Как найти сопротивление нагрузки трансформатора тока

Содержание

• 1. Общая часть
• 2. Определение нагрузки на трансформаторы тока для измерительных приборов
• 3. Определение напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока
• 4. Определение нагрузки на трансформаторы тока для релейной защиты
• 5. Определение расчетной кратности (Красч.) для выбора допустимой нагрузки (Zдоп.) на трансформаторы тока по кривым предельных кратностей
• 5.1 Токовые защиты с независимой характеристикой
• 5.2 Токовые отсечки
• 5.3 Максимальные токовые защиты с зависимой характеристикой
• 5.4 Направленные токовые и дистанционные защиты
• 5.5 Дифференциальные токовые защиты
• 5.6 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты
• 5.7 Продольные дифференциальные токовые защиты линий
• 6 Определение расчетной нагрузки Zн
• 7. Определение сопротивления соединительных проводов
• 8. Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры

Примеры расчета

В качестве примера выбора трансформаторов тока рассмотрим расчетную проверку правильности выбора ТТ для счетчика электроэнергии в распределительной установке, с номинальным током в 150А, при минимуме нагрузки в 15А.

Проверяется Т-0,66 200/5, с коэффициентом трансформации — 40.

Ток вторичной обмотки при номинальном токе: 150/40 = 3,75А;

Минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке: (5*40)/100 = 2А;

Полученный ток вторичной обмотки проверяемого трансформатора больше полученного значения минимального тока, что говорит о выполнении первого требования проверки;

Рассчитаем минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке: 15/40 = 0,38А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотке при минимальной нагрузке: 5*5/100 = 0,25А;

0,38А> 0,25А – еще один пункт не выходит за рамки требуемых правил соответствия выбранного трансформатора тока;

Рассчитаем значение тока при ¼ нагрузке: 150*25/100 = 37,5А;

Рассчитаем значение тока вторичной обмотки при ¼ нагрузки: 37,5/40 = 0,94А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотки при ¼ нагрузке: 5*10/100 = 0,5А;

Сравнив оба значения токов вторичной обмотки, видим, что и здесь расчетное значение в норме: 0,94А> 0,5А;

Вывод: трансформатор тока Т-0,66 200/5 для учета электроэнергии выбран правильно и соответствует всем нормативным значениям «ПУЭ».

Общая часть

Всем доброго времени суток! Представляю Вашему вниманию типовую работу «Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока» №48082-э «Теплоэлектропроект».

Вторичная нагрузка на трансформаторы тока (ТТ) складывается из:

• а) сопротивления проводов — rпр;
• б) полного сопротивления реле и измерительных приборов — Zр и Zп;
• в) переходного сопротивления принимаемого равным — rпер = 0,05 Ом.

Согласно ГОСТ трансформаторы тока должны соответствовать одному из следующих классов точности: 0,5; 1; 3; 5Р; 10Р.

Класс точности 0,5 должен обеспечиваться при питании от трансформатора тока расчетных счетчиков. При питании щитовых измерительных приборов класс точности трансформаторов тока должен быть не ниже 3. При необходимости для измерения иметь более высокий класс точности трансформаторы тока должны выбираться по классу точности на ступень выше, чем соответствующий измерительный прибор.

Например: для приборов класса 1 трансформаторов тока должен обеспечивать класс 0,5; для приборов — 1,5 трансформаторов тока должен обеспечивать класс точности 1,0.

Требования к трансформаторам тока для релейной защиты рассмотрены ниже.

При расчете нагрузки на ТТ в целях упрощения допускается сопротивления элементов вторичной цепи ТТ складывать арифметически, что создает некоторый расчетный запас.

Потребление токовых обмоток релейной и измерительной аппаратуры приведено в разделе «7. Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры». Для удобства и упрощения расчета в указанных приложениях потребление дано в Омах. Для тех приборов и реле, для которых в каталогах указано их потребление в ВА, сопротивление в Омах определяется по выражению

где: S – потребляемая мощность по токовым цепям, ВА; I – ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

При расчете сопротивления проводов (кабеля) во вторичных цепях ТТ используется:

где:

• rпр — активное сопротивление проводов (жилы кабеля) от трансформатора тока до прибора или реле, Ом;
• l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до места установки измерительных приборов или релейной аппаратуры, м;
• S – сечение провода или жилы кабеля, мм2;
• γ –удельная проводимость, м/Ом.мм2(для меди γ = 57, для алюминия γ =34,5).

ЭЛЕКТРОлаборатория

Доброе время суток, дорогие друзья!

Вот и пришел новый 2015 год. Надеюсь, что этот год будет не хуже предыдущего. В общем, с Новым Годом, друзья!

Хочу начать год со статьи о трансформаторах тока. Конечно, мой рассказ будет скорее общим, чем научным.

Для досконального изучения вопроса предлагаю воспользоваться технической литературой или хотя бы
ИНСТРУКЦИУЙ ПО ПРОВЕРКЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СХЕМАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ИЗМЕРЕНИЯ (РД 153-34.0-35.301-2002).
Итак, приступим.

Простейший и самый распространенный трансформатор тока (ТТ) — двухобмоточный. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков w1

и одну вторичную обмотку с числом витков
w2
. Обмотки находятся на общем магнитопроводе, благодаря которому между ними существует хорошая электромагнитная (индуктивная) связь.

Первичная обмотка, изолированная от вторичной обмотки на полное рабочее напряжение аппарата, включается последовательно в рассечку цепи контролируемого первичного тока, а вторичная обмотка замыкается на нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней протекание вторичного тока, практически пропорционального переменному первичному току. Чем меньше полное сопротивление нагрузки zн

и полное сопротивление вторичной обмотки
zT2
, тем точнее соблюдается пропорциональность между первичным и вторичным токами, т.е. тем меньше погрешности ТТ. Идеальный режим работы ТТ — это режим КЗ вторичной обмотки. Один вывод вторичной обмотки обычно заземляется, поэтому он имеет потенциал, близкий к потенциалу контура заземления электроустановки.

