Схема подключения трансформатора тока звезда

Что такое трансформатор тока, его конструкция и принцип работы

Для нормального функционирования устройств обеспечивающих релейную защиту высоковольтных ЛЭП, требуется контролировать параметры электрической линии. Снимать показания с высоковольтных проводов напрямую – опасно и не эффективно. Режим работы обычного трансформатора не позволяет контролировать изменение тока. Решает эту проблему трансформатор тока, у которого показатели вторичной цепи изменяются пропорционально величине тока первичной обмотки.

Конструкция и принцип действия

Внешний вид типичного трансформатора тока представлен на рисунке 1. Характерным признаком этих моделей является наличие у них диэлектрического корпуса. Формы корпусов могут быть разными – от прямоугольных до цилиндрических. В некоторых конструкциях отсутствуют проходные шины в центре корпуса. Вместо них проделано отверстие для обхвата провода, который выполняет функции первичной обмотки.

Рис. 1. Трансформатор тока

Материалы диэлектриков выбирают в зависимости от величины напряжений, для которых предназначено устройство и от условий его эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергетических систем изготавливают мощные ТТ с керамическими корпусами цилиндрической формы (см. рис. 2).

Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока

Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см. рис. 3). Резистор необходим для того, чтобы не допускать работы в режиме без вторичных нагрузок. Функционирование трансформатор тока с ненагруженными вторичными обмотками недопустимо из-за сильного нагревания (вплоть до разрушения) магнитопровода.

Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока

В отличие от трансформаторов напряжения, ТТ оснащены только одним витком первичной обмотки (см. рис. 4). Этим витком часто является шина, проходящая сквозь кольцо сердечника с намотанными на него вторичными обмотками (см. рис. 5).

Рис. 4. Схематическое изображение ТТ Рис. 5. Устройство ТТ

Иногда в роли первичной обмотки выступает проводник электрической цепи. Для этого конструкция сердечника позволяет применить шарнирное соединение частей трансформатора для обхвата провода (см. рис. 6).

Рис. 6. ТТ с разъемным корпусом

Сердечники трансформаторов выполняются способом шихтования кремнистой стали. В моделях высокого класса точности сердечники изготовляют из материалов на основе нанокристаллических сплавов.

Принцип действия.

Основная задача токовых трансформаторов понизить (повысить) значение тока до приемлемой величины. Принцип действия основан на свойствах трансформации переменного электрического тока. Возникающий переменный магнитный поток улавливается магнитопроводом, перпендикулярным направлению первичного тока. Этот поток создается переменным током первичной катушки и наводит ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки начинает протекать электрический ток по вторичной цепи.

Зависимости между обмотками и токами выражены формулой: k = W₂ / W₁ = I₁ / I₂ .

Поскольку ток во вторичной катушке обратно пропорционален количеству витков в ней, то путем увеличения (уменьшения) коэффициента трансформации, зависящего от соотношения числа витков в обмотках, можно добиться нужного значения выходного тока.

На практике, чаще всего, эту величину устанавливают подбором количества витков во вторичной обмотке, делая первичную обмотку одновитковой.

Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определять параметры величин в первичной цепи. Численно эта величина во вторичной катушке равна произведению реального значения тока на номинальный коэффициент трансформации.

В идеале I₁ = kI₂ = I₂W₂/W₁. С учетом того, что W₁ = 1 (один виток) I₁ = I₂W₂ = kI₂. Эти несложные вычисления можно заложить в программу электронного измерителя.

Рис. 7. Принцип действия трансформатора тока

На рисунке 7 не показан нагрузочный резистор. При измерениях необходимо учитывать и его влияние. Все допустимые погрешности в измерениях отображает класс точности ТТ.

Классификация

Семейство трансформаторов тока классифицируют по нескольким признакам.

1. По назначению:
   • защитные;
   • линейки измерительных трансформаторов тока;
   • промежуточные (используются для выравнивания токов в системах дифференциальных защит);
   • лабораторные.
2. По способу монтажа:
   • наружные (см. рис. 8), применяются в ОРУ;
   • внутренние (размещаются в ЗРУ);
   • встраиваемые;
   • накладные (часто совмещаются с проходными изоляторами);
   • переносные.

Рис. 8. Пример наружного использования ТТ

• Классификация по типу первичной обмотки:
  • многовитковые, к которым принадлежат катушечные конструкции, и трансформаторы, с обмотками в виде петель;
  • одновитковые;
  • шинные.
• По величине номинальных напряжений:
  • До 1 кВ;
  • Свыше 1 кВ.

Трансформаторы тока можно классифицировать и по другим признакам, например, по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформаторов присваиваются буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:

• Т — трансформатор тока;
• П — буква указывающая на то, что перед нами проходной трансформатор. Отсутствие буквы П указывает, что устройство принадлежит к классу опорных ТТ;
• В — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного выключателя или в механизм другого устройства;
• ВТ — встроенный в конструкцию силового трансформатора;
• Л— со смоляной (литой) изоляцией;
• ФЗ — устройство в фарфоровом корпусе. Звеньевой тип первичной обмотки;
• Ф — с надежной фарфоровой изоляцией;
• Ш — шинный;
• О — одновитковый;
• М — малогабаритный;
• К — катушечный;
• 3 — применяется для защиты от последствий замыкания на землю;
• У — усиленный;
• Н — для наружного монтажа;
• Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
• Д — со вторичной катушкой, предназначенной для питания электричеством дифференциальных устройств защиты;
• М — маслонаполненный. Применяется для наружной установки.

1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается после буквенных символов (первая цифра).
2. Числами через дробь обозначаются классы точности сердечников. Некоторые производители вместо цифр проставляют буквы Р или Д.
3. следующие две цифры «через дробь» указывают на параметры первичного и вторичного токов;
4. после позиции дробных символов — код варианта конструкционного исполнения;
5. буквы, расположенные после кода конструкционного варианта, обозначают тип климатического исполнения;
6. цифра на последней позиции — категория размещения.

Схемы подключения

Первичные катушки трансформаторов тока включаются в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения измерительных приборов или используются системами релейной защиты.

Во вторичную цепь включаются выводы измерительных приборов и устройства релейной защиты. С целью обеспечения безопасности, сердечник магнитопровода и один из зажимов вторичной катушки должны заземляться.

При подключении трехфазных счетчиков, в сетях с изолированной нейтралью обмотки трансформатора соединяются по схеме «Неполная звезда». При наличии нулевого провода применяется схема полной звезды.

Выводы трансформаторов маркируются. Для первичной обмотки применяются обозначения Л1 и Л2, а для вторичной – И1 и И2. При подключении измерительных приборов следует соблюдать полярность обмоток.

Схема «неполная звезда» применяется для двухфазного соединения.

В дифференциальных защитах, используемых в силовых трансформаторах, обмотки включаются треугольником.

Основные схемы подключения:

Основные схемы подключения

• В сетях с глухозаземленной нейтралью ТТ подключается к каждой фазе. Соединение обмоток трансформатора – полная звезда.
• Подключение по схеме неполной звезды. Применяется в сетях с изолированными нулевыми точками.
• Схема восьмерки. Симметрично распределяет нагрузки при трехфазном КЗ.
• Соединение ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Применяется для защиты номинальной нагрузки от коротких замыканиях на землю.

Технические параметры

Очень важной характеристикой трансформатора тока является класс точности. Этот параметр характеризует погрешность измерения, то есть показывает, на сколько номинальный (идеальный) коэффициент трансформации отличается от реального.

Коэффициент трансформации

Так как в реальном коэффициенте трансформации присутствует синфазная и квадратурная составляющая, то значения коэффициента всегда отличаются от номинального. Разницу (погрешность) необходимо учитывать при измерениях. На результаты измерений влияют также угловые погрешности.

У всех ТТ погрешность отрицательна, так как у них всегда присутствуют потери от намагничивания и нагревания токовых катушек. С целью устранения отрицательного знака погрешности, для смещения параметров трансформации в положительную сторону, применяют витковую коррекцию. Поэтому в откорректированных устройствах привычная формула для вычислений не работает. Поэтому коэффициенты трансформации в таких аппаратах производители определяют опытным путем и указывают их в техпаспорте.

Класс точности

Токовые погрешности искажают точность измерения электрического тока. Поэтому для измерительных трансформаторов высокие требования к классу точности:

• 0,1;
• 0,5;
• 1;
• 3;
• 10P.

Трансформатор может находиться в пределах заявленного класса точности, только если сопротивление максимальной нагрузки не превышает номинального, а ток в первичной цепи не выходит за пределы 0,05 – 1,2 величины номинального тока трансформатора.

О назначении

Основная сфера применения трансформаторов – защита измерительного и другого оборудования от разрушительного действия предельно высоких токов. ТТ применяются для подключения электрического счетчика, изоляции реле от воздействия мощных токовых нагрузок.

Видео по теме

Источник

Схемы соединений обмоток ТТ и реле

В данной статье речь пойдет о типовых схемах соединений обмоток трансформаторов тока (ТТ) и реле.

