Проверка трансформаторов тока на 10 погрешность примеры

Обновлено: 29.09.2022

Расчетная проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности

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.

  • 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 защитыК
td
I
1расч
Примечание
МТЗ и ТОНезависимая времятоковая х-ка1,1I
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-ка1,1I
сраб.МТЗ.уст — ток, при котором начинается установившаяся (независимая) часть характеристики
ДЗШ0,5I
кз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты
ДЗТКЗ внутри защищаемой зоны0,5I
внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны
К
пк.мин ≥ 25 (для Siemens типа 7UT82, 7UT85)
КЗ вне защищаемой зоны2I
внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН)
ДЗЛ (функция 87L дифференциальной защиты линии)КЗ на защищаемой линии0,5I
внутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии
Для Siemens типа 7SD82
КЗ вне защищаемой линии1,2I
внеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии
  • 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.

Пример проверки ТТ на 10% погрешность

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

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.

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

Кпк.факт = 21,97 > Кпк.мин = 20

Проверка на предел измерения

12450/ 600 = 20,75 < 100

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.

Ретом-21

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.

Программа проверки ТТ на 10%-ю погрешность по паспортным данным ТТ

Программа проверки ТТ на 10%-ю погрешность по паспортным данным ТТ

Представляю вашему вниманию программу проверки трансформаторов тока (ТТ) на 10%-ю погрешность по паспортным данным ТТ для применения с блоками БМРЗ-50 (наличие дешунтирования цепей токового электромагнита отключения) от компании «Механотроника».

Данная программа выполнена в программе Microsoft Excel в виде электронной таблицы.

В программе, проверка ТТ на 10%-ю погрешность выполняется по кривым предельной кратности (далее КПК).

Обращаю Ваше внимание, что данная программа проверяет ТТ на 10%-ю погрешность только для подключенных к терминалу защит по схеме «неполная звезда». Если же у Вас ТТ соединены по схеме «полная звезда» использовать ее – не рекомендуется!

Для того, чтобы проверить ТТ по условию ε ≤ 10 % (ε — полная погрешность) необходимо построить график полного сопротивления нагрузки и КПК в одной прямоугольной системе координат, имеющей логарифмический масштаб.

Для этого в программе нужно ввести требуемые значения в ячейки раздела «исходные данные».

Исходные данные в программе проверки ТТ на 10%-погрешность

После ввода исходных данных, программа автоматически выполнить расчет и если все в порядке, появится следующая надпись «Погрешность ТТ не будет превышать допустимое значение 10%» или «Погрешность ТТ будет превышать допустимое значение 10%».

Результаты расчетов имеют вот такой вид:

Результат расчета в программе проверки ТТ на 10%-погрешность

Что бы понять как правильно использовать данную программу, рассмотрим на примере расчет проверки ТТ на 10%-ю погрешность.

Требуется выполнить проверку трансформаторов тока (ТТ) на 10%-ю погрешность по паспортным данным ТТ.

Исходные данные для проверки ТТ типа ТПЛ-10 с классом точности 10Р по условию ε ≤ 10 % приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Схема соединения обмоток ТТ, класса точно 10Р Номинальный первичный ток ТТ, А Номинальный вторичный ток ТТ, А Коэффициент трансформации ТТ (nт) Номинальное значение кратности тока Кн (принимается из документации на трансформатор тока). Номинальная вторичная нагрузка обмотки, предназначенная для защиты в данном случае 10Р (S2ном), ВА (принимается из документации на трансформатор тока) Длина провода от ТТ до блока микропроцессорного (Lпр), м Удельное сопротивление медного провода (ρ), Ом*мм2/м Сечение провода (Sпр), мм2 (по условиям механической прочности сечение провода для токовых цепей, должно быть не менее 2,5 мм2) Первичный ток срабатывания токовой отсечки (Iс.з.), А Первичный ток срабатывания МТЗ с независимой характеристикой (Iс.з.), А Примечание: В данном примере я буду рассматривать проверку ТТ только для токовой отсечки, для МТЗ расчет аналогичен.

