ЭлектрО

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.