Файл: Измерительные трансформаторы тока.pdf

Измерительные трансформаторы тока

2
Назначение трансформаторов тока
• для приведения (часто для уменьшения) тока к стандартному ряду (5А и 1А);
• для обеспечения гальванической развязки вторичных цепей от первичных.

3
Принцип действия трансформатора тока

4
Вторичный ток I
2
ТТ обычно составляет
5 А или 1 А, лабораторные ТТ могут иметь также – 2 А и 2,5 А (I
2
=5 А, 1 А).
Ряд токов [3] первичной обмотки: 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; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000;
20000; 25000; 30000; 32000; 40000 А.
Коэффициенты трансформации ТТ

5
Для устройств РЗ расчетной величиной является погрешность ТТ не более 10%. Часто для проверки
РЗА учитываются следующие виды погрешностей.
Максимальное значение токовой погрешности, измеряемое в [%]:
100
I
I
k
I
f
1
1
T
2
m



где k
T
– коэффициент трансформации ТТ, I
1
и I
2
– первичный и вторичный токи ТТ
Погрешности ТТ

6
При близких коротких замыканиях ток КЗ может достигать кратностей – до (30…50)

I
ном
(редко до 100

I
ном
), тогда ТТ насыщается и вторичный ток несинусоидален. Погрешность такого режима необходимо учитывать интегральным показателем, которым является полная погрешность, измеряемая в [%]:
Погрешности ТТ





T
0
2
1
T
2
1
dt
i
k
i
T
1
I
100

где T – период промышленной частоты, i
1
и i
2
– мгновенные значения первичного и вторичного токов ТТ (рис.?).
Угловая погрешность – угол

между векторами I
1
и I
2
, измеряемый в [град] или [мин].

7
Схемы подключений трансформаторов тока
Схема соединения ТТ в “полную звезду” обычно используется в сетях с заземленной нейтралью с U

110 кВ. В сетях с изолированной нейтралью U

35 кВ такая схема применяется редко – на ответственных электроустановках (например, защита шин).
Коэффициент такой схемы k
СХ
=1 (отношение тока, протекаемого через реле, к току, протекаемому через вторичную обмотку ТТ). В реле КА4 протекает утроенный ток нулевой последовательности. Это нетрудно доказать, согласно методу симметричных составляющих токи фаз равны:














0
A
2
A
2
1
A
C
0
A
2
A
1
A
2
B
0
A
2
A
1
A
A
I
I
a
I
a
I
I
I
a
I
a
I
I
I
I
I












В реле КА4 токи фаз А, В и С складываются.
Суммы составляющих прямой и обратной последовательностей равны нулю, так как
0
1
a
a
2



а результирующий ток, протекающий через реле КА4, равен 3I
А0
. Обычно в индексе обозначение фазы
А опускается и записывается 3I
0

8
Схемы подключений трансформаторов тока
Схема соединения ТТ в “неполную
звезду”
используется исключительно в сетях с изолированной нейтралью U

35 кВ. Для такой схемы k
СХ
= 1, так как токи в реле и во вторичной обмотке
ТТ равны. Особенностью схемы является то, что от двух ТТ можно получить ток третьей фазы ― I
В
, включив реле КА3 в обратный провод:
I
2А
+ I
2С
= ― I
2В
так как для симметричной трехфазной сети выполняется равенство
(токами нулевой последовательности пренебрегают, потому что при однофазных замыканиях на землю они несоизмеримо меньше рабочих).

9
Схемы подключений трансформаторов тока
Схема соединения ТТ в “треугольник”
обычно применяется в сетях с U

110 кВ для дифференциальной защиты трансформатора со стороны высшего напряжения. Коэффициент такой схемы можно вычислить, по I закону Кирхгофа, найдя токи в узле ТТ фазы А:
0
I
I
I
C
2
A
2
p












A
2
A
2
2
A
2
A
2
C
2
A
2
A
2
p
CX
I
I
a
I
I
I
I
I
I
k
3
a
1
I
a
1
I
2
A
2
2
A
2







10
Схемы подключений трансформаторов тока
Схема соединения
ТТ
на
разность фаз (раннее эту схему называли
“неполный
треугольник” или “восьмерка”) используется в сетях с изолированной нейтралью с
U

35 кВ чаще всего для защиты высоковольтных ЭД, но иногда и для защиты линий. Аналогично, как для схемы соединения ТТ в
“треугольник”, ее
Выводы аналогичны схеме “треугольника”, так для узла получается выражение.
Ее достоинство – наличие одного реле, простота.
Недостатком является низкая чувствительность при витковых замыканиях обмотки двигателя в фазе В.

