Енергетичне обладнання електричних підстанцій організаційно розділяється на два види пристроїв:
1. силові ланцюги, по яких передається вся потужність, що транспортується енергії;
2. вторинні пристрої, що дозволяють контролювати перебіг передвиборних процесів в первинній схемі і управляти ними.
Силове обладнання розташовують на відкритих майданчиках або закритих розподільних пристроях, а вторинне - на релейних панелях, всередині спеціальних шаф або окремих осередків.
Проміжною ланкою, яка виконує функцію передачі інформації між силовою частиною і органами вимірювання, контролю, захисту і управління є вимірювальні трансформатори. Вони, як і всі подібні пристрої, мають дві сторони з різним значенням напруги:
1. високовольтну, яка відповідає параметрам первинної схеми;
2. низьковольтну, що дозволяє знизити небезпеку впливу силового обладнання на обслуговуючий персонал і матеріальні витрати на створення пристроїв управління і контролю.
Прикметник «вимірювальні» відображає призначення цих електротехнічних пристроїв, оскільки вони дуже точно моделюють всі процеси, що відбуваються на силовому обладнанні, і поділяються на трансформатори:
2. напруги (ТН).
Вони працюють по загальним фізичним принципам трансформації, але володіють різним конструктивним виконанням і способами включення в первинну схему.
Як створені і функціонують трансформатори струму
Принципи роботи і пристрої
У конструкцію вимірювального трансформатора струму закладено перетворення векторних величин струмів великих значень, що протікають по первинній схемі, в пропорційно зменшені за величиною і точно так же спрямовані вектора у вторинних ланцюгах.
Конструктивно трансформатори струму, як і будь-який інший трансформатор, складається з двох ізольованих обмоток, розташованих навколо загального муздрамтеатру. Він виготовляється шихтованими металевими пластинами, для плавки яких використовуються спеціальні сорти електротехнічних сталей. Це робиться для того, щоб знизити магнітне опір на шляху проходження магнітних потоків, що циркулюють по замкнутому контуру навколо обмоток і зменшити втрати на вихрові струми.
Трансформатор струму для схем релейних захистів і автоматики може мати не один муздрамтеатр, а два, що відрізняються кількістю пластин і загальним обсягом використовуваного заліза. Це робиться для створення двох типів обмоток, які можуть надійно працювати при:
1. номінальних умовах експлуатації;
2. або при значних перевантаженнях, викликаних струмами коротких замикань.
Перші конструкції використовуються для виконання вимірювань, а другі застосовуються для підключення захистів, що відключають виникають ненормальні режими.
Пристрій обмоток і клем підключення
Обмотки трансформаторів струму, розраховані і виготовлені на постійну роботу в схемі електроустановки, відповідають вимогам безпечного проходження струму і його теплового впливу. Тому вони виконуються з міді, сталі або алюмінію з площею поперечного перерізу, яка виключає підвищене нагрівання.
Оскільки первинний струм завжди більше вторинного, то обмотка для нього значно виділяється своїми габаритами, як показано на зображенні нижче для правого трансформатора.
На лівій і середньої конструкції силової обмотки взагалі немає. Замість неї передбачено отвір в корпусі, через яке пропускається живить силовий електричний провід або стаціонарна шина. Такі моделі використовуються, як правило, в електроустановках до 1000 вольт.
На висновках обмоток трансформаторів завжди передбачено стаціонарне кріплення для підключення шин і сполучних проводів за допомогою болтів і гвинтових затискачів. Це одне з відповідальних місць, де може бути порушений електричний контакт, який здатний привести до поломок або порушень точної роботи вимірювальної системи. Якості його затягування в первинної та вторинної схемою завжди звертається увага при експлуатаційних перевірках.
Клеми трансформаторів струму маркуються на заводі під час виготовлення і позначаються:
Л1 і Л2 для входу і виходу первинного струму;
И1 і И2 - вторинного.
Ці індекси означають напрямок навивки витків відносно один одного і впливають на правильність підключення силових і модельованих ланцюгів, характеристику розподілу векторів струмів по схемі. На них звертають увагу при первинному монтажі трансформаторів або заміни несправних пристроїв і навіть досліджують різними методиками електричних перевірок як до збірок пристроїв, так і після монтажу.
