Трансформаторы тока нулевой последовательности типы

Обновлено: 24.05.2024

Коэффициент трансформации трансформатора тока нулевой последовательности

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).
Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.



Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Виды трансформаторов тока

Данные электротехнические устройства классифицируются по нескольким характеристикам. В зависимости от назначения токовые трансформаторы могут быть:

  • защитными – снижающими параметры тока для предотвращения выхода из строя потребляющих устройств;
  • измерительными – через которые подключаются средства измерения, в том числе электросчётчики;
  • промежуточными – устанавливаемыми в системы релейной защиты;
  • лабораторными – используемыми для исследовательских целей, обладающими низкой погрешностью измерения, нередко – с несколькими коэффициентами трансформации.

Также читайте: Импульсный трансформатор
Учитывая характер условий эксплуатации, различают трансформаторы:

    для наружной установки – защищённые от воздействия атмосферных факторов, которые можно использовать на открытом воздухе;

Три трансформатора тока для 3-х фаз(А, B? C)


Три трансформатора тока для 3-х фаз(А, B? C)

ТТ для установки внутри помещений


ТТ для установки внутри помещений

встроенный-та


Встроенные ТТ

В зависимости от исполнения первичных обмоток различают устройства:

  • одновиткового исполнения;
  • многовитковые;
  • шинные.

исполнение первичных обмоток

С учётом способа установки их подразделяют на следующие типы:

опорный и проходной та

По числу ступеней изменения тока выделяют трансформаторы:

  • одноступенчатого,
  • двухступенчатого (каскадного) типа.

Устройства, в зависимости от величины напряжения, на которое они рассчитаны делят на предназначенные для работы в условиях более и менее 1000 В.

Для изготовления сердечника применяется специальная трансформаторная сталь. Изоляция выполняется сухой (бакелитовой, фарфоровой), обычной или бумажно-масляной.

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.


Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность направлена в линию. В других случаях, при «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Содержание Предыдущий § Следующий

Предварительные замечания.

На практике встречаются случаи, когда мощные однофазные потребители нарушают симметричную нагрузку фаз синхронных генераторов (тяговые подстанции железных дорог, электрифицируемых на переменном токе, и т. д.). Еще более часто, хотя и кратковременно, несимметричная нагрузка фаз генераторов возникает при несимметричных коротких замыканиях
в
электрических сетях: при однофазном коротком замыкании — между линейным и нулевым проводами, при двухфазном коротком

замыкании — между дв^мя линейными проводами и при двухфазном коротком замыкании на нейтраль — между двумя линейными и нулевым проводами. Роль нулевого провода в сетях высокого налряже-ния играет земля, так как нулевые точки в таких сетях обычно заземляются.

Хотя несимметричные короткие замыкания существуют кратковременно, так как поврежденные участки сетей отключаются релейной защитой, они оказывают сильное влияние на работу генераторов и сети в целом. При внезапных несимметричных коротких замыканиях возникают также переходные процессы, однако ниже для выявления главных особенностей явлений рассматриваются прежде всего установившиеся несимметричные режимы работы.

Общим методом исследования несимметричных режимов является метод симметричных составляющих, при котором несимметричная система токов раскладывается на симметричные составляющие и действие последних учитывается по отдельности. В данном параграфе рассмотрим действие токов равных последовательностей в трехфазной синхронной машине.

Токи и сопротивления прямой последовательности.

При симметричной нагрузке синхронного генератора существуют только токи прямой последовательности. Поэтому изложенное в гл. 32 и 33 относится к работе синхронных машин с токами прямой последовательности и введенные там синхронные сопротивления
xd
и
xq
являются сопротивлениями синхронной машины для токов прямой последовательности.

Наиболее существенной особенностью нормального режима работы синхронной машины с токами прямой последовательности является то, что ротор машины вращается синхронно с полем токов прямой последовательности или полем реакции якоря и поэтому это поле не индуктирует в цепях индуктора никаких токов. По этой причине сопротивления xd

Пользуясь терминологией теории асинхронных мащин, можно сказать, что скольжение s ротора синхронной машины относительно магнитного поля токов прямой последовательности статора (якоря) равно нулю. Поэтому сопротивления ха

и
xq
идентичны с индуктивным сопротивлением асинхронной машины при идеальном холостом ходе (s =
sx =
0).

Составляющими этого сопротивления являются индуктивное сопротивление рассеяния хаа

и индуктивное сопротивление от основной гармоники поля в воздушном зазоре (для синхронной машины

Токи и сопротивления обратной последовательности.

Представим себе,
что
обмотка якоря (статор)
синхронной машины питается напряжением обратной последовательности U2.
Возникающие при этом токи обратной последовательности создают магнитное поле обратной последовательности, которое вращается по отношению к статору с синхронной скоростью в обратном направлении, а по отношению к ротору, вращающемуся с синхронной скоростью в прямом направлении, — с удвоенной синхронной скоростью. Поэтому относительно этого поля скольжение ротора s2

= 2 и в обмотках возбуждения, успокоительной и в массивных частях ротора индуктируются вторичные токи двойной частоты, которые вызывают соответствующие потери и нагрев ротора.

Ввиду сказанного для рассматриваемого случая действительно все изложенное в § 36-1 при s = 2.

Схемами замещения для токов обратной последовательности являются схемы рис. 36-2 при s = 2. Обозначим сопротивления этих схем при s =

2 буквами Zd2 и Zg2.

При этом высшие гармоники тока и напряжения отсутствуют.

Вследствие экранирующего влияния вторичных токов сопротивление *2 значительно меньше ха

и
xq
(см. табл. 32-1). Сопротивления 22, х2и
h
можно определить по измеренным значениям
U2,
/2 и потребляемой активной мощности
Р2,
если приключить синхронную

машину к источнику с

симметричной системой напряжений и вращать ротор против поля
с
синхронной скоростью. Во избежание перегрева ротора необходимо, чтобы /2 = (0,2 -г- 0,25) /н. Если машина не имеет успокоительных обмоток и контуров, то для получения более правильных результатов надо из осциллограмм выделить основные гармоники тока и напряжения.

Токи и сопротивления нулевой последовательности.

Токи нулевой последовательности обмотки статора /0 создают в воздушном зазоре только пульсирующие поля гармоник v = = 3, 9, 15…, а основная гармоника поля будет отсутствовать (см. § 22-2). Эти гармоники поля индуктируют в обмотках возбуждения и успокоительной токи, величины которых относительно невелики.

Сопротивление нулевой последовательности

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности х0

ввиду отсутствия поля основной гармоники относительно невелико (см. табл. 32-1) и определяется полями пазового и лобового рассеяния обмотки статора и указанными выше гармониками поля в зазоре. Активное сопротивление нулевой последовательности
г0
в результате потерь, вызываемых гармониками поля в роторе, несколько больше активного сопротивления обмотки статора
га,
но разность
г0

га
невелика и г0
!=& га.
Вращающий момент, создаваемый токами /0, практически равен нулю.

Сопротивления г0, х0

Обмотка статора синхронных генераторов обычно включается в звезду, причем нулевая точка в малых машинах изолирована, а в крупных машинах с целью выполнения релейной защиты от замыканий на землю заземляется через большое сопротивление. Поэтому токи нулевой последовательности либо отсутствуют, либо весьма невелики.

В силу этого при несимметричной нагрузке синхронных генераторов, кроме токоп прямой последовательности, практически существуют только токи обратной последовательности.

I Последние вызывают в машине ряд нежелательных явлений и делают режим работы машины тяжелым.

Потери энергии и нагрев ротора.

Токи двойной частоты, индуктируемые в роторе магнитным полем статора обратной последовательности, вызывают в роторе излишние потери и его нагрев, а также уменьшение к. п. д. машины.

Токи, индуктируемые -обратным полем в успокоительных обмотках явнополюсных машин и в массивном роторе турбогенераторов, могут быть весьма значительными, а активные сопротивления этим токам под влиянием поверхностного эффекта будут большими.

Поэтому при значительной несимметрии нагрузки возникает чрезмерный и опасный нагрев успокоительных обмоток и массивных роторов.

Высокая температура тела ротора турбогенератора вызывает опасные деформации ротора и вероятность повреждения изоляции обмотки возбуждения. Нагрев успокоительной обмотки явнополюс-ной машины мало влияет на температуру обмотки возбуждения ввиду удаленности этих обмоток друг от друга и лучших условий охлаждения обмотки возбуждения явнополюсных машин.

Токи, индуктируемые обратным полем в обмотке возбуждения, меньше из-за большего сопротивления рассеяния этой обмотки. Поэтому в явнополюсных машинах дополнительный нагрев обмотки возбуждения при несимметричной нагрузке невелик.

В результате взаимодействия потока возбуждения и потока обратной последовательности статора, а также поля прямой последовательности статора и поля токов двойной частоты ротора при несимметричной нагрузке на ротор и статор действуют знакопеременные вращающие моменты и тангенциальные силы, пульсирующие с частотой 2/х.

Кроме того, вследствие этих же причин возникают пульсирующие радиальные силы притяжения и отталкивания между полюсами полей статора и ротора, стремящиеся деформировать статор и ротор. Эти силы вызывают вибрацию частей машины, шум и ослабление запрессовки сердечника статора. Пульсирующие силы двойной частоты ввиду усталостных явлений могут также вредно отразиться на прочности сварных соединений, в особенности при наличии дефектов сварки. Все указанные факторы, естественно, тем сильнее, чем больше несимметрия нагрузки.

Искажение симметрии напряжений.

Токи обратной последовательности вызывают в фазах обмотки статора падения напряжения

Z2/2, векторы которых ориентированы относительно напряжений прямой последовательности в разных фазах по-разному.

В результате этого симметрия напряжений генератора искажается и напряжения более загруженных фаз будут меньше. Это ухудшает условия работы приемников, в особенности асинхронных и синхронных двигателей.

В машинах с успокоительными обмотками и массивными роторами или полюсами Z2 меньше, вследствие чего и искажение симметрии напряжений у них меньше. Физически это объясняется тем, что в таких машинах поток обратной последовательности статора в значительной степени заглушается токами, индуктируемыми в роторе, и поэтому этот поток индуктирует в фазах обмотки статора меньшие э. д. с.

Высшие гармоники тока могут вызвать опасные резонансные явления, если в цепях обмоток статора имеются емкости (например, емкость длинных линий передачи и пр.).

В результате резонанса напряжений на зажимах обмотки статора возникают напряжения повышенных частот, которые могут превысить номинальные напряжения во много раз и повредить изоляцию машины. Это является одной из причин того, что мощные гидрогенераторы, работающие на длинные линии передачи, обычно снабжаются успокоительными обмотками. При наличии успокоительных обмоток Zrfam

x»q,
вследствие чего в этом случае токи остаются синусоидальными и опасность указанных перенапряжений исчезает.

Допустимая несимметрия нагрузки ограничивается прежде всего необходимостью предотвращения опасного нагрева ротора, а также вибрации машины.

Согласно ГОСТ 183—66, допускается длительная работа турбо-и гидрогенераторов с

несимметричной нагрузкой, если токи фаз не превышают номинальных значений и разность токов в фазах не превышает 10% номинального тока фазы.

Основные уравнения. Рассмотрим установившиеся несимметричные короткие замыкания на зажимах генератора с соединением обмоток в звезду в предположении, что они происходят при работе на холостом ходу, и определим величины токов коротких замыканий. Для этого составим прежде всего уравнения, связывающие между собой токи (/], /2, /0), * сопротивления (Z\,

Ток возбуждения индуктирует только э. д. с. прямой последовательности 1Ei

=
Е,
и поэтому £2 =
Еа
= 0. Так как цепи фаз вплоть до места короткого замыкания симметричны, то уравнения напряжений для разных последовательностей независимы друг от друга и для фазы
а
имеют вид

Кром« того, существуют следующие зависимости между токами и напряжениями фаз и их симметричными составляющими:

бенностей каждого вида короткого замыкания, необходимо составить три дополнительных уравнения.

Если подставить эти значения Ult (]г, йа

и
аЁ
минус падения напряжения от токов разных последовательностей в сопротивлениях соответствующих последовательностей.

Однофазные короткие замыкания.

и напр-яжений (б) при двухфазном коротком замыкании на нейтраль

Комплексные схемы замещения. Полученные результаты позволяют составить для различных видов коротких замыканий весьма простые комплексные схемы замещения, которые включают в себя сопротивления различных последовательностей и определяют соотношения между токами и напряжениями различных последовательностей.

так и в других случаях напряжение Ui

двухфазного (б), двухфазного на нейтраль
(в)
и трехфазного (г) короткого замыкания синхронного генератора

Установив вид комплексных схем замещения, можно не решать уравнения, как это было сделано выше, а выписать выражения _ для 1и h> h

Сравнение различных видов коротких замыканий.

основной частоты, при несимметричном роторе (отсутствие успокоительных обмоток и контуров) возникают также высшие гармоники токов.

Определение сопротивлений обратной последовательности. Данные опыта двухфазного короткого замыкания используются для определения г2, х2 и г2.

Внезапные несимметричные короткие замыкания.

и Zo соответственно
jxd
(или
jx’d),jx2
и
]х0
и умножить результаты на
Yi,
а амплитуды установившихся значений периодических токов вычисляются так же, но вместо
]x»d
(или
jxjfi
надо подставить /%• Разность начальных и конечных значений периодических токов затухает с постоянными времени
T’d, Та,
как и при трехфазном коротком замыкании, но при несимметричных коротких замыканиях эти постоянные имеют другие значения. Начальные значения апериодических токов якоря равны по величине и обратны по знаку периодическим токам и также затухают с соответствующими постоянными времени.

Более подробно внезапные несимметричные короткие замыкания рассматриваются в специальных руководствах [68, 69, 72, 73, 75, 76, 79J.

Содержание Предыдущий § Следующий

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Особенности конструкции и принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на использовании закона электромагнитной индукции.

Прибор состоит из следующих элементов:

  • первичной и вторичной обмоток;
  • замкнутого сердечника (магнитопровода).

Принцип работы трансформатора


Принцип работы трансформатора
Обмотки накручены вокруг сердечника, изолированно от него и друг от друга. Иногда первичная обмотка может заменяться медной или алюминиевой шиной. Трансформация величины электрического тока происходит за счёт разницы количества витков первичной и вторичной обмоток. В большинстве случаев устройство предназначено для снижения показателя тока, поэтому вторичная обмотка выполняется с меньшим количеством витков, нежели первичная.

Электроток подаётся на первичную обмотку при последовательном подключении. В результате на катушке формируется магнитный поток и наводится электродвижущая сила, вызывающая возникновение тока на выходной катушке.

К выходной обмотке подключают потребляющий прибор, в зависимости от целей, для которых используется устройство.

Некоторые устройства выполняются с несколькими выходными катушками, что позволяет путём переключения изменять величину трансформации электрического тока. В целях безопасности, для обеспечения защиты при пробое изоляции, выходной контур заземляется.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Назначение дополнительных обмоток ТН

Особенностью напряжения нулевой последовательности (3Uo) является тот факт, что оно не появляется в результате междуфазных замыканий, а является только следствием КЗ на землю. Причем, не важно, где происходит замыкание: в электроустановке с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Фильтром для выделения этой величины являются специальные обмотки трансформаторов напряжения (ТН).

Этот процесс происходит по-разному в зависимости от конструкции трансформаторов. Если используются три одинаковых ТН, у каждого из них имеется специальная обмотка, выводы которой обозначены буквами «Ад» и «Хд». Эти обмотки соединяются между собой последовательно, с обязательным соблюдением направления. Провод от вывода «Хд» фазы «А» идет на вывод «Ад» фазы «В» и так далее. Такая схема включения называется разомкнутым треугольником.


В итоге на оставшихся разомкнутыми выводах «Ад» первой фазы и «Хд» последней в любого случае повреждения в сети, связанного с замыканием на землю, появится 3Uo. Можно его измерить, а также использовать для работы сигнализации, подключив к обмотке реле напряжения. Можно использовать и для работы защит, но об этом – немного позднее.

В трансформаторах напряжения, объединяющих обмотки трех фаз в одном корпусе, не требуется выполнять внешние соединения для фильтра 3Uo. Все уже выполнено заранее, внутри корпуса трансформатора.

Если в предыдущем случае выделение 3Uo происходит путем последовательного сложения векторов напряжений за счет коммутации проводников, то внутри трехфазного ТН это происходит за счет сложения магнитных потоков в сердечнике. Поэтому, в зависимости от его формы, внутренняя схема соединений обмоток Ад-Хд может отличаться.


Но сути это не меняет: в итоге на корпусе рядом с выводами основных обмоток, использующихся для учета, измерения и защиты, появляется выводы от объединенной дополнительной обмотки 3Uo. Обозначается она точно так же, как и на однофазных ТН.

Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности

Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности

Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности

Введение

Трансформаторы и фильтры напряжения нулевой последовательности (ТННП, ФННП) и тока той же последовательности (ТТНП, ФТНП) широко применяются в трехфазных электроэнергетических системах и автономных установках для контроля ненормальных режимов, возникающих при однофазных и других несимметричных замыканиях на землю. Как известно, замыкания на эемлю одной фазы являются наиболее распространенным на практике видом повреждения. Большинство междуфазных коротних замыканий также начинается с однофазного замыкания на землю. При всех режимах, связанных с замыканиями на землю, в электрических установках и сетях возникают напряжения и токи нулевой последовательности. Поэтому среди различных видов релейной защиты и автоматики большое значение имеют устройства защиты от замыканий на землю, к основным элементам которых относятся трансформаторы и фильтры напряжений и токов нулевой последовательности. Такие трансформаторы и фильтры - своеобразные измерительные преобразователи первичных напряжений и токов. По принципу действия они отличаются существенными особенностями от обычных трансформаторов напряжения и тока, предназначенных для измерения фазных и междуфазных напряжений и фазных токов.¶

Эти особенности связаны, главным образом, с необходимостью выделения полезного сигнала нулевой последовательности из первичных фазных величин при достаточном подавлении помех, создаваемых составляющими напряжений или токов прямой и обратной последовательностей.¶

Помимо своего основного назначения - контроля напряжения нулевой последовательности, ТННП и ФННП n некоторых случаях используются в схемах генерирования наложенных напряжений и токов различных частот для целей релейной защиты и систем телеуправления по силовым электрическим сетям.¶

Трансформатор нулевой последовательности

Такие трансформаторы изготавливаются компаниями в различных модификациях. Основные технические параметры включают номинальное напряжение, номинальную частоту, испытательное одноминутное напряжение, коэффициент трансформации, односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки. Кроме этого, технические характеристики устройств различных модификаций включают размер кабеля, на который устанавливается трансформатор, климатические условия, при которых обеспечена корректная работа трансформатора, категорию размещения по ГОСТу. Климатическое исполнение может быть по типу "У", "Т", "О", "УХЛ". Среди параметров чувствительности защиты - тип реле, шкала реле, установка тока срабатывания, чувствительность защиты при работе одного трансформатора, при параллельном и последовательном соединении двух трансформаторов.

Стоимость трансформаторов зависит от его чувствительности, типа кабеля в обмотках, количества обмоток, типа изоляции - литая или пластиковый корпус, массы.

Трансформаторы тока нулевой последовательности для использования в схемах релейной защиты совместно с микропроцессорными терминалами релейной защиты

В электрических системах, в особенности в сетях и установках с малым током замыкания на землю, возможные токи нулевой последовательности часто весьма невелики по сравнению с токами нормальной нагрузки. Тем более они не велики по сравнению с токами короткого замыкания между фаз.

Еще меньше должны быть расчетные токи нулевой последовательности при срабатывании различных устройств релейной защиты от замыкания на землю, защитного отключения и автоматики с учетом задаваемых коэффициентов чувствительности и запаса.

Токи нормальных нагрузок и междуфазных коротких замыканий могут создавать значительные токи небаланса в трансформаторах нулевой последовательности. Необходимость ограничения этих небалансов, являющихся для трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) основным видом помех, представляет основную трудность, которую приходится преодолевать при разработке и применении рассматриваемых устройств. Следует также иметь ввиду, что при небольших токах нулевой последовательности от ТТНП с приемлемыми конструктивными размерами может быть получена небольшая мощность, порядка долей В·А.

Получение заданной мощности тем труднее, чем больше номинальный рабочий ток контролируемой цепи. Это обусловлено необходимостью увеличения сечения первичных токопроводов и кабелей по условиям нагрева и соответственно – увеличения размеров окна магнитопроводов трансформаторов тока. А с увеличением окна при заданной мощности масса преобразователя резко возрастает.

Таким образом, появились определенные требования к трансформаторам тока нулевой последовательности, выполнение которых позволило бы производить точную отстройку защиты, учитывая большинство существенных паразитных явлений. Можно перечислить основные из них:

  • коэффициент трансформации и чувствительность ТТНП должны позволять измерять токи различных диапазонов, включая малые токи от 100 мА
  • максимальный ток небаланса ТТНП должен быть минимален и заранее известен
  • мощность ТТНП должна быть регламентирована и заранее известна (влияние нагрузки погрешности при заданном коэффициенте трансформации)

Существующие предложения на рынке

В настоящее время наиболее распространены два варианта конструктивного исполнения трансформаторов тока нулевой последовательности:

  • с тороидальным магнитопроводом разъемной и неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66 и ТЗЛКР-НТЗ-0,66
  • с магнитопроводом прямоугольной формы неразъемной конструкции, например ТЗЛК-НТЗ-0,66-100х490

Подобные ТТНП выпускают как все отечественные, так и зарубежные производители трансформаторов тока.

Наибольшее распространение получили кабельные ТТНП с коэффициентом трансформации равным 25/1 и 30/1. Малый коэффициент трансформации, в свое время, был принят для обеспечения условия передачи во вторичную цепь максимально возможной мощности, достаточной для срабатывания электромагнитного реле, типа РТ-40, РТ-140 и РТЗ-51.

Однако при таком малом коэффициенте трансформации токовая и угловая погрешности ТТНП, даже при весьма малом сопротивлении вторичной цепи, достигают больших значений, 10, 15 и даже 20% по токовой погрешности и до 30 электрических градусов по угловой.

В настоящее время выпускаются, в том числе и российскими производителями, ТТНП с большим витковым коэффициентом трансформации (например 100/1 или 470/1). Но стоит отметить, что и такие трансформаторы тока нулевой последовательности не сопровождаются данными о гарантированных токовых и угловых погрешностях в зависимости от сопротивления во вторичной цепи.

Также у существующих трансформаторов тока нулевой последовательности максимальный ток небаланса или никак не регламентируется, или имеет значения, не позволяющие делать точную отстройку защиты.

Возможное решение проблемы. Предложение на рынок

ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов» совместно с ООО НПП «ЭКРА» разработали трансформатор тока нулевой последовательности, удовлетворяющий необходимым требованиям современной электроэнергетики в схемах защит от однофазных замыканий на землю.


Расшифровка условного обозначения трансформаторов, предназначенных для работы с микропроцессорными терминалами релейной защиты

Пример записи обозначения трансформатора тока нулевой последовательности, разъемного, предназначенного для работы совместно с микропроцессорным терминалом релейной защиты, с литой изоляцией, устанавливающегося на кабель, изготовленного по ТУ 3414-006-30425794-2012, на номинальное напряжение 660 В, с диаметром окна для кабеля 100 мм, с максимальной величиной токовой погрешности не более 5 % и угловой погрешности не более 20 электрических градусов, при сопротивлении вторичной нагрузки ТТНП не более 1 Ом, изготовленного с коэффициентом трансформации 100/1, в климатическом исполнении «У» и категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 при его заказе и записи в документации другого изделия:

Трансформатор тока нулевой последовательности
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100-5-1-100/1 У2 МЗ
ТУ 3414-006-30425794-2012

Основные характеристики ТТНП, предназначенных для работы в схемах микропроцессорной защиты от однофазных замыканий на землю

Метод монтажа на кабель
Неразъемные
Разъемные

1) По требованию заказчика возможно изготовление трансформаторов с другими значениями параметров.
2) Для экспортных поставок.
3) Допускается распространять для трехсекундного тока термической стойкости.

Преимущества разработанного ТТНП

Гарантированная максимально возможная величина тока небаланса, измеренная на заводе-изготовителе, вносится в паспорт на трансформатор.

Малая величина тока небаланса имеет первостепенное значение при малом ёмкостном токе замыкания на землю в сети, так как выбор уставки срабатывания защиты от ОЗЗ производится с учетом отстройки по току небаланса во вторичных цепях. У обычных ТТНП (даже с неразъемной конструкцией) ток небаланса достигает 0,6 А при 100% рабочего тока, что существенно затрудняет отстройку уставки срабатывания защиты от ОЗЗ.

Максимальный ток небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ, измеренный при 100% рабочего тока представлен в таблицах ниже.

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ

Изделие Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 100 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛК-НТЗ-0.66-70 МЗ 0,04
ТЗЛК-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛК-НТЗ-0.66-205 МЗ 0,08

Токи небаланса ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Изделие Ток небаланса, измеренный при рабочем токе 200 А и приведенный к первичной стороне не более А
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-70 МЗ 0,5
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-100 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-125 МЗ
ТЗЛКР-НТЗ-0.66-205 МЗ 0,8

ТТНП обладает гарантированной величиной токовой и угловой погрешности при вторичной нагрузке до 3 Ом. Примеры результатов измерений токовых и угловых погрешностей ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ отображены на диаграммах ниже.


Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ


Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ


Предельные токовые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ


Предельные угловые погрешности ТТНП типа ТЗЛКР-НТЗ МЗ

ТТНП обладает высоким качеством изготовления продукции. Трансформаторы сохранили все массогабаритные параметры ТТНП, предназначенных для работы с электромеханическими реле, обладая при этом более широким спектром электрических и метрологических характеристик.

Массогабаритные характеристики ТТНП типа ТЗЛК-НТЗ МЗ и ТЗЛКР-НТЗ МЗ

Трансформаторы тока ТЗРЛ

Трансформаторы предназначены для работы в схемах релейной защиты от замыкания на землю путем трансформации возникших при этом токов нулевой последовательности и устанавливаются на кабель. Трансформатор устанавливается на кабель диаметром от 70, 100, 125, 150, 180 и 200 мм.

Изоляция между токоведущими жилами кабеля и обмотками трансформатора обеспечивается компаундом трансформатора и собственной изоляцией кабеля, что позволяет использовать трансформаторы в распределительных устройствах до 10 кВ.

Климатическое исполнение "У" категории 2 по ГОСТ 15150.

Рабочее положение - любое.

Таблица 1. Технические данные

Наименование параметра

Норма

Таблица 2. Максимальная чувствительность защиты

Тип реле

Используемая шкала реле, А

Уставка тока
срабатывания, А

Чувствительность защиты (первичный ток, А), не более

при работе с
одним транс-
форматором

при после-
довательном
соединен.
трансформ.

при параллель-
ном соеди-
нении двух
трансформ.

Читайте также: