Меню

Номинальный режим работы трансформаторов тока

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.

Трансформатор тока

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).

Промышленный керамический трансформатор тока

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.

Принципиальная схема трансформатора тока

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).

Схематическое изображение ТТ Рис. 4. Схематическое изображение ТТ Устройство 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).

ТТ с разъемным корпусом

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.

Принцип действия трансформатора тока

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.

Пример наружного использования ТТ

  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

Номинальный режим работы и допустимые перегрузки трансформаторов, автотрансформаторов

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях, передается по воздушным и кабельным линиям к центрам потребления и потребляется нагрузкой при различных значениях номинальных напряжений. Это обеспечивает наиболее экономичную работу электрических систем.
Для передачи электроэнергии ее напряжение повышают, что связано с необходимостью снижения потерь мощности и энергии в активных сопротивлениях сети. Поскольку эти потери обратно пропорциональны квадрату рабочего напряжения сети, то выгодно повышать рабочее напряжение до возможно более высокого уровня.
На приемных подстанциях электрических систем напряжение понижают до значений, при которых электроэнергия непосредственно потребляется нагрузкой или передается далее в распределительную сеть.
Преобразование напряжения из одного значения в другое осуществляют трансформаторами и автотрансформаторами* .
Автотрансформаторы широко применяют на подстанциях напряжением 150 кВ и выше благодаря их меньшей стоимости и меньшим суммарным потерям активной мощности в обмотках по сравнению с трансформаторами той же мощности. Потери мощности в стали автотрансформаторов также ниже по сравнению с трансформаторами.
На подстанциях дальних электропередач применяют шунтирующие реакторы. По своей конструкции они близки к трансформаторам и автотрансформаторам. Однако шунтирующие реакторы — это индуктивности, предназначаемые для компенсации емкостного сопротивления линий большой протяженности. Их включают непосредственно по концам линий сверхвысоких напряжений, подключают также к шинам среднего напряжения и к третичным обмоткам автотрансформаторов на подстанциях дальних электропередач. В эксплуатации находятся шунтирующие реакторы с отбором мощности. Такие реакторы имеют вторичные обмотки или ответвления от основной обмотки, используемые для подключения нагрузки.
Трансформаторы и реакторы рассчитываются на продолжительную работу в номинальном режиме.
Параметры номинального режима работы трансформаторов (напряжения, токи, частота и т. д.) указываются на заводском щитке каждого из них. При номинальных параметрах трансформаторы могут работать неограниченно долго, если условия охлаждающей среды соответствуют номинальным. Такими номинальными условиями окружающей среды являются:
— естественно изменяющаяся температура охлаждающего воздуха не более 40°С и не менее -45°С при масляно-воздушном охлаждении;
— температура охлаждающей воды у входа в охладитель не более 25°С при масляно-водяном охлаждении;
— среднесуточная температура воздуха не более 30°С.
Если температура воздуха или воды превышает соответственно 40 или 25°С, то нормы нагрева должны снижаться на столько градусов, на сколько градусов температура воздуха или воды превышает 40 и 25°С соответственно.
Под номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора понимается мощность любой его обмотки (выраженная в киловольт-амперах или мегавольт-амперах). Обмотки понижающих трехобмоточных трансформаторов выполняются как на одинаковые, так и на разные мощности, поэтому под номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора понимают мощность обмотки ВН.
Номинальный (линейный) ток , А , каждой обмотки определяется по ее номинальной мощности и соответствующему номинальному напряжению:

