Меню

Что такое минимальный ток трансформатора

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Трансформаторы тока служат для измерения характеристик в пределах значений номинального напряжения (Uном) от 0,66 до 750 кВ.

Устройства служат для изменения параметров тока до показателей удобных для производства измерений с последующей передачей информативного сигнала измерения приборам, работающим в релейных цепях защиты. Приборы служат для выполнения функций по измерению электрической энергии, защиты от воздействий токов КЗ и других неисправностей, автоматики и управления в электроцепях переменного тока промышленной частоты 50 – 60 Гц.

Выбор трансформатора тока

При решении вопроса, как выбрать трансформатор тока, прежде всего, необходимо руководствоваться требованиями по установке устройства.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы подразделяются на классы по роду установки, в зависимости от места нахождения устройства:

  1. Установка ТТ в ОРУ.
  2. УстановкиТТ в ЗРУ.
  3. Для работы внутри оболочек устройстви внутри масляной или газовой среды,например, внутри высоковольтных масляных или элегазовых выключателей.
  4. Специальная установка.

По способу установки, зависящей то конструктивной особенности устройства:

  1. Опорные, для монтажа на ровной опорной поверхности;
  2. Проходные ТТ находятся на шинопроводах в комплексных распределительных устройствах, используются в качестве проходного изолятора;
  3. Шинные –особенность этого трансформатора заключается в том, что в роли первичной обмоткивыступает шина РУ,которая пропущена через окно трансформатора, устройство крепиться на шине специальными винтами на планке;
  4. Встроенные используются для установки в силовых трансформаторах, баковых выключателях или токопроводах;
  5. Разъемные, предназначены для быстрой установки на шинах или кабелях без отключения токовой цепи.

По типу изоляции:

  1. Литая изоляция;
  2. Исполнение в пластмассовом корпусе;
  3. Применение твердой изоляции, с использованием фарфора, бакелита, полимеров, эпоксидной смолы;
  4. Вязкая изоляция из заливочных обволакивающих компаундов;
  5. Маслонаполненные;
  6. Газонаполненные,применяемая для трансформаторов, установленных на высоких и сверхвысоких напряжениях.
  7. Смешанная изоляция, (бумажно-масляная), ресурс бумажной изоляции даже после 40 лет без эксплуатации может оставаться очень большим.

Недостаточная защита трансформатора может привести к конденсированнию влаги на его дне, влажность может достичь опасных значений, приводящих к электрическому или тепловому пробою.

В зависимости от количества ступеней трансформации:

  1. Одноступенчатые (один коэффициент трансформации)
  2. Многоступенчатые или каскадные (несколько коэффициентов трансформации)

По количеству вторичных обмоток:

  1. Наличие одной вторичной обмотки.
  2. Существование нескольких вторичных обмоток.

По функциональному назначению вторичной обмотки:

  1. Для измерения или учета.
  2. Для выполнения защитных функций.
  3. Для измерения и защиты.
  4. Для выполнения измерений в различных переходных режимах.

По количеству коэффициентов трансформации:

  1. Наличие одного коэффициента трансформации.
  2. Несколько коэффициентов трансформации, полученных после изменения числа витков в обмотках или при наличии нескольких вторичных обмоток.

Трансформаторы тока различаются по классу напряжения:

  1. До 1000 В.
  2. Выше 1000 В.

Методы преобразования:

  1. Электромагнитные.
  2. Оптико-электронные.

По типу изоляции обмоток:

  1. Твердая изоляция.
  2. Газовая изоляция

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Класс точности трансформатора тока

При правильном выборе трансформатора тока нужно, прежде всего, руководствоваться сферой измерения где будет применяться трансформатор тока, если ТТ, например, будет применяться для АИИС КУЭ для снятия показаний коммерческого учета, то он должен иметь высокий класс точности.

Погрешности ТТ прежде всего зависимы от габаритов и конструктивных особенностей магнитопровода, а также от количества витков и сечения провода обмотки. На погрешность в показаниях большое влияние оказывает материал, из которого изготовлен магнитопровод.

При использовании в современных системах коммерческого учета нашли применение ТТ с магнитопроводом, выполненным из нанокристаллических (аморфных) сплавов, ТТ приобретает высокий класс точности измерения 0.5, 0,5S. 0.2S, при малом значении первичного тока.

Аморфные сплавы при повышении класса точности ТТ способствуют увеличению максимальной мощности обмоток, улучшают защиту измерительных приборов, подключенных в цепь с трансформатором, сводят к нулю эффект старения, что позволяет сохранить характеристики устройства. Так получают точные и качественные изделия,которые гарантируют стабильное функционирование систем АИИС КУЭ.

Высокий класс точности создает наиболее узкий диапазон трансформаторных погрешностей.

Различие между классами точности 0,5. 0,2и 0,5S, 0.2S заключается в погрешности обмотки класса 0,5 или 0,2ниже 5% от номинального тока. В таком значении тока,выявляется недоучет электроэнергии, сокращаемый при использовании трансформаторов с классом точности S.

