Измерительные трансформаторы. Релейная защита и автоматика энергосистем

1.

Релейная защита и автоматика энергосистем – Лекция 5
Измерительные трансформаторы

2.

Измерительные трансформаторы тока
Трансформаторы тока
10-110 кВ
Трансформатор тока - элемент
релейной защиты, который питает
цепи защиты и автоматики током и
выполняет роль датчика, который
передает
информацию
к
измерительным
органам.
Этот
аппарат
преобразовывает
ток
первичной цепи в стандартные токи
1 или 5 ампер. Нормальный режим
работы трансформатора тока режим
короткого
замыкания.

3.

СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
ВНИМАНИЕ!
Если
разомкнуть
вторичную
обмотку, магнитный поток в магнитопроводе
резко
возрастет.
Магнитопровод
расплавится.
Кроме
разомкнутой
обмотке
напряжение,
того
быстро
на
вторичной
появится
высокое
достигающие
десятков
киловольт. Вторичная обмотка обязательно
должна быть заземлена – если произойдет
Причиной погрешностей в работе
трансформаторов тока является ток
намагничивания. Чрезмерно большие
погрешности могут вызвать неправильные
действия релейной защиты, поэтому
стараются уменьшить ток намагничивания.
пробой
изоляции,
вторичной
обмотке
то
при
заземленной
получится
короткое
замыкание, защитная аппаратура отключит
поврежденный
трансформатор,
заземление
вторичной обмотке делается прежде всего для
обеспечения техники безопасности.

4.

СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
Причиной
погрешностей
в
работе
трансформаторов
тока
является
ток
намагничивания.
Чрезмерно
большие
погрешности могут вызвать неправильные
действия релейной защиты, поэтому
стараются уменьшить ток намагничивания.
Токовая
погрешность
или
погрешность в коэффициенте
трансформации, определяется
как арифметическая разность
первичного тока, поделенного
на номинальный коэффициент
трансформации и измеренного
действительного
значения
вторичного тока.
Токовая
погрешность
процентах:
в

5.

Классификация трансформаторов тока по
допустимым погрешностям
Фазовая
или
ᵟ
угловая
погрешность
определяется
как угол сдвига вектора
вторичного
тока
I2
относительно
вектора
первичного
тока
I1,
и
считается
положительной,
когда I2 опережает I1.
Классы точности
релейной защиты
Р
Р

6.

Проходные
трансформаторы
тока
предназначены
для
установки
в
комплектные
распределительные устройства
(КРУ) и служат для передачи
сигнала
измерительной
информации
измерительным
приборам и (или) устройствам
защиты и управления, для
изолирования цепей вторичных
соединений
от
высокого
напряжения в электрических
установках переменного тока
частоты 50 Гц на класс
напряжения до 20 кВ — ТПЛ-20;
до 35 кВ — ТПЛ-35.

7.

Шинные
трансформаторы
тока
предназначены для питания цепей
измерения, защиты и управления, для
изолирования цепей вторичного тока от
высокого напряжения в электрических
установках переменного тока частоты 50
Гц на класс напряжения до 10 кВ, в
которых роль первичной обмотки
выполняет шина, проходящая внутри
трансформатора.

8.

Трансформаторы шинные применяются:
• для
встраивания
в
закрытые
шинопроводы (ТШЛ-10, ТШЛП-10);
• для встраивания в комплектные
распределительные
устройства
(ТШЛК-10, ТШЛПК-10);
• для
встраивания
в
закрытые
шинопроводы
и
комплектные
распределительные устройства с
круглой шиной (ТШЛ-10-I).

9.

Трансформаторы
тока
шинные
предназначены
для
работы
в
следующих условиях:
• при верхнем значении рабочей
температуры воздуха с учетом
повышения температуры воздуха
внутри КРУ или в шинопроводе 70°C;
• высота установки над уровнем моря
не более 1000 м;
• окружающая среда невзрывоопасная,
не содержащая агрессивных газов и
паров в концентрациях, разрушающих
металлы и изоляцию, не насыщенная
токопроводящей пылью;
• рабочее положение — любое.

10.

Встроенные трансформаторы тока
применяются для работы внутри
конструкции других аппаратов,
например,
в
конструкции
элегазовых баковых выключателей,
силовых
трансформаторов,
комплектных распределительных
устройств
или
других,
обеспечивающих
изоляцию
трансформатора от цепи высокого
напряжения в электрических сетях
переменного тока.

11.

Трансформатор предназначен для
эксплуатации в районах,
соответствующих климатическому
исполнению трансформатора,
невзрывоопасной окружающей
средой, не содержащей
агрессивных газов и паров в
концентрациях, разрушающих
металлы и изоляцию по ГОСТ
15150.

12.

Трансформатор обеспечивает:
1)
пропорциональное
преобразование переменного
тока
в
цепи
высокого
напряжения в ток, приемлемый
для
непосредственного
измерения
с
помощью
стандартных
измерительных
приборов или устройств защиты;
2) изолирование измерительных
приборов и устройств защиты (за
счет конструкции аппарата), к
которым
имеет
доступ
обслуживающий персонал, от
цепи высокого напряжения.

13.

Трансформаторы
тока
ТФЗМ
предназначены для передачи сигнала
измерительной
информации
приборам
измерения,
защиты,
автоматики,
сигнализации
и
управления в электрических цепях
переменного тока промышленной
частоты.
Принцип действия трансформаторов
основан
на
явлении
взаимной
индукции.
Трансформаторы состоят из первичной
и вторичных обмоток, изолированных
кабельной бумагой и помещенных в
фарфоровую покрышку, заполненную
трансформаторным маслом.

14.

Первичная обмотка имеет секции,
которые
с
помощью
перемычек
соединяются
последовательно,
параллельно или последовательнопараллельно, что позволяет переключать
коэффициент
трансформации
в
отношении 1:2. Вторичные обмотки
намотаны
на
тороидальные
магнитопроводы, изолированы друг от
друга и заключены в общую изоляцию из
кабельной бумаги.
Выводы первичной обмотки укреплены в
фарфоровой
покрышке.
Крепление
фарфоровой покрышки к основанию
механическое. Уплотнение соединений достигается за счет прокладок из маслостойкой
резины. Основание трансформатора представляет собой сварную коробку из стального
листа, в которой расположен клеммник с выводами вторичных обмоток.

15.

Трансформаторы
тока
предназначены
для
передачи
сигнала
измерительной
информации
измерительным
приборам и устройствам защиты и
управления в открытых и закрытых
распределительных
устройствах
переменного тока частоты 50 Гц на
номинальное напряжение 110, 220
кВ.

16.

Схемы соединения трансформаторов тока.
Релейная защита питается от типовых схем которые различаются различными
вариантами соединения трансформаторов тока и обмоток реле. Для каждой схемы
соединения расчитывается коэффициент схемы. Этот коэффициент показывает в
сколько раз токи в реле отличаются от токов которые протекают во вторичной обмотке
трансформаторов тока. Такие изменения происходят из-за того что в элементах
различных схем вторичные токи могут складываются или вычитаются:

17.

Схема соединения трансформаторов тока в полную
звезду.
Защита реагирует на все виды к.з, и имеет одинаковую
чувствительность (коэффициент чувствительности при
разных повреждениях одинаковый). При всех замыканиях,
кроме замыкания на землю, в нулевом проводе протекает
геометрическая сумма токов в реле, в следствии чего, ток в
нулевом проводе приблизительно равен нулю (в нем
протекают токи небаланса). Реле в нулевом проводе
реагирует
только
на
токи
к.з.
на
землю.
3-фазное КЗ
Ксх=1
2-фазное КЗ
Ксх=1
1-фазное КЗ
Ксх=1

18.

19.

20.

Схема соединения трансформаторов тока в неполную
звезду.
Трехфазное КЗ - токи проходят по обоим реле и в обратном
проводе. Двухфазное КЗ - в зависимости от того, какие фазы
повреждены токи проходят в одном или двух реле. Ток в
обратном проводе при 2-х к.з. между фазами А и С, в которых
установлены ТТ, с учетом Ia=-Ic, равен нулю, а при замыканиях
между фазами АВ и ВС он соответственно равен Iоб=Ia и
Iоб=Ic. Однофазное КЗ - схема реагирует на однофазные к.з.
лишь в тех фазах в которых установлены ТТ. В следствии этого
для защит от однофазных к.з. не применяется.
3-фазное КЗ
Ксх=1
2-фазное КЗ
Ксх=1
1-фазное КЗ
Ксх=1

21.