11
Схемы подключений трансформаторов тока
Схема
фильтра
тока
нулевой
последовательности показана на используется в сетях с заземленной нейтралью с U

110 кВ для токовой защиты нулевой последовательности.
Так как эта схема является фильтром, то для нее нет понятия коэффициента схемы.
Через реле протекает утроенный ток нулевой последовательности 3I
0
― доказывается аналогично схеме “полной звезды”.

12
Схемы подключений трансформаторов тока
Последовательное
соединение ТТ используется для повышения нагрузочной способности ТТ. Для этого использут ТТ с одинаковыми
k
Т
. Так как ток, протекающий через
ТТ, одинаков, а напряжение на нагрузке делится на два, то нагрузка на каждый ТТ уменьшается в два раза.
Часто такая схема используется на стороне высокого напряжения трансформатора со схемой соединения Y/

для его дифференциальной защиты.

13
Схемы подключений трансформаторов тока
Параллельное
соединение
ТТ используется для уменьшения k
Т
. Если
ТТ имеют одинаковый
k
Т
, то результирующий коэффициент трансформации будет в два раза меньше.

14
Измерительные трансформаторы тока

15
Измерительные трансформаторы тока

16
Измерительные трансформаторы тока

17
Измерительные трансформаторы тока

18
Измерительные трансформаторы тока

19
Измерительные трансформаторы тока

20
Измерительные трансформаторы тока

21
Измерительные трансформаторы тока

22
Трансформаторы тока на U=110 кВ

23
Трансформаторы тока на U=500 кВ

24
Назначение ИПТ
Измерительным преобразователем тока
(ИПТ)
является устройство, предназначенное для преобразования первичного тока в сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами измеряемого первичного тока и могут быть измерены с заданной точностью.
Измерительные преобразователи тока входят в состав релейной защиты любого элемента электроэнергетической системы и электротехнической установки. От их технико-экономических показателей в немалой степени зависят технико-экономические показатели релейной защиты в целом, особенно с ростом номинального напряжения защищаемого элемента.
Измерительные преобразователи тока могут быть классифицированы по следующим признакам. В зависимости от
рода тока они разделяются на измерительные преобразователи переменного и постоянного тока. В дальнейшем будут рассматриваться ИПТ переменного тока для установок и сетей с номинальной частотой тока 50Гц.

25
Литература
•Казанский В.Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 240 с.: ил.
•Дорогунцев В. Г., Овчаренко Н. И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1979.—520 с., ил.
•Фабрикант В.Л., Глухов В.П., ПаперноЛ.Б., Путниньш В.Я.
Элементы автоматических устройств/ Учебник для вузов.. –
М.: Высш. школа, 1981. – 400 с.; ил.
•Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.:Энергия, 1980.-208 с.
•Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия,
Ленинградское отделение, 1989.

26
Назначение ИПТ
По назначению ИПТ разделяются на ИПТ для измерений и ИПТ для защиты. ИПТ, применяемые в трехфазных электроустановках, подразделяются на однофазные и многофазные. Первичным током однофазного ИПТ называется ток одной контролируемой фазы.
Первичным током многофазного ИПТ называется заданная функция токов нескольких фаз, например ток нулевой последовательности или разность токов фаз защищаемой линии.
В зависимости от вида преобразования ИПТ делятся на преобразователи тока в ток, тока в напряжение, тока в неэлектрическую величину. При этом по способу представления выходной информации
ИПТ подразделяются на аналоговые, дискретные и цифровые.
Целесообразно разделять ИПТ в зависимости от уровня напряжения, определяющего конструкцию, а иногда и принцип действия ИПТ. С учетом применяемых в настоящее время номинальных напряжений
различают ИПТ низкого (до 1кВ) и высокого (свыше 1кВ) напряжений.
Основные виды преобразователей тока для релейной защиты представлены на рисунке 1.

27
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА

28
Трансформаторы тока
Трансформатором тока называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительного него по фазе на угол, близкий к нулю.
Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.
В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение.
Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли. Трансформатор тока работает в условиях, близких к короткому замыканию (КЗ), что является для него нормальным режимом (например, для силовых трансформаторов этот режим – аварийный).

29
Трансформаторы тока
Двухобмоточные (одноступенчатые) ТТ используются на напряжения до (220

330)кВ, для более высоких напряжений двухобмоточные ТТ оказываются неприемлемыми, так как, например, с ростом номинального напряжения от 330кВ до 750кВ объем изоляции обмоток увеличивается в (6

8) раз (при самом благоприятном случае) /4/.
Выполняя ТТ каскадными, представляется возможность при высоком номинальном напряжении несколько снизить их стоимость, но при этом ухудшаются метрологические показатели
ТТ.
Каскадный трансформатор тока состоит из нескольких ступеней, например, двухкаскадный ТТ имеет мощный магнитопровод верхней ступени и четыре магнитопровода нижней ступени. Вторичная обмотка верхнего магнитопровода включается на общую первичную обмотку нижних магнитопроводов. Основная изоляция трансформаторов верхней и нижней ступеней рассчитана на половину фазного напряжения сети.
Витковая изоляция между обмотками и сердечником, а также изоляция выводов рассчитаны на сравнительно низкий уровень напряжения
(амплитуда испытательного напряжения 3,5кВ).

30
Трансформаторы тока
Метрологические свойства ТТ в большой степени зависят от конструкции и материала магнитопровода. Наибольшее увеличение номинальной мощности обеспечивает шихтованный магнитопровод из холоднокатаной трансформаторной стали. Поэтому большинство технических ТТ имеют замкнутые ленточные магнитопроводы из холоднокатаной трансформаторной стали. В последнее время шире стали использовать
аморфное железо. У ТТ с замкнутым ферромагнитным магнитопроводом погрешности зависят от амплитуды индукции в магнитопроводе, зависящей от силы первичного тока. Погрешности возрастают в режиме глубокого насыщения, когда амплитуда индукции превышает индукцию насыщения магнитопровода, что особенно вероятно в переходном режиме короткого замыкания. Кроме того, у замкнутого ферромагнитного магнитопровода возможна значительная остаточная индукция, которая может вызвать большие погрешности в начале переходного режима короткого замыкания и заметное замедление быстродействующей РЗ. Полная погрешность современных ТТ в установившихся режимах достигает 10%, а в переходных может быть в несколько раз выше. Это относится и к токовой погрешности, максимальное значение которой в переходных режимах может быть равно 90%.

31
Трансформаторы тока
Выполняя магнитопровод с небольшим немагнитным зазором, удается свести остаточную индукцию практически к нулю и таким путем устранить запаздывание быстродействующей защиты. По мере увеличения зазора снижается нелинейность расчетной схемы замещения, и при достаточно большом зазоре ТТ с ферромагнитным магнитопроводом становится практически линейным при условии, что амплитуда индукции в магнитопроводе в расчетном режиме не превышает индукцию насыщения.
Одновременно возрастает намагничивающий ток, при котором наступает насыщение, благодаря этому уменьшается вероятность насыщения в заданном режиме.
Трансформаторы тока с зазором используются как линейные, но стоимость их выше, чем подобных ТТ с магнитопроводом, а номинальная мощность ниже, хотя и не в такой степени, как у ТТ без ферромагнитного магнитопровода. Предельная мощность сигнала традиционного ТТ соответствующая первичному току предельной кратности, может достигать 10 кВА и более при предельной кратности
20; номинальная мощность сигнала порядка 25 ВА и более.

32
Трансформаторы тока
К основным недостаткам
ТТ относятся погрешности, ограничивающие точность работы релейной защиты, и высокая стоимость, значительную часть которой составляют стоимость меди и электротехнической стали (что особенно актуально в наше время), и которая существенно возрастает с ростом номинального напряжения, а также большие масса и габариты, пожароопасность маслонаполненных ТТ.