В трехфазных электрических сетях переменного тока всех классов напряжения ТТ для питания устройств РЗ устанавливаются в двух или в трех фазах: как правило, в сетях 6 и 10 кВ с малыми токами замыкания на землю в двух фазах (А и С), в сетях 35 кВ и обязательно в сетях 110 кВ и выше в трех фазах. Все три фазы оснащаются ТТ и в сетях напряжением до 1 кВ, если они работают с глухозаземленной нейтралью.

При выполнении токовых защит используются следующие четыре схемы соединения вторичных обмоток ТТ и токовых цепей реле тока [Л1, с.41]:

• полная звезда (трехфазная, трехрелейная);
• неполная звезда (двухфазная, двухрелейная);
• неполная звезда с реле в обратном проводе (двухфазная, трехрелейная);
• включение реле на разность токов двух фаз (двухфазная, однорелейная).

Схемы характеризуются отношением тока в реле lр к вторичному I2 току ТТ, называемым коэффициентом схемы.

Схема полной звезды ТТ

В схеме полной звезды (рис. 1, а) в реле проходят вторичные токи измерительных трансформаторов, поэтому коэффициент схемы kcx=1.

Защита может срабатывать при любом виде КЗ. Эта схема применяется обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью, в которых могут возникать не только междуфазные, но и однофазные КЗ, сопровождающиеся протеканием тока в одной фазе. В сетях с изолированной (компенсированной) нейтралью (6-35 кВ) схема, как правило, не применяется, так как в этих сетях могут возникать лишь междуфазные КЗ, для фиксации которых достаточно иметь трансформаторы тока в двух фазах. Схема относительно дорогая, так как требует трех ТТ и трех реле тока.

Схема неполной звезды ТТ

В схеме неполной звезды (рис. 1, б) в реле тока проходят вторичные токи ТТ, установленных в фазах А и С. Коэффициент схемы kcx = 1. Схема нашла широкое распространение в сетях с изолированной нейтралью, поскольку она обеспечивает отключение любого междуфазного КЗ (двухфазного или трехфазного).

Недостатком схемы является пониженная (в 2 раза по сравнению с предыдущей схемой) чувствительность максимальной токовой защиты при двухфазном КЗ АВ за трансформатором со схемой соединения обмоток У/Д-11, поскольку при этом в реле защиты проходит ток, в 2 раза меньше, чем в схеме полной звезды.

Схема неполной звезды ТТ с реле в обратном проводе

В схеме неполной звезды с реле в обратном проводе (рис. 1, в) через реле 3КА, включенное в обратный провод, проходит сумма вторичных токов фаз А и С или (при междуфазных КЗ) ток фазы В с обратным знаком [Л1, с.42]:

Схема обладает достоинством схемы неполной звезды (использование двух ТТ) и имеет такую же чувствительность при двухфазных КЗ за трансформатором У/Д-11, как и схема полной звезды. Коэффициент схемы kcx = 1.

Схема неполной звезды с реле в обратном проводе или без него нашла широкое распространение в токовых защитах линий напряжением до 35 кВ включительно (т.е. в сетях с изолированной нейтралью).

Схема неполного треугольника ТТ

В схеме неполного треугольника (рис. 1, г) в реле КА проходит ток, равный разности токов фаз А и С, в которых установлены ТТ [Л1, с.42]:

Коэффициент схемы (в симметричном режиме работы защищаемой линии) [Л1, с.43]:

Достоинствами схемы являются ее простота и дешевизна: используется только одно реле тока.

Однако схема имеет недостатки, существенно ограничивающие область ее применения:

• защита обладает пониженной чувствительностью (по сравнению с рассмотренными выше схемами в √3 раз) при некоторых видах двухфазных К3 на защищаемой линии;
• защита отказывает в действии при двухфазном К3 за трансформатором Y/Д-l1, так как Iр = Iа — Iс оказывается в этом случае равным нулю;

И напоследок, для проверки своих знаний в части схем соединения обмоток ТТ и реле, можете воспользоваться обучающей программой по релейной защите и автоматике.

1. Измерительные трансформаторы тока и напряжения с литой изоляцией. Часть 1. Киреева Э.А., 2009 г.

Источник



Соединение в треугольник, звезду и зигзаг

Перед рассмотрением вопросов о группах соединений трансформаторов рассмотрим основные виды соединения обмоток силовых трансформаторов.

Соединение обмоток трансформатора в звезду

При соединении в звезду действуют следующие соотношения –

• линейные токи равны фазным,
• линейные напряжения больше фазных в √3 раз

Возможно множество вариантов соединения обмоток трансформатора в звезду, некоторые из них приведены на рисунке ниже. И, как говорится, не все из них одинаково полезны, а точнее, для разных случаев необходима разная схема соединений.