Кількість витків у первинній W1 і вторинної W2 схемі не однаково, а сильно відрізняється. Високовольтні трансформатори струму зазвичай мають всього одну пряму шину, пропущену крізь муздрамтеатр, яка працює в якості силової обмотки. Вторинна ж котушка має більшу кількість витків, яке впливає на коефіцієнт трансформації. Його для зручності експлуатації записують дробовим виразом номінальних величин струмів в обох обмотках.
Наприклад, запис 600/5 на табличці корпусу означає, що трансформатор призначений для включення в ланцюг високовольтного обладнання з номінальним струмом 600 ампер, а у вторинній схемою буде трансформуватися тільки 5.
Кожен вимірювальний трансформатор струму включається в свою фазу первинної мережі. Кількість же вторинних обмоток для пристроїв релейного захисту та автоматики зазвичай збільшується для роздільного використання в керна струмових ланцюгів для:
захистів шин і ошиновок.
Такий спосіб дозволяє виключити вплив менш відповідальних ланцюжків на більш значущі, спростити їх обслуговування та перевірки на діючому обладнанні, що знаходиться під робочою напругою.
З метою маркування висновків таких вторинних обмоток застосовують позначення 1І1, 1і2, 1І3 для почав і 2І1, 2І2, 2і3 - решт.
Кожна модель трансформатора струму розрахована для роботи з певною величиною високовольтної напруги на первинній обмотці. Шар ізоляції, розташований між обмотками і корпусом, повинен довго витримувати потенціал силової мережі свого класу.
Із зовнішнього боку ізоляції високовольтних трансформаторів струму в залежності від призначення може застосовуватися:
загусла епоксидні смоли;
деякі види пластмас.
Ці ж матеріали можуть бути доповнені трансформаторної папером або маслом для ізоляції внутрішніх перетинів проводів на обмотках і виключення міжвиткових замикань.
Клас точності ТТ
Ідеально трансформатор теоретично повинен працювати точно, без внесення погрішностей. Однак, в реальних конструкціях відбуваються втрати енергії на внутрішній нагрів проводів, подолання магнітного опору, освіту вихрових струмів.
За рахунок цього хоч трохи, але порушується процес трансформації, що позначається на точності відтворення в масштабі первинних векторів струму їх вторинними величинами з відхиленнями орієнтації в просторі. Всі трансформатори струму мають певну похибку вимірювання, яка нормується процентним вираженням відносини абсолютної похибки до номінального значення по амплітуді і розі.
Клас точності трансформаторів струму виражається числовими значеннями «0,2», «0,5», «1», «3», «5», »10».
Трансформатори з класом 0,2 працюють для виконання особливо важливих лабораторних замірів. Клас 0,5 призначений для точних вимірювань струмів, використовуваних приладами розрахункових обліків 1-го рівня в комерційних цілях.
Вимірювання струму для роботи реле і контрольних обліків 2-го рівня проводиться класом 1. До трансформаторів струму 10-го класу точності підключаються котушки відключення приводів. Вони точно працюють в режимі коротких замикань первинної мережі.
Схеми включення ТТ
В енергетиці в основному застосовуються трьох або черирехпроводние лінії електропередач. Для контролю струмів, що проходять по ним, використовуються різні схеми підключення вимірювальних трансформаторів.
1. Силове обладнання
На фотографії показаний варіант вимірювання струмів трехпроводной силового ланцюга 10 кіловольт за допомогою двох трансформаторів струму.
Тут видно, що шини приєднання первинних фаз А і С підключені болтовим з'єднанням до висновків трансформаторів струму, а вторинні кола заховані за огорожу і виведені окремим джгутом проводів в захисній трубі, яка направляється в релейний відсік для підключення ланцюгів на клеммники.
Цей же принцип монтажу застосовується і в інших схемах високовольтного обладнання. як показано на фотографії для мережі 110 кВ.
Тут корпусу вимірювальних трансформаторів змонтовані на висоті за допомогою заземленою залізобетонної платформи, що вимагають правила безпеки. Підключення первинних обмоток до силових проводів виконано у розтин, а все вторинні кола виведені в поруч розташований ящик з клемної складанням.
Кабельні з'єднання вторинних струмових ланцюгів захищені від випадкового зовнішнього механічного впливу металевими чохлами і бетонними плитами.
2. Вторинні обмотки
Як уже зазначалося, вихідні керни трансформаторів струму збираються для роботи з вимірювальними приладами або захисними пристроями. Це впливає на складання схеми.
Якщо необхідно контролювати по амперметрів струм навантаження в кожній фазі, то використовується класичний варіант підключення - схема повної зірки.
У цьому випадку кожен прилад показує величину струму своєї фази з урахуванням кута між ними. Використання автоматичних самописців в цьому режимі найзручніше дозволяє відображати вид синусоид і будувати по ним векторні діаграми розподілу навантажень.
Часто на відхідних фідерах 6 ÷ 10 кВ з метою економії встановлюють не три, а два вимірювальних трансформатора струму без задіяння однієї фази В. Цей випадок показаний на розташованому вище фото. Він дозволяє включити амперметри за схемою неповної зірки.
За рахунок перерозподілу струмів на додатковому приладі виходить відобразити векторну суму фаз А і С, яка протилежно спрямована вектору фази В при симетричному режимі навантаження мережі.
Випадок включення двох вимірювальних трансформаторів струму для контролю лінійного струму за допомогою реле показаний на зображенні нижче.
Схема повністю дозволяє контролювати симетричну навантаження і трифазні короткі замикання. При виникненні двофазних КЗ, особливо АВ або ВС, чутливість такого фільтра сильно занижена.
Поширена схема контролю струмів нульової послідовності створюється підключенням вимірювальних трансформаторів струму в схему повної зірки, а обмотки контрольного реле до об'єднаного проводу нуля.
Струм, що проходить через обмотку створений додаванням усіх трьох векторів фаз. При симетричному режимі он збалансований, а під час виникнення однофазних або двофазних КЗ відбувається виділення в реле складової дисбаланс величини.
Особливості експлуатації вимірювальних трансформаторів струму і їх вторинних ланцюгів
При роботі трансформатора струму створюється баланс магнітних потоків, утворених струмами в первинної та вторинної обмотці. В результаті вони врівноважені за величиною, спрямовані зустрічно і компенсують вплив створених ЕРС в замкнутих ланцюгах.
Якщо первинну обмотку розімкнути, то по ній струм перестане протікати і все вторинні схеми будуть просто знеструмлені. А ось вторинну ланцюг при проходженні струму по первинній розмикати не можна, інакше під дією магнітного потоку у вторинній обмотці виробляється електрорушійна сила, яка не витрачається на протікання струму в замкнутому контурі з малим опором, а використовується в режимі холостого ходу.
Це призводить до появи на розімкнутих контактах високого потенціалу, який досягає кілька кіловольт і здатний пробити ізоляцію вторинних ланцюгів, порушити працездатність обладнання, нанести електричні травми обслуговуючому персоналу.
З цієї причини все перемикання у вторинних колах трансформаторів струму виробляють по строго певній технології і завжди під наглядом контролюючих осіб без розриву струмових ланцюгів. Для цього використовують:
спеціальні види клемників, що дозволяють встановлювати додаткову закоротки на час розриву виведеного з роботи ділянки;
випробувальні струмові блоки з закорачивается перемичками;
спеціальні конструкції перемикачів.
Реєстратори аварійних процесів
Вимірювальні прилади ділять по виду фіксації параметрів при:
номінальному режимі експлуатації;
виникненні надструмів в системі.
Чутливі елементи реєстраторів прямо пропорційно сприймають надходить на них сигнал і також відображають його. Якщо величина струму надійшла на їх вхід з спотворенням, то ця похибка буде введена в показання.
З цієї причини прилади, призначені для вимірювання аварійних струмів, а не номінальних, підключають в керни захистів трансформаторів струму, а не вимірів.