Основными параметрами ТТ являются следующие.
1. Номинальное напряжение
— линейное напряжение системы, в которой трансформатор должен работать. Это — напряжение, на которое рассчитана изоляция первичной обмотки.
2. Номинальный первичный и вторичный ток
— ток, который трансформатор может пропускать длительно не перегреваясь. Номинальный ток вторичной обмотки стандартизован и может быть 5 или 1 А. Вторичных обмоток может быть несколько с разными номинальными токами.
3. Номинальный коэффициент трансформации
— отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току:
4. Номинальная нагрузка трансформатора
— это сопротивление нагрузки
Z
2ном.в омах, при котором трансформатор работает с заданным классом точности при номинальном значении Cos2ном.=0,8. Иногда этот термин заменяется номинальной мощностью в вольт-амперах
Р
2ном.
Р
2ном. =
2номZ
2ном.
Поскольку значение тока I
2ном. стандартизовано, то
Z
2ном.определяет и
Р
2ном.ТТ.
5. Класс точности.
Вследствие потерь в трансформаторе реальный коэффициент трансформации не равен номинальному. Различают погрешность токовую и угловую. Токовая погрешность в процентах определяется выражением
100.
В зависимости от значения токовой погрешности различают классы точности (0,5; 1). Класс точности говорит о погрешности по току при номинальных условиях.
В идеальном трансформаторе вторичный ток сдвинут по фазе относительно первичного на 180°. В реальном трансформаторе этот угол отличается от 180°. Погрешность по углу измеряется в минутах.
6. Номинальная предельная кратность.
С увеличением первичного тока выше номинального значения погрешность ТТ сначала уменьшается, затем по мере насыщения магнитопровода увеличивается. ТТ является одним из основных звеньев систем защиты. При токах короткого замыкания погрешность может быть такой, что нормальная работа защиты не будет обеспечиваться. Поэтому для ТТ указывается предельная кратность тока первичной обмотки по отношению к номинальному току, при которой полная погрешность не преышает 5 или 10% (разные классы), и в пределах этой погрешности проектируется нормальная работа защиты.
7. Максимальная кратность вторичного тока
– отношение наибольшего вторичного тока к его номинальному значению при номинальной вторичной
нагрузке. Максимальная кратность I
2 определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание
I
1 не ведёт к возрастанию потока.
8. Термическая стойкость —
отношение предельно допустимого тока КЗ, который трансформатор может выдержать без повреждений в течение нормированного времени 1с, к номинальному первичному току
I
1ном при номинальной вторичной нагрузке и нормированной температуре окружающей среды, с учетом предварительного нагрева ТТ номинальным током.
9. Динамическая стойкость
ТТ (кратность) — отношение амплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания (ударного тока КЗ), выдерживаемого трансформатором без механических повреждений, к амплитудному значению номинального первичного тока
I
1ном.
Так как ток первичной обмотки ТТ задаётся сетью, то наибольшим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегчённых условиях.
Определение
Определение технической характеристики для трансформатора прописаны в ГОСТе 7746 2001 под названием «Трансформаторы тока. Общие технические условия». Этот документ относится к классу межгосударственных, то есть он распространяется для всех устройств, изготовленных в любой точке по территории страны.
Для того, чтоб понять определение, нужно познакомится с тем, что значит усредненный коэффициент безопасности. Этот показатель в свою очередь является соотношением номинального тока безопасности и первичного (также номинальное общее значение). Коэффициент безопасности по своей сути является основным параметром, который определяет искомую кратность повышения импульса.
Последняя характеристика важна, так как в условиях производства часто наблюдаются ситуации, когда он повышается из номинального показателя. Это возникает при коротком замыкании в цепи в большей части случаев.
Ситуация определяется тем, что сердечник ТС уходит в насыщение, при этом рост во вторичке не наблюдается, что в свою очередь обеспечивает защиту всех подключенных нагрузок к оборудованию.
Измерение и расчет предельной кратности
При превышении предельного нормированного показателя прибор переходит из стабильной области работы в фазу насыщения. Точность функционала оценивается по математическим кривым, условия которых приведены в таблицах. Коэффициент устанавливается не опытным путем, а по специальным табличным данным. Кривые состоят из информации о наибольшем отношении тока вторички к среднему номинальному назначению, которое подается на первичку.
Расчет производится таким образом, чтоб полная ошибка при вычисляемых данных (то есть при включении заданной информации о вторичной нагрузке) не было больше десяти процентов. Математические кривые позволяют вычислить характеристики проводов, приборов, реле, схемы подсоединения и составить схему таким образом, чтоб не происходило пересыщение и приборы работали в оптимальном режиме.