Вот внешний вид ТТ до 1000 В:

А вот внешний вид ТТ выше 1000 В:

Трансформаторы тока для защиты предназначены для передачи измерительной информации о первичных токах в устройства защиты и автоматики. При этом они обеспечивают:

1) масштабное преобразование переменного тока различной силы в переменный вторичный ток приемлемой силы (чаще всего это 1 или 5А) для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование вторичных цепей и реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепей высокого напряжения. Аналогичные функции выполняют и ТТ для измерений, предназначенные для передачи информации измерительным приборам.

Между ТТ для защиты и для измерений нет принципиальной разницы. Существующие различия заключаются в неодинаковых требованиях к точности и к диапазонам первичного тока, в которых погрешности ТТ не должны превышать допустимых значений. К ТТ для измерений предъявляется требование ограничения сверху действующего значения вторичного тока при протекании тока КЗ по первичной обмотке, для них устанавливается номинальный коэффициент безопасности приборов. Это требование не предъявляется к ТТ для защиты, которые должны обеспечивать необходимую точность трансформации тока и при КЗ. Номинальный коэффициент безопасности фактически является верхним пределом для номинальной предельной кратности ТТ для измерений. Поэтому в стандартах некоторых стран (например, в германских правилах VDE 0414 «Regeln für Meßwandler») для всех ТТ нормируется номинальная предельная кратность (Nenn Überstromziffer «n»), причем ее ограничение для измерительных ТТ задается в форме n

< …, а для трансформаторов тока для защиты в форме
n
>… .

При анализе явлений в ТТ необходимо учитывать положительные направления первичного и вторичного токов в соответствующих обмотках, а также ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке, от которых зависят знаки (плюс или минус) в формулах и углы векторов на векторных диаграммах.

В технике релейной защиты приняты положительные направления для токов и ЭДС, показанные на рисунке 1. Звездочками отмечены однополярные зажимы обмоток, например их начала, которые по ГОСТ обозначаются символами Л1 у первичной обмотки и И1 у вторичной обмотки.

а, б — схемы условных обозначении; в — схема замещения

Рисунок 1 — Схемы ТТ

Приняты положительными: направление для первичного тока от начала к концу первичной обмотки и направление для вторичного тока от начала вторичной обмотки (по внешней цепи нагрузки) к концу вторичной обмотки, соответственно этому внутри вторичной обмотки — направление вторичного тока и вторичной ЭДС (от конца к началу обмотки).

При указанных положительных направлениях векторы первичного и вторичного токов совпадают по фазе при отсутствии угловой погрешности, а мгновенная вторичная ЭДС равна взятой со знаком «плюс» первой производной по времени от потокосцепления вторичной обмотки.

По причине существенной нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитного магнитопровода к анализу явлений в ТТ неприменим принцип наложения (суперпозиции). Даже при номинальном первичном токе и номинальной нагрузке индукция в магнитопроводе не равна разности индукций, которые были бы созданы отдельно взятыми первичным и вторичным токами. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе ТТ определяется только совместным одновременным действием первичного и вторичного токов и даже гипотетически не может корректно рассматриваться как разность потоков, раздельно созданных первичным и вторичным токами.

Классификация ТТ

По ГОСТ 7746-89 ТТ подразделяются по следующим основным признакам:

— по роду установки:

для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69 [22]);

для работы в закрытых помещениях (категории размещения 3 и 4 по ГОСТ 15150-69);

для работы в подземных установках (категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69);

для работы внутри оболочек электрооборудования

— по принципу конструкции:

опорные (О), проходные (П), шинные (Ш), встроенные (В), разъемные (Р). Допускается по ГОСТ 7746-89 [14] сочетание нескольких перечисленных принципов, а также конструктивное исполнение, не подпадающее под перечисленные признаки;

— по виду изоляции:

с литой изоляцией (Л), с фарфоровой покрышкой (Ф), с твердой изоляцией (кроме фарфоровой и литой) (Т), маслонаполненные (М), газонаполненные (Г);

— по числу ступеней трансформации:

одноступенчатые и каскадные;

— по числу магнитопроводов со вторичными обмотками,

называемых кернами, объединенных общей первичной обмоткой: с одним керном, с несколькими кернами;

— по назначению кернов:

для измерения, для защиты, для измерения и защиты, для работы с нормированной точностью в переходных режимах;

— по числу коэффициентов трансформации:

с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми путем изменения числа витков первичной или(и) вторичной обмоток, а также путем применения вторичных обмоток с отпайками.

Структура условного обозначения ТТ по ГОСТ 7746-89

В стандартах на трансформаторы отдельных видов ГОСТ 7746-89 [14] допускает ввод в буквенную часть обозначения дополнительных букв. Допускается исключение или замена отдельных букв, кроме Т, для обозначения особенностей конкретного ТТ.

Основные (номинальные) параметры ТТ

По ГОСТ 7746-89 к номинальным параметрам ТТ относятся:

— номинальное напряжение ТТ Uном

— номинальное напряжение цепей, для которых предназначен данный аппарат. Встроенные ТТ не имеют паспортного параметра номинального напряжения;

— номинальный первичный ток ТТ I1ном

;

— номинальный вторичный ток ТТ I2ном

;

— номинальный коэффициент трансформации ТТ (коэффициент трансформации – отношение первичного номинального тока ко вторичному. Обычно записывается, например, 150/5 и тогда равен 30, т.е. при любом первичном токе вторичный будет в тридцать раз меньше);

— номинальная вторичная нагрузка с номинальным коэффициентом мощности cosj (1 или 0,8 индуктивный). Обозначается zн. ном

(сопротивление нагрузки) или
Sн. ном
(номинальная мощность нагрузки);

— номинальный класс точности ТТ (керна для ТТ с несколькими кернами) (обычно для измерений класс точности не хуже 0,5, а для систем РЗиА не хуже 10);

— номинальная предельная кратность ТТ, обслуживающего релейную защиту — К10ном

,
К5ном
;

— номинальный коэффициент безопасности для приборов — Кd ном

;

— номинальная частота ТТ — fном

.