1. Определяем номинальное значение сопротивления нагрузки ТТ:

1. Определяем номинальное значение сопротивления нагрузки ТТ:

2. Рассчитаем полное сопротивление нагрузки

2.1 При расчете полного сопротивления следует учитывать схему соединения ТТ и вторичной нагрузки ТТ.

2.2 Как я уже говорил ранее в статье, ТТ подключаются к блоку по схеме «неполная звезда». Расчет полного сопротивления нагрузки ТТ, подключенных по схеме «неполная звезда», ведется по формулам, представленным в таблице 2 [Л1, с.97 и Л2, с.51]. Из полученных значений выбирается наибольшее значение (zн.факт.расч).

Таблица 2 — Формулы для определения нагрузки трансформаторов тока для ТТ подключаемых к блоку по схеме «неполная звезда»

Таблица 2 - Формулы для определения нагрузки трансформаторов тока для ТТ подключаемых к блоку по схеме "неполная звезда"

Рисунок 5 - График зависимости сопротивления аналоговых входов тока от кратности тока при номинальном вторичном токе ТТ 5А.

3. Определяем первичный расчетный ток, исходя из тока срабатывания ТО и МТЗ. Для токовой отсечки и максимальной токовой защиты с независимой характеристикой расчетный ток вычислить по формуле:

3. Определяем первичный расчетный ток, исходя из тока срабатывания ТО и МТЗ.

  • 1,1 – коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность ТТ при срабатывании защиты;
  • Iс.з. = 2000 А – ток срабатывания защиты;

4. Определяем значение предельной кратности:

4. Определяем значение предельной кратности

где: I1ном. = 200 А – номинальный первичный ток ТТ;

5. Определяем сопротивление аналогового входа тока zвх. по графику зависимости сопротивления аналоговых входов от кратности тока при номинальном вторичном токе ТТ 5 А (см.рисунок 5), zвх. = 0,04 Ом.

Для точной работы защиты (ε ≤ 10 %) необходимо одновременное выполнение следующих условий:

  • сопротивление нагрузки (zн) при предельной кратности не превосходит допустимое сопротивление нагрузки (zн.доп) при предельной кратности;
  • график полного сопротивления нагрузки должен не пересекать КПК при кратности меньше предельной.

5. Построим график полного сопротивления нагрузки в диапазоне от кратности К = 0,3 до значения предельной кратности К = 11 по формуле Н3 [Л1, с.98]:


  • Кн = 10 – номинальное значение кратности тока (принимается из паспорта ТТ);
  • z2 = 0,22 Ом – полное сопротивление вторичной обмотки ТТ постоянному току (принимается из паспорта на ТТ, данное значение я взял из паспорта на ТПЛ-10 изготовленного в 1983 году);

Технические характеристики ТТ типа ТПЛ-10

  • zн = 0,6 Ом – номинальное сопротивление нагрузки;
  • К – кратность тока.

К сожалению большинство производителей ТТ уже не указывает значение z2. Исходя из этого, выполнить условие проверки, когда график полного сопротивления нагрузки не должен пересекать КПК при кратности меньше предельной – НЕ ВОЗМОЖНО!

Но как показывает практика, данное условие практически всегда выполняется и достаточно выполнить условие по сопротивлению нагрузки.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3

Таблица 3 – Допустимое сопротивление нагрузки

K0,30,61361011
Zн.доп.,Ом 27,1113,447,982,511,150,60,53

6. Выполним расчет для построения графика полного сопротивления нагрузки ТТ.

6.1 Определяем сопротивление провода от ТТ до блока релейной защиты:

6.1 Определяем сопротивление провода от ТТ до блока релейной защиты:

6.2 Определяем наибольшее полное сопротивление. Для данного примера наибольшее полное сопротивление будет при двухфазном коротком замыкании.

Чтобы построить график полного сопротивления нагрузки ТТ определяем несколько значений zвх (см. рисунок 5) исходя из кратности тока К в диапазоне от 0,34 — 11. Результаты расчетов заносим в таблицу 4.


