Измерительные трансформаторы тока, основные соотношения, погрешности, способы компенсации погрешностей. Выбор трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы тока, основные соотношения, погрешности,

способы компенсации погрешностей. Выбор трансформаторов тока.

Измерительным трансформатором тока называют трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения и выполненный ток, что вторичный ток увеличенный к Кном. раз, соответствует с требуемой точностью первоначальному току как по модулю, так и по фазе. Множители Кном. представляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока (ТТ).

Применение ТТ обеспечивает:

1) безопасность при работе с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего U разделены;

2) позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов для номинального вторичного тока SА (реже 1 или 2,5 А), что упрощает их производство и понижает стоимость.

Первичную обмотку ТТ включают последовательно в цепь измерительного тока. Она имеет небольшое число витков вплоть до одного витка и выполняется из проводника относительно большого сечения. Вторичная обмотка рассчитана на значительно меньший ток и соответственно имеет большее число витков. Токовые нагрузки измерительных приборов или реле подключается на вторичной обмотки ТТ последовательно, т. к. сопротивление ТТ вместе с присоединенными к нему приборами ничтожно мало, оно никак не влияет на значения на значения первичного тока. Последний может применяться в широких пределах: в нормальном режиме от 0 до 1,2 – 1,3 номинального, а при к. з. может превысить номинальный в десятки раз. Выводы первичной обмотки обозначают буквами Л1 и Л2, вторичной И1, И2.

Под номинальным первичным током понимают ток, для которого предназначен трансформатор. Он принят в качестве базисной величины, к которой отнесены другие характерные параметры.

Стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения токов от 1 до 40000 А.

Под номинальным вторичным током ТТ понимают ток, для которого предназначены приборы, подлежащие присоединению его вторичной обмотке.

Нормально ТТ работает в режиме, близком к режиму к. з. вторичной обмотки. Размыкание вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи (т. е. возникновение режима х. х.) недопустимо т. к. при этом из-за возникающих перенапряжений может быть повреждена изоляция трансформатора с вытекающими от сюда последствиями.

Различают номинальный коэффициент трансформации ТТ

и коэффициент относительно чисел витков

эта величина несколько меньше номинального коэффициента трансформации, что позволяет компенсировать ток намагничивания и повысить точность измерения (подробнее об этом несколько позже).

Ток, измеряемый ТТ, определяется по выражению:

ТТ по своему назначению делятся на ТТ для и ТТ релейной защиты.

Погрешности трансформатора тока.

Для определения погрешностей построим векторную диаграмму ТТ Сх. замещения ТТ имеет следующий вид:

В основу векторной диаграммы положен вектор приведенного вторичного тока I2’, направленный по векторной оси. Вектора I2’r2’ и I2’Xн’ – представляет собой падение напряжения от вторичного тока в активной индуктивности сопротивления внешней цепи, U2' – напряжение у зажимов вторичной обмотки. Е2’ – вектор вторичной ЭДС. Она наводится магнитным током f сдвинутым по фазе на 90 0 и образуемый в результате совместного действия МДС первичной обмотки

или откуда

ток намагничивания I0 сдвинут по фазе относительно магнитного потока y, опред-й потерями мощности от вихревых токов и перемагничивания.

Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток трансформатора, увеличенный в Кном раз, отличается от первичного тока как по модулю, так и по фазе вследствие потерь мощности в трансформаторе.

Токовая погрешность равна:

или

При определении угловой погрешности ТТ угла d (рад), в виду малости можно принять равным его, т. е.

из этих выражений видно, что погрешности зависят от отношения . Ток намагничивания в свою очередь зависти от первичного тока и нагрузки (cos j ).

Зависимости погрешностей ТТ от первичного тока.

Кривые токовой и угловой погрешностей имеют U – образную форму.

Наименьшие погрешности получаются при первичном токе, составляем max магнитной проницаемости при индукции 0,6 – 0,8 Тл (амплитудное значение). Поскольку индукция, составляющая номинальному первичному току, значительно с этих значений, то наименьшая погрешности имеют место при первичном токе, превышающем номинальное в несколько раз.

В области еще больших токов, что имеет место при к. з., магнитопровод насыщается и погрешности трансформатора редко увеличиваются.

Зависимость погрешностей ТТ от нагрузки.

Наименьшие погрешности имеют место при замкнутой накоротко вторичной обмотки (Z = 0). При включении приборов нагрузка увеличивается, что ведет к возрастанию ЭДС и следовательно индукции и тока намагничивания. Таким образом, увеличение нагрузки приводит к возрастанию погрешностей.

Витковая коррекция.

Нагрузка ТТ представляет собой, как правило активно-индуктивное сопротивление. Из векторной диаграммы видно, что при n = Кном токовая погрешность всегда отрицательна, т. е. приведенный вторичный ток всегда меньше первичного.

Чтобы увеличить точность измерений, принято при конструировании и изготовлении трансформатора тока выбирать отношение чисел витков несколько меньше номинального коэффициента трансформации, что достигается уменьшением числа витков вторичной обмотки по отношению к значению, соответствующему равенству:

Векторная диаграмма трансформатора, выпрямленного и витковой погрешности, строится так же, как и указанно выше. Однако отсчет токовой погрешности должен производиться не от конца витка I2’ = I2 H (точка С), а от точки C’, соответствующей концу вектора I2KНОМ > I2’. Расстояние между точками С и С’, соответствует витковой коррекции:

В зависимости от первичного тока и вторичной нагрузки токовая погрешность может оказаться как положительный ток и отрицательный.

На угловую погрешность витковая коррекция влияние не оказывает.

Решающее значение влияние на характеристики трансформатора тока имеют размеры магнитопровода и магнитные свойства стали.

По мере увеличения сечения магнитопровода минимальная погрешность смещается в область большего тока и характеристика погрешности становится более пологой.

Измерительные трансформаторы тока разделены на 6 классов точности.

В соответствии с предельными погрешностями при определенных условиях работы 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. В зависимости от нагрузки вторичной обмотки один и тот же трансформатор может работать в различных классах точности. С увеличением нагрузки сверх номинальной в данном классе точности трансформатор переходит работать в худший класс точности. Сопротивление вторичной нагрузки зависти как от параметров подключенных элементов (реле, измерительных приборов), так и от схемы соединения ТТ с этими элементами.

Трансформаторы тока предназначены для лабораторных измерений, должны отвечать классу точности 0,2; трансформаторы предназначенные для присоединения счетчиков – 0,5; для присоединения щитовых измерительных приборов могут быть использованы ТТ классов 1 и 3. используемые ТТ худших классов точности должны быть обосновано.

Электродинамическая и термическая стойкость ТТ.

ТТ как всякий аппарат, включенный в цепь последовательно, должен быть электродинамически и термически стойким.

В ТТ имеют место внутренние электродинамические силы от воздействия токов в элементах обмоток, главным образом первичной, и внешние силы от воздействия токов разноименных фаз.

Многовитковые ТТ, у которых первая обмотка выполнена в виде катушки или в виде нескольких петель удлиненной формы, подвержены в основном действию внутренних электродинамических сил. В одновитковых трансформаторах, где первая обмотка представляет собой прямолинейный проводник, внутренние силы практически отсутствуют и электродинамическая стойкость определяется внешними силами.

Электродинамическую стойкость ТТ определяют током данной стойкости iдин или отношением этого тока, т. е. кратностью:

Кроме того, для ТТ внутренней установки, подверженным внешним электродинамическим силам вследствие относительно небольших расстояний между фазами, заводы – изготовители указывают наибольшее допустимое расстояние от вывода первой обмотки до ближайшего опорного изолятора при минимальном расстоянии между фазами.

Условия электродинамической стойкости трансформатора тока выражается следующим образом:

или

Условия термической стойкости ТТ имеет вид

или

где В – интеграл Джоуля, - кратность тока термической стойкости.

Конструкции ТТ.

Различают две основные группы измерительных ТТ: одновитковые и многовитковые:

Одновитковые трансформаторы наиболее просты в изготовлении. Однако при одном витке первичной обмотки и применение стали среднего качества МДС обмотки недостаточна для трансформаторов класса 0,5, если первичный ток меньше 400 – 600 А.

Одновитковые трансформаторы с меньшим номинальным током, например, встроенного типа, относятся к классам 1 и 3.

Применение получили характерные конструкции одновитковых трансформаторов: стержневые, шинные и встроенные.

Стержневые ТТ изготовляются для Uном до 35 кВ и номинальных первичных токов от 400 до 1500 А.

П) ТПОЛ (П – проходной, О – одновитковой, Л – литая изоляция).

Шинные ТТ для Uном­­­ до 20 кВ и номинальных первичных токов до 24000 А. При таких больших токах целесообразно упростить конструкцию трансформатора, используя в качестве первичной обмотки шину или пакет шин соответствующего присоединения.

П) ТШЛ – 20 (Ш – шинный, Л – литая изоляция) для напряжения 20 кВ.

Встроенные ТТ устанавливают на вводах 35 кВ и повышенных боковых выключателей и силовых трансформаторов.

Погрешность встроен – х ТТ при ………= условиях больше погрешности стержневых и шинных трансформаторов.

Многовитковые ТТ изготавливают для всей шкалы номинальных напряжений и для токов до 1000 – 1500 А, т. е. применительно к условиям, когда необходимая точность не может быть обеспечена при одном первичном витке.

Для напряжений 6 – 10 кВ изготавливают катушечные и петлевые трансформаторы (эпоксидной изоляцией).

П) ТПЛ – 1 (П – петлевой, Л – литая изоляция)

Для U 35 – 750 кВ изготавливают ТТ наружной установки с масляным заполнением типа ТФН (Ф – фарфоровая изоляция, Н – наружная установка).

Выбор ТТ

Электродинамическая стойкость

1) Uном ³ Uн. сети

2) I1ном ³ Ip.max

3) Im.дин ³ iуд; I1ном kдин ³ iуд

- кратность тока динамической стойкости ТТ

4) термическая стойкость

IT2 tT ³ BK или (Кт I1 ном)2 tт ³ Bк

- кратность тока термической стойкости.

Чтобы погрешность ТТ не превысила для данного класса точности, вторичная нагрузка Z2Р не должна превышать номинальную Z2ном, задаваемую в каталогах

5) Z2ном ³ Z2р » R2р

S2ном ³ Sприб + I2­2 (Rпр + Rк)

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому принимают: Z2р » R2р

Вторичная нагрузка состоит из сопротивлений приборов, соед –х проводов и переходного сопротивления контактов:

R2 = Rприб + Rпр + Rк

Суммарное сопротивление проводов рассчитываются по суммарной мощности, Ом;

где S2 – мощность, потребляемая приборами, В × А;

I2ном – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А;

(I2ном = 5А, в РУ 110 – 220 кВ 1 или 5)

Сопротивление проводов (контрольных кабелей) рассчитывается по их сечению и длине. В основном применяется кабель с алюминиевыми жилами

(r = 0,028 Ом × мм2 / м). Кабели с медными жилами (r = 0,0175 Ом × мм2 / м) применяют во вторичных цепях мощных электростанций высшим напряжением 220 кВ и выше.

Для алюминиевых проводов минимальное сечение 4 мм2, для медных – 2,5мм2. Расчетная длина провода lР, [м], зависит от схемы соединения ТТ и расстояния l от трансформатора до приборов:

1) - при включении ТТ в неполную звезду;

2) - при включении всех приборов в одну звезду;

3) - при включении трансформаторов в полную звезду.

При этом длина l может быть принята ориентировочно для РУ 6 – 10 кВ: при установке приборов в шкафах КРУ.

l = 4 ¸ 6 м; на щите управления l = 30 ¸ 40 м; для РУ 35 кВ l = 45 – 60 м; для РУ 110 – 220 кВ l = 65 – 80 м.

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи ТТ окажется больше Z2 ном для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи:

Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабеле: 2,5; 4; 5; 10 мм2

Схемы присоединения измерительных приборов к ТТ.

 

 

Обозначение ТТ

Т – трансформатор тока

П – петлевой или проходной

О – одновитковый

Л – литая изоляция

Ш – шинный

М – первичная обмотка медная шина

ТПЛ – 10У3; ТПЛМ – 10; ТПОЛ – 10; ТШЛ; ТПШЛ – 10

ТШЛ – отличается от ТПШЛ – 10 тем, что крепятся непосредственно на токоведущих шинах шкафа КРУ.

ТПШЛ – 10 – в качестве первичной обмотки используется шина главной цепи шкафа КРУ.