Для различного вида технических измерений, возможно, подключение трансформаторов с классом точности – 1. Для применения в подключении указывающих амперметров разрешается применение ТТ с классом точности – 3.

Как правильно выбрать трансформатор тока

Выбор трансформаторов тока производится, руководствуясь определенными значениями, это: напряжение сети, значения номинального первичного тока, мощность зависящая от нагрузочных показателей потребителя, коэффициент трансформации.

Выбор трансформаторов тока по напряжению

Номинальное значение напряжения (Uном ) ТТ выбирается большим или равным значению максимального рабочего напряжения Uуст.

Выбор трансформатора по первичному току

Значение( I1ном) номинального тока первичной обмотки должно быть выше или быть равным по значению(Iрабmax) рабочему расчетному установочному току высоковольтной линии отходящего от распредустройства. Расчет выбора трансформатора тока также зависит от Iкз, величины термического импульса Iкз в течении 1 сек, и термического импульса тока КЗ в течении 0,525 сек, по результатам срабатывания защит.

При выборе номинального тока трансформатора руководствуются необходимостью обеспечения требований по термической и динамической стойкости к Iкз

Выбор трансформатора тока по нагрузке

При малых номинальных токах и высоких номинальных кратковременных токах термической стойкости, трансформатор ограничен по мощности из-за своих размеров и максимальной магнитодвижущей силы. При увеличении силы намагничивания вдвое, мощность увеличивается в четыре раза. Мощность ограничена зависимостью МДС от тока динамической стойкости. Причина кроется в силовом воздействии электрического поля, которое в случае КЗ будет симметрировать витки первичной обмотки друг против друга. Мощность ограничена малыми габаритными размерами ТТ.

Расчет выбора трансформатора тока по мощности производится в зависимости сечения токопроводящего проводника и расчетной мощности.

Формула расчета в зависимости от сечения проводника

Где Sпр.выбр — выбранное сечение проводника, (мм 2 )

Расчет нагрузочной мощности определяется по формуле

Согласно ГОСТУ параметры ТТ по нагрузке, определяются для трансформаторов тока номинальной мощностью равной 5ВА и 10 ВА с нижним пределом устанавливаемым 3,75 ВА.

Таблица выбора трансформаторов тока

Таблица выбора трансформаторов тока

Выбор трансформатора тока по коэффициенту трансформации

Не допускается установка трансформатора тока, имеющего завышенный коэффициент трансформации.

В случае повышенного коэффициента разрешается ставить счетчики на приемном вводе потребителя. На силовых трансформаторах счетчики могут монтироваться со стороны низшего напряжения.

Наибольшим спросом пользуются трансформаторы, имеющие один коэффициент трансформации, он не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации.

Примером коэффициентов трансформации считаются ТТ 150/5 (N-30); 600/5 (N-120); 1000/5(N-200); 100/1(N-100)

Источник

Выбор мощности силового трансформатора

  • Статьи
  • Вопрос ответ
  • Новости
  • Чертежи и опросные листы
  • Вебинары
  • Калькулятор шины
  • Пуско-наладочные работы

ТМГ 100-10/0,4 (Силовые масляные трансформаторы в герметичном корпусе) Фото

Рациональная схема электроснабжения зависит от технически обоснованного подбора мощности трансформатора, влияющего на эксплуатационные затраты и окупаемость, которая возможна за 6 – 10 лет.

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:

  1. Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора.
  2. Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
  3. Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
  4. Экономичный режим работы тр-ра.

Выбор числа трансформаторов

Однотрансформаторные подстанции используются в двух случаях. Во-первых, для объектов III категории электроснабжения. Во-вторых, для потребителей, имеющих возможность резервирования электроснабжения с помощью АВР (автоматического включения резерва) с другого источника питания.

При питании потребителей I и II категории в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР целый трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому его перегрузочной способности должно хватить на время замены вышедшего из строя трансформатора. В нормальном режиме трансформаторы работают недогруженными, что экономически нецелесообразно. Поэтому при аварийной ситуации некоторые потребители III категории электроснабжения отключают от сети.

Перерыв питания объектов II категории ограничен временем в одни сутки. Для восстановления схемы необходим стратегический складской резерв оборудования необходимого для ликвидации аварии. При этом мощность нового трансформатора должна быть идентична заменяемому. Таким образом, сокращается количество резервного оборудования.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Сбор и анализ мощностей потребителей, запитанных от одного трансформатора, не всегда оказывается достаточным.

Для производственных объектов руководствуются порядком ввода оборудования в работу. При этом учитывают, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также принимают во внимание возможное увеличение производственной мощности.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком среднесуточной и полной активной нагрузки подстанции, а также длительностью максимальной нагрузки. Если рассчитывается трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении объектов жилой инфраструктуры, то учитывают и время года. В зимнее время нагрузка увеличивается за счет включения электрического обогрева, летом – кондиционеров.