Следует отметить, что в звезду можно соединить как один трехфазный трансформатор, так и три однофазных. На рисунке обозначаются:

• А, В, С – начала обмоток высшего напряжения
• Х, Y, Z – окончания обмоток высшего напряжения
• a, b, c – начала обмоток низкого напряжения
• x, y, z – окончания обмоток низкого напряжения

Соединение обмоток трансформатора в треугольник

Соединение в треугольник так называется из-за внешнего сходства с треугольником (видно на рисунке).

При соединении в треугольник действуют следующие соотношения –

• линейные токи больше фазных в √3 раз
• линейные напряжения равны фазным

Три вторичные обмотки, при соединении в треугольник соединены последовательно, образуя тем самым замкнутую цепь. В этой цепи отсутствует ток, так-как ЭДС фаз сдвинуты на 120 градусов и их сумма в каждый момент времени равна нулю. Так же ток равен нулю при соблюдении тотчасно следующих условий – ЭДС имеют синусоидальную форму, обмотки имеют одинаковые числа витков.

Звезда и треугольник в вопросе о третьих гармониках трансформаторов

В трансформаторах схему треугольник используют кроме прочего для получения токов третьих гармоник, которые необходимы для создания синусоидальной ЭДС вторичных обмоток. Другими словами, для исключения третьей гармонической составляющей в магнитном потоке.

Чтобы ввести третьи гармоники при соединении в звезду — соединяют нейтраль звезды с нейтралью генератора, по этому пути и начинают пробегать третьи гармоники.

Соединение обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение в зигзаг используется в случае, если на вторичных нагрузках неравномерная нагрузка. После соединения в зигзаг нагрузка распределяется более равномерно по фазам и магнитный поток трансформатора сохраняет равновесие, несмотря на неравномерную нагрузку.

Рассмотрим соединение в зигзаг-звезду трехфазного силового трансформатора. Схематично изображение приведено на рисунке.

Первичные обмотки соединяются в звезду. Далее разделяем каждую вторичную обмотку напополам. И далее соединяем, как показано на рисунке.

При соединении в зигзаг-звезду потребуется большее число витков, чем при простой звезде. Также при таком соединении возможно получение трех классов напряжения, например 380-220-127В.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

а) Типовые схемы и их анализ

Питание устройств релейной защиты током сети производится по рассмотренным ниже типовым схемам соединений трансформа­торов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вторичных цепях в нормальных и аварийных условиях.

Для нахождения токораспределения в схеме сначала показываются положи­тельные направления действующей вели­чины первичных токов при рассматриваемом виде к. з.; затем наносятся стрелки вто­ричных токов в каждом трансформаторе тока, по которому проходит первичный ток, после чего показывается путь, по ко­торому замыкается вторичный ток каждого трансформатора тока. Если в каком-либо элементе схемы (проводе или обмотке реле) вторичные токи разных фаз складываются или вычитаются, то результирующий ток в этом элементе находится путем геометри­ческого сложения или вычитания соответствующих векторов фаз­ных токов с учетом их сдвигов по фазе.

Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле I_р к току в фазе I_ф. Это отношение называется коэф­фициентом схемы

Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствительности защиты.

Ниже рассмотрены основные типовые схемы, анализируется токораспределение в них и определяется их область применения.

б) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторич­ные обмотки трансформаторов тока и обмотки реле соединяются в звезду и их нулевые точки связываются одним проводом, называемым нулевым (рис. 3-9). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток трансформаторов тока.

При нормальном режиме и трехфазном к. з., как показано на рис. 3-9, в реле /, // и /// проходят токи фаз

которая при симметричных режимах равна нулю (как при наличии, так и отсутствии заземления в точках Н и К, рис. 3-10, а).

При двухфазных к. з. ток к. з. проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к трансформаторам тока поврежденных фаз (рис. 3-10, б), ток в неповрежденной фазе отсутствует. Согласно закону Кирхгофа

В действительности в результате неидентичности характеристик и погрешностей трансформаторов тока сумма вторичных токов в обоих случаях отличается от нуля. В нулевом проводе проходит некоторый остаточный ток, называемый током небаланса I_н.п. = I_нб. При нормальном ре­жиме ток небаланса равен примерно 0,01—0,2 А. При к. з. в связи с увеличением токов намагничивания ток небаланса возрастает.

При однофазных к. з. первичный ток к. з. проходит только по одной поврежденной фазе (рис. 3-10, в). Соответствующий ему вторичный ток проходит также только через одно реле и замы­кается по нулевому проводу.

При двухфазных к. з. на землю (рис. 3-10, г) ток проходит в двух реле, включенных на поврежденные фазы (например, В и С). В нулевом проводе проходит геометрическая сумма этих токов, всегда отличная от нуля, что следует из их век­торной диаграммы.

При двойном замыкании на землю в раз­ных т о ч к а х прохождение токов в сети показано на рис. 3-10,5. На участке между местами замыкания на землю условия анало­гичны однофазному к. з., а между источником питания и ближай­шим к нему местом повреждения они соответствуют двухфаз­ному к. з.

Нулевой провод схемы звезды является фильтром токов нулевой последовательности. Ток I_н.п. опреде­ляется по (3-11). Токи прямой и обратной последовательностей, как видно из рис. 3-11, а, в нулевом проводе не проходят, так как векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль (рис. 3-11, б и в). Токи же нулевой последовательности (рис. 3-11, г) совпадают по фазе, и поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока I_н.п. = 3I.

При нарушении (обрыве) вторичной цепи одного из трансфор­маторов тока в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что может привести к непредусмотренному действию реле, уста­новленного в нулевом проводе.

В рассмотренной схеме реле, установленные в фазах, реагируют на все виды к. г., а реле в нулевом проводе — только на к. з. на землю. Схема соединения в звезду применяется в защитах, действующих при всех видах к. з. Ток в реле равен току в фазе, поэтому коэффициент схемы, определяемый выражением (3-11), к_сх = 1.

в) Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

В случае однофазного к. з. фаз (А или С), в кото­рых установлены трансформаторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока и обратном проводе проходит ток к. з. При замыкании на землю фазы В, в которой трансформатор тока не установлен, токи в схеме защиты не появляются; следовательно, схема неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного к. з. и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях. Коэффициент схемы к_сх == 1.

г) Схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду

Вторичные обмотки трансформаторов тока, соединенные после­довательно разноименными выводами (рис. 3-13), образуют треугольник.

Реле, соединенные в звезду, подключаются к вершинам этого треугольника. Из токораспределения на рис. 3-13 видно, что в каждом реле проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

В табл. 3-2 приведены значения токов при других видах к. з. в предположении, что коэффициент трансформации трансформа­торов тока равен единице (n_т = 1).

Таким образом, схема соединения трансформаторов тока в тре­угольник обладает следующими особенностями:

1. Токи в реле проходят при всех видах к. з., и, следовательно, защиты по такой схеме реагируют на все виды к. з.

2. Отношение тока в реле к фазному току зависит от вида к. з.

3. Токи нулевой последовательности не выходят за пределы треугольника трансформаторов тока, не имея пути для замыкания через обмотки реле.

Отсюда следует, что при к. з. на землю в реле попадают только токи прямой и обратной последовательностей, т. е. только часть тока к. з.

Описанная выше схема применяется в основном для дифферен­циальных и дистанционных защит.

чувствительность при двухфазных к. з. на линии между фазами АВ и ВС) нужно учитывать при применении схемы.

В случае двухфазного к. з. между фазами В и С за силовым трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник ток в реле _р = _а — _с оказывается равным нулю, так как токи 1_а и 1_С равны по величине и совпадают по фазе, что видно из токораспределения на рис. 3-17. Таким образом, при этом случае повреждения реле не будет действовать, что является существенным недостатком схемы. По этой причине однорелейную схему нельзя применять для защит, которые должны действовать при к. з. за трансформаторами с соединением обмоток λ/Δ.

В случае однофазных к. з. на фазе, не имеющей трансформато­ров тока (фаза В), ток в реле равен нулю, поэтому схема с включе­нием на разность токов двух фаз не может использоваться в ка­честве защиты от однофазных к. з.

Рассматриваемая схема может применяться только для за­щиты от междуфазных к. з. в тех случаях, когда она обеспечивает необходимую чувствительность при двухфазных к. з. и когда не требуется ее действие при к. з. за трансформатором с соединением обмотки λ/Δ.

Коэффициент схемы при симметричных режимах , с учетом что в этом режиме I_p = √3 I_ф.

е) Схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

При нагрузках, трехфазных и двухфазных к. з. сумма первич­ных токов трех фаз равна нулю, соответственно ток I = 0 и реле Р не действует. Но из-за погрешности трансформаторов тока сумма вторичных токов не балансируется и в реле появляется ток небаланса I_нб

что необходимо учитывать при применении схемы.

Включение реле по схеме на рис. 3-16 равносильно его вклю­чению в нулевой провод звезды по рис. 3-9.

Рассмотренная схема часто называется трехтрансфор-м а т о р н ы м фильтром токов I.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник