- Призначення трансформаторів струму Трансформатором струму (ТТ) називається трансформатор, в якому...
- Одновиткового трансформатори струму
- Багатовиткові трансформатори струму
- Основні параметри і характеристики трансформаторів струму
Призначення трансформаторів струму
Наша сеть партнеров Banwar
Трансформатором струму (ТТ) називається трансформатор, в якому при нормальних умовах застосування вторинний струм практично пропорційний первинному току і при правильному включенні зрушать щодо його на кут, близький до нуля.
первинна обмотка трансформатора струму включена в ланцюг послідовно (у розтин струмопроводу), а вторинна обмотка замикається на деяке навантаження (вимірювальні прилади і реле), забезпечуючи проходження по ній струму, пропорційного струму первинної обмотці.
У трансформаторах струму високої напруги первинна обмотка ізольована від вторинної обмотки (від землі) на повне робоча напруга. Один кінець вторинної обмотки зазвичай заземлюється. Тому вона має потенціал, близький до потенціалу землі.
Трансформатори струму за своїм призначенням поділяються на трансформатори струму для вимірювань і трансформатори струму для захисту. У деяких випадках ці функції поєднують в одному трансформаторі струму.
Трансформатори струму для вимірювання призначаються для передачі вимірювальної інформації вимірювальним приладам. Вони встановлюються в ланцюгах високої напруги або в ланцюгах з великим струмом, тобто в ланцюгах, в яких не можливо безпосереднє включення вимірювальних приладів. До вторинної обмотки ТС для вимірювань підключаються амперметри, струмові обмотки ватметрів, лічильників та аналогічних приладів. Таким чином, трансформатор струму для вимірювань забезпечує:
1) перетворення змінного струму будь-якого значення в змінний струм, прийнятний за значенням для безпосереднього вимірювання за допомогою стандартних вимірювальних приладів;
2) ізолювання вимірювальних приладів, до яких має доступ обслуговуючий персонал, від ланцюга високої напруги.
Трансформатори струму для захисту призначаються для передачі вимірювальної інформації в пристрої захисту та управління. Відповідно до цього трансформатор струму для захисту забезпечує:
1) перетворення змінного струму будь-якого значення в змінний струм, прийнятний за значенням для живлення пристроїв релейного захисту;
2) ізолювання реле, до яких має доступ обслуговуючий персонал, від ланцюга високої напруги.
Застосування трансформаторів струму в установках високої напруги є необхідним навіть в тих випадках, коли зменшення струму для вимірювальних приладів або реле не потрібно.
Класифікація трансформаторів струму
Всі трансформатори струму - і для вимірювань, і для захисту - можна класифікувати за такими основними ознаками.
За родом установки: трансформатори струму для роботи на відкритому повітрі (категорія розміщення 1 по ГОСТ 15150-69); для роботи в закритих приміщеннях (по ГОСТ 15150-69); для вбудовування у внутрішні порожнини електрообладнання (категорія відповідно до таблиці 1); для спеціальних установок (в шахтах, на судах, електровозах і так далі).
Таблиця 1
Категорія розміщення трансформаторів струму, вбудованих у внутрішні порожнини електрообладнання
Среда Категорія розміщення електрообладнання за ГОСТ 15150-69 1 2 3 4 5 Газове середовище, ізольована від зовнішнього повітря, або рідке середовище
Газове середовище, що не ізольована від зовнішнього повітря
-
2
-
2 або 2.1
4
3
-
4
-
5 або 5.1
За способом установки: прохідні трансформатори струму, призначені для використання в якості введення і встановлюються в отворах стін, стель або в металевих конструкціях; опорні, призначені для установки на опорній площині; вбудовуються, тобто призначені для установки у внутрішні порожнини електрообладнання.
за кількістю коефіцієнтів трансформації : З одним коефіцієнтом трансформації; з декількома коефіцієнтами трансформації, які отримуються зміною числа витків первинної або вторинної обмотки, або обох обмоток, або застосуванням декількох вторинних обмоток з різним числом витків, що відповідають різним значенням номінального струму.
За кількістю ступенів трансформації: одноступінчасті; каскадні (багатоступінчасті), тобто з декількома ступенями трансформації струму.
За виконання первинної обмотки: одновиткового; багатовиткові.
Одновиткового трансформатори струму
Одновиткового трансформатори струму (рисунок 1) мають два різновиди: без власної первинної обмотки; з власної первинної обмоткою. Одновиткового ТТ, які не мають власної первинної обмотки, виконуються вбудованими, шинними або роз'ємними.
Вбудований трансформатор струму 1 (рисунок 1) є магнітопровід з намотаною на нього вторинною обмоткою і не має власної первинної обмотки. Її роль виконує токоведущий стрижень прохідного ізолятора. Цей трансформатор струму не має ізоляційних елементів між первинною і вторинною обмотками. Їх роль виконує ізоляція прохідного ізолятора.
У шинному трансформаторі струму 1 роль первинної обмотки виконують одна або кілька шин розподільного пристрою, що пропускалися при монтажі крізь внутрішню порожнину прохідного ізолятора. Останній ізолює первинну обмотку від вторинної.
Малюнок 1. Схема трансформатора струму.
------ власна первинна обмотка ТТ; - - - - токоведущий стрижень прохідного ізолятора (шина)
Роз'ємний трансформатор струму 2 теж не має власної первинної обмотки. Його магнітопровід складається з двох частин, які стягуються болтами. Він може розмикатися і замикатися навколо провідника зі струмом, що є первинною обмоткою цього ТТ. Ізоляція між первинною і вторинною обмотками накладена на магнітопровід з вторинною обмоткою.
Одновиткового ТТ, які мають власну первинну обмотку, виконуються зі стрижневою первинної обмоткою або з U-подібної.
Трансформатор струму 3 має первинну обмотку у вигляді стрижня кругового або прямокутного перетину, закріпленого в прохідному ізоляторі.
Трансформатор 4 має U-подібну первинну обмотку, виконану таким чином, що на неї накладено майже вся внутрішня ізоляція ТТ.
Багатовиткові трансформатори струму
Багатовиткові трансформатори струму (рисунок 1) виготовляються з катушечной первинної обмоткою, яка одягається поверх муздрамтеатр; з петлевою первинної обмоткою 5, що складається з декількох витків; зі ланковий первинної обмоткою 6, виконаної таким чином, що внутрішня ізоляція трансформатора струму конструктивно розподілена між первинною і вторинною обмотками, а взаємне розташування обмоток нагадує ланки ланцюга; з римовідной первинної обмоткою, виконаною таким чином, що внутрішня ізоляція трансформатора струму нанесена в основному тільки на первинну обмотку, що має форму рима.
За родом ізоляції між первинною і вторинною обмотками ТТ виготовляються з твердої (фарфор, лита ізоляція, пресована ізоляція і так далі); з в'язкою (заливальні компаунди); з комбінованою (паперово-масляна, конденсаторного типу) або газоподібної (повітря, елегаз) ізоляцією.
За принципом перетворення струму ТТ діляться на електромагнітні і оптико-електронні.
Основні параметри і характеристики трансформаторів струму
Основними параметрами і характеристиками трансформатора струму відповідно до ГОСТ 7746-2001 є:
1. Номінальна напруга - діюче значення лінійної напруги, при якому призначений працювати ТТ, що визначене в паспортній таблиці трансформатора струму. Для вітчизняних ТТ прийнята шкала номінальних напруг, кВ:
0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150.
2. Номінальний первинний струм I 1н - вказується в паспортній таблиці ТТ струм, що проходить по первинній обмотці, при якому передбачена тривала робота ТТ. Для вітчизняних ТТ прийнята наступна шкала номінальних первинних струмів, А:
1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000, 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 35000; 40000.
У трансформаторах струму, призначених для комплектування турбо- і гідрогенераторів, значення номінального струму понад 10000 А є рекомендованими.
Трансформатори струму, розраховані на номінальний первинний струм 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 і 6000 А, повинні допускати необмежено тривалий час проходження найбільшого робочого первинного струму, рівного відповідно 16; 32; 80; 160; 320; 630; 800; 1250; 1600; 3200 і 6300 А. У решті випадків найбільший первинний струм дорівнює номінальному первинному струмі.
3. Номінальний вторинний струм I 2н - вказується в паспортній таблиці ТТ струм, що проходить по вторинній обмотці. Номінальний вторинний струм приймається рівним 1, 2 або 5 А.
4. Вторинна навантаження ТТ z 2н відповідає повного опору його зовнішньої вторинної ланцюга, вираженого в Омасі, із зазначенням коефіцієнта потужності . Вторинне навантаження може також характеризуватися повною потужністю у вольт-амперах, споживаної нею при даному коефіцієнті потужності і номінальному вторинному струмі.
Вторинне навантаження з коефіцієнтом потужності cosφ2 = 0,8, при якій гарантується встановлений клас точності ТТ або гранична кратність первинного струму щодо його номінального значення, називається номінальною вторинною навантаженням ТТ z 2н.ном.
Для вітчизняних трансформаторів струму встановлені наступні значення номінальної вторинної навантаження S 2н.ном, вираженої в вольт-амперах, при коефіцієнті потужності cosφ2 = 0,8:
3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 60; 75; 100.
Відповідні значення номінальної вторинної навантаження z 2н.ном (в Омасі) визначаються виразом:
z 2н.ном = S 2н.ном / I 22ном.
5. Коефіцієнт трансформації ТТ дорівнює відношенню первинного струму до вторинного струму.
В розрахунках трансформаторів струму застосовуються два терміни: дійсний коефіцієнт трансформації n і номінальний коефіцієнт трансформації n н. Під дійсним коефіцієнтом трансформації n розуміється відношення дійсного первинного струму до дійсного вторинному току. Під номінальним коефіцієнтом потужності n н розуміється відношення номінального первинного струму до номінального вторинного струму.
6. Стійкість ТТ до механічних і теплових впливів характеризується струмом електродинамічної стійкості і струмом термічної стійкості.
Струм електродинамічної стійкості I д дорівнює найбільшій амплітуді струму короткого замикання за весь час його протікання, яку ТТ витримує без пошкоджень, що перешкоджають його подальшій справній роботі. Струм I д характеризує здатність ТТ протистояти механічним (електродинамічним) впливів струму короткого замикання. Електродинамічна стійкість може характеризуватися також кратністю K д, що представляє собою відношення струму електродинамічної стійкості до амплітуди номінального первинного струму. Вимоги електродинамічної стійкості не поширюються на шинні, вбудовані і роз'ємні ТТ.
Струм термічної стійкості I tт дорівнює найбільшому діючим значенням струму короткого замикання за проміжок t т, яке ТТ витримує протягом цього проміжку часу без нагріву струмоведучих частин до температур, що перевищують допустимі при токах короткого замикання, і без пошкоджень, що перешкоджають його подальшій роботі.
Термічна стійкість характеризує здатність ТТ протистояти тепловим впливам струму короткого замикання. Для судження про термічної стійкості ТТ необхідно знати не тільки значення струму, що проходить через трансформатор, але і час його проходження або, інакше кажучи, знати загальна кількість виділеного тепла, яке пропорційно добутку квадрата струму I tт і часу його проходження t т. Це час, в свою чергу, залежить від параметрів мережі, в якій встановлений ТТ, і змінюється від однієї до кількох секунд.
Термічна стійкість може характеризуватися кратністю K т струму термічної стійкості, що представляє собою відношення струму термічної стійкості до діючого значенням номінального первинного струму.
Відповідно до ГОСТ 7746-2001 для вітчизняних трансформаторів струму встановлені наступні струми термічної стійкості:
а) двосекундних I 2т (або його кратність K 2т по відношенню до номінального первинного струму) для трансформаторів струму на номінальну напругу 330 кВ і вище;
б) секундний I 3т (або його кратність K3т по відношенню до номінального первинного струму) для трансформаторів струму на номінальну напругу до 220 кВ включно.
Час t т протікання струму термічної стійкості може бути менше зазначених значень і має встановлюватися в технічних умовах на конкретний тип ТТ.
Між струмами електродинамічної і термічної стійкості повинно бути дотримано співвідношення
I д ≥ 1,8 × √2 × I т
Температура струмопровідних частин ТТ при проходженні струму термічної стійкості не повинна перевищувати: 200 ° С для струмоведучих частин з алюмінію; 250 ° С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, і 300 ° С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, не стикаються з органічної ізоляцією або маслом. При визначенні зазначених значень температури слід виходити з початкових її значень, що відповідають тривалій роботі трансформатора струму при номінальному струмі.
Значення струмів електродинамічної і термічної стійкості державним стандартом не нормуються. Однак вони повинні відповідати електродинамічної і термічної стійкості інших апаратів високої напруги, що встановлюються в одного ланцюга з трансформатором струму. У таблиці 2 наведені практичні дані динамічної та термічної стійкості вітчизняних трансформаторів струму.
Таблиця 2
Дані електродинамічної і термічної стійкості деяких типів вітчизняних трансформаторів струму
Трансформатор струму Номінальний первинний струм, А Кратність електродинамічна До д Термічна До т Прохідний одновиткового:
нормальне виконання
посилене виконання
до 600
1000
1500
до 600
1000
160 - 170
100 - 110
60 - 70
150 - 170
100 - 110
80
80
80
120 - 140
120 - 140 Шинний 2000 - 6000 250 - 300 - Прохідний багатовитковому:
нормальне виконання
посилене виконання
5 - 300
5 - 300
45 - 250
90 - 500
70 - 80
100 - 250 Опорною зовнішньої установки:
зі ланковий обмоткою
з римовідной обмоткою
до 2000
до 2000
60 - 150
80 - 100
60 - 150
30 - 45
7. Механічна навантаження визначається тиском вітру зі швидкістю 40 м / с на поверхню трансформатора струму і тяжіння проводів, що підводять (в горизонтальному напрямку в площині висновків первинної обмотки), яке повинно бути не менше:
500 Н (50 кгс) - для трансформаторів на номінальну напругу до 35 кВ включно;
1000 Н (100 кгс) - для трансформаторів на номінальну напругу 110 - 220 кВ;
1500 Н (150 кгс) - для трансформаторів на номінальну напругу 330 кВ і вище.
Такі основні технічні параметри і характеристики трансформаторів струму. При проектуванні ТТ крім цих параметрів слід враховувати такі вимоги до конструкції:
1. Контактні затискачі висновків первинної обмотки трансформаторів струму повинні виконуватися з урахуванням вимог ГОСТ 10434-82, а трансформаторів струму зовнішньої установки - з урахуванням, крім того, вимог ГОСТ 21242-75. Контактні затискачі вторинних обмоток повинні виконуватися з урахуванням вимог ГОСТ 10434-82. Контактні затискачі вторинних обмоток вбудованих трансформаторів струму можуть бути розташовані на конструктивних елементах апарату, в який вбудований трансформатор струму. У трансформаторах струму зовнішньої установки вивідні затискачі вторинної обмотки повинні знаходитися в спеціальних коробках, надійно захищають їх від потрапляння атмосферних опадів.
Позначення вивідних кінців первинних і вторинних обмоток згідно ГОСТ 7746-2001 повинно здійснюватися у відповідності з таблицею 3. Лінійні висновки первинної обмотки позначаються символами Л 1 і Л 2, які повинні наноситися так, щоб при напрямку струму в первинній обмотці від Л 1 і Н 1 відповідно до до i і Л 2 вторинний струм проходив по зовнішньому ланцюзі (приладів) від і 1 до і 2.
Таблиця 3
Позначення вивідних кінців первинних і вторинних обмоток
2. Маслонаповнений трансформатор струму повинен мати Маслорасшірітель (компенсатор) і покажчик рівня масла. Місткість маслорасшірітеля повинна забезпечувати постійну наявність в ньому масла при всіх режимах роботи трансформатора струму - від відключеного стану до нормованої струмового навантаження - і при коливаннях температури навколишнього повітря, встановлених для даного кліматичного району.
У трансформаторах струму на номінальну напругу 330 кВ і більше обов'язково повинен бути передбачений захист масла від зволоження, наприклад за допомогою сильфонов. Доцільно таку ж захист передбачати і в трансформаторах струму на менші напруги.
3. Розміри покажчика рівня масла повинні бути такими, щоб обслуговуючий персонал міг з безпечної відстані спостерігати за рівнем масла в трансформаторі струму.
4. Трансформатори струму, що мають масу більше 50 кг, повинні мати пристосування для підйому. Якщо такі пристосування неможливо виконати, то завод-виробник повинен вказувати в інструкції місця захоплення трансформаторів струму при підйомі.
5. Трансформатори струму, у яких амплітуда напруги на розімкнутої вторинної обмотці при номінальному струмі в первинній обмотці перевищує 350 В, повинні мати напис: "Увага! Небезпечно! На розімкнутої обмотці висока напруга".
6. Трансформатори струму, крім вбудованих, повинні мати контактну площадку для приєднання заземлюючого провідника і заземлювальний затискач відповідно до вимог ГОСТ 21130-75 і ГОСТ 12.2.007.3-75. Біля заземлюючого затискача повинен бути встановлений знак заземлення по ГОСТ 21130-75. Зазначені вимоги не поширюються на ТТ з корпусом з литої смоли або пластмаси, що не мають підлягають заземлення металевих частин, а також на ТТ, які не підлягають заземленню згідно ГОСТ 12.2.007.0-75.
Джерело: Афанасьєв В. В, Адоньєв Н. М., Жалаліс Л. В., Сирота І. М., Стогній Б. С., "Трансформатори струму" - Ленінград: Енергія, Ленінградське відділення, 1980 - 344 с.
Для кращого засвоєння матеріалу радимо подивитися наступний відеоролик:
Відео 1. Пристрій трансформатора струму ТФРМ-750