Читайте также:  Передача информации по сети переменного тока

где SHOM — мощность обмотки, кВ·А; U hom — номинальное линейное напряжение обмотки, кВ.
Фазный ток при соединении обмоток в звезду равен линейному току Iф=IЛ , а при соединении обмоток в треугольник определяется по формуле .
Принципиальная схема трехфазного автотрансформатора
Рис. 1.1. Принципиальная схема трехфазного автотрансформатора
Для трансформаторов, имеющих обмотки с ответвлениями, под номинальным током и напряжением понимается ток и напряжение ответвления, включенного в сеть.
В номинальном режиме работы трехобмоточные трансформаторы допускают любое сочетание нагрузок по обмоткам, если токи в них не превышают номинальных фазных токов.
Отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в том, что две его обмотки электрически соединяются между собой, что обусловливает передачу мощности от одной обмотки к другой не только электромагнитным, но и электрическим путем. У многообмоточного автотрансформатора электрически соединены обмотки ВН и СН, а обмотка НН (третичная обмотка) имеет с ними электромагнитную связь (рис. 1.1). Три фазы обмоток ВН и СН соединяются в звезду, и общая нейтраль их заземляется: обмотки НН всегда соединяются в треугольник. Обмотка высшего напряжения каждой фазы состоит из двух частей: общей обмотки ОАт, или обмотки среднего напряжения, и последовательной обмотки АтА.
Наличие электрической связи между обмотками в автотрансформаторе предопределяет иное токораспределение, чем в трансформаторе. При работе автотрансформатора в номинальном режиме в его последовательной обмотке проходит ток IВН . Этот ток, создавая магнитный поток в магнитопроводе, индуктирует в общей обмотке ток I0 . Во вторичной цепи ток нагрузки IСН складывается из тока IВН , обусловленного электрической связью обмоток ВН и СН, и тока I0 , обусловленного магнитной связью этих же обмоток: IСН=IВН+I0 . Тогда ток в общей обмотке I0=IСН — IВН (при одинаковом cos j нагрузок).
Схема включения амперметра для измерения тока в общей обмотке автотрансформатора
Рис. 1.2. Схема включения амперметра для измерения тока в общей обмотке автотрансформатора: а — трехфазного; б — однофазного
Под номинальной мощностью автотрансформатора понимается мощность на выводах его обмоток ВН или СН, имеющих между собой автотрансформаторную связь. Она может быть определена как произведение номинального напряжения, подведенного к обмотке ВН, на номинальный ток, проходящий в последовательной обмотке:

Типовой мощностью автотрансформатора называют ту часть номинальной мощности, которая передается электромагнитным путем. Типовая мощность в а раз меньше номинальной:

где — коэффициент выгодности автотрансформатора.
Чем ближе друг к другу значения UСН и UBH , тем меньше а и тем меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Магнитопровод и обмотки автотрансформатора выбираются по типовой (расчетной) мощности. В этом и заключается экономическая целесообразность автотрансформаторных конструкций. Однако отсюда должен быть сделан очень важный вывод: загружать последовательную и общую обмотки автотрансформатора в номинальном режиме работы более чем на SТИП нельзя.
В свою очередь, обязательное заземление нейтралей автотрансформаторов приводит к чрезмерному увеличению токов однофазного КЗ в сетях, что требует в ряде случаев принятия соответствующих мер для ограничения токов КЗ.
Наличие электрической связи между обмотками и сетями СН и ВН создает возможность перехода перенапряжений, появляющихся в сети одного напряжения, на выводы обмоток другого напряжения. Опасность перенапряжений для изоляции возрастает при отключении автотрансформатора с одной стороны. Для устранения воздействия перенапряжений на изоляцию автотрансформаторы со стороны СН и ВН защищают разрядниками, которые жестко (без разъединителей) присоединяют к шинам, отходящим от вводов.
Контролируют нагрузку в общей обмотке амперметром. Одним из способов включения амперметра может быть следующий: у трехфазного автотрансформатора — в одну фазу на сумму линейных токов IВН и IСН через трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации (рис. 1.2, а), а у однофазных автотрансформаторов — через трансформатор тока, установленный непосредственно на выводе нейтрали одного из автотрансформаторов группы (рис. 1.2, б).
Векторная диаграмма напряжения участка сети, питающегося от автотрансформатора
Рис. 1.3. Векторная диаграмма напряжения участка сети, питающегося от автотрансформатора с разземленной нейтралью при замыкании фазы на землю.
Обмотка НН понижающего автотрансформатора помимо своего основного назначения — создавать цепь с малым сопротивлением для прохождения токов третьих гармоник и тем самым избегать искажения синусоидального напряжения — используется для питания нагрузки, а также для подключения компенсирующих устройств и последовательно-регулировочных трансформаторов. Ее мощность выбирается не более типовой мощности S НН S ТИП , иначе размеры автотрансформатора определялись бы мощностью этой обмотки.
Отметим и некоторые трудности, возникающие в эксплуатации, в связи с широким применением автотрансформаторов.
Автотрансформаторы не пригодны для использования в сетях с разземленной нейтралью. Объясняется это недопустимым увеличением напряжения проводов относительно земли в сети СН при замыкании на землю в сети ВН, что показано отрезками ВАт и ВСт на векторной диаграмме рис. 1.3.
Режим работы. Для автотрансформатора характерны три рабочих режима: автотрансформаторный, трансформаторный и комбинированный трансформаторно-автотрансформаторный. Распределение токов по обмоткам в этих режимах работы рассмотрим на конкретном примере.
Возьмем автотрансформатор с номинальной мощностью SHOM= 125 МВ·А и с номинальным напряжением обмоток ВН 220 кВ ±2×2,5%, СН 110 кВ±2×2,5% и НН 11 кВ.
Коэффициент трансформации
коэффициент выгодности

типовая мощность

Распределение токов в обмотках автотрансформатора

Рис. 1.4. Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах выдачи мощности:
а — ВН®СН; б — ВН®НН; в — ВН®СН и одновременно ВН®НН. Показаны обмотки одной фазы

Кривые допустимых нагрузок S2 и S3 автотрансформатора

Рис. 1.5. Кривые допустимых нагрузок S2 и S3 автотрансформатора в режиме ВН®СН и одновременно ВН®НН
линейные номинальные токи

В автотрансформаторном режиме ВН ® СН (рис. 1.4, а) автотрансформатор может передавать полную номинальную мощность 125 МВ·А, хотя его обмотки и сердечник рассчитаны и фактически будут загружены типовой мощностью 62,5 MB·А, при этом токи в обмотках равны:
в последовательной

Читайте также:  Alpha ag ru либо androeed ru тока бока хэйр салон 4

в общей

Мощность последовательной и общей обмоток (см. рис. 1.1):

В трансформаторном режиме ВН®НН (рис. 1.4, б) возможна передача только типовой мощности. Линейные номинальные токи равны:

ток в последовательной обмотке

ток в общей обмотке

Знак минус показывает, что ток направлен от начала к концу обмотки.
Комбинированный режим представляет наибольший интерес. Распределение токов при передаче номинальной мощности из сети 220 кВ в сеть СН и одновременно НН показано на рис. 1.4, в. Если передаваемая мощность распределяется поровну между обмотками СН и НН, т. е. по 62,5 МВ·А, то линейные токи равны:

ток в последовательной обмотке

ток в общей обмотке

хотя на стороне СН мощность выдается в сеть.
Если ток в обмотке ВН достиг номинального значения, то дальнейшее возрастание нагрузки СН должно сопровождаться соответствующим снижением нагрузки НН, и наоборот. Перераспределение нагрузок между обмотками СН и НН производится персоналом согласно местным инструкциям, при этом пользуются таблицами и графиками. В качестве примера на рис. 1.5 показано семейство кривых для определения нагрузок автотрансформатора, работающего при номинальной нагрузке обмотки ВН в режиме ВН®СН и одновременно ВН®НН. Соотношение мощностей зависит от нагрузки и выражается формулой

где S2 и S3 — относительные мощности по обмоткам СН и НН соответственно, выраженные в долях номинальной мощности автотрансформатора (S2= S СН /SНОМ и S3=SНН/SНОМ ); j 2 и j 3 — углы сдвига фаз токов обмоток СН и НН от напряжения обмотки ВН.
Допустимые перегрузки. Сроком естественного износа трансформатора, работающего в номинальном режиме, считается срок, равный примерно 20 годам. Этот срок определяется старением изоляции обмоток — бумаги, тканей, лаков и других материалов — под влиянием температур, превышающих допустимую для данного класса изоляции. Процесс старения ведет к изменению исходных электрических, механических и химических свойств изоляционных материалов.
По рекомендациям МЭК для нормального суточного износа изоляции трансформатора температура наиболее нагретой точки обмоток не должна превышать 98°С. Если температуру увеличить на 6°С, срок службы изоляции сократится почти вдвое. Здесь под температурой наиболее нагретой точки подразумевается температура наиболее нагретого внутреннего слоя обмотки верхней катушки трансформатора.
В энергосистемах трансформаторы работают с переменной нагрузкой в условиях непрерывно изменяющейся температуры охлаждающей среды. Большая часть из них не несет номинальной нагрузки в течение всего срока службы, и, таким образом, изоляция их недоиспользуется. Другая часть трансформаторов, наоборот, систематически перегружается, что ускоряет износ их изоляции. Очевидно, что то и другое экономически нецелесообразно. Оптимальным для трансформатора должен быть такой режим работы, при котором износ его изоляции был бы близок к расчетному. Наилучшее использование изоляции трансформаторов достигается загрузкой их в соответствии с так называемой нагрузочной способностью, при этом предусматриваются кратковременные режимы работы с перегрузкой. Согласно ПТЭ допустима длительная перегрузка масляных трансформаторов по току на 5%, если напряжение обмоток не выше номинального, при этом для обмоток с ответвлениями нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления. Однако в ряде случаев такой безоговорочно допустимой перегрузки для полного использования изоляции трансформатора оказывается недостаточно. Тогда продолжительность и значения перегрузок трансформаторов мощностью до 100 MB·А, изготовленных в соответствии с ГОСТ 11677-85, находят по графикам нагрузочной способности в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды и постоянной времени трансформатора. Графики нагрузочной способности трансформаторов и методика пользования ими приведены в ГОСТ 14209-85. Применение указаний ГОСТ 14209-85 допускается и для трансформаторов мощностью более 100 MB·А, если в стандартах и технических условиях на такие трансформаторы нет иных указаний по нагрузочной способности.
Трансформаторы с расщепленными обмотками допускают такие же перегрузки каждой ветви, отнесенные к ее номинальной мощности, как и трансформаторы с нерасщепленными обмотками.
Систематические перегрузки, определяемые по графикам нагрузочной способности, допускаются не более 1,5-кратного значения номинального тока.
В эксплуатационной практике нередки случаи, когда при наступлении перегрузки у оперативного персонала отсутствует по той или иной причине суточный график нагрузки и персонал не может воспользоваться графиками нагрузочной способности для определения допустимой перегрузки. В таких случаях рекомендуется пользоваться данными табл. 1.1 и 1.2 в зависимости от системы охлаждения трансформатора. Согласно этим таблицам систематические перегрузки, допустимые вслед за нагрузкой ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды, которое определяется не позднее начала наступления перегрузки. Заметим, что перегрузки, определяемые по табл. 1.1 и 1.2, в меньшей степени используют перегрузочную способность трансформаторов, чем перегрузки, определяемые по графикам нагрузочной способности, и превышения температуры отдельных частей перегружаемого трансформатора не выходит за пределы значений, допустимых нормами.
Помимо систематических перегрузок в зимние месяцы года допускаются 1%-ные перегрузки трансформаторов на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15%. Это правило применяется в том случае, когда максимум летнего графика нагрузки не превышал номинальной мощности трансформатора.
Таблица 1.1
Допустимая продолжительность перегрузки трансформаторов с охлаждением М (масляное с естественной циркуляцией масла внутри бака и воздуха снаружи) и Д (масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла)

Допустимая продолжительность перегрузки (ч. мин) при превышении температуры верхних слоев масла над температурой воздуха момент начала перегрузки, °С

Источник

Силовые трансформаторы: номинальные режимы работы и величины

Номинальный режим работы

Силовые трансформаторы: номинальные режимы работы и величиныНоминальным режимом работы трансформатора называют режим, для которого предназначен трансформатор заводом-изготовителем. Условиями, определяющими номинальный режим работы трансформатора , являются: номинальные напряжения, мощность, токи и частота, обозначенные на его щитке, а также номинальные условия охлаждающей среды.

Номинальные напряжения обмоток

Номинальными напряжениями обмоток трансформаторов называют те напряжения, при которых они предназначены для нормальной работы. У понижающих трансформаторов номинальные напряжения первичных обмоток равны номинальным напряжениям соответствующих электросетей, т. е. электроприемников.

У повышающих, а также у понижающих трансформаторов, присоединяемых непосредственно к сборным шинам или выводам генераторов, номинальные напряжения первичных обмоток на 5% выше номинальных напряжений соответствующих электросетей. У вторичных обмоток номинальным называют междуфазное напряжение, получаемое на зажимах вторичных обмоток трансформатора при его холостом ходе и подведении к зажимам первичной обмотки номинального первичного напряжения.

Превышение напряжения, подводимого к зажимам основного вывода или какого-либо ответвления первичной обмотки, допускается не выше +5% напряжения, указываемого на заводском щитке трансформатора для основного вывода или для данного ответвления.

Номинальной мощностью трансформатора называют мощность, на которую трансформатор может быть непрерывно нагружен в течение всего своего срока службы, нормально принимаемого равным порядка 20 — 25 годам.

Номинальная мощность трансформатора связана с температурными условиями, т. е. зависит от допустимой температуры нагрева его обмоток, от условий охлаждения трансформатора и т. д. Ознакомимся более подробно с этими температурными условиями.

Большинство трансформаторов имеет масляное охлаждение («масляные» трансформаторы). У таких трансформаторов магнитопроводы с обмотками находятся в стальных баках, залитых трансформаторным маслом, являющимся минеральным изоляционным маслом, полученным из нефти. Тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе трансформатора в процессе его работы, с помощью масла передается охлаждающей трансформатор среде — воздуху (воздушное охлаждение) или воде (водяное охлаждение).