Результаты расчетов

На рисунке приведен график полного сопротивления нагрузки и КПК ТТ

График полного сопротивления нагрузки и КПК ТТ

Поскольку сопротивление нагрузки не превосходит допустимое сопротивление нагрузки (zн.доп > zн) и график полного сопротивления нагрузки не пересекает КПК при кратности меньше предельной, то можно считать, что погрешность ТТ не будет превышать допустимое значение 10 %.

Трансформатор тока выбран – правильно!

1. ДИВГ.648228.041 РЭ – Руководство по эксплуатации. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ.
2. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М.А.Шабад. 2003 г.

Проверка трансформатора тока на 10%-ную погрешность

Выполним проверку для трансформатора тока типа ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,5S/0,5/10P-5/10/15-200/5У2 на 10%-ную погрешность по одному из вариантов проверки, представленную в книге М.А. Шабад, а именно по условию когда: fмакс ≤ fдоп при максимальном значении тока КЗ I1к.макс.

Если же Вы по каким то причинам, данный вариант проверки не подходит, можете проверить ТТ по одному из условий:

  • вольт-амперной характеристике U2=f(Iнам.);
  • по паспортным данным ТТ (kн, Zн);
  • по типовой кривой намагничивания (КН) Вмакс=f(H);
  • по кривым предельной кратности (КПК).

Более подробно каждый из вариант с примерами, рассмотрен в [Л1, с 46].

Согласно ПУЭ раздел 3.2.29, чтобы обеспечивалась правильная работа релейной защиты, погрешность трансформаторов тока не должна превышать 10% в случаях, когда возникают короткие замыкания.

Расчет произведем по методике представленной в [Л1, с 46].

1. Определяем максимальную кратность тока КЗ по выражению:

Максимальная кратность тока КЗ

  • I1к.макс. – максимальное значение тока короткого замыкания на шинах 6 кВ, в нашем случае составляет 8270 А;
  • I1ном. – номинальный первичный ток трансформатора тока, равен 200 А.

2. Определяем максимальное значение коэффициента Амакс:

Максимальное значение коэффициента Амакс

где:
k10доп. = 50 – допустимая кратность тока КЗ, соответствующая ε=10% при потребляемой мощности терминала Сириус-21-Л-И1 равной 0,5ВА (согласно тех.информации на Сириус), определяем графически по соответствующей кривой предельной кратности (Рис.1) согласно технической информации на трансформатор тока ТОЛ-СЭЩ-10.

Рис.1 – Кривые предельной кратности вторичных обмоток

Рис.1 – Кривые предельной кратности вторичных обмоток ТТ

3. Определяем fмакс по зависимости А=ψ(f),[Л1, с 54] которая приведена на рис. 2.

Рис.2 – Зависимость А=ψ(f)

Как видно из графика зависимости А=ψ(f), fмакс = 10% < fдоп = 50% (для терминала Сириус-21-Л-И1 fдоп = 50%), соответственно погрешность выбранного трансформатора тока не превышать 10%-ную погрешность в случаях возникновения коротких замыканий (КЗ).

Трансформатор тока типа ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,5S/0,5/10P-5/10/15-200/5У2 выбран правильно.

Если же у Вас так получилось, что fмакс > fдоп, то следует применить такие мероприятия для уменьшения fмакс:

  • заменить реле защиты на другое реле с меньшой потребляемой мощностью;
  • увеличить первичный номинальный ток ТТ;
  • последовательно включить две вторичные обмотки ТТ.

Еще одним из вариантов проверки трансформатора тока на 10%-ную погрешность по паспортным данным ТТ, можно ознакомиться в статье: «Выбор трансформаторов тока на напряжение 6(10) кВ».

Литература:
1. «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей» М.А.Шабад. 2003 г.