Оборудование, дополненное дифференциальной защитой, при сквозном токе короткого замыкания должно иметь идентичную предельную кратность.
Расчетные кривые приводятся для вычислений работы по установленному режиму. Если апериодическая стремится к max, то есть режим переходный, то параметр достигает и 70-75%.
Класс точности выбирают в зависимости от назначения. Такие же требования применяются и к устройствам с неидентичными типами нагрузок.
Проверка класса точности трансформатора тока
При питании обмоток счетчиков для расчета с энергосистемой погрешность не должна превышать 0,5%, измерительных приборов – 1%, релейной защиты – 3%. Для подключения приборов дифференциальной защиты и защиты от замыканий на землю применяют трансформаторы тока класса 10Р.
Ниже приведена таблица допустимых величин нагрузки вторичной цепи для некоторых трансформаторов тока в зависимости от требуемого класса точности:
Вторичной нагрузкой трансформатора тока Zн.т.т называется полное сопротивление вторичной цепи Z2 в омах. Оно равно сумме сопротивлений всех последовательно включенных катушек приборов и реле, переходных контактов и соединительных проводов:
Где ∑Zприб. – сумма полных сопротивлений приборов, Ом; Zпров – сопротивление соединительных проводов, Ом; nk – число контактов; 0,01 – среднее сопротивление одного контакта, Ом;
В приведенной выше формуле допущено алгебраическое сложение полных сопротивлений, что для данного случая не дает серьезной погрешности.
Для практических расчетов суммарное сопротивление контактов можно принимать равным 0,1 Ом.
Принимая по каталогам допустимое Zн.т.т и сопротивление включенных приборов, можно определить требуемое сечение соединительных проводов:
Как правило, Zпров.≈ Rпров., следовательно:
Где: lрасч. – расчетная длина в метрах в соответствии со схемами включения приборов (схемы ниже); l – действительное расстояние соединительных проводов в один конец от клемм трансформатора тока до места установки приборов.
Ниже в таблице приведены средние данные сопротивлений измерительных приборов и реле, которые могут быть использованы для определения нагрузки вторичной цепи трансформатора тока:
По условиям механической прочности сечения проводов токоведущих цепей должны быть не менее 2,5 мм2.
Пример
Определить сечение медных соединительных проводов вторичной цепи трансформатора тока, установленных на вводе 10 кВ в РУ подстанции по схеме показанной ниже. Трансформаторы тока должны иметь класс точности 0,5. Расстояние между трансформаторами тока, установленными в РУ 10 кВ, и щитом, в котором установлены приборы 20 метров. Сопротивление переходных контактов принимаем равными 0,1 Ом.
Решение
Сопротивление приборов, подключенных к наиболее загруженной фазе (в данном случае фаза А или С):
По каталогу для трансформатора тока ТПЛ10 при классе точности 0,5 Zн.т.т = 0,4 Ом.
Получаем значения сопротивления проводов:
Сечение проводов определяем без учета незначительной нагрузки фазы В. Тогда lрасч. = 1,5l:
Принимается ближайшее стандартное значение 4 мм2.
Пределы погрешностей ТТ для классов Р
Все характеристики указаны в документации к конкретным видам приборов. Также информация прописывается отдельно к каждому устройству. Конкретно для классов точности Р установлены пределы допустимых погрешностей токовое и угловые.
Для трансформаторов с классом мощности 5Р при токе нормальной с предельной полной кратности в 5 процентов значения пределов допустимой погрешности следующие:
- токовые – + или — 1 %;
- угловые + или — 60 процентов, что идентично 1,9.
Пределы, указанные в таблицах, выполняются, так как это первое из требований безопасности.
Для прибора класса точности 10Р искомая предельная кратность составляет 10% соответственно. Предел погрешности, max возможной при работе, составляет 3 процента. В тоже время данных об угловых погрешностей не представлено, так как их не нормируют.
Проверка класса точности трансформатора напряжения
Катушки напряжений измерительных приборов и реле подключаются к вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения.
Градуировка этих приборов производится применительно коэффициента трансформации, исходя из того, что номинальное вторичное напряжение во всех случаях равно 100 В.
Трансформатор напряжения имеет погрешность, которая зависит от величины тока холостого хода, а также сопротивлений обмоток вторичной нагрузки. Вторичная нагрузка, как и для трансформаторов тока, указывается в заводских каталогах, но не в омах, а в вольт-амперах (ВА). Например, для однофазного трансформатора напряжения НОМ-6 эта нагрузка не должна быть больше 50 ВА при классе точности 0,5; при классе точности 1 не более 80 ВА; при классе точности 3 не более 200 ВА.
Величина подключенной нагрузки зависит от схемы включения приборов и может быть определена для наиболее часто применяемых схем по формулам, указанным в таблице ниже:
Полная нагрузка определяется как геометрическая сумма активных и реактивных мощностей, потребляемая катушками подключенных приборов:
В таблице ниже приведены примерные мощности и коэффициенты мощности катушек напряжения различных приборов:
Мощность потерь в проводах вторичных цепей трансформаторов напряжения настолько незначительно, что ими пренебрегают.
Пример
Выбрать трансформатор напряжения, к которому подключены измерительные приборы (по схеме приведенной ниже), если он должен работать при классе точности 0,5 и напряжении сети 6 кВ.
Составим таблицы распределения нагрузок между фазами:
Выбираем трехфазный трансформатор НТМК-6-48, который допускает нагрузку 80 ВА при классе точности 0,5.
Категории
Предельная кратность – отношение предельного значения первичного тока, при котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%, к номинальному первичному току
Номинальная предельная кратность, Кном – предельная кратность при номинальной вторичной нагрузке.
Предельная кратность вторичной обмотки для защиты определяет возможность нормальной работы защитных устройств и систем при аварийных режимах работы.
Кривые погрешностей вторичной обмотки ТТ с классом точности 10Р и номинальной вторичной нагрузкой 15 В·А, снятые при различных значениях вторичной нагрузки
Измерение предельной кратности
Значение фактического (измеренного) значения предельной кратности при номинальной вторичной нагрузке, согласно ГОСТ 7746-2015 должно превышать значения номинальной предельной кратности, и в реальности всегда несколько больше.
Измерение предельной кратности проводится при квалификационных испытаниях прямым методом согласно ГОСТ 7746-2015 п.9.6. или косвенным методом при ПСИ путем измерения значения тока намагничивания. Ток намагничивания, определяемый при расчетном значении напряжения намагничивания Uнам.расч должен быть меньше расчетного тока намагничивания для защитных обмоток ТТ.
где Кном – номинальная предельная кратность обмоток для защиты; ε – полная погрешность, для защитных обмоток принимается равной 5% для класса точности 5Р или 10 % для класса точности 10Р; Z2 – полное сопротивление вторичной обмотки, определяемое по формуле
Фактические (измеренные при ПСИ) значения тока намагничивания, расчетного напряжения и расчетного тока намагничивания вторичных обмоток указываются в паспорте на конкретный трансформатор.
Кривые предельной кратности
Предельная кратность напрямую зависит от реального значения вторичной нагрузки. Для правильного проектирования систем защиты существуют кривые предельной кратности, т.е. зависимость коэффициента предельной кратности от нагрузок на вторичной обмотке.
Зависимость коэффициента предельной кратности от нагрузок на вторичной обмотке для вторичной обмотки ТТ с классом точности 10Р и номинальной вторичной нагрузкой 15 В·А
Типовые кривые предельной кратности на трансформаторы тока производства ООО «НТЗ «Волхов» можно посмотреть по ссылке:
Кривые предельной кратности на нетиповые трансформаторы и полные ВАХ вторичных обмоток в табличном или графическом виде с указанием контрольных точек предоставляются по запросу.
Определение минимально необходимого коэффициента предельной кратности Кпк.мин
В зависимости от вида защиты, токовые цепи которой подключены к проверяемому трансформатору тока, значение Кпк.мин определяется по разному.
Также в зависимости от типа (класса) применяемых трансформаторов тока Кпк.мин определяется по разному. Ниже приводятся формулы для определения Кпк.мин для транформаторов тока класса 5Р, 10Р.
Максимальная токовая защита
где: Iсраб.то – ток срабатывания наивысшей токовой ступени (как правило, токовой отсечки); Iперв.тт – номинальный первичный ток ТТ.
Примечение: для микропроцессорных устройств могут быть свои требования к Кпк.мин. Так, для устройств Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности должен быть
Дифференциальная защита шин
Для устройств дифференциальной защиты шин типа 7SS85
где: Iкз.макс – максимальный ток короткого замыкания в месте установки защиты.
Дифференциальная защита трансформатора
Для устройств дифференциальной защиты трансформатора типа 7UT82, 7UT85 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по трем условиям
где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении внутри защищаемой зоны; Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой зоны (приведенный к стороне ВН).
Дифференциальная защита линии
Для функции 87L дифференциальной защиты линии устройств типа 7SD82 минимально требуемый коэффициент предельной кратности определяется по формулам:
где: Iвнутр.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении на защищаемой линии; Iвнеш.КЗ – максимальный ток КЗ при повреждении вне защищаемой линии.
Проверка на предел измерения
При проверке токовых цепей для любой защиты должно выполняться условие
где: IКЗ.макс – максимальный ток КЗ в месте установки трансформаторов тока.