Для масляных трансформаторов с воздушным охлаждением, установленным в местностях, где наивысшая температура воздуха достигает +35° С, среднее превышение температуры обмоток над температурой воздуха не должно превосходить +70° С (измеренное методом сопротивления). Для отечественных трансформаторов превышение температуры обмоток, равное +70°С, соответствует их номинальной нагрузке. При температуре воздуха +35° С средняя температура нагрева обмоток трансформатора составляет при этом 70°+35° = 105° С.

Если в эксплуатации температуру нагрева обмоток трансформатора постоянно поддерживать равной +105° С, то, как показывают исследования заводов-изготовителей, срок его службы не превысит нескольких лет. Однако при номинальной нагрузке трансформатора температура нагрева обмоток +105° С будет постоянной только в том случае, если постоянной будет температура воздуха, равная +35°С.

В действительности же температура окружающего воздуха никогда не бывает постоянной, а изменяется как в течение суток, так и в течение года, поэтому и температура нагрева обмоток трансформатора изменяется в пределах от + 105° С до некоторого меньшего значения. При этом срок службы трансформатора, естественно, удлиняется. Поэтому указанную выше наибольшую температуру обмоток + 105° С следует понимать как верхний предел средней измеренной по сопротивлению температуры, допустимой для безопасной работы трансформатора на несколько часов в сутки в те сравнительно немногие дни, когда температура окружающего воздуха достигает максимума +35° С.

Читайте также:  Трансформаторы тока тлк ст руководство по эксплуатации

У трансформаторов без принудительной циркуляции масла наибольшее превышение температуры верхних слоев масла (у крышки) над температурой окружающего воздуха не должно превышать 60° С. При температуре окружающего воздуха +35° С это соответствует наибольшей наблюдаемой (по термометру) температуре масла +95° С. Для трансформаторов с принудительной циркуляцией масла, например с масловодяным охлаждением, температура масла на входе в маслоохладитель допускается не выше 70° С. Для трансформаторов с масловоздушным охлаждением максимально допустимая температура масла указывается заводом-изготовителем.

Силовой трансформатор

Учитывая сказанное, под номинальной мощностью трансформатора следует понимать мощность, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор, установленный на открытом воздухе, при номинальных температурных условиях охлаждающей среды, при воздушном охлаждении определяемых как температура воздуха, естественно изменяющаяся на протяжении года. При других видах охлаждения номинальные температурные условия охлаждающей среды указываются заводами-изготовителями трансформаторов.

Отметим, что раньше номинальную мощность трансформаторов, устанавливаемых на открытом воздухе, пересчитывали в зависимости от среднегодовой температуры охлаждающего воздуха. В результате пересчета при среднегодовой температуре окружающего воздуха меньше +5° С номинальную мощность трансформатора увеличивали, а при среднегодовой температуре больше +5° С, наоборот, уменьшали.

Исследования влияния вязкости масла на охлаждение трансформаторов показали, что подобного пересчета делать не надо, так как при пониженной температуре воздуха вязкость масла возрастает, вследствие чего ухудшается теплоотдача от обмоток, а при повышенной температуре воздуха, наоборот, вязкость масла уменьшается, а теплоотдача от обмоток трансформатора увеличивается.

Кроме установки на открытом воздухе, трансформаторы с воздушным охлаждением часто размещают в закрытых неотапливаемых помещениях — камерах, в которых обычно предусматривают естественную вентиляцию с подводом холодного воздуха и отводом нагретого воздуха через специальные вентиляционные отверстия соответственно в нижней и верхней частях камеры. Несмотря на вентиляцию, условия охлаждения трансформаторов в камерах все же хуже, чем установленных на открытом воздухе, что несколько снижает их срок службы. Однако трансформаторы, установленные в камерах с естественной вентиляцией, разрешается при среднегодовых температурах воздуха в камере до 20° С непрерывно нагружать на их номинальную мощность.

Силовой трансформатор

Номинальными токами первичной и вторичной обмоток трансформатора называют токи, определенные по номинальным мощностям соответствующих обмоток.

Под номинальной нагрузкой понимают нагрузку, равную номинальному току.

В режиме работы трансформатора без перегрузки при любых положениях переключателя ответвлений, а также при любых значениях подведенного к первичной обмотке напряжения (но не выше +5% величины напряжения данного ответвления) вторичная обмотка трансформатора может быть нагружена не выше ее номинального тока.

Источник



Трансформаторы тока в переходных режимах

Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.

В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.

Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.

Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I1 • w1 + I2 • w2 = Iнам • w1

I1 ток в первичной обмотке;
w1количество витков первичной обмотки;
I2 ток во вторичной обмотке;
w2 количество витков вторичной обмотки;
Iнам ток намагничивания.

Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.

В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.

Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.

Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.

Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).

Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке

Источник