Расчетная проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности


Устройство трансформатора тока

Содержание

Одним из требований при выборе трансформаторов тока (ТТ) является их расчетная проверка на 10% погрешность. Что это значит и для чего это нужно? Это значит, что в аварийном режиме, когда ток в первичной обмотке трансформатора тока достигнет некоторого расчетного значения, погрешность ТТ не должна превышать 10%.

В противном случае ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет отличаться более чем на 10% от первичного (с учетом коэффициента трансформации), что может привести к несрабатыванию защиты.

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

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

Аналогично выполняется перевод номинальной мощности трансформатора тока из ВА в Омы

Сопротивление проводов rпр рассчитывается по формуле

где: Lпр – длина проводов от зажимов ТТ к реле, м
Sпр – сечение проводов, мм 2 ;
γпр – удельное электрическое сопротивление, в зависимости от материала проводов

  • γпр = 57 м/Ом · мм 2 – для меди
  • γпр = 34,5 м/Ом · мм 2 – для алюминия

Теперь необходимо определить фактический коэффициент предельной кратности по формуле

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:

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

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

Проверка на предел измерения

При проверке токовых цепей для любой защиты должно выполняться условие

где: IКЗ.макс – максимальный ток КЗ в месте установки трансформаторов тока.

Пример проверки ТТ на 10% погрешность

Рассмотрим пример проверки трансформатора тока на 10% погрешность.

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 мм 2 .

Проверка

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

2. Переводим потребляемую мощность в Омы

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

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.

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

Определим минимально необходимый коэффициент предельной кратности для максимальной токовой защиты

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

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

Проверка на предел измерения

12450 / 600 = 20,75 < 100

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

Онлайн проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности

Результат расчетной проверки трансформаторов тока

  1. Руководства по эксплуатации терминалов релейной защиты Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82, 7SS85, 7UT82-85, 7SD82.
  2. Шабад. М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография. СПб.:ПЭИПК, 2003.

Автор статьи, инженер-проектировщик систем релейной защиты станций и подстанций

15-6. Проверка трансформаторов тока

При новом включении производится осмотр трансформаторов тока и их цепей, проверяются сопротивление постоянному току и электрическая прочность изоляции вторичных обмоток, определяются однополярные зажимы, проверяются характеристики намагничивания (вольтамперная характеристика ВАХ), коэффициенты трансформации. При плановых проверках производятся осмотр трансформаторов тока, проверка сопротивления обмоток, сопротивления изоляции и снятие характеристик намагничивания. Если при проверке вынимаются встроенные трансформаторы тока, необходимо дополнительно проверить полярность обмоток и коэффициенты трансформации на разных отпайках.

б) Определение полярности выводов

Полярность выводов обмоток трансформаторов тока проверяется с помощью магнитоэлектрического прибора с обозначенной полярностью обмотки и нулем в середине шкалы по схеме, приведенной на рис. 15-8.


Источник постоянного тока, в качестве которого используется электрическая батарейка Б или аккумулятор напряжением 4—6 В, подключается последовательно с добавочным сопротивлением Rд к первичной обмотке трансформатора тока. При этом положительный полюс батарейки подключают к «началу», а отрицательный к «концу» первичной обмотки. Замыкая и размыкая ключом К цепь первичной обмотки трансформатора тока, наблюдают за отклонением стрелки магнитоэлектрического прибора, подключенного к вторичной обмотке. Если при замыкании первичной цепи стрелка прибора будет отклоняться вправо, а при размыкании влево, значит, выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, к которым подключен плюс батареи и плюс прибора, являются однополярными. Для увеличения отклонения стрелки прибора, используемого в схеме проверки, можно изменять величину добавочного сопротивления, а также напряжение батарейки.

в) Снятие характеристики намагничивания

Волтамперная характеристика намагничивания ВАХ, представляющая зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока от тока намагничивания, является основной характеристикой, по которой можно определить исправность трансформатора тока, а также возможность его применения в различных схемах релейной защиты.

Для снятия характеристики намагничивания при разомкнутой первичной обмотке на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока подается переменное напряжение через регулировочный автотрансформатор AT (рис. 15-9).


Увеличивая напряжение, подаваемое на вторичную обмотку, фиксируют несколько значений напряжения и тока. При новом включении таким образом снимают 10—12 точек, по которым строят характеристику намагничивания (рис. 15-10). При плановых проверках трансформаторов тока снимаются три-четыре точки и проверяется совпадение с характеристикой, снятой ранее.

Желательно снимать характеристику намагничивания до насыщения, т. е. до таких значений, когда наступает насыщение трансформатора тока и характеристика намагничивания загибается. Измерение тока и напряжения при снятии характеристики намагничивания следует производить приборами электромагнитной или электродинамической системы, реагирующими на действующие значения измеряемых величин. Перед проверкой характеристики намагничивания и после нее производится размагничивание сердечника путем дпух-трех плавных подъемов и снижений напряжения до нуля.

При наличии короткозамкнутых витков во вторичной обмотке трансформатора тока его характеристика намагничивания снижается, как показано на рис. 15-10, что может быть обнаружено при сравнении полученной характеристики с характеристикой, снятой ранее, или с характеристиками однотипных трансформаторов тока. Наиболее наглядно различие характеристик при наличии коротко-замкнутых витков проявляется в их начальной части при токах намагничивания 0,1 — 1 А.


Для некоторых типов трансформаторов тока, насыщение которых происходит при больших значениях напряжения (например, 400—600 В), необходима специальная испытательная схема, позволяющая снимать характеристику до начала насыщения. Такая схема, которая используется для снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока с вторичным номинальным током 1 А, показана на рис. 15-11.


В этой схеме для повышения напряжения, подаваемого на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока, используется специальный трансформатор Т на напряжение 220/2 000 В. При этом не следует подавать на вторичную обмотку слишком больших напряжений, поскольку это опасно для междувитковой изоляции. Поэтому рекомендуется подавать на вторичную обмотку одноамперных трансформаторов тока такое напряжение, чтобы на один виток вторичной обмотки приходилось не более 1—1,2 В.

Характеристика намагничивания может сниматься и при подаче тока в первичную обмотку, как показано на рис. 15-12. Ток в первичную обмотку трансформатора тока подается при этом через промежуточный трансформатор Т 220/12 В, мощностью 500—600 В-А, величина его регулируется автотрансформатором AT. Напряжение на ветви намагничивания измеряется с помощью вольтметра V, подключенного к зажимам вторичной обмотки. Вольтметр должен иметь высокое внутреннее сопротивление 1,5— 2 кОм/В и пределы измерения 10—2 000 В. Снятие характеристики намагничивания при подаче тока в первичную обмотку трансформатора тока особенно удобно при проверке одноамперных трансформаторов тока, когда отсутствует специальное устройство для пвдачи достаточно большого напряжения на зажимы вторичной обмотки.


В установках напряжением 500 кВ и выше применяются каскадные трансформаторы тока, схема которых показана на рис. 15-13. Особенность проверки таких трансформаторов тока состоит в том, что отдельно должна проверяться каждая ступень каскада. Затем после соединения обеих ступеней проверяется характеристика намагничивания каждой обмотки трансформатора тока в полной схеме.

У встроенных трансформаторов тока характеристику намагничивания следует снимать дважды: до закладки трансформатора тока во втулку для проверки его исправности и после установки втулки вместе с трансформатором тока на место. При этом характеристику намагничивания можно снимать только на одной из отпаек. Характеристика намагничивания для других отпаек встроенного трансформатора тока определится пересчетом по следующим формулам:


где U, Iнам, — напряжение, ток намагничивания и число витков- обмотки для ответвления, на котором снималась характеристика намагничивания; — напряжение, ток намагничивания и число витков обмотки для ответвления, на которое производится пересчет характеристики.

г) Проверка коэффициента трансформации

Коэффициент трансформации трансформатора тока проверяется по схеме, показанной на рис. 15-14. В первичную обмотку от нагрузочного трансформатора НТ подается ток не меньше 20% номинального. Коэффициент трансформации трансформатора тока определяется как отношение первичного тока I1 ко вторичному I2 и сравнивается с его номинальным значением.


У встроенных трансформаторов тока необходимо проверить коэффициенты трансформации для всех ответвлений и правильность маркировки ответвлений. Проверка правильности маркировки ответвлений может быть выполнена при определе- нии коэффициентов трансформации или другим более простым способом.


Для этого на два любых ответвления вторичной обмотки подается через автотрансформатор переменное напряжение (рис. 15-15). Измеряя напряжения между каждой парой ответвлений, по максимальной величине напряжения определяют выводы, соответствующие максимальному коэффициенту трансформации А и Д. После того как эти выводы найдены, на них подается напряжение от автотрансформатора AT. Затем проверяют распределение напряжения по обмотке трансформатора тока, измеряя напряжение между одним из выводов, например А, и всеми другими ответвлениями. Наименьшее напряжение соответствует ответвлению с наименьшим коэффициентом трансформации. Аналогично находят и другие ответвления, сопоставляя результаты измерений с заводской схемой распределения витков между ответвлениями; В качестве примера в табл. 15-1 приведены напряжения, измеренные на разных ответвлениях при подаче на зажимы А — Д напряжения 120 В, равного числу витков всей обмотки. Следует иметь в виду, что по этим замерам можно определить «начало» — А и «конец» — Д обмотки трансформатора тока. По данным, приведенным в табл. 15-1 и на рис. 15-16, видно, что напряжение, а следовательно, и число витков между зажимами А — Б меньше, чем между зажимами Г — Д, что обеспечивает компенсацию влияния намагничивающего тока на коэффициент трансформации трансформатора тока.


д) Проверка трансформаторов тока нулевой последовательности, имеющих подмагничивание

Кроме рассмотренных выше проверок, общих для трансформаторов тока всех типов, при новом включении и при плановых проверках ТНП с подмагничиванием производятся следующие испытания: измеряется на переменном токе сопротивление всех обмоток (вторичных и подмагничи-вания), регулируется число витков обмотки подмагничивания для уменьшения тока небаланса, проверяется чувствительность защиты при наличии и отсутствии подмагни-чивания, а также отсутствие вибрации токовых реле при больших токах, для ТНП кабельного типа проверяется изоляция концевых воронок и брони кабеля.

Сопротивление z каждой обмотки определяется по методу амперметра — вольтметра при подаче переменного напряжения на ее зажимы. В случае виткового замыкания; в обмотке ее сопротивление переменному току резко снижается, что позволяет при плановых проверках обнаружить неисправность.

Для уменьшения тока небаланса от подмагничивания производится регулировка обмотки подмагничивания. Для этого при нормальном напряжении подмагничивания изменяют число витков одной из полусекций обмотки так, чтобы ток небаланса, измеряемый миллиамперметром, подключенным к зажимам вторичной обмотки ТНП, имел минимальное значение.


Одновременно с испытанием ТНП производится проверка чувствительности реле защиты, подключенных к его вторичной обмотке. Проверка производится по схеме, показанной на рис. 15-17, для двух режимов: при наличии и при отсутствии подмагничивания. В этой схеме первичный ток проходит по проводу, пропущенному через окно ТНП. Ток срабатывания

чувствительного токового реле, подключенного к ТНП, измеренный при отсутствии напряжения подмагничивания, в несколько раз превышает ток срабатывания при его наличии. Одновременно при проверке чувствительности токовых реле защиты следует убедиться в отсутствии вибрации при прохождении через ТНП максимально возможного первичного тока нулевой последовательности.

Для проверки надежности изоляции воронок кабеля и брони каждого кабеля на участке между выводами генератора и ТНП источник переменного тока включается в рассечку заземляющего провода. При пропускании по цепи заземления тока 10—20 А напряжение небаланса на выходе ТНП не должно превышать 4—5 мВ.


13 Июнь, 2009 49046 ]]> Печать ]]>

Читайте также: