ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
В ячейках распределительного устройства, через которые подключаются к сборным шинам линия, генератор, силовой трансформатор, устанавливаются трансформаторы тока (ТТ), а на каждой секции сборных шин и на выводах генераторов — трансформаторы напряжения (ТН). Подбирая коэффициенты трансформации этих измерительных трансформаторов, силу тока в любой цепи можно измерить обычным амперметром, рассчитанным на силу тока в 5 А, и любое напряжение — вольтметром, рассчитанным на напряжение в 100 В.
В электроустановках ТТ предназначены для питания токовых катушек измерительных приборов и реле, а ТН — для катушек напряжения измерительных приборов и аппаратов защиты, измерения и контроля за напряжением.
При этом измерительные приборы надежно изолированы от высокого напряжения, так как в трансформаторах нет электрической связи между обмотками высокого и низкого напряжения. Вторичные обмотки ТТ и ТН заземляют, чтобы предотвратить появление высокого напряжения на измерительных приборах в случае аварийного пробоя изоляции между обмотками высокого и низкого напряжения измерительного трансформатора.
Трансформаторы тока
Первичная обмотка трансформатора тока (рис. 1) (стержень, шины или катушки) 1 проходит внутри фарфорового изолятора 2, на который надеты кольцевые сердечники 3, 5 (один или два). Сердечники изготовляют из спиральной стальной ленты, свернутой в виде кольца. На каждом сердечнике намотана вторичная обмотка 4 из медного изолированного провода. ТТ изготовляются в однофазном исполнении. В РУ применяются ТТ классов точности 0,5; 1; 3.
Рис. 1. Принципиальная схема (а) и устройство (б) трансформатора тока, предназначенного для внутренней установки: I, II – соответственно первичная и вторичная обмотка; W – ваттметр; U – обмотка напряжения ваттметра; А – амперметр; P – реле.
Конструктивное исполнение ТТ весьма разнообразно.
Различают одно- и многовитковые трансформаторы тока. Применение получили одновитковые трансформаторы следующих характерных конструкций: стержневые, шинные и встроенные.
Стержневые трансформаторы тока изготовляют для напряжении до 35 кВ и номинальных первичных токов силой от 400 до 1500 А. В качестве примера на рис. 2 показан трансформатор типа ТПОЛ-10 (П — проходной, О — одновитковый, Л — с литой изоляцией) для номинального напряжения 10 кВ. Первичная обмотка 1 выполнена в виде прямолинейного стержня с зажимами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магнитопровода 2 с вторичными обмотками. Магнитопроводы вместе с первичной и вторичной обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют монолитный блок 3 в виде проходного изолятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями под болты для крепления трансформатора. Зажимы 5 вторичных обмоток расположены на боковом приливе изоляционного блока.
Рис. 2. Стержневой трансформатор типа ТПОЛ-10.
Шинные трансформаторы тока изготовляют для напряжений до 20 кВ и номинальных первичных токов силой до 18000 А классом точности 0,5. При таких больших токах целесообразно упростить конструкцию трансформатора, используя в качестве первичной обмотки проводник (шина, пакет шин) соответствующего присоединения. При этом устраняются зажимы первичной обмотки с соответствующими контактными соединениями. В качестве примера на рис. 3 показан трансформатор тока типа ТШЛ-20 (Ш — шинный, Л — с литой изоляцией) для напряжения 20 кВ. Магнитопроводы 2 и 5 с вторичными обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют изоляционный блок 3. Блок соединен с основанием 1 и с приливами 6 для крепления трансформатора. Проходное отверстие (окно) трансформатора тока рассчитано на установку шин. Зажимы 4 вторичных обмоток расположены над блоком 3.
Рис. 3. Шинный трансформатор типа ТШЛ-20.
Многовитковые ТТ изготавливают для всей шкалы номинальных напряжений и для первичных номинальных токов силой 1000 — 1600 А.
Для напряжений 6...10 кВ изготавливают катушечные и петлевые ТТ с эпоксидной изоляцией. На рис. 4, а показан ТТ типа ТПЛ-10 (П — петлевой, Л — с литой изоляцией) для напряжения 10 кВ.
Для напряжения 35...220 кВ изготавливают ТТ наружной установки с масляной изоляцией типов ТФН, ТФНД (Ф — с фарфоровым кожухом, Н — для наружной установки, Д — с обмоткой для релейной защиты (рис. 4, б, в).
Нагрузкой для ТТ служат сопротивления токовых обмоток измерительных приборов, реле автоматики и проводов вторичных цепей, включаемые последовательно. Суммарное значение этих сопротивлений не должно превышать номинального, указанного в каталоге на ТТ. В противном случае погрешность измерений превысит допустимую.
Рис. 4. Трансформатор тока типа ТПЛ-10 и ТПЛУ-10 (а), ТФНД-110М (б) и ТФННД220М (в): Л1, Л2 – соответственно ввод и вывод шины со стороны высокого напряжения; И1, И2 – вывод со стороны низкого напряжения.
В эксплуатации нельзя допускать работу ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, так как его магнитная система рассчитана на малую индукцию. Намагничивающая сила первичной обмотки ТТ почти полностью уравновешивается размагничивающим действием его вторичной обмотки. Если вторичная обмотка разомкнута, то индукция в магнитопроводе резко возрастает, что приводит к перегреву сердечника и недопустимому повышению напряжения на зажимах разомкнутой вторичной обмотки, что создает опасность для обслуживающего персонала и изоляции обмотки.
На рис. 5 показаны схемы включения ТТ.
Рис. 5. Схема включения трансформатора тока для измерения силы тока в одной (а), двух (б) и трех (в) фазах.
Защита кабельных линий от однофазных замыканий на землю часто осуществляется трансформатором тока нулевой последовательности (ТНП, ТНП-Ш), имеющим кольцеобразную или прямоугольную форму. Трансформатор надевается на защищаемый кабель. К обмотке трансформатора подключается защитное реле (рис. 6).
Рис. 6. Кабельный трансформатор тока.
Трансформаторы напряжения
Трансформатор напряжения конструктивно и по принципу устройства во многом похож на силовой трансформатор небольшой мощности для той же ступени напряжения (рис. 7).
Рис. 7. Трансформатор напряжения.
Номинальное напряжение вторичных обмоток ТН составляет 100 В. Для установки в РУ используются ТН классов точности 0,5; 1 и 3.
ТН выпускаются на все стандартные напряжения от 0,5 до 500 кВ. На напряжения до 3 кВ ТН выполняются сухими, для 6 кВ и выше — масляными. ТН напряжением 35 кВ и выше выполняются для наружных установок. Схемы включения ТН приведены на рис. 8.
Рис. 8. Включение трансформатора напряжения: а – трехфазного трехстержневого; б – комплекта из двух однофазных трансформаторов; в – трех однофазных; г – трехфазного пятистержневого.
Напряжения проводов относительно земли и напряжения нулевой последовательности используют для релейной защиты, а также для сигнализации об однофазных замыканиях в сетях, где повреждения этого вида не подлежат автоматическому отключению и могут быть длительными (сети с изолированной нейтралью).
В схемах (см. рис. 8) при отсутствии замыкания на землю вольтметры показывают фазное напряжение, а при замыкании на землю одной из фаз вольтметр этой фазы покажет напряжение, близкое к нулю. Показания двух других вольтметров будут близки к значениям линейных напряжений.
Схема г (см. рис. 8) содержит две вторичные обмотки, одна из которых служат для измерений фазных и линейных напряжений. Вторая обмотка (а1, x1.) соединена в разомкнутый треугольник, на концах которого напряжение равно нулю при нормальном состоянии сети, так как сумма трех фазных ЭДС, индуктируемых в дополнительных обмотках, равна нулю.
При однофазном замыкании в сети у зажимов разомкнутого треугольника появляется напряжение, соответствующее тройному напряжению нулевой последовательности.
Реле, подключенное к обмотке, подает сигнал о неисправности сети. Число витков на фазу дополнительной обмотки выбирают таким образом, чтобы при замыкании в сети напряжение на ее зажимах составляло около 100 В.