Таблица №1 — Выбор силового трансформатора по мощности и допустимым аварийным нагрузкам

Вид нагрузки Интервалы нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
25 40 63 100 160 250 400 630
Производственные потребители, хоздворы,
мастерские по обслуживанию сельскохозяйственной
техники, стройцеха, овощехранилища и
насосные станции водоснабжения, котельные
до 42 43-68 69-107 108-169 170-270 271-422 423-676 677-1064
Комунально-бытовые потребители — общественные
и административные предприятия (школы,
клубы, столовые, бани, магазины)
в сочетании с жилыми домами
до 44 45-70 71-110 111-176 177-278 279-435 436-696 697-1096
Сельские жилые дома, группы
сельских жилых домов (как правило, одноэтажной застройки)
до 45 46-72 73-113 114-179 180-286 287-447 448-716 717-1127
Комунально-бытовые потребители поселков
городского типа и городов районного подчинения
до 43 44-68 69-108 109-172 173-270 271-422 423-676 677-1064
Жилые дома, поселки городского
типа и города районного подчинения
до 42 43-68 69-107 108-170 171-273 274-427 428-684 685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%)
производственных потребителей
до 42 43-67 68-106 107-161 162-257 258-402 403-644 645-1014
Со смешанной нагрузкой с преобладанием (более 40%)
комунально-бытовых потребителей
до 42 43-68 69-107 108-164 165-262 263-410 411-656 657-1033
Читайте также:  Виды электрического тока сила тока плотность тока

При отсутствии точных сведений активная нагрузка определяется по формуле:

Sном ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax – максимальная активная мощность;

Pp– проектная мощность подстанции.

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным пиковым режимом мощности – 30 мин или не более 1 часа, то тр-ор будет работать в недогруженном режиме. Поэтому выгоднее подбирать трансформатор с мощностью, приближенной к продолжительной максимальной нагрузке и полностью использовать перегрузочные возможности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях значение допустимой перегрузки определяется коэффициентом начальной загрузки. На выбор величины нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в котором находится работающий трансформатор.

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы.

Kн = Pc/Pmax = Ic/Imax ; где Pc, Pmax и Ic, Imax – среднесуточные и максимальные мощности и тока.

Таблица №2 — Рекомендуемые коэффициенты загрузки силовых трансформаторов цеховых ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора оставляя по мощности некоторый запас.

Допустимая длительность, мин

Характер суточной нагрузки эквивалентен температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.

суточный график нагрузки

Рисунок 1 — Расчетный график нагрузки. 1 – суточный по факту; 2 – двухступенчатый эквивалентный фактическому

Согласно графику, начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой за 20 часов и коэффициентом начальной нагрузки – 0,705.

Второй период – коэффициент перегруза kпер.= 1,27 и временем – 4 часа. Значит, перегрузки определяются графиком нагрузки преобразованном в эквивалентный график с учетом тепла. Допустимая нагрузка тр-ра зависит от номинальной нагрузки, ее длительности и максимального пика, определяется по коэффициенту превышения нагрузки:

kпер = Iэ max / Iном

коэффициент начальной нагрузки

Iэ max – эквивалентный максимум нагрузки;

Iэ.н — эквивалентная начальная нагрузка.

Перегрузки трансформаторов допустимы, но их возможности: время и величина ограничены нормативами, установленными заводом изготовителем. Правила ПТЭЭП, глава 2. 1. 20 и гл. 2. 1. 21. ограничивают перегрузку трансформатора до 5%.

Таблица №4 — Перегрузка по времени для масляных трансформаторов

Источник

Правильный выбор трансформатора тока по ГОСТу

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

До определения номинальных параметров и их проверки на различные условия, необходимо выбрать тип ТТ, его схему и вариант исполнения. Общими, в любом случае, будут номинальные параметры. Разниться будут некоторые критерии выбора, о которых ниже.

1. Номинальное рабочее напряжение ТТ. Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки, где требуется установить трансформатор тока. Выбирается из стандартного ряда, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Далее, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ. Величина данного тока должна быть больше значения номинального тока электрооборудования, где монтируется ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Приведем пример из книги. Допустим у статора ТГ ток рабочий 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с перегрузкой в 10%. Значит ток на генераторе будет 5600+560=6160. А это значение мы не замерим через ТТ на 6000А.

Выходит необходимо будет взять следующее значение из ряда токов по ГОСТу. Приведу этот ряд: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако, некоторое электрооборудование не допускает работу с перегрузкой. И для него величина тока будет равна номинальному току.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как дальше идет проверка на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

2.1 Проверка первичного тока на термическую стойкость производится по формуле:

Формула проверки первичного тока ТТ на термическую устойчивость

Данная проверка показывает, что ТТ выдержит определенную величину тока КЗ (IТ) на протяжении определенного промежутка времени (tt), и при этом температура ТТ не превысит допустимых норм. Или говоря короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iуд — ударный ток короткого замыкания

kу — ударный коэффициент, равный отношению ударного тока КЗ iуд к амплитуде периодической составляющей. При к.з. в установках выше 1кВ ударный коэффициент равен 1,8; при к.з. в ЭУ до 1кВ и некоторых других случаях — 1,3.

2.2 Проверка первичного тока на электродинамическую стойкость:

Формула проверки первичного тока ТТ на динамическую устойчивость

В данной проверке мы исследуем процесс, когда от большого тока короткого замыкания происходит динамический удар, который может вывести из строя ТТ.

Для большей наглядности сведем данные для проверки первичного тока ТТ в небольшую табличку.

выбор первичного тока трансформатора тока по термической и электродинамической устойчивости

3. Третьим пунктом у нас будет проверка трансформатора тока по мощности вторичной нагрузки. Здесь важно, чтобы выполнялось условие Sном>=Sнагр. То есть номинальная вторичная мощность ТТ должна быть больше расчетной вторичной нагрузки.

Вторичная нагрузка представляет собой сумму сопротивлений включенных последовательно приборов, реле, проводов и контактов умноженную на квадрат тока вторичной обмотки ТТ (5, 2 или 1А, в зависимости от типа).

Величину данного сопротивления можно определить теоретически, или же, если установка действующая, замерить сопротивление методом вольтметра-амперметра, или имеющимся омметром.

Сопротивление приборов (амперметров, вольтметров), реле (РТ-40 или современных), счетчиков можно выцепить из паспортов, которые поставляются с новым оборудованием, или же в интернете на сайте завода. Если в паспорте указано не сопротивление, а мощность, то на помощь придет известный факт — полное сопротивление реле равно потребляемой мощности деленной на квадрат тока, при котором задана мощность.

Схемы включения ТТ и формулы определения сопротивления по вторичке при различных видах КЗ

Не всегда приборы подключены последовательно и это может вызвать трудности при определении величины вторичной нагрузки. Ниже на рисунке приведены варианты подключения нескольких трансформаторов тока и значение Zнагр при разных видах коротких замыканий (1ф, 2ф, 3ф — однофазное, двухфазное, трехфазное).

формулы определения сопротивления по низкой стороне ТТ при различных схемах подключения

zр — сопротивление реле

rпер — переходное сопротивление контактов

rпр — сопротивление проводов определяется как длина отнесенная на произведение удельной проводимости и сечения провода. Удельная проводимость меди — 57, алюминия — 34,5.

Кроме вышеописанных существуют дополнительные требования для ТТ РЗА и цепей учета — проверка на соблюдение ПУЭ и ГОСТа.

Выбор ТТ для релейной защиты

Трансформаторы тока для цепей релейной защиты исполняются с классами точности 5Р и 10Р. Должно выполняться требование, что погрешность ТТ (токовая или полная) не должна превышать 10%. Для отдельных видов защит эти десять процентов должны обеспечиваться вплоть до максимальных токов короткого замыкания. В отдельных случаях погрешность может быть больше 10% и специальными мероприятиями необходимо обеспечить правильное срабатывание защит. Подробнее в ПУЭ вашего региона и справочниках. Эта тема имеет множество нюансов и уточнений. Требования ГОСТа приведены в таблице:

значения погрешностей ТТ для цепей РЗА по ГОСТ-7746-2015

Хоть это и не самые высокие классы точности для нормальных режимов, но они и не должны быть такими, потому что РЗА работает в аварийных ситуациях, и задача релейки определить эту аварию (снижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, частоты) и предотвратить — а для этого необходимо уметь измерить значение вне рабочего диапазона.

Выбор трансформаторов тока для цепей учета

К цепям учета подключаются трансформаторы тока класса не выше 0,5(S). Это обеспечивает бОльшую точность измерений. Однако, при возмущениях и авариях осциллограммы с цепей счетчиков могут показывать некорректные графики токов, напряжений (честное слово). Но это не страшно, так как эти аварии длятся недолго. Опаснее, если не соблюсти класс точности в цепях коммерческого учета, тогда за год набежит такая финансовая погрешность, что “мама не горюй”.

ТТ для учета могут иметь завышенные коэффициенты трансформации, но есть уточнение: при максимальной загрузке присоединения, вторичный ток трансформатора тока должен быть не менее 40% от максимального тока счетчика, а при минимальной — не менее 5%. Это требование п.1.5.17 ПУЭ7 допускается при завышенном коэффициенте трансформации. И уже на этом этапе можно запутаться, посчитав это требование как обязательное при проверке.

Читайте также:  Мостовая схема для измерения переменного тока

По требованиям же ГОСТ значение вторичной нагрузки для классов точности до единицы включительно должно находиться в диапазоне 25-100% от номинального значения.

Диапазоны по первичному и вторичному токам для разных классов точности должны соответствовать данным таблицы ниже:

значения погрешностей ТТ для цепей учета и измерения по ГОСТ-7746-2015

Исходя из вышеописанного можно составить таблицу для выбора коэффициента ТТ по мощности. Однако, если с вторичкой требования почти везде 25-100, то по первичке проверка может быть от 1% первичного тока до пяти, плюс проверка погрешностей. Поэтому тут одной таблицей сыт не будешь.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

предварительная таблица выбора ТТ по мощности

Пройдемся по столбцам: первый столбец это возможная полная мощность нагрузки в кВА (от 5 до 1000). Затем идут три столбца значений токов, соответствующих этим мощностям для трех классов напряжений — 0,4; 6,3; 10,5. И последние три столбца — это разброс возможных коэффициентов трансформаторов тока. Данные коэффициенты проверены по следующим условиям:

  • при 100%-ой нагрузке вторичный ток меньше 5А (ток счетчика) и больше 40% от 5А
  • при 25%-ой нагрузке вторичный ток больше 5% от 5А

Я рекомендую, если Вы расчетчик или студент, сделать свою табличку. А если Вы попали сюда случайно, то за Вас эти расчеты должны делать такие как мы — инженеры, электрики =)

К сведению тех, кто варится в теме. В последнее время заводы-изготовители предлагают следующую услугу: вы рассчитываете необходимые вам параметра тт, а они по этим параметрам создают модель и производят. Это выгодно, когда при выборе приходится варьировать коэффициент трансформации, длину проводов, что приводит и к удорожанию схемы и увеличению погрешностей. Некоторые изготовители даже пишут, что не сильно и дороже выходит, чем просто серийное производство, но выигрыш очевиден. Интересно, может кто сталкивался с подобным на практике.

Вот так выглядят основные моменты выбора трансформаторов тока. После выбора и монтажа, перед включением, наступает самый ответственный момент, а именно пусковые испытания и измерения.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник



Точный учет: трансформаторы тока

Реализуемая в Российской Федерации политика энергосбережения, а также растущая стоимость электрической энергии требуют все большей и большей эффективности ее учета. С этой целью создаются автоматизированные системы учета электроэнергии, в штат предприятий принимаются специалисты для их обслуживания. Для создания и эксплуатации таких систем требуются не только дополнительные капиталовложения, но и решения для ряда технических задач, одна из которых будет рассмотрена в этой статье.

Низшим уровнем в иерархии автоматизированных систем учета является уровень информационно-измерительного комплекса (ИИК). Он включает в себя измерительные трансформаторы, счетчики электрической энергии, вторичные цепи измерительных трансформаторов. Очень важным на этапе построения ИИК является минимизация его погрешности, которая в большей мере зависит от правильного выбора измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН). Проблемы выбора ТН — отдельная тема, которая не затрагивается этим материалом. Стоит лишь отметить, что в отличие от ТТ их погрешности не зависят от изменяющейся нагрузки в контролируемой цепи. С ТТ все значительно сложнее.

Часто проектировщики и эксплуатирующие организации недостаточно серьезно относятся к выбору ТТ для учета. Выбирается ТТ с наилучшим классом точности, не заостряя внимания на других его параметрах. Так поступают будучи уверенными, что использование ТТ с наилучшим классом точности — уже экономия средств. Причиной этого является или неумение правильно выбрать ТТ, или желание сэкономить: устанавливаются трансформаторы тока имеющиеся в наличии, или выбираются ТТ, имеющие меньшую стоимость и более простые в установке, несмотря на ограниченность их метрологических характеристик. Результатом являются значительные финансовые потери, появляющиеся вследствие отсутствия точного учета.

Требования к применяемым в нашей стране трансформаторам тока регулирует ГОСТ 7746-2001 (1). В числе прочих характеристик этим стандартом задан ряд первичных токов и значения вторичных токов (1 и 5 А), с которыми ТТ могут быть изготовлены. Также регламентируются диапазоны измерений первичного тока, при которых должен быть сохранен класс точности: от 5-120% для классов точности 0,5 и 0,2, от 1-120% для классов 0,5S и 0,2S. Таким образом, классы точности с литерой «S» отличаются от прочих увеличенным диапазоном измерений в область минимальных значений (с 5% до 1%). Кроме того, существует требование ПУЭ (п.1.5.17) (2), согласно которому требуется выбирать коэффициент трансформации так, чтобы ток в максимальном режиме загрузки присоединения составлял не менее 40% тока счетчика, а в минимальном — не менее 5%. А ток счетчика, как правило, равняется вторичному току ТТ, поэтому приведенное выше требование можно смело отнести к обмотке учета измерительного трансформатора. Стоит отметить, что требование к минимальному режиму идет вразрез с ГОСТ 7746, т.к. делает нецелесообразным применение ТТ классов точности с литерой «S». Что касается требования 40% в максимальном режиме то оно, вероятно, основано на стремлении минимизировать погрешности ТТ классов без «S» (см. рис. 1), в то время как для классов 0,2S и 0,5S целесообразнее было бы применять критерий «20%», в связи с ростом погрешностей при уменьшении первичного тока ниже этой величины (см. рис.2).


Рис. 1. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2; 0,5; 1
Рис. 2. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2S; 0,5S

Итак, при выборе коэффициента трансформации ТТ необходимо «убить двух зайцев»: не только «вписаться» в указанный ГОСТ 7746-2001 диапазон, но и соблюсти требование ПУЭ.

Кроме того, фактическая нагрузка присоединения может быть значительно (в десятки и сотни раз) ниже его номинального тока, как часто случается в сетях распределительных компаний — сети были построены с учетом перспективы развития, которое так и не произошло. В таких случаях нужно обеспечить легитимный учет в области фактических нагрузок и предусмотреть возможность работы присоединения в режиме максимальной пропускной способности, чтобы в случае увеличения объемов транзита электрической энергии не пришлось менять ТТ. Использовать ТТ с завышенным коэффициентом экономически неэффективно, докажем это на конкретном примере. В расчет возьмем только токовую погрешность трансформатора тока, не принимая во внимание его угловую погрешность, а также погрешности других элементов измерительного комплекса — трансформаторов напряжения и счетчика. Имеем трансформатор тока класса точности 0,2S и коэффициентом трансформации обмотки учета 600/5. Используемая мощность силового трансформатора при напряжении 110 кВ равняется 10000 кВА, cos φ равен 0,8. Фактический ток в первичной цепи равен 52,5 А, т.е. 8,75% от номинального первичного тока. При заданной нагрузке токовая погрешность составит примерно 0,31% (см. рис.2), количество неучтенной электрической энергии в год — 217 248 кВ*ч. Принимая стоимость одного киловатт-часа равной 1 руб., получаем неучтенной электроэнергии на сумму 217 248 рублей. При погрешности 0,2 эта сумма составила бы 140 160 рублей, т.е. в полтора раза или на 77 088 рублей меньше. В масштабах распределительных сетевых компаний такое количество неучтенной электроэнергии с каждого силового трансформатора может вылиться в кругленькую сумму. А если загрузка по первичной стороне трансформаторов тока будет еще меньше — цифры будут значительно внушительней, см. табл. 1. Приведенная таблица применима для любого уровня напряжений — необходимо умножить используемую мощность на удельную величину, результатом будет являться годовое количество неучтенной электроэнергии в год, при заданной погрешности ТТ.

Таблица 1. Удельное количество неучтенной электрической энергии в год, в зависимости от погрешностей трансформатора тока классом точности 0,2S.

Первичный ток,%
номинального значения
Погрешности ТТ
класса 0,2S,%
Удельное количество
неучтенной э/э,
кВт*ч в год
1 ±0,75 52,56
5 ±0,35 24,528
20 ±0,2 14,016
100
120

Задача обеспечения легитимного учета при малых и номинальных нагрузках присоединений решаема. Отечественной и зарубежной промышленностью производятся трансформаторы тока с расширенным диапазоном измерений — от 0,2 до 200% от номинального тока. Погрешности этого диапазона регламентируются международным стандартом IEС 60044-1 (3)). В частности, для первичных токов свыше 120% номинального тока, погрешности приравнены к значениям, достигаемым при 120% номинала. Зачастую такого диапазона измерений производителям удается достичь применением материалов с высокой магнитной проницаемостью — для изготовления сердечников используются нанокристаллические (аморфные) сплавы, но иногда и применения таких сплавов не требуется. Но существует проблема документального обеспечения улучшенных характеристик: производители при утверждении типа ТТ как средства измерения декларируют испытания на соответствие ГОСТ 7746, т.е. от 1 до 120%. Таким образом, расширенный диапазон номинального тока не подтверждается ничем, кроме заверений заводов-изготовителей. Поэтому, при применении таких ТТ следует убедиться, что расширенный диапазон измерений указан в описании типа и эксплуатационной документации. Следует еще раз отметить, что ГОСТ 7746-2001 не регламентирует погрешностей ТТ при токе свыше 120% номинального. О необходимости внесения в него изменений в части диапазонов первичных токов, расширения значений других параметров передовыми специалистами говорится уже несколько лет (4) и предлагается ввести новые классы точности, однако ГОСТ 7746-2001 до настоящего времени применяется в неизменном виде.

Читайте также:  Допустимый ток утечки в квартире

Отдельно необходимо рассмотреть вопрос замены существующих ТТ. К выше обозначенной проблеме выбора коэффициента трансформации обмотки АИИС КУЭ прибавляется проблема сохранения коэффициентов трансформации других обмоток — к ним подключены существующие измерительные приборы, устройства противоаварийной автоматики, телемеханики и релейной защиты. Это, как правило, значительные по величине коэффициенты, определяемые максимальной пропускной способностью присоединений. Таким образом, требуются трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации обмоток АИИС КУЭ, измерений и РЗА. Необходимая кратность Ктт этих обмоток может составлять два, три и более. Такие трансформаторы производятся для уровней напряжений от 6 кВ и выше, но их ассортимент достаточно ограничен — чаще всего это ТТ с кратностью Ктт обмоток измерений и РЗА к Ктт обмотки учета равной двум. Это направление производителями освоено недостаточно, возможно ввиду традиционного подхода проектировщиков к выбору ТТ, хотя выгода при использовании таких ТТ налицо. Производству ТТ с разными коэффициентами обмоток мешают проблемы, связанные с конструкцией ТТ: в связи с тем, что число первичных витков для всех обмоток одинаково, необходимый коэффициент каждой из обмоток достигается варьированием количества ее вторичных витков, как следствие размеры вторичных обмоток увеличиваются и встает вопрос размещения их в габаритах корпуса трансформатора а также достижения требуемой термической и динамической стойкости. К примеру, для трансформаторов тока напряжением 35 кВ и выше изготовление ТТ с различными коэффициентами трансформации возможно при количестве ампервитков измерительной обмотки, большем или равном 1200 (в редких случаях от 600 ампервитков). Даже при наличии таких конструктивных сложностей, производителям удается изготавливать трансформаторы с кратными коэффициентами в широком диапазоне — от 50 до 3000 А. Сегодня предлагается в связи с появлением таких ТТ заменить термин «номинальный ток ТТ» на «номинальный первичный ток вторичной обмотки» (4).

Кроме ТТ с расширенным диапазоном, и кратными коэффициентами трансформации, существуют ТТ с возможностью увеличения коэффициентов трансформации всех обмоток единовременно в два раза, путем изменения количества витков первичной обмотки. У ТТ с такой возможностью существует два первичных вывода, один из которых замыкает первичную обмотку на два витка, другой — на один. Когда замкнуты два витка, коэффициент трансформации понижен, при замыкании на один виток коэффициент трансформации увеличивается в два раза, в соответствии с известной формулой

Производятся и ТТ, у которых коэффициенты трансформации обмоток изменяются по вторичной стороне, используя различное количество ампервитков вторичной обмотки — так называемые ТТ с отпайками.

В настоящее время такие ТТ изготавливаются на напряжения от 10 кВ и выше, как с литой, так с масляной и элегазовой изоляцией.


Рис. 3. Отдельно стоящий
трансформатор тока

Вторичные обмотки существующих ТТ очень часто перегружены. Значение мощности вторичной нагрузки может составлять 150, а то и 200-300% номинальной мощности, а разгрузка ТТ прокладкой новых вторичных цепей кабелем большего сечения не всегда решает задачу. Эта проблема актуальнее всего для обмоток измерений, так как требуется их значительная точность. Поэтому наряду с вышеописанными параметрами ТТ должны иметь достаточно большую номинальную мощность вторичных обмоток, а также возможность изготовления с несколькими измерительными обмотками — тогда мощность нагрузки, которую можно подключить к ТТ, увеличивается кратно количеству измерительных обмоток. Общее число измерительных и релейных обмоток тоже ограничивается конструктивными особенностями отдельных видов ТТ и составляет от 1 до 6, в зависимости от уровня напряжения. С ростом уровня напряжения, увеличиваются габаритные размеры трансформатора — тем больше обмоток можно разместить внутри ТТ.

Также при замене ТТ необходимо учитывать, что коэффициент безопасности приборов должен быть как можно ниже, во избежание выхода из строя оборудования вторичных цепей при возникновении токов короткого замыкания. Это означает, что ток во вторичной цепи должен перестать расти раньше (сердечник должен насытиться), чем будут повреждены установленные во вторичных цепях приборы. Следует отметить, что несмотря на то, что зачастую производители ТТ декларируют возможность работы в классе точности даже при нулевой вторичной нагрузке, догрузка трансформаторов тока требуется, именно исходя из достижения требуемого коэффициента безопасности. Опытным путем доказано, что при уменьшении вторичной нагрузки ТТ его коэффициент безопасности увеличивается в несколько раз (5). Поэтому невозможно понять, на сколько же необходимо догрузить обмотку измерений ТТ для достижения требуемого коэффициента безопасности приборов. В связи с этим необходимо, чтобы изготовители ТТ на каждый производимый тип ТТ приводили кривую зависимости коэффициента безопасности от вторичной нагрузки, это требование тоже должно быть внесено в ГОСТ 7746-2001. Сейчас можно рекомендовать догружать ТТ как минимум до нижнего предела загрузки, регулируемого ГОСТ 7746-2001.


Рис.4. Трансформатор тока,
устанавливаемый на ввод силового
оборудования (встраиваемый ТТ).

Номинальная предельная кратность обмоток, в свою очередь, должна быть выше кратности тока короткого замыкания и не ниже кратности существующего ТТ, для обеспечения нормальной работы существующих релейных защит. Не стоит забывать и о проверке на термическую и динамическую стойкость трансформаторов тока напряжением свыше 1 кВ, выполняемую по ГОСТ Р 52736-2007 (7) — трансформатор не должен выйти из строя при коротких замыканиях в электроустановке.

Какие же ТТ наиболее функциональны? Все зависит от задачи, которая решается при выборе измерительных трансформаторов. Если необходима организация как цепей учета, так и измерения, релейных защит, автоматики и пр. — целесообразно применять отдельно стоящие ТТ (рис.3), так как их функционал гораздо более обширен, чем, например, у ТТ, устанавливаемых на ввод силового оборудования (встраиваемых) (рис.4). В частности, для уровня напряжения 110 кВ последние ограничены классами точности — для отечественных ТТ класс 0,2S достигается только при использовании трансформатора с номинальным первичным током от 600 А, при вторичном токе 5 А. Кроме того, если сравнить отдельно стоящий ТТ с встраиваемым по мощностям вторичных обмоток — встраиваемый также уступает. Поэтому, выгодно применять отдельно стоящие ТТ решении комплексных задач по организации одновременно вторичных цепей учета, измерений и РЗА, а также при новом строительстве объектов, при установке ТТ только для организации учета и при условии наличия больших токов в первичной цепи — целесообразно применение встраиваемых ТТ.

Конечно, большую роль играет стоимость трансформаторов и их монтажа. Здесь однозначно лидирующими являются встраиваемые ТТ наружной установки. Они дешевле в изготовлении, при монтаже не требуют установки отдельных опорных конструкций, а также обслуживания в период эксплуатации, так как имеют литую изоляцию. Но стоит еще раз обратить внимание на ограниченность их применения и недостаточный функционал, по сравнению с отдельно стоящими ТТ.

Выводы

  1. При выборе ТТ необходимо учитывать соотношение номинального первичного тока обмотки учета и фактической нагрузки. Использование ТТ с большими номинальными первичными токами при значении фактических нагрузок присоединений менее 20% от номинального первичного тока ТТ экономически нецелесообразно и приводит к тому, что часть транзита электрической энергии не учитывается, это может повлечь финансовые потери.
  2. Производимые промышленностью измерительные трансформаторы могут обеспечить точный учет и в области минимальных нагрузок присоединений, и при максимальной пропускной способности линии, используя расширенный диапазон измерений от 1 до 200%, при условии документального подтверждения работы ТТ в классе точности в этом диапазоне.
  3. При замене существующих ТТ доступны ТТ с различными Ктт обмоток или ТТ с отпайками — таким образом будет обеспечиваться достаточная точность учета и сохранение существующих коэффициентов трансформации обмоток измерений и РЗА. Также можно использовать ТТ с изменяемым количеством первичных витков. При этом необходимо помнить, что при переключении изменяется Ктт всех обмоток одновременно.
  4. Номинальная мощность обмоток изготавливаемых в настоящее время трансформаторов тока достигает 50-60 ВА — этого, как правило, достаточно для работы в допустимых классах точности. Также возможно производство ТТ с увеличенным количеством обмоток измерений и/или РЗА.
  5. Необходимо выбирать ТТ с как можно более низким коэффициентом безопасности приборов. Не нужно забывать о догрузке вторичных обмоток — с уменьшением их загруженности увеличивается коэффициент безопасности. Кроме того, необходимо, чтобы производители ТТ декларировали для каждого типа зависимость коэффициента безопасности приборов от вторичной нагрузки.
  6. При замене ТТ необходимо следить за тем, чтобы номинальная предельная кратность обмоток РЗА была не менее кратности существующих ТТ и выше кратности токов КЗ. Также необходимо осуществлять проверку на термическую и динамическую стойкость.
  7. Отдельно стоящие ТТ значительно функциональнее встраиваемых, поэтому их использование целесообразно при реконструкции распределительных устройств и новом строительстве. При установке ТТ только для учета и соблюдении условия наличия значительных токов в первичной цепи — возможно применение встраиваемых ТТ.

Используемая литература

  1. ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия».
  2. Правила устройства электроустановок, 7-е изд.
  3. IEС 60044-1 «INTERNATIONAL STANDARD. Instrument transformers — Part 1: Current transformers»
  4. М. Зихерман «Стандарты по измерительным трансформаторам. Новые требования».
  5. Легостов В.В., Легостов В.В. «Измерительные трансформаторы тока», ИЗМЕРЕНИЕ.RU № 12 2’06
  6. Афанасьев В.В. «Высоковольтные ТТ».
  7. ГОСТ Р 52736-2007 «Методы расчета термического и динамического действия тока короткого замыкания».

Серяков Андрей Александрович,
главный инженер проекта
Управления технического сопровождения
ООО «Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ»

Источник