Первичные измерительные преобразователи тока и напряжения

1. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Тема:
Первичные измерительные преобразователи тока и
напряжения

2. Трансформатор тока

Первичные измерительные преобразователи (ПИП)
предназначены для функционирования устройств релейной
защиты, т.е. для преобразования первичных сигналов (тока,
напряжения) к виду необходимому для работы устройств
релейной защиты.
Наиболее распространены первичные измерительные
преобразователи тока (ТТ или TA) и напряжения (ТН или
TV).
Назначение трансформатора тока:
1. получение стандартного вторичного тока (I2 = 1; 5 А)
независимо от номинального значения первичного тока I1ном;
2. изоляция вторичных цепей тока измерительных органов от
первичных цепей высокого напряжения.
2

3. Классификация

–
–
–
–
По назначению:
измерительные;
защитные;
промежуточные;
лабораторные.
По конструкции
обмотки:
– многовитковые;
– одновитковые;
– шинные.
По способу установки:
– проходные;
– опорные;
– встраиваемые.
первичной По роду установки:
– для работы на открытом
воздухе;
– для работы в закрытых
помещениях;
– для
встраивания
во
внутренние
полости
электрооборудования;
– для специальных установок.
3

4. Трансформаторы тока

ТТ опорный (10-35 кВ)
ТТ опорный (более 110 кВ)
ТТ проходной (до 10 кВ)
ТТ шинный (до 0,66 кВ)
ТТ встраиваемый

5. Принцип работы

Ф
I1
w1
Л2
I2
w2
Л2
U1
KA2
И1
Л1
Л1 I'1
KA1
И2
Z'1
I2
Z'нам
I'нам
Z2
И1
U2
И2
Zн

6. Погрешности

w1 I 1 w2 I 2 w1 I нам
E2
I1 I 2 I нам
ΔI
I'нам
I2
δ
π/2
I'нам
γ
I'1
Погрешности ТТ:
1. Токовая погрешность fi, %
f i 100 I I1
2. Угловая погрешность δ, ';
Ф 3. Полная погрешность ε, %.
100 1 T
2
i
K
i
2 I 1 dt
I1 T 0
6

7. Погрешности

Класс точности ТТ – обобщенная характеристика ТТ,
определяемая
установленными
пределами
допускаемых
погрешностей при заданных условиях работы.
Класс точности обозначается числом, которое равно пределу
допускаемой токовой погрешности в процентах при номинальном
первичном токе, а для обмоток релейной защиты – полной
погрешности.
Классы точности для измерения и учета: 0,1; 0,2; 0,2S; 0,5;
0,5S; 1; 3; 5; 10.
Классы точности для защиты: 5Р; 10Р.
Предел допускаемой погрешности
Класс
точности
при номинальном
первичном токе
токовой, %
5Р
±1
10Р
±3
угловой
± 60'
± 1,8 срад
не нормируют
при токе номинальной
предельной кратности
полной, %
5
10
7

8. Типовые схемы соединения ТТ

1. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в
полную звезду (3-х либо 4-х релейная);
2. Двухфазная схема соединения ТТ и обмоток реле
в неполную звезду (2-х либо 3-х релейная);
3. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в
полный треугольник, а измерительных органов в
полную звезду (3-х релейная);
4. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный
треугольник (схема на разность токов двух фаз)
(однорелейная);
5. Схема включения ТТ на составляющие токов
нулевой и обратной последовательностей (фильтры
токов).
8

9. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

A
IA
B
IB
Нормальный режим
C
IC
Ia
KA1
TA1
Ib
KA2
TA2
Ic
KA3
I a , I b , I c 0
I н.п. I a I b I c
Схемы соединения ТТ и
реле характеризуются
коэффициентом схемы:
TA3
Iн.п
KA4
K сх
Iр
Iф
9

10. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

A
IA
B
IB
Трехфазное КЗ (K(3))
C
IC
Ia
KA1
A
B
C
TA1
Ib
KA3
TA3
Iн.п
Ia
Ic
Ib
KA2
TA2
Ic
Ia
Ib
Ic
KA4
I a I b I c I к
I н.п. 3 1 I a I b I c 3 I 0
3
Iр
K сх
1
Iф
Защита срабатывает
10

11. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

A
B
Однофазное КЗ (K(1))
C
IA
Ia
KA1
B
TA1
KA2
TA2
KA3
TA3
-Ia
A
KA4
C
Ia
Ib = 0
Ic = 0
Ia
I0
I a I к
I b I c 0
I н.п. I a
K сх
Iр
Iф
1
Защита срабатывает
11

12. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

A
B
IB
Двухфазное КЗ (K(2))
C
IC
KA1
A
B
TA1
Ib
KA2
Ic
KA3
TA2
C
Ia = 0
Ib
Ic
Ib
Ic
I a 0
I b I c I к
I н.п. 0
TA3
KA4
K сх
Iр
Iф
1
Защита срабатывает
12

13. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

A
B
IB
Двухфазное КЗ на землю (K(1,1))
C
IC
KA1
A
B
C
TA1
Ib
KA3
TA3
Iн.п
Ib
I0
Ic
KA2
TA2
Ic
Ia = 0
Ib
Ic
KA4
I a 0
I b I к I c I к
I н.п. 3 1 I b I c 3 I 0
3
Iр
K сх
1
Iф
Защита срабатывает
13

14. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

IA IB
Двойное КЗ землю (K(1+1))
TA1
IA
TA2
IB
TA3
Режим
работы
ТА1
аналогичен двухфазному
КЗ.
Режим работы ТА2, ТА3
аналогичен однофазному
КЗ.
Защита срабатывает
14

15. Трехфазная схема соединения ТТ и обмоток реле в полную звезду

Выводы:
1. Защита реагирует на все виды КЗ.
2. Реле в нулевом проводе KA4 реагирует
только при КЗ на землю.
3. Данная схема применяется в РЗ,
действующей при всех видах КЗ.
4. Коэффициент схемы равен 1 во всех
режимах работы.
15

16. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

A
IA
B
IB
Нормальный режим
C
IC
Ia
KA1
I a , I c 0
KA3
I н.п. I a I c
TA1
Ic
TA3
Iн.п
KA4
K сх
Iр
Iф
1
16

17. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

A
IA
B
IB
Трехфазное КЗ K(3)
C
IC
A
Ia
KA1
B
C
IA
IB
IC
IA
IC
IB
TA1
Ic
KA3
TA3
Iн.п
KA4
I a I c I к
I н.п. I a I c
K сх
Iр
Iф
1
Защита срабатывает
17

18. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

A
B
Однофазное КЗ (K(1))
C
IB
A
KA1
B
C
TA1
IA = 0
IB
IC = 0
IB
I0
KA3
I B I к
TA3
KA4
I b – нет ТТ
При КЗ в фазе без ТТ
(фаза B) защита не
срабатывает!
18

19. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

A
B
IB
Двухфазное КЗ K(2)
C
АС:
IC
KA1
TA1
Ic
KA3
TA3
Iн.п
KA4
I c I a I к
I н.п. 0
АB:
BС:
I a 0
I c I к
I н.п. I к
I a I к
I c 0
I н.п. I к
K сх
Iр
Iф
1
Защита срабатывает19

20. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

A
IA
B
Двухфазное КЗ на землю K(1,1)
C
АС:
IC
Ia
KA1
TA1
Ic
KA3
TA3
Iн.п
KA4
I a I к I b 0 I c I к
I н.п. I a I c
АB:
BС:
I a 0
I c I к
I н.п. I к
I a I к
I c 0
I н.п. I к
K сх
Iр
Iф
1
Защита срабатывает20

21. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

IA IB
Двойное КЗ землю (K(1+1))
IA
IB
TA1
TA3
K1
K3
TA2
K2
При КЗ в точках К1 и К3
сработает
защита,
подключенная к ТА1
(будет отключено только
одно место повреждения
К1)
При КЗ в точках К1 и К2
защита
сработает
неселективно (сработает
защита, подключенная к
21
ТА1)

22. Двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду

Выводы:
1. Защита не реагирует на однофазное КЗ в
фазе без ТТ.
2. Данная схема применяется для защиты от
многофазных КЗ.
3. Коэффициент схемы равен 1 во всех
режимах работы.
22

23. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

A
IA
B
IB
Нормальный режим
C
II
TA1
Ia
TA2
I I I a I b
I II I b I c
IC
III
KA2
IIII
KA3
Ib
TA3
KA1
I III I c I a
-Ib
II
Ic
Ia
III
Ic
Ib
K сх
Iр
Iф
3
-Ic
IIII
23

24. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

A
IA
B
IB
Трехфазное КЗ (K(3))
Токи в ТТ:
C
IC
II
TA1
Ia
III
TA2
Ib
IIII
TA3
Ic
KA1
I a I к I b I к I c I к
KA2
Токи в реле:
I KA1 I a I b 3I к
KA3
I KA2 I b I с 3I к
I KA3 I с I a 3I к
Iр
K сх
3
Iф
Защита срабатывает24

25. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

A
B
Однофазное КЗ (K(1))
в фазе А
Токи в ТТ:
C
IA
II
TA1
Ia
KA1
KA2
TA2
IIII
TA3
KA3
I a I к I b 0
I c 0
Токи в реле:
I KA1 I I I a
I KA2 0
I KA3 I III I a
Iр
K сх
1
Iф
Защита срабатывает25

26. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

A
IA
B
Двухфазное КЗ (K(2))
в фазах AB
Токи в ТТ:
C
IB
II
TA1
Ia
III
TA2
Ib
IIII
TA3
KA1
KA2
KA3
I a I b
I c 0
Токи в реле:
I KA1 I I I a I b 2I a
I KA2 I II I b
I KA3 I III I a
Iр
K сх
2
Iф
Защита срабатывает26

27. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

A
IA
B
Двухфазное КЗ на землю (K(1,1))
в фазах AB
Токи в ТТ:
C
IB
II
TA1
Ia
III
TA2
Ib
KA1
I a I к I b I к I c 0
KA2
Токи в реле:
I KA1 I I I a I b
I KA2 I II I b
KA3
IIII
TA3
Iр
Ia
α
Ib
I KA3 I III I a
Iр
K сх
f ( )
Iф
Защита срабатывает27

28. Трехфазная схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду

Выводы:
1. Защита реагирует на все виды КЗ.
2. Данная схема применяется в РЗ,
действующей при всех видах КЗ.
3. Коэффициент схемы зависит от вида КЗ:
Вид КЗ
Kсх
K(3)
√3
K(1)
1
K(2)
2
K(1,1)
f(α)
K(1+1)
1-2
28

29. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный треугольник (схема на разность токов двух фаз)

A
IA
B
IB
C
IC
Нормальный режим
Iр
TA1
KA1
I р I a I c
Ia
K сх
TA3
Iр
Iф
3
Ic
29

30. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный треугольник (схема на разность токов двух фаз)

A
IA
B
IB
Трехфазное КЗ (K(3))
C
IC
A
Iр
KA1
B
C
TA1
IA
IB
IC
IA
IC
IB
Ia
I a I c I к
I р I a I c
TA3
Ic
K сх
Iр
Iф
3
Защита срабатывает
30

31. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный треугольник (схема на разность токов двух фаз)

A
B
Однофазное КЗ (K(1))
C
IB
A
KA1
B
C
TA1
IA = 0
IB
IC = 0
IB
I0
I B I к
I b – нет ТТ
TA3
При КЗ в фазе без ТТ
(фаза B) защита не
срабатывает!
31

32. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный треугольник (схема на разность токов двух фаз)

A
B
IB
Двухфазное КЗ K(2)
C
АС:
IC
KA1
Iр
TA1
I a I с
I р I a ( I с ) 2 I к
АB:
TA3
Ic
BС:
I a 0
I c I к
I р I с
I a I к
I c 0
I р I a
K сх
Iр
Iф
1...2
Защита срабатывает32

33. Двухфазная схема соединения ТТ в неполный треугольник (схема на разность токов двух фаз)

Выводы:
1. Защита не реагирует на однофазное КЗ в
фазе без ТТ.
2. Данная схема применяется в РЗ, от
многофазных КЗ.
3. Коэффициент схемы зависит от вида КЗ:
Вид КЗ
Kсх
K(3)
√3
K(1)
1
K(2)
1-2
K(1,1)
f(α)
K(1+1)
1-2
33

34. Схема включения ТТ на составляющие токов нулевой последовательности

A
IA
B
IB
C
Нормальный режим
IC
Iр
TA1
TA2
TA3
KA
I р I a I b I c 3I 0
A I B I C
I
I р
KI
I намA I намB I намC
KI
3I 0
I нб
KI
34

35. Схема включения ТТ на составляющие токов нулевой последовательности

35

36. Схема включения ТТ на составляющие токов нулевой последовательности

36

37. Трансформатор напряжения

Назначение трансформатора напряжения:
1. Получение
стандартного
вторичного
напряжения
(U2 = 100; 100/√3; 100/3 В) независимо от номинального
значения первичного напряжения;
2. Изоляции вторичных цепей тока измерительных органов
от первичных цепей высокого напряжения.
НОМ-6
ТФЗМ-110
37

38. Принцип действия

KV
Ф
a
I1
A
w1 w2
U1
U2
X
A I'1
U'1
X
I2
x
Z'1
I2
Z'нам
I'нам
Z2
a
U2
x
Zн
38

39. Погрешности ТН

Погрешности ТН:
1. Погрешность напряжения:
I'1Z'1
U'1
E1 = E2
δ
fU U U1 100
ΔU
I2 Z 2
2. Угловая погрешность, δ.
U2
I2
I'нам
I'1
В зависимости от
погрешностей
устанавливают
разные
классы
точности ТН:
Ф
0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0.
ТН для РЗ: 3Р; 6Р.
39

40. Типовые схемы включения ТН

1. Схема включения однофазного ТН;
2. Схема
соединения
обмоток
ТН
в
открытый (неполный) треугольник;
3. Схема соединения обмоток ТН в звезду;
4. Схема соединения обмоток ТН в фильтр
напряжения нулевой последовательности.
40

41. Схема включения однофазного ТН

A
B
C
TV
KV
Схема позволяет получить одно междуфазное
напряжение
41

42. Схема соединения обмоток ТН в открытый (неполный) треугольник

KV1
A
B
KV2
KV3 KV4
KV5
KV6
C
TV1
TV2
Схема позволяет получить все междуфазные напряжения и
напряжения фаз по отношению к искусственной нейтральной точке.
Схема не позволяет получить фазные напряжения относительно
42
земли.

43. Схема соединения обмоток ТН в звезду

KV7
A
B
KV8
KV9
C
TV
Схема позволяет получить: все междуфазные напряжения;
напряжения фаз по отношению к искусственной
нейтральной точке; фазные напряжения относительно
43
земли.

44. Схема соединения обмоток ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности

A
B
C
TV
KV
Схема позволяет получить напряжение
последовательности:
A U B U C 3U 0
U
U р
KU
KU
нулевой
44