Расчет трансформатора тока: пусковой и номинальный ток, пример на 10 кВ

Пример выбора трансформатора тока 10 кВ

Теория теорией, а практика совсем другое. В этой статье я поделюсь своим опытом выбора трансформатора тока 10 кВ. Думаю, многие из вас узнают для себя что-то новенькое, т.к. в каталогах данной информации я не встречал, и приходилось общаться с производителями трансформаторов тока.

По трансформаторам тока у меня имеется несколько статьей:

Эта статья далась мне очень тяжело. Я ее несколько раз переписывал, находил ошибки перед самой публикацией, даже были мысли не публиковать на блоге. Но, все-таки решил написать про особенности ТТ с разными коэффициентами трансформации, поскольку найти что-нибудь по этой теме очень трудно.

В одном из последних проектов мне нужно было запроектировать трансформаторную подстанцию на 160 кВА и подвести к ней питающую линию 10 кВ. В ячейке КРУ на РП 10 кВ нужно было выбрать трансформаторы тока.

Изначально я думал, что коммерческий учет будет все-таки на стороне 0,4 кВ, но в энергосбыте сказали, что граница разграничения ответственности будет по линии 10 кВ. В связи с этим, трансформаторы тока следует выбирать как для коммерческого учета.

Основная сложность заключается в том, что при такой мощности силового трансформатора ток в линии очень маленький, всего около 10 А.

Если следовать требованиям ПУЭ, то для учета нужно ставить ТТ с обмоткой 20/5:

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.

Сперва у меня был заложен трехобмоточный ТОЛ с обмотками 400/5, т.к. на другие ячейки поставлялись ТТ с такими обмотками. Как оказалось, обмотки ТТ могут иметь разные коэффициенты трансформации. В каталогах об этом не пишут.

Я запросил информацию у нескольких производителей и торгашей по поводу возможных коэффициентов трансформации у ТТ. Большинство ответило, что соотношение обмоток защитная/измерительная должно быть 2. Т.е. если защитная обмотка 400А, то измерительная – 200А.

Затем я узнал, кто будет поставлять ТТ в мое КРУ. Им оказался ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов». Связался с заводом, предоставил свои исходные данные и мне предложили несколько вариантов:

Один из вариантов: ТОЛ-НТЗ-11-11А-0,5SFs10/0,5Fs10/10Р10-10/10/15-75/5-300/5-300/5 31,5кА УХЛ2.

Пример условного обозначения опорного трансформатора тока

Соотношение обмоток – 300/75=4.

Данный трансформатор не совсем удовлетворяет моим требованиям. Тем не менее, мне его согласовали.

Иногда надо уметь признавать свои ошибки. В программу по расчету ТТ высокого напряжения я ввел неправильные исходные данные: вместо кратности токов термической и электродинамеческой стойкости я записал токи. В итоге мой расчет завысил характеристики ТТ.

Сейчас в программу расчета ТТ высокого напряжения внесены изменения.

Здесь еще следует понимать, что у всех обмоток трансформатора тока будет одинаковая термическая и электродинамическая стойкость и чем меньше номинальный ток обмотки, тем меньше данные показатели.

Из руководства по эксплуатации трансформатора тока ТОЛ НТЗ:

Номинальный первичный ток, АОдносекундный ток термической стойкости, кАТок электродинамической стойкости, кА
50,5. 11,25. 2,5
101. 22,5. 5
151,6. 3,24. 8
202. 85. 20
303. 127,5. 30
404. 1610. 40
505. 2012,5. 50
75,808. 31,518,8. 78,8
10010. 4025. 100
15016. 4037,5. 100
20020. 4050. 100
30031,5. 4078,8. 100
400-150040100

Выбранный ТТ я проверял на термическую и электродинамическую стойкость при помощи своей программы, однако, достаточно было бы взять ТТ и с более низкими значениями термической и электродинамической стойкости:

Теоретически с такими характеристиками может быть выполнена обмотка 20/5. Буду очень признателен, если вдруг увидите ошибки в данном расчете.

Кстати, в ПУЭ имеется еще очень интересная особенность: измерительную обмотку ТТ по режиму КЗ можно не проверять?

1.4.3. По режиму КЗ при напряжении выше 1 кВ не проверяются:

5 Трансформаторы тока в цепях до 20 кВ, питающих трансформаторы или реактированные линии, в случаях, когда выбор трансформаторов тока по условиям КЗ требует такого завышения коэффициентов трансформации, при котором не может быть обеспечен необходимый класс точности присоединенных измерительных приборов (например, расчетных счетчиков), при этом на стороне вьющего напряжения в цепях силовых трансформаторов рекомендуется избегать применения трансформаторов тока, не стойких к току КЗ, а приборы учета рекомендуется присоединять к трансформаторам тока на стороне низшего напряжения.

Что будет с измерительной обмоткой, если в цепи возникнет ток КЗ, а она не проходит проверку по режиму КЗ? По всей видимости трансформатор тока не успеет «сгореть». Наверное это актуально только для однообмоточных трансформаторов, т.к. у многообмоточных трансформаторов характеристики всех обмоток одинаковые.

В моей старой программе по проверке ТТ высокого напряжения был заложен трехсекундный ток термической стойкости, но в каталогах в основном пишут односекундный ток термической стойкости.

Чтобы перевести односекундный ток в трехсекундный нужно воспользоваться формулой:

I3с=I1с/1,732

Если вам нужен трансформатор тока с разными коэффициентами трансформации, то советую всегда консультироваться с производителями ТТ, т.к. только они знают, какие возможны варианты изготовления.

Кстати, при помощи этой программы очень быстро можно проверить различные варианты трансформаторов тока.

В ближайшее время будет рассылка обновленной версии программы и запишу видео с подробным описанием всех переменных. Жду ваших комментариев, возможно найдете ошибки.

А что вы знаете про ТТ с разными кф трансформации, какое их назначение?

Расчет трансформатора тока: пусковой и номинальный ток, пример на 10 кВ

РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Отчет сформирован автоматически на примере двигателя 10 кВ на сайте online-electric.ru

1. Паспортные данные электродвигателя

Марка электродвигателя: СДН–15–76–643.

Номинальная мощность PНОМ=2500 кВт.

Номинальное напряжение UНОМ==10 кВ.

Номинальный коэффициент мощности =0,95 .

Номинальный коэффициент полезного действия =0,91 .

Кратность пускового тока КП=7.

Номинальный ток IНОМ электродвигателя рассчитывается по формуле:

; (1)

IНОМ= EQ EQ F(2500;R(;3)· 0,95·0,91)=167 А.

Пусковой ток электродвигателя рассчитывается по формуле:

; (2)

2. Расчет токовой отсечки

Первичный ток срабатывания токовой отсечки выбираем по условию отстройки от пускового тока электродвигателя по формуле:

, (3)

где – коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и наличие апериодической составляющей в электродвигателя, для реле РТ-40 применяется 1, 4; для РТ-80 – 1,8.

Поскольку в качестве защитного органа используется реле типа РТ-40, то коэффициент надежности принимаем КН=1,4.

Тогда по формуле (3) первичный ток срабатывания отсечки IСЗ составит:

Ток срабатывания реле отсечки определяется по формуле:

, (4)

IСР – ток срабатывания реле, А; KCX – коэффициент, учитывающий схему соединения трансформаторов тока (ТТ) защиты: КСХ=1, при включении реле на фазные токи (рис. 1); КСХ= , при включении реле на фазные токи (рис. 2); nТ – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Рис. 1 – Схема включения реле на фазные токи

Рис. 2 – Схема включения реле на разность токов двух фаз

Поскольку в нашем случае используется схема соединения рис.1, то коэффициент схемы КСХ=1.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока nТ=40.

Подставляя известные данные в формулу (4), получаем:

Принимаем IСР=41 А, тогда уточненное значение тока срабатывания защиты составит:

Чувствительность токовой отсечки проверяется при двухфазном коротком замыкании на выводах электродвигателя в минимальном режиме питающей сети и оценивается коэффициентом чувствительности КЧ:

, (5)

– минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах электродвигателя, А.

Подставляя рассчитанные выше данные в формулу (5), получим:

Значение коэффициента чувствительности в соответствии с ПУЭ должно быть не менее 2. Однако для обеспечения чувствительности токовой отсечки при внутренних КЗ в витках обмотки статора, удаленных от выводов, желательно, чтобы коэффициент чувствительности был не менее 3. В нашем случае чувствительность токовой отсечки обеспечена.

3. Расчет дифференциальной токовой защиты

Для электродвигателей мощностью до 5000 кВт диффиренциальная защита не устанавливается. В нашем случае мощность электродвигателя составляет PНОМ=2500 кВт.

Ток срабатывания защиты определяется исходя из отстройки от тока небаланса, возникающего при пуске электродвигателя и в начальный момент времени КЗ в питающей сети.

Расчетный ток небаланса IНБ.РАСЧ определяется по формуле:

где КАПЕР – коэффициент, учитывающий увеличение пускового тока из-за наличия в нем апериодической составляющей; для реле типа РНТ-565 КАПЕР=1; КОДН – коэффициент однотипности ТТ защиты, принимаемый равным 0,5 при однотипных ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации и 1 при разнотипных ТТ; fТТ – допустимая полная погрешность ТТ, принимаемая для современных трансформаторов равной 0,1.

Ток срабатывания защиты определяется по формуле:

где КН – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,3.

Для защиты с реле типа РНТ-565 рекомендуется ток срабатывания защиты определять по формуле:

К дальнейшему расчету принимаем IСЗ=334,00 А.

По первичному току срабатывания определяется ток срабатывания реле:

(9)

Расчетное число витков обмоток реле при полученном значении IСР определяется по выражению

, (10)

где – минимальная магнитодвижущая сила реле, равная 100 А, для реле типа РНТ-565.

= EQ F(100;8,35) =12,0 витков.

Принимаем =12 шт.

Уточненное значение тока срабатывания реле

Уточненное значение тока срабатывания защиты

Подставляя рассчитанные выше данные в формулу (5), получим коэффициент чувствительности:

Значение коэффициента чувствительности в соответствии с ПУЭ должно быть не менее 2. В нашем случае чувствительность дифференциальной токовой защиты обеспечена.

4. Расчет токовой защиты электродвигателя от перегрузки

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока электродвигателя:

, (11)

где КН – коэффициент надежности; КВ – коэффициент возврата реле.

Для реле типа РТ-80: КН=1,2; КВ=0,8, тогда

Поскольку в нашем случае используется схема соединения рис.1, то коэффициент схемы КСХ=1.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока nТ=40.

Подставляя известные данные в формулу (4), получаем:

Принимаем IСР=7 А, тогда уточненное значение тока срабатывания защиты составит:

Время выбирается с учетом пуска и самозапуска электродвигателя (для реле РТ-80 выдержка времени в независимой части характеристики принимается 15-16с).

Окончательно время срабатывания реле принимаем равным 16 с.

Расчет чувствительности токовой защиты от перегрузки не производится.

5. Расчет токовой защиты нулевой последовательности

В соответствиис п.5.3.48 ПУЭ ток срабатывания защиты должен быть не более 10 А при мощности двигателя до 2000 кВт и не более 5 А для электродвигателей мощностью 2000 кВт и более. Сучетом мощности рассматриваемого электродвигателя ток срабатывания защиты нулевой последовательности не должен превышать 5 А.

Читайте также:  Прогрузка автоматических выключателей: устройство, протокол и периодичность проведения

Минимальный ток срабатывания защиты при используемом типе реле и способе соединения трансформаторов тока составляет 2,5 А.

Расчет производим при использовании данных об удельных собственных емкостных токах при замыкании на землю IЗ=3,25 А.

Коэффициент чувствительности защиты определяется по формуле

(12)

и должен быть не менее 1,25.

Окончательно принимаем ток срабатывания защиты IСЗ=2,6 А, тогда коэффициент чувствительности составит

Чувствительность защиты обеспечивается.

6. Выбор тока срабатывания защиты от двойных замыканий на землю

Первичный ток срабатывания защиты должен быть достаточным для отключения двойных замыканий на землю, если одно из мест замыканий находится в обмотке статора. В связи с использованием для данной защиты ТТ нулевой последовательности, первичный ток срабатывания защиты составляет 100-200 А. Окончательно принимаем IСЗ=200 А.

7. Выбор уставок защиты минимального напряжения

Напряжение срабатывания первой ступени защиты выбирается по условию обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей и возврата реле при восстановлении напряжения после отключения КЗ и принимается

=70 В.

Выдержка времени действия первой ступени отстраивается от времени действия токовых отсечек электродвигателей и принимается

=0,5 с.

Напряжение срабатывания второй ступени защиты отстраивается от снижения напряжения, вызванного самозапуском, и принимается равной

=50 В.

Выдержка времени действия второй ступени принимается

=9 с.

Напряжение срабатывания фильтра-реле обратной последовательности должно быть отстроено от напряжения небаланса при нормальных режимах и при отклонении частоты и принимается

=11 В.

Выбор коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока 6-10 кВ

Измерительные трансформаторы тока 6-10 кВ используются в реклоузерах (ПСС), пунктах коммерческого учета (ПКУ), камерах КСО – везде, где требуется учет электроэнергии или контроль тока для защиты линии от перегрузки.

Одним из основных параметров трансформатора тока (ТТ) является коэффициент трансформации, который чаще всего имеет обозначение 10/5, 30/5, 150/5 или аналогичное. Попробуем разобраться, что это означает, и как правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока.

Важно! Трансформатор тока по природе является повышающим, поэтому его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко через амперметр или просто перемычкой. Иначе он сгорит или ударит кого-нибудь током.

Зачем нужны трансформаторы тока

Электрики, знакомые с электрооборудованием

220 В могут заметить, что квартирные счетчики электроэнергии подключаются непосредственно к линии без использования трансформаторов тока. Однако уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое включение. В цепях же ПКУ и распределительных устройств 6-10 кВ все измерительные устройства подключаются через трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения величины измеряемого тока и приведения его к стандартному диапазону. Как правило, ток преобразуется к стандартному значенияю 5 А (реже – 1 А или 10 А).

Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.

Как выбрать трансформатор тока

Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора определяется мощностью силового трансформатора на понижающей подстанции.

Например, если мощность подстанции 250 кВА, то при номинальном напряжении линии 10 кВ ток не будет превышать 15 А. Значит коэффициент трансформации трансформаторов тока должен быть не менее 3 или, как это часто обозначают, 15/5. Использование трансформаторов тока меньшего номинала может привести к тому, что ток во вторичной обмотке будет значительно превышать заданное значение 5 А, что может привести к существенному снижению точности измерений или даже выходу из строй счетчика электроэнергии.

Таким образом, минимальное значение коэффициента трансформации ТТ ограничивается номинальным током линии.

А существуют ли ограничения на коэффициент трансформации с другой стороны? Можно ли использовать, например, вместо трансформаторов 15/5 трансформаторы 100/5? Да, такие ограничения существуют.

Если использовать трансформаторы тока с непропорционально большим номиналом, то результатом будет слишком малый ток во вторичной обмотке трансформатора, который счетчик электроэнергии не сможет измерять с необходимой точностью.

Чтобы не производить каждый раз громоздкие математические вычисления, был выработан ряд правил по выбору коэффициента трансформации ТТ. Эти правила зафиксированы в настольной книге каждого энергетика – в “Правилах устройсва электроустановок” (ПУЭ).

Правила устройства электроустановок допускают использование трансформаторов тока с коэффициентом трансформации выше номинального. Однако такие трансформаторы ПУЭ называют “трансформаторами с завышенным коэффициентом трансформации” и ограничивают их использование следующим образом.

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.

Поскольку упомянутое в ПУЭ понятие минимальной рабочей нагрузки является не очень понятным, то используют и другое правило:

Завышенным по коэффициенту трансформации нужно считается трансформатор тока, у которого при 25% расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке менее 10% номинального тока счетчика.

Таким образом, максимально возможное значение коэффициента трансформации применяемых трансформаторов тока ограничивается чувствительностью счетчиков электроэнергии.

Расчет минимального и максимального значения коэффициента трансформации

Для расчета номинала трансфоррматора тока необходимо знать диапазон рабочих токов в первичной обмотке трансформатора.

Минимальный коэффициент трансформации ТТ рассчитывается, исходя измаксимального рабочего тока в линии. Максимальный рабочий ток можно вычислить, исходя из общей мощности потребителей электроэнергии, находящихся в одной сети. Но производить эти вычисления нет необходимости, так как все расчеты уже были проделаны ранее при проектировании трансформаторной подстанции. Как правило, номинал силового трансформатора выбран таким, чтобы регулярная нагрузка не превышала номинальную мощность трансформатора, а кратковременная пиковая нагрузка превышала мощность трансформатора не более, чем на 40%.

Нужно различать полную мощность (измеряется в кВА) и полезную мощность (измеряется в кВт). Полная мощность связана с полезной через коэффициент мощности, характеризующий реактивные потери в сети. Больше информации по теме можно получить на другой странице нашего сайта.

Поделив потребляемую мощность на номинальное напряжение сети и уменьшив полученное значение на корень из 3, получим максимальный рабочий ток. Отношение максимального рабочего тока к номинальному току счетчика электроэнергии и даст искомый минимальный коэффициент трансформации.

Например, для подстанции мощностью 250 кВА при номинальном напряжении сети 10 кВ максимальный рабочий ток составит около 15 А. Поскольку кратковременный максимальный рабочий ток может достигать 20 А, то минимальный номинал трансформатора тока лучше взять с небольшим запасом – 20/5.

Максимальный коэффициент трансфортмации ТТ определим, умножив минимальный коэффициент трансформации на отношение уровеня рабочего тока (в процентах от максимального) к уровеню тока во вторичной обмотке трансформатора (также в процентах от максимального).

Например, минимальный коэффициент трансформации – 15/5, расчетный уровень рабочего тока – 25% от максимального, ток во вторичной обмотке трансформатора – 10% от номинального тока счетчика. Тогда искомый минимальный номинал ТТ – 15/5 * 25/10, то есть 7,5 или в традиционной записи 37,5/5. Но, поскольку ТТ с таким номиналом не выпускаются, то нужно взять ближайшее значение – 30/5.

Требования, предъявляемые нормативными документами к выбору коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока, оставляют очень мало места для маневра, позволяя выбрать трансформатор только из двух-трех близких номналов

Акции

Камеры КСО-303/393 в наличии на складе

На складе имеются в наличии камеры КСО-303/393 трех наиболее ходовых исполнений – вводные, линейные, секционные.

Вводные и линейные ячейки построены на выключателях нагрузки ВНРЗ-10/630, секционные на разъединителях РВЗ-10/630 (исполнения с одним и двумя разъединителями).

Новости

Новые города на карте поставок

Мы поставляем оборудование во все регионы нашей огромной страны.

На нашей карте уже более сотни городов от Анадыря на востоке до Калининграда на западе, от Апатитов на севере до Махачкалы на юге.

C каждым годом расширяется география поставок. Растет объем поставок на экспорт – наше оборудование работает в Белоруссии, Казахстане, Киргизии и Узбекистане.

Чукотское лето

В связи с развитием Северного морского пути Чукотка в настоящее время переживает второе рождение. Восстанавливаются заброшенные поселки, активно развивается портовая инфраструктура на побережье.

В 2018 году мы поставили двухтрансформаторную подстанцию в рамках реконструкции районной больницы города-порта Певек. В 2019 году было отгружено уже пять подстанций в различные районы Чукотского полуострова.

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:

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.

Читайте также:  Твердотельное реле: схема подключения, устройство, характеристики и управление

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:

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.

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).

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:

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.

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:

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

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

Расчет и выбор трансформаторов тока

Трансформатор тока (ТТ) служит для измерения, преобразования и передачи информации о режиме работы сильноточной цепи высокого напряжения в цепь низкого напряжения. Информация на вторичной стороне используется как для целей измерения мощности при помощи амперметра, ваттметра, качества энергии, так и для системы релейной защиты. Поэтому ТА, как правило, имеют две вторичные обмотки: одну для измерения, другую для защиты. Вторичный ток ТТ имеет нормированные значения: 5 или 1 А. Одной из важнейших характеристик ТТ является класс точности. Установлено 6 классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10% соответствующих 100—120% номинального тока.

Трансформаторы тока отличаются от силовых трансформаторов следующими особенностями: работают в условиях близких к короткому замыканию (амперметр является нагрузкой измерительной обмотки ТТ); ток во вторичной цепи не зависит от значения и характера нагрузки (источник тока), а определяется значением и характером изменения первичного тока.

Согласно ПУЭ при максимальной нагрузке присоединения вторичный ток должен составлять не менее 40% от номинального тока счетчика.

К установке на подстанции выбраны два силовых трансформатора 630кВА 10/0,4 кВ, коэффициент загрузки трансформаторов 0,7

Необходимо выполнить учет электроэнергии на силовом трансформаторе 630 кВА, 10/0,4 кВ. Мощность нагрузки трансформатора с учетом в нем потерь, (счетчик устанавливаем на высокой стороне подстанции) изменяется от (253+24,66) кВА (трансформатор Т1) до номинальной 630кВА.

Номинальный ток трансформатора по стороне 0,4 кВ

=630/(√3∙10) =36,5А

Расчеты максимальной и минимальной нагрузки приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Расчет нагрузки, тип счетчиков и вид учета

Наименование узлов питанияPсм, кВтQсм, кварSсм AIминi, APном, кВт Iмахi, A1,25* I 1 махi, AСхема включения счетчика, вид учетаТип счетчика АЛЬФА , обозначение на Э3
1.1Склады ЖД52,880,40,8ТТ , техническийWh5 А1800
1.2Освещение ЖД наружное0,80,61,50,88,75ТТ , коммерческийWh6 А1800
1.3 Цех раскроя стекла и деталей (1б)0,8ТТ , техническийWh4 А1800
1.4Насосная станция86,60,7ТТ , коммерческийWh3 А1800
Т1 всего294,8245,6383,7585,90,8ТТ и ТН , коммерческийWh1 А1800
2.1 Гараж5,38,712,50,814,42,5Прямое включение техническийWh9 А1800
2.2 Цех сборочный (1а)0,7776,3ТТ , техническийWh11 А1800
2.3 Склад готовой продукции7,089,20,731,25ТТ , техническийWh8 Плюс А2
2.4 Котельная9,511.214,721,30,748,7ТТ , техническийWh12 А1800
2.5 Осветительн. установка0,80,61,50,88,8Прямое включение техническийWh7 Плюс А2
2.6 Управление12,60,9ТТ , техническийWh10 А1800
2.7 Проходная весовая1,82,12,70,712,515,6Прямое включение техническийWh13 Плюс А2
Т2 всего247,7280,3536,30,7735,5919,4ТТ и ТН , коммерческийWh2 А1800

Рассчитываем при минимальной мощности нагрузки (253+24,66) кВА аналогично (253+24,66) /(√3∙10)= 16 А

Выбираем ТТ типа ТК-20 класса точности 0,5, для которого максимальное значение тока в первичной обмотке 50А, а во вторичной 5А. Ток во вторичной цепи (при коэффициенте трансформации nт = 50: 5= 10) составит

Iмах подст = I1/n т = 36,5/10 = 3, 7А. 3, 7 х100/5=73%> 40%

Определяем максимальный и минимальный ток на каждое присоединение со стороны низкого напряжения по формулам

, ,

где соsφ – коэффициент мощности соответствующего присоединения,

для цеха раскроя стекла

, (6.8)

Sсм = =245кВА

Увеличиваем расчетный максимальный ток. Выбираем ТТ типа ТК-20 для которого максимальное значение тока в первичной обмотке 600А, а во вторичной 5А. Ток во вторичной цепи (при коэффициенте трансформации nт = 600: 5= 120) составит

I1мах = I1/n т = 400 /120 = 3,3 А. 3,3 х100/5=67%> 40%

Аналогично рассчитываем и выбираем ТТ для каждого присоединения, и результаты приводим в таблице 5.3.

Трансформаторы тока выбраны правильно, так как I2 > Iн счетчика. Сечение жил проводов или кабелей от трансформаторов тока до счетчиков должно быть не менее: медных — 2,5, алюминиевых — 4 мм 2 . Максимальное сечение жил проводов и кабелей, которые возможно подключить к клеммам счетчика, не должно превышать 10 мм 2 .

До приборов учета, смонтированных на вводе, должны быть установлены отключающие аппараты, а после приборов учета — аппараты, обеспечивающие разрыв цепи со стороны распределительных сборок или их группы. Амперметры устанавливают в одной фазе. Три амперметра предусматривают только в тех цепях, где возможна не симметричная нагрузка фаз приемников (освещение, сварочные посты, конденсаторные батареи).

Таблица 9.2 – Расчет и проверка трансформаторов тока

НаименованиеIмин, АIмах, АТип ТТIмах ТТ,АnтIмин > 5%Iмах>40%
1.1Склады ЖД80,4ТК-20
1.2 Освещение ЖД подъезда и путей наружное1,5
1.3 Цех раскроя стекла и деталей (1б)ТК-20
1.4 Насосная станцияТК-2083,5
Т1 всего585,9ТК-20
2.8 Гараж12,5
2.9 Цех сборочный (1а)ТК-20
2.10 Склад готовой продукцииТК-20
2.11 Котельная21,3ТК-20
2.12 Осветительная нагрузка основных помещ1,5
2.13 УправлениеТК-20
2.14Проходнвая(весовая)
Т2 всего536,3919,4ТК-20
Читайте также:  Схема подключения трехфазного счетчика: в однофазную сеть, новые правила

Амперметры включают непосредственно в сеть или через трансформаторы тока.

Для коммерческого учета необходимо поставить трансформаторы тока с классом точности не больше 0,5S

Выбор трансформаторов тока и трансформаторов напряжения: формулы, расчет, схемы

Для контроля за режимом работы электроприемников, а также для производства денежного расчета с энергоснабжающей организацией применяются контрольно-измерительные приборы на подстанциях, присоединяемые к цепям высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираются по номинальному напряжению, номинальному первичному току и проверяются по электродинамической и термической стойкости к токам короткого замыкания. Особенностью выбора трансформаторов тока является выбор по классу точности и проверка на допустимую нагрузку вторичной цепи.

Классы точности трансформаторов тока

  • Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся денежные расчеты, должны иметь класс точности 0,5.
  • Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1;
  • Для включения указывающих электроизмерительных приборов — не ниже 3;
  • Для релейной защиты — класса 10(Р).

Чтобы погрешность трансформатора тока не превысила допустимую для данного класса точности, вторичная нагрузка Z2 не должна превышать номинальную нагрузку Z2ном, задаваемую в каталогах.

Индуктивное сопротивление таковых цепей невелико, поэтому принимают Z2р = г2р. Вторичная нагрузка г2 состоит из сопротивления приборов г приб, соединительных проводов гпр и переходного сопротивления контактов гк:


Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансформаторов тока, необходимо составить таблицу — перечень электроизмерительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении.

Суммарное сопротивление приборов, Ом, рассчитывается посуммарной мощности:

В РУ 6—10 кВ применяются трансформаторы с /2ном = 5А; в РУ 110 — 220 кВ — 1 или 5 А. Сопротивление контактов ГК принимают 0,05 Ом при двухтрех приборах и 0,10 — при большем количестве приборов. Сопротивление проводов рассчитывается по их сечению и длине. Для алюминиевых проводов минимальное сечение — 4 мм2; для медных — 2,5 мм2.

Расчетная длина провода зависит от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформатора до приборов:

  • при включении трансформаторов тока в неполную звезду;
  • 21 — при включении всех приборов в одну фазу;
  • l — при включении трансформаторов тока в полную звезду.

При этом длина l может быть принята ориентировочно для РУ 6—10 к В:

  • при установке приборов в шкафах КРУ / = 4… 6 м;
  • на щите управления /= 30…40 м;
  • для РУ 35 кВ / = 45…60 м;
  • для РУ ПО — 220 кВ/ = 65…80 м.

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи трансформаторов тока окажется больше ZHOU для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи:

где р — удельное сопротивление.

Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабелей: 2,5; 4; 6; 10 мм2.

Условия выбора трансформатора тока приведены в табл. 7.5. Дополнительно могут быть заданы: КТН = 1т.тн/УР21ном — кратность тока динамической стойкости трансформатора тока; КТ = /Т//|„ОМ — кратность тока термической стойкости; /i„OM — номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

Выбора трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения, предназначенные для питания катушек напряжения измерительных приборов и реле, устанавливают на каждой секции сборных шин. Их выбирают по форме исполнения, конструкции и схеме соединения обмоток, номинальному напряжению, классу точности и вторичной нагрузке.

Условия выбора трансформаторов напряжения

  • конструкция, схема соединения;
  • соблюдение условия Uc.ном = U1ном (где Uc.ном— номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, кВ;
  • U1.ном— номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВ);
  • класс точности;
  • соблюдение условия S2 рас

При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывается, так как оно мало. Однако ПУЭ требует оценить потерю напряжения, которая в проводах от трансформаторов к счетчикам не должна превышать 0,5 %, а в проводах к щитовым измерительным приборам — 3 %. Сечение провода, выбранное по механической прочности, как правило, отвечает требованиям потерь напряжения.

Выбор типа трансформатора напряжения определяется его назначением. Если от ТН получают питание расчетные счетчики, то целесообразно использовать на напряжениях 6, 10, 35 кВ два однофазных трансформатора типа НОМ или НОЛ, соединенных по схеме открытого неполного треугольника.

Два однофазных ТН обладают большей мощностью, чем один трехфазный, а по стоимости на напряжения 6 и 10 кВ они примерно равноценны. Если одновременно с измерением необходимо производить контроль изоляции в сетях 6—10 кВ, то устанавливают трехфазные трехобмоточные пятистержневые трансформаторы напряжения серии НТМИ или группу из трех однофазных трансформаторов серии ЗНОМ или ЗНОУТ, если мощность НТМИ недостаточна.

При использовании трех однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, нейтральная точка обмотки высокого напряжения ТН должна быть заземлена для правильной работы приборов контроля состояния изоляции

Для напряжения 110 кВ и выше применяют каскадные трансформаторы НКФ.

Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью

Электрические сети 6-35 кВ Украины и стран СНГ выполнены с изолированной нейтралью. Эти сети при определенных токах замыкания на землю (для Uн=35 кВ – 10 А; Uн=10 кВ – 20 А; Uн=6 кВ – 30 А) должны иметь, как правило, реакторную или резистивную компенсацию нейтрали.

Основным преимуществом сетей с изолированной нейтралью является возможность обеспечивать длительное время потребителей электроэнергией даже при наличии «земли» в сети без их отключения. В то же время одним из основных недостатков является опасность возникновения (при малых токах замыкания на землю, равных 0,5-3,5 А) феррорезонансных процессов с последующим повреждением электромагнитных трансформаторов напряжения (ТН).

Феррорезонансные процессы (ФРП) в таких сетях, как показывает опыт эксплуатации и исследования, проведенные учеными «Львовской политехники», возникают во время появления и обрыва «земли» в сети (срабатывание разрядников, касание ветвями деревьев, обрыв троса фаз ЛЭП, стекание капель росы по изоляторам, особенно загрязненным, некоторым коммутационным переключениям, приводящим к изменению емкости в сети и т.д.).

В большинстве случаев эти ФРП проходят при частотах 17 и 25 Гц и сопровождаются протеканием через первичную обмотку ТН сверхтоков, которые на порядок и больше превышают допустимые для ТН токи, из-за чего первичные обмотки перегорают в течение нескольких минут. В эксплуатации имеют место случаи, когда первоначально по два-три раза (после замены) перегорает высоковольтный предохранитель 35 кВ, рассчитанный на номинальный ток срабатывания 2 А (это при том, что допустимый ток первичной обмотки ТН не превышает 60 мА), при этом повреждается ТН. Таким образом, имеют место неоднократные протекания больших токов через об-мотку ТН сверх допустимых, которые постепенно, за счет перегрева внутренних слоев, приводят к разложению изоляции и повреждению ТН.

В настоящее время, если судить по публикациям российских журналов, проводится большая работа по защите ТН от их повреждений в сетях.

Однако каждый из предлагаемых методов имеет свои недостатки и не в состоянии полностью решить проблему защиты ТН от воздействия ФРП. Кроме того, отсутствует возможность фиксации появления ФРП на участке сети с ТН.

С этой точки зрения наиболее эффективным способом подавления (а главное фиксацией времени и длительности) ФРП является устройство подавления резонанса (УПР), разработанное на кафедре электрических сетей «Львовской политехники», типа ПЗФ-5 (рис. 1, 2).


При возникновении феррорезонанса на выводах обмотки «разомкнутого треугольника» трехфазного ТН (или группы трех однофазных ТН) возникает напряжение нулевой последовательности 3U0 ? 100 В с субгармонической частотой (чаще всего 20-25 Гц).

После появления напряжения с субгармонической частотой устройство ПЗФ-5 с заданной задержкой времени однократно подключает к выводам обмотки «разомкнутого треугольника» резистор 5-6 Ом на время, заданное для гашения ФРП. Подключенный резистор обеспечивает срыв (погашение) феррорезонансных колебаний в течение t ?0,3 с, что исключает возможность термического повреждения обмоток ВН ТН феррорезонансными процессами.

У устройства ПЗФ-5 предусмотрено однократное его включение на заданное время с повторной готовностью к срабатыванию через заданное время. При длительном феррорезонансе предусмотрено повторное однократное срабатывание устройства с последующим запретом (блокированием) импульса гашения вплоть до ликвидации феррорезонанса, после чего устройство снова будет готово к работе. Это обеспечивает термическую стойкость резистора при многократных частых пусках устройства (например, при перемежающей дуге, частыми замыканиями на землю проводов сети ветками деревьев, порывами ветра и т.д.). Устройство формирует архив и отражает на дисплее 5 последних режимов феррорезонанса (срабатываний устройства). В «архиве аварий» устройства накапливается информация о дате и времени возникавших аварийных состояний, что дает эксплуатационным службам дополнительную информацию о состоянии сети в том или ином режиме. По анализу «архива» появляется возможность принять меры по повышению надежности сети в целом.

В настоящее время в системах установлено около 60 УПР. В сетях, где они установлены, информации о повреждениях ТН и неправильной работе ПЗФ не поступало.

Устройство представляет собой металлический ящик размерами 240х185х80 мм, к которому подводится питание ТН 100 В, 50 Гц и напряжение 3U0 от «разомкнутого треугольника», по которому и определяется наличие резонанса в сети. Устройство потребляет не более 10 ВА, устанавливается на панели релейной защиты и может работать при температуре окружающей среды от -55 0С до +60 0С. УПР ПЗФ-5 имеет кнопки вызова – ввода информации (с контролем информации по цифровому индикатору), проверки исправности (тестирования), а также контакты для запуска реле сигнализации при срабатывании (пуске) защиты или потере питания. Масса устройства 3 кг (рис. 3).

Прибор типа ПЗФ-5 обеспечивает защиту трансформатора напряжения от повреждения при феррорезонансных процессах. Вместе с этим нужно учитывать, что ПЗФ-5 может защитить ТН от повреждения только в том случае, если не менее 60% ТН в электрически связанной сети будет оборудовано устройством защиты от ФРП. Наиболее благоприятными условиями для предотвращения ФРП является оборудование такими устройствами 80-90% ТН в электрически связанной сети. Это необходимо потому, что вывод в ремонт одного ТН, оборудованного устройством ПЗФ, приведет к уменьшению общего процента оборудованных ТН, и условия для предотвращения ФРП соответственно ухудшатся.Разработчики и изготовители ТН, так же как и эксплуатационники, заинтересованы в безаварийной работе ТН и было бы целесообразно провести проверку работы устройства ПЗФ-5 в наиболее проблемных сетях, обобщить опыт работы и на его основе принять окончательное решение о целесообразности применения ПЗФ-5.

Ссылка на основную публикацию