = 0,232 Ом.
•S 6
Сопротивление контактов не превышает 0,1 Ом. Следовательно,
нагрузка трансформаторов тока не превышает номинального значе-
ния и погрешности трансформаторов будут соответствовать классу
точности 0,5.
В рассматриваемых условиях может быть принято и другое реше-
ние. Со стороны высшего напряжения трансформатора собствен-
48
ных нужд можно установить трансформаторы тока типа ТПОЛМ-10
с номинальным током 800 А и присоединить к ним только релейную
защиту. Для присоединения измерительных приборов могут быть
использованы трансформаторы тока, установленные на стороне
низшего напряжения силового трансформатора, где рабочий ток бо-
льше, а ток КЗ значительно меньше. При этом номинальный ток
трансформаторов тока может быть выбран ближе к рабочему току
присоединения.
Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному на-
пряжению первичной обмотки, классу точности, схеме соединения
обмоток и конструктивному исполнению.
Соответствие классу точности проверяют путем сопоставления
номинальной мощности TH с фактической нагрузкой от подклю-
ченных приборов. Суммирование нагрузок в практических расчетах
производится арифметически без учета коэффициента мощности
отдельных нагрузок. Все нагрузки, включенные на междуфазные
напряжения, приводятся к напряжению 100 В, а включенные на
фазные напряжения — к напряжению 1ООД/3 В.
Трансформаторы напряжения до 6 кВ выполняются обычно с
воздушным охлаждением (сухими); трансформаторы напряжением
10 кВ и выше — с масляным охлаждением. Число, стоящее после
обозначения типа TH, указывает значение первичного номинально-
го напряжения в киловольтах.
Наиболее часто применяемые схемы включения TH с защитой
предохранителями приведены на рис. 1.5 — 1.7, 1.11.
Проверку по термической и электродинамической стойкости TH
обычно не производят.
В справочниках приводятся следующие технические данные
TH: тип; конструктивное исполнение; первичное номинальное
напряжение Цном, вторичное номинальное напряжение I^hom’
равное 100 В или 100/73 В, номинальная мощность 52ном при раз-
ных классах точности, а также максимальная мощность вне классов
точности.
Пример 2.2. Выбрать трансформатор напряжения для присоеди-
нения измерительных приборов в цепи генератора ТВФ-60, вклю-
ченного на сборные шины 10 кВ.
Выбираем трансформатор напряжения пятистержневой, трехоб-
моточный типа НТМИ, так как необходимо не только присоединять
измерительные приборы, но и осуществлять постоянный контроль
изоляции в цепи генератора.
Нагрузка TH приведена в табл. 2.4.
49
Таблица 2.4. Нагрузка TH
Прибор Тип Потребля- емая мощ- ность од- ной катуш- ки, В А Число кату- шек COS (р sm<p Число при- боров Общая потреб- ляемая мощ- ность
Р, Вт О,В-А
Вольтметр Э-335 2,0 2 1 0 1 2,0 —
Ваттметр Д-335 1,5 2 1 0 1 3,0 —
Варметр Д-335 1,5 2 1 0 1 3,0 —
Датчик актив- ной мощности И-680 1,5 2 1 0 1 3,0 —
Датчик реактив- ной мощности 1,5 2 1 0 1 3,0 —
Счетчик актив- ной энергии И-680 2,0 Вт 2 0,38 0,925 1 4,0 9,7
Счетчик реак- тивной энергии И-676 3,0 Вт 2 0,38 0,925 1 6,0 14,5
Ваттметр Д-305 2,0 2 1 0 1 4,0 —
Частотомер Э371 3,0 1 1 0 1 3,0 —
Итого 31,0 24,2
Для упрощения расчетов нагрузку приборов можно не разделять
по фазам, тогда
Атриб +Вприб ’
Вторичная нагрузка
= 7p2 + G2 = д/312 + 24^2 = 39,3 В • А.
