Трансформатори струму і схеми їх вмикання

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я

1. Будова та принцип дії роз’єднувача?

2. Будова та принцип дії вимикача навантаження?

3. Яким чином в мережах із вимикачами навантаження відключаються струми к.з.?

4. Типи високовольтних вимикачів?

5. Будова та принцип дії масляного малооб’ємного вимикача?

6. Які основні недоліки багато- та мало об’ємних масляних вимикачів?

7. Які основні переваги вакуумних вимикачів?

8. Які основні переваги елегазових вимикачів?

9. У яких випадках використовують короткозамикачі та віддільники?

10. Будова та принцип дії короткозамикача?

11. Будова та принцип дії віддільника?

12. Які конструктивні відмінності короткозамикачів напругою 35 та 110 кВ?

13. Як працює схема мережі із короткозамикачами та віддільниками на підстанції?

14. Які існують приводи високовольтних комутаційних апаратів?

Трансформатори струму виконують для внутрішнього і для зовнішнього встановлення. Їх виготовляють на всю шкалу струмів та напруг. Трансформатор струму (рисунок 11.1) складається із замкнутого осердя (магнітопроводу) 2 та двох обмоток.

а – схема включення; б – векторна діаграма струмів

Рисунок 11.1 – Трансформатор струму

Первинну обмотку 1 (рисунок 11.1) ТС вмикають послідовно у коло, що контролюється, а до вторинної обмотки 3 приєднують послідовно з’єднані обмотки амперметрів, ватметра, лічильника, реле та інші.

На відміну від знижувальних трансформаторів напруги у знижувальних трансформаторів струму число витків вторинної обмотки w ₂ є більшим (у ряді випадків у багато разів) числа витків первинної обмотки w ₁ (вона часто має один виток).

Окрім того режим роботи ТС значно відрізняється від режиму роботи звичайного силового трансформатора напруги. Це полягає в тому, що значення первинного струму І ₁ (рисунок 11.1, б) не залежить від навантаження у вторинному колі (від значення вторинного струму І ₂). Струм І ₁ визначається лише навантаженням і параметрами первинного кола, у той час як у трансформатора напруги первинний струм залежить від зміни вторинного. Відповідно і магнітний потік первинної обмотки F ₁, що створюється струмом І ₁, не змінюється при зміні струму у вторинному колі. Опір навантаження вторинного кола (обмотки приладів, з’єднувальні проводи) дуже малий. Тому трансформатор струму працює у режимі наближеному до короткого замикання.

ТС нормально працює при сталому навантаженні вторинного кола і змінному струмі первинної обмотки, тобто при змінному магнітному потоці.

Отже перевантаження і к.з. в колі вторинної обмотки не створюють небезпеки для ТС і тому його не захищають запобіжниками або іншими елементами захисту.

Режим розмикання вторинного кола для трансформаторів струму є небезпечним. В такому режимі зникає розмагнічуюча дія вторинної обмотки зникає і в магнітопроводі різко підвищується магнітний потік.

Якщо при протіканні струму в первинній обмотці розімкнути вторинну обмотку, то І ₂ = 0 та F ₂ = І ₂ w ₂ = 0 (рисунок 11.1, б). Оскільки при цьому струм І ₁ та магніторушійна сила (МРС) F ₂ практично не змінюються, то результуюча МРС F ₀ буде дорівнювати F ₁ (збільшиться в декілька разів). Це веде до збільшення магнітного потоку Ф, різкого нагрівання (перегріву та виходу з ладу) магнітопроводу і виникнення на затискачах вторинної обмотки великої ЕРС (десятки тисяч вольт), яка є небезпечною як для персоналу, що обслуговує так і для ізоляції трансформатора та підключених приладів.

У зв’язку із викладеним вище, категорично забороняється при експлуатації розривати вторинну обмотку працюючого ТС. При необхідності від’єднання приладів від ТС, що працює необхідно попередньо закоротити виводи його вторинної обмотки.

Число витків вторинної обмотки ТС завжди є більшим за число витків первинної обмотки.

ТС характеризується номінальним коефіцієнт трансформації, який наближено дорівнює оберненому відношенню числа витків обмоток:

(13.2)

На практиці:

(13.3)

Трансформатори струму мають похибку за струмом, кутову похибку та повну похибку.

Похибка за струмом (за коефіцієнтом трансформації):

(13.4)

де I₁ – струм у первинній обмотці;

I₂ – струм у вторинній обмотці;

К_ТС – номінальний коефіцієнт трансформації струму.

Від значення цієї похибки залежить точність показань будь-яких приладів, що приєднані до вторинної обмотки.

Кутова похибка d – показує кут зсуву між вектором первинного струму і повернутим на 180° вектором вторинного струму. Ця похибка впливає на покази приладів ватметрового типу (ватметри, фазометри, лічильники, реле потужності, тощо).

Похибки ТС (за струмом та кутова) залежать від магнітного опору магнітопровода, первинного струму, навантаження вторинного кола та співвідношення його реактивної та активної складової.

Клас точності ТС залежить від D І % при І_Н1 і номінального вторинного навантаження.

Номінальне навантаження трансформаторів струму визначається за виразом:

(13.5)

де – вторинний номінальний струм трансформатора, А;

– повний опір приладів, які приєднані до вторинної обмотки, Ом.

Номінальним навантаженням називають таке навантаження трансформатора, при якому трансформатор може працювати в із заданим класом точності.

Конструктивно ТС можуть виготовлятися із двома осердями (магнітопроводами) кожне із яких має свою вторинну обмотку. Первинна обмотка для них є загальною.

Ізоляція ТС розрахована на напругу від 0,5 до 750 кВ включно.

Трансформатори струму виготовляють наступних класів точності:

0,2 – для лабораторних вимірювань;

0,5 – для розрахункових лічильників;

1, 3, 10 або Р (Д) – для щитових вимірювальних приладів і реле.

ТС із двома осердями і двома вторинними обмотками можуть мати різний клас точності, наприклад: 0,5/Р; 0,5/Д. В залежності від кількості витків первинної обмотки ТС бувають одно- і багатовиткові (петлеві).

Одновиткові (стержневі) ТС виготовляють на первинні струми 150, 200 А і більше, а багатовиткові – від 5 до 600 А. І_Н2 трансформаторів струму, як правило, дорівнює 5 А.

За способами встановлення ТС бувають: прохідні, опорні і вмонтовані, для зовнішнього і внутрішнього встановлення. Прохідні ТС встановлюють лише у ЗРП.

Для маркування ТС використовують позначення:

Т – трансформатор струму;

П – прохідний;

О – одновитковий;

К – котушковий;

Ф – з фарфоровою ізоляцією;

Л – з литою смоляною ізоляцією;

У – посилений;

М – модернізований;

М – з масляним заповненням;

Н – для зовнішнього встановлення;

Ш – шинний;

В – вмонтований;

Р – для релейного захисту;

Д – для диференційного релейного захисту;

З – для захисту від замикань на землю.

Перша після букв цифра показує напругу в кіловольтах, друга позначає осердя і клас точності.

Наприклад: ТПЛ-10-0,5/Р (ТПЛУ, ТПЛК) – багатовитковий ТС, прохідний, лита ізоляція, напругою 10 кВ, дві вторинні обмотки із класом точності 0,5 та Р.

ТПФ-10-0,5/Р (ТПФУ) – багатовитковий ТС, прохідний, фарфорова ізоляція дві вторинні обмотки із класом точності 0,5 та Р.

ТПОЛ-10-0,5/Р – ТС, прохідний, одновитковий, лита ізоляція дві вторинні обмотки із класом точності 0,5 та Р.

ТФМ-35П – ТС, фарфоровий корпус, з масляним заповненням

При виконанні струмових захистів ліній використовують такі основні схеми з’єднання вторинних обмоток ТС і обмоток реле: повна зірка (трифазна, три релейна або чотирирелейна), неповна зірка (двофазна, дворелейна або трирелейна) і включення реле на різницю струмів двох фаз (двофазна, однорелейна). Існують інші схеми, але їх використовують рідше.

Схеми характеризуються відношенням струму в реле І_Р до вторинного струму І₂ трансформатора струму, який називається коефіцієнтом схеми:

; (13.6)

Схема повної зірки (рисунок 13.1) використовується коли є потреба контролювати силу струму в усіх трьох фазах. Реагує на всі види к.з. (три-, дво- та однополюсні). Струм в реле дорівнює вторинному струму ТС і тому К_СХ = 1. Схема використовується в мережах з глухим заземленням нейтралі, де однофазне замикання на землю є аварійним режимом (110 кВ і вище).

Рисунок 13.1 – Схема з’єднання ТС та обмоток реле у повну зірку

В розглянутій схемі (рисунок 13.1) реле, що встановлені у фази, реагують на всі види к.з., а реле в нульовому проводі реагує на к.з. на землю (рисунок 13.2). Струм в нульовому проводі з’являється тільки при появі однофазного замикання на землю.

а б в

а – при трифазному к.з.; б – при двофазному к.з.;

в – при однофазному к.з.

Рисунок 13.2 – Векторні діаграма струмів

Схема неповної зірки (рисунок 13.3) реагує на всі міжфазні к.з. Струм в реле також дорівнює вторинному струму ТС і К_СХ=1. Використовують для релейного захисту в мережах із ізольованою нейтраллю (6…35 кВ).

Рисунок 13.3 – Схема з’єднання трансформаторів струму та обмоток реле у неповну зірку

а) трифазне к.з.

; К_СХ⁽³⁾ = 1.

б) двофазне к.з.

“А – С” ; “В – С” “А – В”

Рисунок 13.4 – Векторні діаграма струмів: а – при трифазному к.з.;

б – при двофазному к.з.;

В мережах із ізольованою нейтраллю схема забезпечує відключення будь-якого міжфазного к.з.

В мережах із глухозаземленою нейтраллю схема не реагує на замикання фази “В” на землю.

Схема на різницю 2х фаз (рисунок 13.5) реагує на всі межфазні к.з., але має нижчу чутливість при деяких двофазних к.з. Така схема найпростіша і найдешевша.

Рисунок 13.5 – Схема з’єднання трансформаторів струму на різницю струмів двох фаз

а) 3 фазне к.з. б) 2 фазне к.з.

Рисунок 13.6 – Векторні діаграма струмів: а – при трифазному к.з.;

б – при двофазному к.з.;

Найменший струм і найменша чутливість (рисунок 12.6) буде при міжфазних к.з. (А-В, В-С), при яких одна фаза не має трансформатора струму.

Так як дана схема має понижену чутливість до деяких видів к.з. застосування її на сьогодні є обмеженим. Найбільше поширення в мережах 6…35 кВ має схема неповної зірки.

2 Трансформатори напруги і схеми їх вмикання

ТН використовують для зниження напруги на приладах і реле до 100, 100/Ö3 В; 100Ö3 В, рідко 100/3 В. ТН виконують як для внутрішнього так і для зовнішнього встановлення. Принцип дії вимірювальних трансформаторів аналогічний принципу дії силових трансформаторів, але вони мають меншу потужність (до 1200 ВА).

Коефіцієнт трансформації наближено пропорціональний відношенню кількості витків його первинної і вторинної обмоток:

(13.7)

Для ТН властиві похибка за коефіцієнтом трансформації (за напругою) і кутова похибка.

. (13.8)

де К _U – номінальний коефіцієнт трансформації ТН.

Кутова похибка визначається кутом між вектором U ₁ і повернутим на 180° вектором U ₂.

Похибка DU% впливає на точність показів усіх приладів, що приєднуються до вторинної обмотки, похибка d впливає на вимірювання потужності, енергії, фази.

Похибки ТН (точність роботи ТН) залежать від конструкції магнітопроводу, магнітної проникності сталі, від значення коефіцієнта потужності вторинного навантаження та від первинної напруги.

До вторинної обмотки ТН приєднують паралельно всі обмотки напруги, приладів і реле. Іноді від ТН живляться сигнальні, оперативні кола і кола автоматики.

Точність роботи ТН залежить від навантаження. Максимальне навантаження, при якому ТН не виходить за межі зазначеної в паспорті точності, називається його номінальним навантаженням. Виготовляють ТН чотирьох класів точності: 0,2; 0,5; 1 і 3.

Вторинне навантаження ТН визначається потужністю зовнішнього кола, ВА:

Номінальне навантаження ТН визначається за виразом:

(13.9)

де – сума активних потужностей навантаження, Вт;

– сума реактивних потужностей навантаження, вар.

– повний опір зовнішнього кола.

Крім цього, ТН характеризуються ще й максимальною потужністю, яка визначає межу навантаження ТН за допустимим нагріванням його обмоток. При навантаженні в межах від номінального до максимального ТН може працювати без пошкодження, але виходить із свого класу точності.

0,2 – для ЛБ вимірювань.

0,5 – для лічильників;

1 – інші вимірювальні прилади;

3 – для реле;

ТН виготовляють одно- і трифазними, із сухою або масляною ізоляцією. Обмотки сухих ТН відкриті і вільно обтікаються повітрям, обмотки масляних ТН розміщують у баках (або корпусах) наповненим трансформаторним маслом, яке водночас є ізоляцією і охолодним середовищем.

НОС – 0,5

НОМ – 10 однофазні ТН

НТМ – 10

НТМИ – 10 трифазні ТН

Якщо треба вимірювати лише лінійну (міжфазну) напругу, то ТН вмикають за схемою представленою на рисунку 13.7, а, або за схемою відкритого трикутника, використовується в мережах з ізольованою нейтраллю (рисунок 13.7, б).

Вмикання однофазних ТН за схемою зірки (рисунок 13.7, в) Використовуються в мережах з глухим заземленням нейтралі; дозволяє вимирювати як фазну, так і лінійну напруги. Глухе заземлення нейтралі з боку вищої напруги дає змогу контролювати ізоляцію первинної мережі. У нормальному режимі всі вольтметри контролю ізоляції однієї фази на землю вольтметр пошкодженної фази покаже нуль, а інші – лінійну напругу.

Схема із трифазним тристрижневим ТН (рисунок 13.8, а) дає змогу виміряти три лінійні напруги.

В сільських електричних мережах дуже широко використовують трифазні п’ятистрижневі трансформатори НТМИ.

НТМИ–10 (рисунок 13.8, б)– має одну первинну і дві вторинні обмотки. Усі вони розміщені на трьох середніх осередцях. Первинну і основну вторинну обмотки з’єднують зіркою (їх нейтральну точку виводять на кришку ТН для заземлення). Додаткову вторинну обмотку з’єднують у відкритий трикутник. До основної вторинної обмотки вмикають вимірювальні прилади, а до додаткової – реле захисту від замикання на землю і прилади сигналізації.

Два додаткові стержні в НТМИ необхідні для створення контурау струмам нульової послідовності.

В нормальному режимі роботи напруга на KV дорівнює 0, а при замиканні на землю в мережі – U»100 В.

В електроустановках напругою 6 кВ і вище використовують ТН із масляною ізоляцією.

а

б

в

а – один трансформатор напруги; б – два трансформатори з’єднані за схемою «відкритого трикутника»; в – три трансформатори з’єднані за схемою «зірки»

Рисунок 13.7 – Схеми підключення вимірювальних трансформаторів напруги

а

б

а – тристержневого двообмоткового; б – пятистержневого триобмоткового

Рисунок 13.8 – Схема підключення обмоток трансформаторів напруги

Дата добавления: 2013-12-13