22.

23.

24.

!
Включение ТТ на сумму
токов двух фаз
!
Для
схемы
соединения
трансформаторов
тока
и
обмоток реле в неполную
звезду амперметр необходимо
подключать на сумму токов
двух фаз. Для полной звезды-в
одну из фаз. Помните об этом!

25.

Соединение трансформаторов тока в треугольник, а
обмоток реле в звезду
Схема реагирует на все виды КЗ. Так как при
разных
видах
замыканий
коэфициент
чувствительности разный то защита имеет разную
чувствительность. Схема применяется в основном
для дифференциальных защит трансформаторов.
3-фазное КЗ
Ксх=√3
2-фазное КЗ
1-фазное КЗ
Повреждены
фазы
Токи в фазах
А, В
IB=-IA
IC=0
2IA
IB
-IA
А
B, C
IC=-IB
IA=0
-IB
2IB
IC
B
C, A
IA=-IC
IB=0
IA
-IC
2IC
C
Ксх=2
Токи в реле
I
II
III
Повреждены
фазы
Токи в фазах
IA=IK
IB и IC=0
IB=IK
IA и IC=0
IC=IK
IB и IA=0
Ксх=1
Токи в реле
I
II
III
IA
0
-IA
-IB
IB
0
0
-IC
IC

26.

27.

28.

29.

Схема соединений с двумя ТТ и одним реле,
включенным на разность токов двух фаз (схема
восьмерки).
Режим
Нормальный
3-фазное КЗ
2-фазное КЗ
Повреждены
фазы
А, В
B, C
C, A
Ксх
Ксх = √3
Ксх = √3
Ксх
Ксх = 1
Ксх = 1
Ксх=2
Схема применяется для защиты от междуфазных КЗ, когда
она обеспечивает необходимую чувствительность когда не
требуется её действие за трансформатором с соединением
обмоток Y/D – 11 группа. Схема защиты реагирует на все
виды КЗ, за исключением замыкания на землю фазы, в
которой
трансформатор
не
установлен,
поэтому
применяется только для действия при многофазных
повреждениях.

30.

31.

32.

Схема соединения трансформаторов тока в фильтр
нулевой последовательности.
Ток в реле появляется только при одно и двухфазных КЗ на
землю.
Схема применяется в защитах от замыканий на землю.

33.

Последовательное соединение трансформаторов
тока
Нагрузка, подключенная к трансформаторам тока,
распределяется поровну. Вторичный ток
остается
неизменным. Схема применяется при использовании
маломощных трансформаторов тока.

34.

Параллельное соединение трансформаторов тока
Схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.

35.

Итоговая таблица сопоставления схем соединения ТТ. Сферы применимости
схем.
Для защит сетей с изолированной нейтралью (6-35 кВ) используются непонофазные схемы
– неполный треугольник (восьмерка), неполная звеза или звезда с дополнительным реле в
обратном проводе.
Если позволяет чувствительность, стремятся использовать наиболее дешевые схемы,
переходя к дорогим лишь при необходимости.
Для защиты сетей с заземленной нейтралью (110 кВ) используется схема полной звезды.

36.

Измерительные трансформаторы напряжения
Трансформатор
напряжения
элемент релейной защиты, который
питает цепи защиты и автоматики
током и выполняет роль датчика,
который передает информацию к
измерительным
органам.
Для
питания
защит
используются
однофазные и трехфазные
ТН.
Трансформаторы
напряжения
выполняются
на
вторичное
напряжение 100 В независимо от
величины первичного напряжения.

37.

Классы точности трансформатора напряжения
Класс точности
0,2
Допустимая
Допустимая
погрешность по току, погрешность по углу, Область применения
%
мин
Точные
лабораторные
±0,2
±10
измерения
0,5
±0,5
±20
Приборы учета
электроэнергии
(счетчики)
1,0
±1,0
±40
Щитовые приборы
3,0
±3,0
Не нормируется
Цепи защиты и
сигнализации