Выбранный трансформатор НТМИ-10-66 имеет номинальную
мощность в классе точности 0,5, необходимом для присоединения
счетчиков 120 В • А. Таким образом, = 39,3 < 5НОМ = 120 В • А;
трансформатор будет работать в выбранном классе точности.
Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в
выбранном классе точности, то устанавливают второй TH и часть
приборов присоединяют к нему.
Сечение проводов в цепях TH определяется по допустимой поте-
ре напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от TH до расчет-
ных счетчиков должна быть не более 0,5 %, а до щитовых измерите-
льных приборов — не более 1,5 % при нормальной нагрузке.
50
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
Вопросы эксплуатации ТТ и TH
3.1. ПРИЧИНЫ ПРИМЕНЕНИЯ АНТИРЕЗОНАНСНЫХ TH
Трансформаторы напряжения в электрических сетях 6 — 10 кВ
обеспечивают безопасность измерений, питание средств учета элек-
троэнергии, контроль изоляции оборудования, питание оператив-
ных цепей, цепей сигнализации, автоматики и релейной защиты.
Если учесть, что большинство расчетных счетчиков смонтирова-
но на присоединениях 6 — 10 кВ, то станет понятным, почему для
обеспечения надежности и точности работы TH 6 — 10 кВ к ним
предъявляются повышенные требования. В первую очередь это от-
носится к TH контроля изоляции (ТНКИ), которые, кроме всех пе-
речисленных функций, должны обеспечивать защиту от поврежде-
ний при феррорезонансных процессах. Выполнение всех этих тре-
бований ведет к увеличению габаритов ТНКИ и к сложности
компоновки в малогабаритных ячейках КРУ.
Известно, что большие систематические погрешности не позво-
лили повысить точность учета электроэнергии за счет применения
электронных счетчиков и автоматизированных измерительных сис-
тем, что характерно для ТНКИ, условием работы которых является
заземление нейтрали обмотки высокого напряжения (ВН). Ее раз-
земление устранило бы основную причину их повреждения (проте-
кание значительных токов через обмотки ВН на землю) и уменьши-
ло погрешности.
Действительно, в электрических сетях 3 — 35 кВ с изолированной
нейтралью происходят процессы, которые отрицательно сказыва-
ются на работе заземляемых электромагнитных трансформаторов
напряжения.
Именно по этой причине средний срок службы TH зачастую не
превышает 3 — 5 лет. К этим процессам можно отнести:
• феррорезонансные перенапряжения;
51
• коммутационные перенапряжения;
• переходные процессы;
• смещение нейтрали;
• наличие постоянной составляющей магнитного потока в TH
при автоколебательных процессах в сети.
На практике применяются различные схемные решения по по-
давлению процессов, отрицательно влияющих на условия работы
TH в электрических сетях 3 — 35 кВ: заземление нейтрали обмоток
высокого напряжения TH через резисторы с различными значения-
ми сопротивлений — от низких до высоких; включение резисторов в
разомкнутый треугольник обмоток TH, предназначенных для конт-
роля изоляции сети; применение TH со встроенным защитным
устройством и др.
Применяемые ТНКИ типа НТМИ-6-10 имеют следующие
недостатки:
• частые повреждения при феррорезонансных явлениях в элект-
рических сетях. Включение в нулевой вывод ВН активных или ин-
дуктивных сопротивлений более 10 кОм обеспечивает защиту TH,
но в этом случае увеличивается погрешность измерения пропорцио-
нально увеличению сопротивления;
• при однофазном замыкании на землю в сетях 6 — 10 кВ обмот-
ка ВН замкнувшейся фазы TH шунтируется и его схема соединения
становится аналогичной схеме открытого треугольника. Известно,
что в этом случае при подключенной нагрузке к выводам фаз Аи С
обмотки НН возникают недопустимые погрешности. Это относится
к двум трансформаторам напряжения, включенным по схеме от-
крытого треугольника, и к трансформатору НАМИ-10/6, где также
используются два TH;
• малая номинальная мощность трансформатора позволяет под-
ключить не более четырех присоединений 6—10 кВ, где использу-
ются индукционные счетчики.
Все перечисленные выше способы защиты TH не дают должного
эффекта и, как правильно отмечается в публикациях, являются по
сути дела борьбой со следствием, а не с причиной и не относятся к
проблемам измерительной техники. А согласно ГОСТ 1983—2001
назначение TH — не подавлять резонансные и другие отрицатель-
ные явления в электрической сети, а “передавать сигнал измерите-
льной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сиг-
нализации и управления”.
Нужно бороться с самой причиной, которая вызывает процессы,
происходящие в сетях с изолированной нейтралью. Но решение
этих задач не относится к задачам производителей TH, которые не в
52
силах бороться с теми факторами, которые отрицательно влияют на
работу трансформаторов в процессе эксплуатации.
Единственным радикальным способом борьбы с этой причиной
является изменение режима заземления нейтрали в сетях 3 — 35 кВ.
Но изменение режима заземления нейтрали, т.е. переход с изолиро-
ванной нейтрали на резистивную, как самую прогрессивную, —
дело, требующее времени и вложения немалых финансовых средств.
В настоящее время проблема частично решена за счет разрабо-
танных и широко применяемых антирезонансных TH, выпускае-
мых ОАО “Самарский трансформатор” (НАМИТ-10-2-УХЛ2) и
ОАО “Свердловский завод трансформаторов тока” (3 х ЗНОЛ.06;
3 х ЗНОЛП). Технические характеристики этих трансформаторов
напряжения приведены в гл. 4.
3.2. ВЛИЯНИЕ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
НА ПОГРЕШНОСТИ ТТ
На точность коммерческого учета электроэнергии влияет боль-
шое число различных факторов, один из которых был выявлен при
экспериментальных исследованияхТТ, проводимых на ОАО “Свер-
дловский завод трансформаторов тока”.
Известно, что измерительные ТТ в процессе эксплуатации подвер-
гаются воздействию многочисленных внешних факторов, которые
оказывают влияние на их метрологические характеристики. Одним из
таких факторов являются токи КЗ. При коротком замыкании ток, про-
текающий через ТТ, характеризуется следующими особенностями:
• большая кратность тока, протекающего через первичную об-
мотку. Ток КЗ может превышать номинальный первичный ток в
сотни раз;
• наличие апериодической составляющей в кривой тока;
• при отключении тока КЗ ток, протекающий через ТТ, отключа-
ется не в момент, перехода через нуль.
Все эти особенности могут привести к насыщению магнитопро-
вода ТТ вплоть до максимальной индукции насыщения. После лик-
видации короткого замыкания при работе в сети переменного тока
магнитопровод ТТ через некоторое время размагнитится и погреш-
ности восстановятся. Время размагничивания зависит как от внеш-
них факторов — первичного тока, мощности вторичной нагрузки,
так и от конструктивных особенностей ТТ — материала магнитоп-
ровода, числа первичных витков и др.
Экспериментальные исследования влияния остаточного намаг-
ничивания после протекания токов КЗ на погрешности ТТ прово-
53
Рис. 3.1. Диапазон допускаемой токовой погрешности для трансформаторов
тока различных классов точности по ГОСТ 7746—2001
Рис. 3.2. Диапазон допускаемой угловой погрешности для трансформаторов тока
различных классов точности по ГОСТ 7746—2001
54
дились на ТТ типа ТОП-0,66-100/5 класса напряжения 0,66 кВ и
ТПОЛ-Ю-ЗОО/5 класса напряжения 10 кВ.
Трансформаторы тока класса точности 0,5 имеют магнитопровод
из электротехнической стали, а класса точности 0,2S — из аморфно-
го сплава.
На рис. 3.1 и 3.2 приведены диапазоны допускаемой токовой и уг-
ловой погрешностей соответственно для трансформаторов тока раз-
личных классов точности по ГОСТ 7746—2001.
Испытывалось по пять ТТ класса точности 0,5 и по три ТТ класса
точности 0.2S каждого типа для случая максимально возможного
насыщения магнитопровода.
Исследование влияния остаточного намагничивания после про-
текания токов КЗ проводилось по следующей схеме:
• магнитопровод ТТ размагничивался и определялись токовые и
угловые погрешности ТТ в диапазоне первичного тока от 0,5 до
120 % номинального первичного тока при номинальной мощности
вторичной нагрузки с cos <р = 0,8;
• от источника постоянного тока через вторичную обмотку ТТ
при разомкнутой первичной обмотке подавался постоянный ток,
соответствующий максимальной индукции насыщения. Затем ток
отключался выключателем и магнитопровод ТТ оставался в насы-
щенном состоянии.
Определялись токовые и угловые погрешности ТТ с намагничен-
ным магнитопроводом:
• магнитопровод снова насыщался. На установке для определе-
ния погрешностей ТТ устанавливался первичный ток, равный 120 %
номинального первичного тока, и определялось время, при котором
погрешности намагниченного ТТ восстановятся до погрешностей
размагниченного ТТ.
Время размагничивания определялось также при токе 100, 50, 20
и 5 % номинального первичного тока. Если время восстановления
погрешностей превышало 8 ч, то эксперименты прекращались.
На рис. 3.3 — 3.6 приведены графики зависимости токовой и уг-
ловой погрешности от первичного тока (математическое ожидание)
для вышеупомянутых ТТ класса точности 0,5.
На графиках жирной линией показаны пределы допустимой по-
грешности по стандарту для класса точности 0,5.
Из графиков видно, что при намагничивании ТОП-0,66 токовая
погрешность становится более отрицательной и выходит за пределы
допускаемой стандартом погрешности для класса точности 0,5. При
намагничивании ТПОЛ-10 токовая и угловая погрешности выходят
55
Рис. 3.3. Зависимость токовой погрешности ТТ типа ТОП-0,66-100/5 от пер-
вичного тока при намагничивании
Рис. 3.4. Зависимость угловой погрешности ТТ типа ТОП-0,66-100/5 от первич-
ного тока при намагничивании
56
Рис. 3.5. Зависимость токовой погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 от первич-
ного тока при намагничивании
Рис. 3.6. Зависимость угловой погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 от первич-
ного тока при намагничивании
57
за пределы допускаемых стандартом погрешностей для класса точ-
ности 0,5.
Исследования показали, что остаточное намагничивание оказы-
вает значительное влияние на погрешности ТТ с магнитопроводом
из электротехнической стали. Погрешности всех испытанных ТТ в
состоянии намагничивания не соответствуют классу точности 0,5.
Наибольшее влияние намагничивание оказывает на погрешно-
сти ТТ в области малых первичных токов (менее 20 % номинально-
го). При работе ТТ при первичном токе 100 и 120 % номинального
первичного тока и при номинальной мощности вторичной нагрузки
время размагничивания составляет примерно 1 мин для ТТ
ТОП-0,66 и 30 мин для ТПОЛ-Ю.
При первичном токе 50 % номинального первичного тока токо-
вая погрешность в течение примерно 10 с резко уменьшается, после
чего процесс замедляется и в дальнейшем погрешность во времени
меняется медленно и доходит до первоначальной за 30 мин для
ТОП-0,66 и 3 ч для ТПОЛ-Ю.
При токах 20 и 5 % номинального первичного тока размагничи-
вания практически не происходит и погрешности не восстанавлива-
ются за время более 8 ч.
Рис. 3.7. Зависимость токовой погрешности ТТ типа ТОП-0,66-100/5 — 0,2S от
первичного тока при намагничивании
58
Рис. 3.8. Зависимость угловой погрешности ТТ типа ТОП-0,66-100/5 — 0,2S от
первичного тока при намагничивании
Рис. 3.9. Зависимость токовой погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 — 0,2S от
первичного тока при намагничивании
59
Рис. 3.10. Зависимость угловой погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 — 0,2Sot
первичного тока при намагничивании
Существующие методы размагничивания ТТ при эксплуатации
нереализуемы, так как одни из них требуют размыкания вторичной
обмотки, что может привести к повреждению ТТ, а другие либо тре-
буют отключения ТТ, либо не обеспечивают размагничивания.
Таким образом, для исключения влияния намагничивания после
протекания токов КЗ необходимо применять ТТ классов точности
0,5S и 0,2S с магнитопроводами из аморфных или нанокристалличе-
ских сплавов.
На рис. 3.7 — 3.10 приведены графики зависимости токовой и уг-
ловой погрешности от первичного тока (математического ожида-
ния) для вышеупомянутых ТТ класса точности 0,2S с магнитопрово-
дами из аморфного сплава.
На графиках жирной линией показаны пределы допускаемой по-
грешности по стандарту для класса точности 0,2S. Из рисунков вид-
но, что на погрешности ТТ класса точности 0,2S остаточное намаг-
ничивание практически не влияет.
Анализ приведенных графиков показал следующее:
• погрешности ТТ после протекания токов КЗ MOiyr выходить из
класса точности;
60
• при эксплуатации ТТ с магнитопроводом из электротехниче-
ской стали могут оставаться в насыщенном состоянии длительное
время, что может приводить к недоучету электроэнергии;
• для коммерческого учета электроэнергии необходимо исполь-
зовать ТТ класса точности 0,5S и 0,2S с магнитопроводами из амор-
фных или нанокристаллических сплавов, не подверженные влия-
нию токов КЗ.
3.3. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТТ
ПОВЫШЕННОГО КЛАССА ТОЧНОСТИ
Известно, что на оптовом рынке электроэнергии покупка и про-
дажа электроэнергии осуществляются по оптовым ценам, которые
значительно ниже цен в секторе свободной торговли. Для того что-
бы предприятию-потребителю выйти на оптовый рынок электро-
энергии, необходимо четко сформировать баланс потребления
электроэнергии, что даст возможность предприятию-поставщику
правильно сбалансировать генерацию электроэнергии.
Формирование баланса потребления (генерации) электроэнер-
гии подразумевает наличие на предприятии автоматизированной
информационно-измерительной системы коммерческого учета
электроэнергии (АИИСКУЭ). Эта система подразумевает наличие у
предприятия, на всех контролируемых присоединениях измерите-
льных трансформаторов тока, класса точности не ниже 0,5. Но в не-
которых случаях этого недостаточно.
Анализ режимов работы систем электроснабжения многих пред-
приятий показал, что, например, в летний период, а часто и в тече-
ние года загрузка первичным током контролируемых присоедине-
ний не превышает 5 % номинальной. Следовательно, получается,
что трансформаторы тока этих присоединений загружены лишь на
5 %, а часто и ниже.
Техническая сторона данной проблемы заключается в следующем.
Известно, что ТТ обладают погрешностями (токовой, угловой и пол-
ной). Причем зависимость погрешностей от первичного тока 7j явля-
ется нелинейной из-за свойств материала магнитопровода транс-
форматора тока. Поэтому для ТТ в соответствии с ГОСТ 7746—2001
задаются допускаемые диапазоны токовой и угловой погрешностей,
представленные в табл. 3.1.
Из табл. 3.1 видно, что погрешности трансформаторов тока клас-
сов точности 0,5S и 0,2S при первичных токах менее 20 % номиналь-
ного меньше, чем погрешности трансформаторов с классом точно-
сти 0,5 и 0,2 соответственно.
61
Таблица 3.1. Допускаемые диапазоны токовой и угловой погрешностей по
ГОСТ 7746-2001
Класс точности Первичный ток, % номи- нального значения Предел допускаемой погрешности Предел вторич- ной нагрузки,% номинального значения
токовой, % угловой
мин ср
од 5 ±0,4 ± 15 ±0,45 25 - 100
20 ±0,2 ±8 ±0,24
100 - 120 ±0,1 ±5 ±0,15
0,2 5 + 0,75 ±30 ±0,9
20 ±0,35 ± 15 ±0,45
100 - 120 ±0,2 ±10 ±0,3
0,2S 1 ±0,75 ±30 ±0,9
5 ±0,35 ± 15 ±0,45
20 ±0,2 ± 10 ±0,3
100 ±0,2 ±10 + 0,3
120 + 0,2 ± 10 ±0,3
0,5 5 ± 1,5 ±90 ±2,7
20 ±0,75 ±45 ± 1,35
100 - 120 ±0,5 ±30 ±0,9
0,5S 1 ± 1,5 ±90 ±2,7
5 ±0,75 + 45 ± 1,35
20 ±0,5 ±30 + 0,9
100 ±0,5 ±30 ±0,9
120 ±0,5 ±30 ±0,9
Таким образом, можно сказать, что при малой загрузке первич-
ным током в трансформаторе тока класса точности 0,5 возникают
большие погрешности, это приводит к значительной погрешности
измерения электроэнергии.
С точки зрения экономии электроэнергии это недопустимо. Поэ-
тому для проведения мероприятий по энергосбережению необходи-
мо иметь точную информацию о реальном потреблении и, соответ-
ственно, высокую точность измерения электроэнергии. В этой свя-
зи и возникает необходимость использования трансформаторов
тока с классом точности 0,5S и 0,2S.
Для решения данной проблемы следует исходить из следующего.
Общеизвестно, что большинство типов трансформаторов тока,
представленных в Госреестре на класс напряжения от 0,66 до 35 кВ,
серийно выпускаются ОАО СЗТТ. Эти трансформаторы с классом
точности 0,5S и 0,2S предназначены для коммерческого учета
электроэнергии.
62
I\, % /1ном
Рис. 3.11. Токовые погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5
На указанном выше заводе были проведены экспериментальные
исследования токовых погрешностей ТТ в зависимости от режимов
их работы.
На рис. 3.11 приведены графики экспериментальной зависимо-
сти токовой погрешности трансформаторов ТПОЛ-10-300/5 клас-
сов точности 0,5 и 0,5S, а также допускаемые ГОСТ 7746—2001 по-
грешности для этих классов. Из графиков видно, что ТТ класса 0,5
уступают по точности ТТ класса 0,5S. Поэтому и понятен растущий
спрос на ТТ с более высоким классом точности.
Из опубликованных источников, например, известно, что все ТТ,
серийно выпускаемые ОАО СЗТТ, проходят жесткий контроль на
соответствие требованиям ГОСТ 7746—2001 и отвечают всем требуе-
мым нормам.
Начиная с 2006 г. трансформаторы тока с классом точности 0,5S и
0,2S имеют защитную голограмму с логотипом завода.
Таким образом, замена измерительных трансформаторов тока
класса точности 0,5 и менее точных на трансформаторы с классом
точности 0,5S и 0,2S имеет следующие преимущества:
• является наиболее эффективным путем повышения точности
всей измерительной системы предприятия;
• позволяет повысить энергосбережение предприятия;
• обеспечивает возможность установки АИИСКУЭ и выход
предприятия на оптовый рынок электроэнергии;
• понижает затраты на потребление (производство) электроэнер-
гии.
64
Список литературы
1. Шабад М. А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.
М.: НТФ “Энергопрогресс”, 1998.
2. Дымков А. М., Кибель В. М., Тишенин Ю. В. Трансформаторы
напряжения. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1975.
3. Чернобровое Н. В., Семенов В. А. Релейная защита энергетиче-
ских систем: Учеб, пособие для техникумов. М.: Энергоатомиздат,
2007.
4. Вавин В. Н. Трансформаторы тока. М.: Энергия, 1966.
5. Вавин В. Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи.
2-е изд. М.: Энергия, 1977.
6. Казанский В. Е. Трансформаторы тока в схемах релейной защи-
ты. 2-е изд. М.: Энергия, 1969.
7. Шатун С. А. Необходимость применения трансформаторов тока
класса точности 0,2S и 0,5S на предприятиях, производящих и по-
требляющих электроэнергию // Главный энергетик. 2006. № 7.
8. Киреева Э. А. Особенности выбора трансформаторов тока для
коммерческого учета электроэнергии // Промышленная энерге-
тика. 2007. № 9.
9. Раскулов Р. Ф. Влияние токов короткого замыкания на погреш-
ности трансформаторов тока // Главный энергетик. 2006. № 4.
10. Киреева Э. А. Измерительные антирезонансные трансформато-
ры напряжения // Промышленная энергетика. 2007. № 8.
11. Овчинников А. Г., Степанов Ю. А. Трансформаторы напряжения
контроля изоляции 6 — 10 кВ // Новости электротехники. 2003.
№ 6 (24).
12. Эткин Л., Раскулов Р. Повреждаемость трансформаторов напря-
жения // Новости электротехники. 2003. № 6 (24).
13. Лихачев Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолированной ней-
тралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971.
14. Шуин В. А., Гусенков А. В. Защиты от замыканий на землю в
электрических сетях 6 — 10 кВ. М.: НТФ “Энергопрогресс”. 2001.
Вып. 11 (35).
15. ГОСТ 7746—2001. Трансформаторы тока. Общие технические
условия.
16. ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. Общие техни-
ческие условия.
65
Содержание
Часть 1
Предисловие .............................................. 3
Введение...................................................4
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Общие сведения
о трансформаторах напряжения (TH)
1.1. Назначение трансформаторов напряжения.............9
1.2. Классификация и типы трансформаторов напряжения...10
1.3. Основные параметры трансформаторов напряжения.....13
1.4. Классы точности трансформаторов напряжения........15
1.5. Типовые схемы соединений обмоток
трансформаторов напряжения............................17
1.6. Группы соединения обмоток
трансформаторов напряжения............................21
1.7. Области применения трансформаторов напряжения.....22
1.8. Повреждения в цепях TH и их контроль..............25
1.9. Другие устройства напряжения......................26
ГЛАВА ВТОРАЯ. Общие сведения о трансформаторах тока
2.1. Назначение и принцип действия трансформаторов тока .... 30
2.2. Погрешности трансформаторов тока..................32
2.3. Кривые предельных кратностей и классы точности ТТ.35
2.4. Опасность размыкания вторичной обмотки ТТ.........39
2.5. Классификация и главные параметры ТГ (номинальные) ... 39
2.6. Типы трансформаторов тока с литой изоляцией.......40
2.7. Типовые схемы соединения обмоток ТГ и реле........41
2.8. Примеры выбора ТТ и TH............................44
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Вопросы эксплуатации ТТ и TH
3.1. Причины применения антирезонансных TH.............51
3.2. Влияние токов короткого замыкания на погрешности ТТ ... 53
3.3. Необходимость применения ТТ
повышенного класса точности...........................61
Список литературы.........................................65
66
Часть 2
Предисловие
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Справочные данные по TH
4.1. Незаземляемые TH (НОЛ.11-6.05; НОЛ.08; НОЛП-6,
НОЛП-10; НОЛ-3, НОЛ-6, НОЛ-10; НОЛ.12)
4.2. Заземляемые TH [ЗНОЛ.06; ЗНОЛП-6, ЗНОЛП-Ю;
ЗНОЛПМ; ЗНОЛ-З, ЗНОЛ-6, ЗНОЛ-10;
ЗНОЛЭ-35; ЗНОЛ-35Ш; ЗНИОЛ-Ю(П);
ЗНИОЛ-35; ЗНИОЛ-35(П)]
4.3. Антирезонансные TH (3 х ЗНОЛ.06; 3 х ЗНОЛПМ)
ГЛАВА ПЯТАЯ. Справочные данные по ТТ
5.1. Шинные ТТ (ТНШ-0,66; ТНШЛ-0,66;
ТШЛ-0,66; ТШЛ-10; ТШЛ-20)
5.2. Опорные ТТ (ТОЛК-6; ТОЛК-Ю; ТОЛ-Ю;
ТЛК-35; ТОЛ-35; ТОЛ-20; ТЛК-10-3-5; ТЛК-35-1)
5.3. Опорные и шинные ТТ (ТОЛ-0,66; ТШП-0,66)
5.4. Проходные ТТ (ТПЛ-35; ТПЛ-20; ТПОЛ-Ю)
5.5. Опорно-проходные ТТ (ТПЛК-10; ТЛ-10; ТПЛ-10-М)
5.6. Встроенные ТТ (ТВ, TB-110-IX)
5.7. Нулевой последовательности ТТ (ТЗЛ-105.1; ТЗРЛ;
ТЗЛ-125; ТЗЛ-200; ТЗЛК-05.1; ТЗЗ-2; ТЗЗ-4)
5.8. Специальные ТГ (TI, TP, ТС-420, ТСМ, ТСВ, ТС-020,
ТС5, ТС 5.2. ТС 6.2; ТС 8, ТС 10, ТС 12, ТСН, ИТГ)
5.9. Сводные таблицы ТТ и TH
Список литературы
67
Библиотечка электротехника
Приложение к производственно-массовому журналу “Энергетик ”
КИРЕЕВА ЭЛЬВИРА АЛЕКСАНДРОВНА
ЦЫРУК СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
Измерительные трансформаторы тока и напряжения с литой
изоляцией (справочные материалы). Часть 1
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23
Телефоны: (495) 675-19-06, тел./факс: 234-74-21
Редакторы: Л. Л. Жданова, Н. В. Ольшанская
Худож.-техн. редактор Т. Ю. Андреева
Корректор Е. П. Севостьянова
Сдано в набор 12.10.09. Подписано в печать 24.11.09.
Формат 60x84 fa. Печать офсетная.
Печ. л. 4,25. Заказ БЭТ/11(1131 )-2009
Макет выполнен издательством “Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Отпечатано типографией издательства “Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Журнал “Энергетика за рубежом”
— приложение к журналу “Энергетик”
Подписывайтесь на специальное приложение к жур-
налу “Энергетик” — “Энергетика за рубежом”. Это
приложение выходит один раз в два месяца.
Журнал “Энергетика за рубежом” знакомит читателей
с важнейшими проблемами современной зарубежной
электроэнергетики, такими, как:
— развитие и надежность энергосистем и
энергообъединений;
— особенности и новшества экономических и рыночных
отношений в электроэнергетике;
— опыт внедрения прогрессивных технологий в энерге-
тическое производство;
— модернизация и реконструкция (перемаркировка)
оборудования электростанций, электрических и теп-
ловых сетей;
— распространение нетрадиционных и возобновляе-
мых источников энергии;
— энергосбережение, рациональное расходование
топлива и экологические аспекты энергетики.
Подписку можно оформить в любом почтовом от-
делении связи по объединенному каталогу “ПРЕССА
РОССИИ”. Том 1. Российские и зарубежные газеты
и журналы.
Индексы журнала “Энергетика за рубежом”
— приложения к журналу “Энергетик”
87261 — для предприятий и организаций;
87260 — для индивидуальных подписчиков.
08 авторах
Эльвира Александровна Киреева —
канд техн, наук, доцент Московского
энергетического института
(технического университета),
опытный специалист по
электроснабжению промышленных
предприятий, отличник энергетики
и электрификации.
В течение многих лет Э. А. Киреева
успешно сочетает педагогическую
работу в институте с работой лектора
на курсах повышения квалификации
энергетиков промышленных
предприятий РФ. Ею написаны
в соавторстве множество статей
и книг по энергетике, в том числе
“Справочная книга электрика”.
Сергей Александрович Цырук —
заведующий кафедрой
электроснабжения промышленных
предприятий Московского
энергетического института
(технического университета),
известный специалист в области
электроснабжения промышленных
предприятий. В течение многих лет
С. А. Цырук является руководителем
группы энергоаудита, успешно
сочетает большую научную
деятельность с педагогической
работой. Написанные им учебные
пособия и книги пользуются
неизменной популярностью у
студентов и специалистов-энергетиков
промышленных предприятий.
Правильный выбор измерительных трансформаторов
тока и напряжения обеспечивает точность измерений
и надежность работы систем электроснабжения.