Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока (TA)

Трансформаторы тока (ТТ) устанавливают во всех цепях (цепи генераторов, трансформаторов, линий и пр.). Состав измерительных приборы, подключаемых к ТТ зависит от конкретной цепи и выбирается согласно рекомендациям предыдущего раздела 13. В первую очередь это будут амперметры и приборы, для работы которых необходима информация о токе и напряжении: ваттметры, варметры, счетчики активной и реактивной энергии.

ТТ являются однофазными аппаратами и могут быть установлены в одну, две или три фазы, как это показано на рис. 14.1. Обычно в цепях 6 – 10 кВ ТТ устанавливают в двух фазах по схеме неполной звезды, при напряжении 35 кВ и выше – в трех фазах, по схеме полной звезды.

Рис. 14.1 Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и приборов (показаны только амперметры): а – включение в одну фазу; б – включение в неполную звезду; в - включение в полную звезду. Здесь l-расстояние от ТТ до приборов, l_расч –расчетное расстояние учитывающее l и схему соединения соединения ТТ.

Ниже в таблице приводится набор параметров, которыми характеризуются трансформаторы тока

Наименование параметра	Обозначение параметра
Номинальное напряжение	Uном , кВ
Номинальный первичный ток	I1ном,, А
Номинальный вторичный ток	I2ном = 1 А; 5 А
Ток динамической стойкости	iдин , кА
Ток термической стойкости	Iтс , кА
Время термической стойкости	tтс , с
Вторичное номинальное сопротивление	z2ном, Ом

Выбор трансформаторов тока при проектировании энергоустановок заключается в выборе типа трансформатора, проверке на электродинамическую и термическую стойкость, определении ожидаемой вторичной нагрузки Z₂ и сопоставлении ее с номинальной в заданном классе точности Z_2hом.

Условия выбора трансформаторов тока (ТТ):

1. В нагрузочном режиме трансформатор тока должен неограниченно долго выдерживать воздействие первичного номинального тока I_1ном и номинального напряжения U_ном, т.е.

U_ном≥U_уст и I_1ном≥I_{раб.форс},

где I_{раб.форс} – рабочий форсированный ток в цепи ТТ (зависит от того, в цепи какого присоединения стоит ТТ), U_уст – напряжение установки, где применён ТТ.

Вторичный номинальный ток I_2ном может выбран 1А или 5А, в зависимости от конкретного ТТ и дополнительных условий.

2. Проверка трансформатора тока на электродинамическую стойкость.

Электродинамическая стойкости ТТ будет обеспечена, если будет выполнено условие:

i_дин≥i_у⁽³⁾,

где i_дин – амплитуда предельного сквозного тока (тока динамической стойкости), который ТТ выдерживает по условию механической прочности, а i_у⁽³⁾ –значениеударного тока при трёхфазном КЗ.

3. Проверка трансформатора тока на термическую стойкость.

Термическая стойкость ТТ будет обеспечена, если будет выполнено условие:

I_тс² t_тс ≥B_к, где I_тс — номинальный ток термической стойкости ТТ, t_тс - номинальное время термической стойкости; В_к — расчетный тепловой импульс в цепи ТТ (методика расчета В_к рассматривалась в разделе 9).

4. Проверка трансформатора тока по работе в заданном классе точности.

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью f_i=(I₂K—I₁)100/I₁ (в процентах), где I₁ и I₂ – токи первичной и вторичной обмоток ТТ, а K=I_1ном/I_2ном - коэффициент трансформации ТТ.

В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1—1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии — класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов — классов 1 и 3. Класс 10 применяется для присоединения устройств релейной защиты, но этот класс должен быть обеспечен при больших токах КЗ, а не при токах нагрузки.

При одном и том же первичном токе I₁ токовая погрешность ТТ зависит от сопротивления вторичной нагрузки Z₂, чем оно больше тем больше погрешность. Чтобы ТТ работал в заданном классе точности необходимо выполнить условие:

Z₂≤ Z_2hом (14.1),

где Z_2hом - номинальная нагрузка трансформатора тока при работе в заданном классе точности (выраженная в Омах, дается в каталогах на ТТ).

Рассмотрим подробнее, как рассчитывается нагрузка Z₂. Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому можно принять Z₂ ≈r₂. Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов (r_приб), соединительных проводов (r_пр) и переходного сопротивления контактов в местах подключения приборов (r_к):

Z₂=r_приб+r_пр +r_к

Сопротивление приборов r_приб=S_приб/I²_2ном, где S_приб — мощность, потребляемая приборами в наиболее нагруженной фазе.

Сопротивление контактов r_к принимают равным 0,05 Ом при двух-трех и 0,1 Ом — при большем числе приборов.

Таким образом, при заданном составе приборов, удовлетворить условие (14.1) можно только за счет площади сечения соединительных проводов r_пр.

Зная Z_2hом, определяем допустимое сопротивление r_пр= Z_2hом – r_приб-r_к и площадь сечения провода q=ρl_расч/r_пр, где ρ — удельное сопротивление материала провода; l_расч— расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока и расстояния l от трансформаторов тока до приборов: при включении в неполную звезду l_расч = √З l (рис.14.1б),при включении в звезду l_расч= l (рис.14.1в); при включении в одну фазу l_расч=2l (рис.14.1а).

При реальном проектировании расстояния l известно, но при учебном проектировании это расстояние может быть не задано и тогда для разных присоединений принимается приблизительно следующая длина соединительных проводов l (в метрах):

Все цепи ГРУ 6—10 кВ, кроме линий к потребителям . 40—60

Линии 6—10 кВ к потребителям... . 4—6

Цепи генераторного напряжения блочных станций 20—40

Все цепи РУ 35 кВ ...................... . 60—75

Все цепи РУ 110 кВ.......................... 75—100

Все цепи РУ 220 кВ.......................... 100—150

Все цепи РУ 330—500 кВ................ 150—175

Для подстанций указанные длины снижают на 15—20%.

В качестве соединительных проводников применяют контрольные четырехжильные кабели (три фазных жилы и жила обратного проводника). Их сопротивление зависит от материала и сечения жил. Кабели с медными жилами (удельное сопротивление ρ=0,0175 Ом мм²/м) применяют во вторичных цепях мощных электростанций с высшим напряжением 220 кВ и выше. Во вторичных цепях остальных электроустановок используют кабели с алюминиевыми жилами (удельное сопротивление ρ=0,028 Ом • мм²/м).

На основании вышеизложенного минимальное сечение жилы контрольного кабеля можно определить согласно соотношению:

.

По условию механической прочности сечение медных жил должно быть не менее 1,5 мм², а алюминиевых жил — не менее 2,5 мм². Если в число подключаемых измерительных приборов входят счетчики, предназначенные для денежных расчетов, то минимальные сечения жил увеличивают до 2,5 мм² для медных жил и до 4 мм² для алюминиевых жил.