Испытания измерительных трансформаторов тока.

Объектом испытания в измерительных трансформаторах тока и напряжения являются, прежде всего, изоляция трансформаторов, обмотки трансформаторов как первичная, так и вторичная, а также трансформаторное железо сердечника.

Трансформаторы тока изготавливаются со следующим исполнением внутренней изоляции:

· Бумажно-бакелитовая (трансформаторы серии ТП 6-35кВ); керамическая (трансформаторы тока 6-10кВ типов ТПОФ, ТПФ и др).

· Литая эпоксидная (трансформаторы тока типов ТПОЛ, ТПШЛ, ТШЛ и др. 6-35кВ).

Объём испытаний трансформаторов тока:

1) измерение сопротивления изоляции первичной и вторичной (вторичных) обмоток (К, М)

2) испытание повышенным напряжением изоляции обмоток (М)

3) снятие характеристик намагничивания трансформаторов (К)

4) измерение коэффициента трансформации (К).

Примечание: К – капитальный ремонт, испытание при приёмке в эксплуатацию; М – межремонтные испытания

Сопротивление изоляции.

В процессе эксплуатации измерения проводятся:

на трансформаторах тока 3-35кВ

– при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены.

Измеренные значения сопротивления изоляции должны быть не менее значений, приведённых в таблице 1.

для трансформаторов напряжения 3-35кВ

– при проведении ремонтных работ в ячейках, где они установлены, если работы не проводятся – не реже 1 раза в 4 года.

Испытание повышенным напряжением.

Значения испытательного напряжения основной изоляции трансформаторов тока и напряжения приведены в таблице 2. Длительность испытания трансформаторов тока и напряжения с фарфоровой изоляцией – 1 минута, с органической изоляцией – 5 минут.

Допускается проведение испытаний трансформаторов тока совместно с ошиновкой. При совместном испытании измерительных трансформаторов с элементами ошиновки или другими аппаратами, продолжительность испытания принимается равной времени испытания для тех элементов сети, к которым подключены трансформаторы. Например, при испытании трансформаторов тока установленных в ячейке КРУ продолжительность испытания устанавливается равной 1 минуте (изоляторы ошиновки ячейки – фарфоровые).

Значение испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток, вместе с присоединёнными к ним цепями, принимается равным 1кВ.

Продолжительность приложения испытательного напряжения – 1 минута.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

Отклонение измеренного сопротивления обмотки постоянному току от паспортных значений, или от измеренных на других фазах не должно превышать 2%. При сравнении измеренных значений с паспортными данными измеренные значения сопротивления должны приводиться к заводской температуре. При сравнении с другими фазами измерения должны производиться при одинаковой температуре.

Измерения сопротивления обмоток постоянному току производятся у трансформаторов тока на напряжение 110кВ и выше и у связующих обмоток каскадных трансформаторов напряжения.

В качестве дополнительных измерений при комплексных испытаниях данный вид измерения может использоваться и для трансформаторов тока и напряжения всех типономиналов.

Измерение коэффициента трансформации.

Отклонение измеренного коэффициента трансформации от указанного в паспорте или от измеренного на исправном трансформаторе тока или напряжения, однотипном с проверяемыми, не должно превышать 2%.

Для проверки коэффициента трансформации трансформаторов тока собирают схему, представленную на рисунке 8. У встроенных трансформаторов тока коэффициент трансформации проверяется только на рабочих ответвлениях — остальные части обмоток не проверяются.

Ток в первичной цепи трансформатора пропорционален току во вторичной цепи. Коэффициент пропорциональности токов и будет искомым коэффициентом трансформации.

Разделительный трансформатор создаёт на своей вторичной обмотке напряжение порядка 5В и ток прядка 1000А (в зависимости от испытуемого трансформатора тока).

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока.

Характеристика снимается методом повышения напряжения на вторичных обмотках до начала насыщения (но не выше 1800В), с одновременным измерением тока в испытуемой обмотке с помощью амперметра.

При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении, при этом на нерабочих ответвлениях замеры не производятся.

Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных трансформаторов тока, однотипных с проверяемыми.

Отличия от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном трансформаторе тока, однотипном с проверяемыми, не должны превышать 10%.

Характеристики намагничивания снимаются для проверки исправности трансформаторов тока. При этом убеждаются в том, что нет накоротко замкнутых витков и повреждения сердечника, оцениваются возможности использования трансформатора в схеме релейной защиты в конкретных условиях.

Характеристика намагничивания представляет собой зависимость подводимого ко вторичной обмотке напряжения от тока в этой обмотке. Схема для снятия характеристики намагничивания представлена на рисунке 7.

Характеристику намагничивания снимают до номинального тока трансформатора (тока вторичной обмотки), в тех случаях, если это требуется (для особо ответственных трансформаторов) характеристику снимают до начала насыщения трансформатора тока (для 5-амперных трансформаторов – до достижения тока 10А).

Если при снятии характеристики необходимо напряжение выше 250В используют повышающие трансформаторы с более высоким напряжением.

Вольт-амперная характеристика является основной при оценке исправности ТТ. Используются такие характеристики и для определения погрешностей ТТ.

Наиболее распространенная неисправность ТТ — витковое замыкание — выявляется по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных ТТ, однотипных с проверяемым, чаще всего с характеристиками ТТ других фаз того же присоединения. Для такого сравнения достаточно совпадения характеристик с точностью в пределах их заводского разброса.

а) б)

а — ТТ ТВ-35, 300/5 А; б — ТТ ТВД-500, 2000/1;

1 — исправный трансформатор тока; 2 — закорочен один виток;

3 — закорочены два витка; 4 — закорочены восемь витков

Рисунок. Вольт-амперные характеристики при витковых замыканиях во вторичной обмотке

На этом у меня на сегодня все.

Будут вопросы, постараюсь на них ответить.

Успехов.

Определение нагрузки на трансформаторы тока для измерительных приборов

Нагрузка на ТТ для измерительных приборов складывается из сопротивлений последовательно включенных измерительной аппаратуры, соединительных проводов и переходных сопротивлений в контактных соединениях.

Величина расчетной нагрузки Zн зависит также от схемы соединения ТТ.

При расчете определяется нагрузка для наиболее загруженной фазы ТТ.

В случае включения релейной аппаратуры последовательно с измерительной в расчетную нагрузку вводится также сопротивление реле. При этом расчетная нагрузка не должна превосходить допустимую в требуемом классе точности данного ТТ для измерительных приборов.

При соединении трансформаторов тока в звезду.

При соединении трансформаторов тока в неполную звезду.

При соединении ТТ в треугольник и включении измерительных приборов последовательно с реле во всех линейных проводах.

где:

— сопротивление нагрузки, включенной в линейном проводе трансформатора тока.

При соединении трансформаторов тока в треугольник и включении измерительного прибора последовательно с прибора последовательно с реле только в одном линейном проводе (например, в фазе А).

При использовании только одного ТТ.

В выражениях (3-7) известны сопротивления измерительных приборов Zп, сопротивления реле Zр, переходное сопротивление rпер и неизвестно сопротивление проводов rпр.

Поэтому расчет нагрузки на ТТ сводится к определению сопротивления соединительных проводов rпр.

Сопротивление rпр. определяется из условия обеспечения работа ТТ в требуемом классе точности при расчетной нагрузке. Поэтому должно быть Zн < Zдоп. Принимая Zн=Zдоп и пользуясь выражениями (3-7), определяется rпр для соответствующих схем соединения:

По найденному значению rпр определяется допустимое сечение соединительных проводов, пользуясь выражением (2).

Если в результате расчета сечение S окажется меньше 2,5 мм2, то оно должно быть принято равным 2,5 мм2 из условия механической прочности проводов в токовых цепях ТТ.

Определение

Определение технической характеристики для трансформатора прописаны в ГОСТе 7746 2001 под названием «Трансформаторы тока. Общие технические условия». Этот документ относится к классу межгосударственных, то есть он распространяется для всех устройств, изготовленных в любой точке по территории страны.

Для того, чтоб понять определение, нужно познакомится с тем, что значит усредненный коэффициент безопасности. Этот показатель в свою очередь является соотношением номинального тока безопасности и первичного (также номинальное общее значение). Коэффициент безопасности по своей сути является основным параметром, который определяет искомую кратность повышения импульса.

Последняя характеристика важна, так как в условиях производства часто наблюдаются ситуации, когда он повышается из номинального показателя. Это возникает при коротком замыкании в цепи в большей части случаев.

Ситуация определяется тем, что сердечник ТС уходит в насыщение, при этом рост во вторичке не наблюдается, что в свою очередь обеспечивает защиту всех подключенных нагрузок к оборудованию.

Определение напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока

Сопротивление нагрузки трансформатора тока для измерительных приборов и релейной защиты по условию допустимого напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока должно быть таким, чтобы при любом возможном виде короткого замыкания в месте установки трансформаторов тока измерения или защиты и любом возможном первичном токе трансформатора тока напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока установившемся режиме не превышало 1000 В.

Это условие считается выполненным, если при любом виде к.з.

где:

• I1- наибольший возможный первичный ток при к.з.;
• nт – номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока;
• Zн – фактическое сопротивление вторичной нагрузки трансформатора тока с учетом сопротивления принятого провода (жилы кабеля)

Если в результате расчета оказалось, что при Zн напряжение больше 1000 В, то следует перейти на большее сечение соединительных проводов (жил кабеля) до 10 мм2 включительно.

Если при S=10 мм2 напряжение окажется больше 1000 В, то следует перейти на больший коэффициент трансформации и расчет для определения Zн должен быть повторен.

Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

Все трансформаторы тока, используемые для питания аппаратуры РЗА, должны обеспечивать точную работу измерительных органов защиты в конкретных расчетных условиях, для чего полная погрешность трансформаторов тока не должна превышать 10% при I1расч.

В общем случае минимально необходимый коэффициент предельной кратности Кпк.мин определяется по формуле:

Кпк.мин ≥ Ktd · I1расч / Iперв.тт

где: Ktd — переходный размерный коэффициент;

I1расч – ток, при котором должна быть обеспечена работа ТТ с погрешностью меньше 10% для правильного функционирования релейной защиты. Значения I1расч различны для разных видов защиты;

Iперв.тт – номинальный первичный ток ТТ.

Примечание: для микропроцессорных устройств могут быть свои требования к Кпк.мин. Так, для устройств Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности должен быть Кпк.мин ≥ 20.

Таблица – Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

Вид защиты	К td	I 1расч	Примечание
МТЗ и ТО	Независимая времятоковая х-ка	1,1	I сраб.то — ток срабатывания наивысшей токовой ступени (как правило, токовой отсечки)	К пк.мин ≥ 20 (для Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82) /td>
Зависимая времятоковая х-ка	1,1	I сраб.МТЗ.уст — ток, при котором начинается установившаяся (независимая) часть характеристики
ДЗШ	0,5	I кз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты
ДЗТ	КЗ внутри защищаемой зоны	0,5	I внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны	К пк.мин ≥ 25 (для Siemens типа 7UT82, 7UT85)
КЗ вне защищаемой зоны	2	I внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН)
ДЗЛ (функция 87L дифференциальной защиты линии)	КЗ на защищаемой линии	0,5	I внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии	Для Siemens типа 7SD82
КЗ вне защищаемой линии	1,2	I внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии

где:

• МТЗ и ТО – максимальная токовая защита и токовая отсечка;
• ДЗШ – дифференциальная защита шин;
• ДЗТ – дифференциальная защита трансформатора;
• ДЗЛ – дифференциальная защита линии

Определение нагрузки на трансформаторы тока для релейной защиты

Нагрузка на ТТ для релейной защиты складывается из последовательно включенных сопротивлений релейной аппаратуры , соединительных проводов и переходных сопротивлений в контактных соединениях. Величина вторичной нагрузки зависит также от схемы соединения ТТ и от вида КЗ.

Релейная защита в условиях КЗ обычно работает при больших токах, которые во много раз превышают номинальный ток ТТ. Расчетами и опытом эксплуатации установлено, что для обеспечения правильной работы релейной защиты погрешности ТТ не должны превышать предельно допустимых значений.

По ПУЭ эта погрешность, как правило, не должна быть более 10%.

В ГОСТ 7746-88 точность ТТ, используемых для релейной защиты, нормируется по их полной погрешности (ε), обусловленной током намагничивания. По условию ε < 10% построены кривые предельных кратностей ТТ.

При этом наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, при котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%, называется предельной кратностью (К10).

Согласно тому же ГОСТ заводы-поставщики ТТ обязаны гарантировать значение номинальной предельной кратности (К10н), при которой полная погрешность ТТ, работающего с номинальной вторичной нагрузкой, не превышает 10%.

Чтобы найти допустимую нагрузку по кривым предельных кратностей, необходимо предварительно определить расчетную кратность тока К.З., т. е. отношение тока КЗ в расчетной точке к минимальному току ТТ (Красч.)

Cпособы проверки ТТ на 10% погрешность

Существует несколько способов проверки ТТ на 10% погрешность:

1. По кривым предельной кратности
2. По паспортным данным ТТ
3. По действительным вольт-амперным характеристикам, снятым у ТТ перед включением электроустановки
4. По типовой кривой намагничивания электротехнической стали, используемой для изготовления ТТ.

Все эти способы описаны в книгах Шабада М.А. Мы же подробно остановимся на способе проверки трансформатора тока по его паспортным данным. Почему именно на нем? Потому что на этапе проектирования электроустановки снять действительные вольт-амперные характеристики трансформатора не представляется возможным, получить от заводов-изготовителей ТТ кривые предельной кратности также бывает достаточно проблематично, не говоря уже о кривой намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник ТТ.

Существует два способа проверки ТТ на 10% погрешность по его паспортным данным:

1. По известным паспортным данным ТТ и его нагрузке определяется фактический коэффициент предельной кратности Кпк.факт и сравнивается с минимально требуемым Кпк.мин
2. Определяется минимально требуемый коэффициент предельной кратности Кпк.мин, а затем с учетом фактической вторичной нагрузки ТТ определяется номинальный Кпк.ном. Затем выбирается трансформатор тока с ближайшим большим стандартным значением коэффициента Кпк.ном

Рассмотрим более подробно первый вариант (определение фактического Кпк.факт и сравнение его с минимально требуемым Кпк.мин).

6.Определение расчетной нагрузки Zн

Расчетная нагрузка для трансформаторов тока релейной защиты определяется по выражениям, приведенным в таблице №1. В расчете принимается Zн=Zдоп.

По значению Zн можно определить сопротивление соединительных проводов (жил кабеля) во вторичных цепях трансформаторов тока.

Таблица 1 – расчетные формулы для определения вторичной нагрузки и сопротивления соединительных проводов трансформаторов тока для релейной защиты

Примеры кривых

Заводские кривые определяют показатели вторичной нагрузки при расчетных коэффициентах безопасности. Если последняя не дотягивает до требуемых по условиям характеристик, то изменяют сердечник и длины проводов. В крайнем случае допускают резисторы. Но даже эти ситуации не выгодны с экономической точки зрения. Поэтому тщательно измеряют при помощи кривых, чтоб выбрать такой коэффициент безопасности, чтоб происходила усиленная защита.

Варианты, которые используются на производственных площадках, — это 5Р и 10Р. Но распространены варианты с числовыми маркировками 20, 30 и больше. Для таких трансформаторов нельзя обойтись построением кривых — вычисляют математическим путем значения импульса вторички при коротком замыкании в первичке. Дальше эти данные сопоставляются с характеристиками импульса, а также совокупности всех токов приборов, которые будет подключаться в обмотке оборудования.

7.Определение сопротивления соединительных проводов

В Таблице №1 приведены расчетные выражения, для определения сопротивления соединительных проводов во вторичных цепях трансформаторов тока в зависимости от их схем соединения и от вида КЗ.

При этом сопротивление релейной аппаратуры, подключенной к трансформаторам тока, может быть найдено по Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры или по другим заводским данным.

По найденному значению rпр определяется допустимое сечение соединительных проводов.

Если в результате расчета S окажется менее 2,5 мм2, то оно должно быть принято равным 2,5 мм2 из условия механической прочности проводов в токовых цепях ТТ, после чего определяется фактическое сопротивление проводов по выражению (2).

Если в результате расчета сечение кабеля окажется чрезмерно большое (более 10 мм2), то для его уменьшения можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Применить последовательное соединение двух обмоток трансформаторов тока рассматриваемой защиты. При последовательном соединении одинаковых сердечников трансформаторов тока нагрузка на каждый сердечник ТТ уменьшается в 2 раза. При последовательном соединении разных сердечников трансформаторов тока расчетная нагрузка на ТТ уменьшается, так как она распределяется между обмотками трансформаторов тока пропорционально их ЭДС.

2. Изменить схему соединения трансформаторов тока вместо неполной звезды перейти к полной звезде; вместо схемы на разность токов перейти к схеме неполной звезды и т.п.

3. Применить другой трансформатор тока, допускающий большую вторичную нагрузку.

4. Установить дополнительный комплект трансформаторов тока и перевести на него часть вторичной нагрузки.

Пример проверки ТТ на 10% погрешность

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

Дано:

Трансформатор тока с параметрами Sном = 10 ВА; Zтр = 0,3 Ом; Кпк.ном = 10; Iперв = 600 А; Iвтор = 5 А.

К трансформатору тока подключен терминал типа 7SJ80 в котором задействована максимальная токова защита и токовая отсечка. Уставка срабатывания токовой отсечки Iсраб.то = 3150 А. Схема соединения трансформаторов тока – полная звезда. Максимальное значение тока КЗ в месте установки защиты IКЗ.макс = 12,45 кА. Терминал релейной защиты устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ и соединяется с трансформаторами тока медными проводами сечением 2,5 мм2.

Проверка

1. По информации на устройство 7SJ80 находим потребляемую им мощность по токовым цепям.

Sр = 0,1 ВА

2. Переводим потребляемую мощность в Омы

Zр(Ом) = Sр(Вт) / I2перв = 0,1 / 52 = 0,004 Ом

3. Находим сопротивление проводов от ТТ к терминалу защиты. Поскольку терминал устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ принимаем длину проводом 5 м.

rпр = Lпр / γпр · Sпр = 5 / (57 · 2,5) = 0,035 Ом

4. Для схемы соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки “полная звезда” используя формулы таблицы 1 находим фактическую вторичную нагрузку трансформатора тока.

Так как мы достоверно не знаем, какой потребитель получает питание от защищаемого присоединения, рассчитываем на худший случай. Максимальная вторичная нагрузка для схемы соединения ТТ “полная звезда” будет для однофазного КЗ, его и примем в качестве расчетного.

Zн.расч = 2rпр + Zр.ф + Zр.0 + rпер = 2 · 0,035 + 0,004 + 0,004 + 0,1 = 0,178 Ом

5. Определим фактический коэффициент предельной кратности. Для этого сначала переведем номинальную вторичную нагрузку трансформатора тока из ВА в Омы

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 10 / 52 = 0,4 Ом

Определим минимально необходимый коэффициент предельной кратности для максимальной токовой защиты

Кпк.мин ≥ 1,1 · 3150/ 600 = 5,775 Кпк.мин ≥ 20

Следовательно, минимально необходимый коэффициент предельной кратности должен быть больше либо равен 20. Фактический коэффицент предельной кратности при ТТ с Кном= 10 согласно расчету составляет

Кпк.факт = 14,64 < Кпк.мин = 20

Условие не выполняется. Необходимо брать ТТ с большим Кном. Возьмем ближайший больший стандартный Кном= 15 и найдем фактический Кпк.факт

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 15 / 52 = 0,6 Ом

Условие выполняется.

Кпк.факт = 21,97 > Кпк.мин = 20

Проверка на предел измерения

12450/ 600 = 20,75 < 100

Условие выполняется.

Вывод: по условию проверки на 10% погрешность необходимо брать трансформатор тока с Кном = 15.

Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью

При феррорезонансных реакциях (обрыв фазы ЛЭП, прикосновение ветвями, стекание капель росы по проводам, некорректная коммутация) существуют риски поломок трансформаторов напряжения. Частота сбоев составляет 17 и 25 Гц. В этих условиях через первичную обмотку протекает сверхток и она перегорает.

Если используется схема «Звезда-Звезда», в условиях повышения напряжения повышается индукция магнитопровода. Прибор перегорает. Предотвратить этот процесс можно при помощи:

• уменьшения показателей рабочей индукции;
• подключения в сети устройств, демпфирующих сопротивление;
• создания трехфазного устройства с общей магнитной пятистержневой системой;
• эксплуатации аппаратов, подключенный в сеть при размыкании треугольника;
• заземления нейтрали посредством реактора-токоограничителя.

Простейший вариант – использовать специальные обмотки или релейные схемы.

Cпособы проверки ТТ на 10% погрешность

Существует несколько способов проверки ТТ на 10% погрешность:

1. По кривым предельной кратности
2. По паспортным данным ТТ
3. По действительным вольт-амперным характеристикам, снятым у ТТ перед включением электроустановки
4. По типовой кривой намагничивания электротехнической стали, используемой для изготовления ТТ.

Все эти способы описаны в книгах Шабада М.А. Мы же подробно остановимся на способе проверки трансформатора тока по его паспортным данным. Почему именно на нем? Потому что на этапе проектирования электроустановки снять действительные вольт-амперные характеристики трансформатора не представляется возможным, получить от заводов-изготовителей ТТ кривые предельной кратности также бывает достаточно проблематично, не говоря уже о кривой намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник ТТ.

Существует два способа проверки ТТ на 10% погрешность по его паспортным данным:

1. По известным паспортным данным ТТ и его нагрузке определяется фактический коэффициент предельной кратности Кпк.факт и сравнивается с минимально требуемым Кпк.мин
2. Определяется минимально требуемый коэффициент предельной кратности Кпк.мин, а затем с учетом фактической вторичной нагрузки ТТ определяется номинальный Кпк.ном. Затем выбирается трансформатор тока с ближайшим большим стандартным значением коэффициента Кпк.ном

Рассмотрим более подробно первый вариант (определение фактического Кпк.факт и сравнение его с минимально требуемым Кпк.мин).

Определение фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт

Итак, для определения фактического коэффициента предельной кратности Кпк.факт необходимы следующие исходные данные:

а) Паспортные данные ТТ, а именно

• Sном — номинальная вторичная нагрузка трансформатора тока, ВА;
• Zтр — внутреннее сопротивление трансформатора тока, Ом;
• Кпк.ном – номинальный коэффициент предельной кратности;
• Iперв — первичный номинальный ток трансформатора тока, А;
• Iвтор — вторичный номинальный ток трансформатора тока, А.

б) Должна быть известна схема соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки

в) Необходимо знать какие устройства подключены к вторичной обмотке ТТ, а также какими проводами выполнено это соединение.

Теперь необходимо определить значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ. Для этого воспользуемся готовыми формулами, позаимствованными из книги Шабада М.А.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки трансформаторов тока Zн.расч

Понятно, что в формулах Zн.расч – расчетное значение вторичной нагрузки, подключенной к цепям ТТ; rпр – сопротивление проводов соединяющих трансформатор тока и реле защиты; rпер – переходное сопротивление. Принимается равным 0,1 Ом; Zр, Zр.ф, Zр.обр – сопротивление реле.

Так как сейчас в основном используются микропроцессорные реле защиты, потребляемая ими мощность по токовым цепям очень мала. Поэтому в формулах вместо Zр, Zр.ф, Zр.обр подставляем значение потребляемой мощности по токовым цепям микропроцессороного реле (в Омах). Если же в каждой фазе и в нулевом обратном проводе установлено свое отдельное реле, то в формулы необходимо подставлять значение потребляемой мощности каждого этого реле.

Если в информации на реле потребляемая по токовым цепям мощность дается в Вт или ВА, пересчет в Омы производится по формуле

Zр(Ом) = Sр(Вт) / I 2перв

Аналогично выполняется перевод номинальной мощности трансформатора тока из ВА в Омы

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(ВА) / I 2перв

Сопротивление проводов rпр рассчитывается по формуле

rпр = Lпр / (γпр · Sпр) , Ом

где: Lпр – длина проводов от зажимов ТТ к реле, м Sпр – сечение проводов, мм2; γпр – удельное электрическое сопротивление, в зависимости от материала проводов

• γпр = 57 м/Ом · мм2 – для меди
• γпр = 34,5 м/Ом · мм2 – для алюминия

Теперь необходимо определить фактический коэффициент предельной кратности по формуле

Определение напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока

Сопротивление нагрузки трансформатора тока для измерительных приборов и релейной защиты по условию допустимого напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока должно быть таким, чтобы при любом возможном виде короткого замыкания в месте установки трансформаторов тока измерения или защиты и любом возможном первичном токе трансформатора тока напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока установившемся режиме не превышало 1000 В.

Это условие считается выполненным, если при любом виде к.з.

где:

• I1- наибольший возможный первичный ток при к.з.;
• nт – номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока;
• Zн – фактическое сопротивление вторичной нагрузки трансформатора тока с учетом сопротивления принятого провода (жилы кабеля)

Если в результате расчета оказалось, что при Zн напряжение больше 1000 В, то следует перейти на большее сечение соединительных проводов (жил кабеля) до 10 мм2 включительно.

Если при S=10 мм2 напряжение окажется больше 1000 В, то следует перейти на больший коэффициент трансформации и расчет для определения Zн должен быть повторен.

Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

Все трансформаторы тока, используемые для питания аппаратуры РЗА, должны обеспечивать точную работу измерительных органов защиты в конкретных расчетных условиях, для чего полная погрешность трансформаторов тока не должна превышать 10% при I1расч.

В общем случае минимально необходимый коэффициент предельной кратности Кпк.мин определяется по формуле:

Кпк.мин ≥ Ktd · I1расч / Iперв.тт

где: Ktd — переходный размерный коэффициент;

I1расч – ток, при котором должна быть обеспечена работа ТТ с погрешностью меньше 10% для правильного функционирования релейной защиты. Значения I1расч различны для разных видов защиты;

Iперв.тт – номинальный первичный ток ТТ.

Примечание: для микропроцессорных устройств могут быть свои требования к Кпк.мин. Так, для устройств Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности должен быть Кпк.мин ≥ 20.

Таблица – Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин

Вид защиты	К td	I 1расч	Примечание
МТЗ и ТО	Независимая времятоковая х-ка	1,1	I сраб.то — ток срабатывания наивысшей токовой ступени (как правило, токовой отсечки)	К пк.мин ≥ 20 (для Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82) /td>
Зависимая времятоковая х-ка	1,1	I сраб.МТЗ.уст — ток, при котором начинается установившаяся (независимая) часть характеристики
ДЗШ	0,5	I кз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты
ДЗТ	КЗ внутри защищаемой зоны	0,5	I внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны	К пк.мин ≥ 25 (для Siemens типа 7UT82, 7UT85)
КЗ вне защищаемой зоны	2	I внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН)
ДЗЛ (функция 87L дифференциальной защиты линии)	КЗ на защищаемой линии	0,5	I внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии	Для Siemens типа 7SD82
КЗ вне защищаемой линии	1,2	I внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии

где:

• МТЗ и ТО – максимальная токовая защита и токовая отсечка;
• ДЗШ – дифференциальная защита шин;
• ДЗТ – дифференциальная защита трансформатора;
• ДЗЛ – дифференциальная защита линии

Техника безопасности

При проведении измерений специальными приборами должны соблюдаться следующие меры предосторожности:

• К работе допускаются лица, освоившие правила работы с измерительным оборудованием.
• Они должны пройти обязательный инструктаж, касающийся безопасных приемов работы с ТТ.
• При определении полярности вторичной обмотки измеритель присоединяется к ее зажимам до момента подачи импульса в первичную цепь.

Лишь при условии соблюдения указанных правил удается обезопасить себя от потенциальных угроз.

Источник

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

Дано:

Трансформатор тока с параметрами Sном = 10 ВА; Zтр = 0,3 Ом; Кпк.ном = 10; Iперв = 600 А; Iвтор = 5 А.

К трансформатору тока подключен терминал типа 7SJ80 в котором задействована максимальная токова защита и токовая отсечка. Уставка срабатывания токовой отсечки Iсраб.то = 3150 А. Схема соединения трансформаторов тока – полная звезда. Максимальное значение тока КЗ в месте установки защиты IКЗ.макс = 12,45 кА. Терминал релейной защиты устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ и соединяется с трансформаторами тока медными проводами сечением 2,5 мм2.

Проверка

1. По информации на устройство 7SJ80 находим потребляемую им мощность по токовым цепям.

Sр = 0,1 ВА

2. Переводим потребляемую мощность в Омы

Zр(Ом) = Sр(Вт) / I2перв = 0,1 / 52 = 0,004 Ом

3. Находим сопротивление проводов от ТТ к терминалу защиты. Поскольку терминал устанавливается в релейном отсеке шкафа КРУ принимаем длину проводом 5 м.

rпр = Lпр / γпр · Sпр = 5 / (57 · 2,5) = 0,035 Ом

4. Для схемы соединения трансформаторов тока и вторичной нагрузки “полная звезда” используя формулы таблицы 1 находим фактическую вторичную нагрузку трансформатора тока.

Так как мы достоверно не знаем, какой потребитель получает питание от защищаемого присоединения, рассчитываем на худший случай. Максимальная вторичная нагрузка для схемы соединения ТТ “полная звезда” будет для однофазного КЗ, его и примем в качестве расчетного.

Zн.расч = 2rпр + Zр.ф + Zр.0 + rпер = 2 · 0,035 + 0,004 + 0,004 + 0,1 = 0,178 Ом

5. Определим фактический коэффициент предельной кратности. Для этого сначала переведем номинальную вторичную нагрузку трансформатора тока из ВА в Омы

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 10 / 52 = 0,4 Ом

Определим минимально необходимый коэффициент предельной кратности для максимальной токовой защиты

Кпк.мин ≥ 1,1 · 3150/ 600 = 5,775 Кпк.мин ≥ 20

Следовательно, минимально необходимый коэффициент предельной кратности должен быть больше либо равен 20. Фактический коэффицент предельной кратности при ТТ с Кном= 10 согласно расчету составляет

Кпк.факт = 14,64 < Кпк.мин = 20

Условие не выполняется. Необходимо брать ТТ с большим Кном. Возьмем ближайший больший стандартный Кном= 15 и найдем фактический Кпк.факт

Zном.тт(Ом) = Sном.тт(Вт) / I2перв = 15 / 52 = 0,6 Ом

Условие выполняется.

Кпк.факт = 21,97 > Кпк.мин = 20

Проверка на предел измерения

12450/ 600 = 20,75 < 100

Условие выполняется.

Вывод: по условию проверки на 10% погрешность необходимо брать трансформатор тока с Кном = 15.

Как проверить полярность?

Для проверки синфазности включения обмоток ТТ в измерительную цепь могут применяться как простейшие способы с использованием миллиамперметра и батарейки, так и профессиональные методы, основанные на применении специальных измерительных приборов.

С помощью батарейки и миллиамперметра

В ней источником является элемент питания с заявленным напряжением от 2-х до 6 Вольт. Типовая батарейка типа 3R12 на 4,5 Вольта с подпаянными к клеммам проводами вполне сгодится для этого.

Функцию измерителя выполняет миллиамперметр, имеющий пределы от 10-ти до 100 мА.

Обратите внимание: Следует выбрать индикатор с нулем по центру шкалы, что позволит отслеживать изменения любой полярности.

В начале измерений за правильную маркировку силовой обмотки принимается обозначение, указанное на рисунке (Л1 – справа, а Л2 – слева). Подсоединив «+» батарейки к началу Л1, а минус – к ее концу Л2 и замкнув тумблер, обнаружим, что стрелка индикатора на мгновение отклонилась вправо. Это значит, что изменение токов в обеих катушках происходит синфазно и что они включены правильно.

Если же стрелка при измерении отклонилась влево – это означает противоположность процессов. Когда в первичной обмотке ток возрастает, то одновременно во вторичной его значение уменьшается. В данной ситуации контакты И1и И2 следует поменять местами.

С помощью РЕТОМ-21

Выход прибора со звездочкой подключается к началу катушки Л1, а без обозначения – к ее концу Л2.

В меню прибора РЕТОМ-21 выбирается значение параметра первичной обмотки, а ток во вторичной цепи измеряется встроенным модулем РА. При этом на дисплее регистрируются его значение и фазный сдвиг. Если прибор показывает нулевую разницу фаз – катушки включены правильно (синфазно). В противном случае он будет показывать значение, близкое к 180-ти градусам.

С использованием ВАФ

Измерение этим прибором аналогично уже описанному выше способу, согласно которому в первичную обмотку поступает токовый импульс заданной величины. Вместе с тем на дисплее индицируется значение вторичного тока и его фаза по отношению к первичному. При нулевых фазных показаниях следует считать, что катушки включены правильно. В противном случае (разница фаз – 180 градусов) контакты второй обмотки придется поменять местами.