Трансформаторы тока: испытания и измерение характеристик

Измерение сопротивления изоляции

Измерение сопротивления основной изоляции трансформаторов тока, изоляции измерительного конденсатора и вывода последней обкладки бумажно-масляной изоляции конденсаторного типа производится мегаомметром на 2500 В.
Измерение сопротивления вторичных обмоток и промежуточных обмоток каскадных трансформаторов тока относительно цоколя производится мегаомметром на 1000 В.

В процессе эксплуатации измерения производятся:

• на трансформаторах тока 3-35 кВ – при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены;
• на трансформаторах тока 110 кВ с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкладок) – при неудовлетворительных результатах испытаний масла согласно требованиям табл. 25.4, пп. 1-3 (область «риска»);
• на трансформаторах тока 220 кВ и выше с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкладок) – при отсутствии контроля изоляции под рабочим напряжением и неудовлетворительных результатах испытаний масла согласно требованиям табл. 25.4, пп. 1-3 (область «риска»);
• на трансформаторах тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа 330 кВ и выше – при отсутствии контроля изоляции под рабочим напряжением – 1 раз в год. Измеренные значения сопротивления изоляции должны быть не менее приведенных в табл. 1.

Таблица 1

*Сопротивления изоляции вторичных обмоток приведены: без скобок – при отключенных вторичных цепях, в скобках – с подключенными вторичными цепями.

Примечание.В числителе указаны значения сопротивления изоляции трансформаторов тока при вводе в эксплуатацию, в знаменателе – в процессе эксплуатации.

У каскадных трансформаторов тока сопротивление изоляции измеряется для трансформатора тока в целом. При неудовлетворительных результатах таких измерений сопротивление изоляции дополнительно измеряется по ступеням.

6.Определение расчетной нагрузки Zн

Расчетная нагрузка для трансформаторов тока релейной защиты определяется по выражениям, приведенным в таблице №1. В расчете принимается Zн=Zдоп.

По значению Zн можно определить сопротивление соединительных проводов (жил кабеля) во вторичных цепях трансформаторов тока.

Таблица 1 – расчетные формулы для определения вторичной нагрузки и сопротивления соединительных проводов трансформаторов тока для релейной защиты

Измерение tgδ изоляции

Измерения tgδ у трансформаторов тока с основной бумажно-масляной изоляцией производятся при напряжении 10 кВ. В процессе эксплуатации измерения производятся:

• на трансформаторах тока напряжением до 35 кВ включительно – при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены;
• на трансформаторах тока 110 кВ с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкладок) – при неудовлетворительных результатах испытаний масла по требованиям табл. 25.4, пп. 1-3 (область “риска”);
• на трансформаторах тока 220 кВ и выше с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкладок) – при отсутствии контроля под рабочим напряжением и неудовлетворительных результатах испытаний масла по требованиям табл. 25.4, пп. 1-3 (область “риска”);
• для трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа 330 кВ и выше – при отсутствии контроля под рабочим напряжением – 1 раз в год.

Измеренные значения, приведенные к температуре 20°С, должны быть не более указанных в табл. 2. У каскадных трансформаторов тока tgδ основной изоляции измеряется для трансформатора тока в целом. При неудовлетворительных результатах таких измерений tgδ основной изоляции дополнительно измеряется по ступеням.

Таблица 2

Примечание. В числителе указаны значения tgδ основной изоляции трансформаторов тока при вводе в эксплуатацию, в знаменателе – в процессе эксплуатации.

Онлайн проверка трансформаторов тока по условию 10% погрешности

Результат расчетной проверки трансформаторов тока

Литература:

1. Руководства по эксплуатации терминалов релейной защиты Siemens типа 7SJ80, 7SJ81, 7SJ82, 7SS85, 7UT82-85, 7SD82.
2. Шабад. М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография. СПб.:ПЭИПК, 2003.

Алексей Бобков

Автор статьи, инженер-проектировщик систем релейной защиты станций и подстанций

Испытание повышенным напряжением

3.1 П. Испытание повышенным напряжением основной изоляции

Значения испытательного напряжения основной изоляции приведены в табл. 3. Длительность испытания трансформаторов тока с фарфоровой внешней изоляцией – 1 мин, с органической изоляцией – 5 мин. Допускается проведение испытаний трансформаторов тока совместно с ошиновкой. Трансформаторы тока напряжением более 35 кВ не подвергаются испытаниям повышенным напряжением.

Таблица 3

3.2. Испытание повышенным напряжением изоляции вторичных обмоток

Значения испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток вместе с присоединенными к ним цепями принимается равным 1 кВ. Продолжительность приложения испытательного напряжения – 1 мин.

Измерение и расчет предельной кратности

При превышении предельного нормированного показателя прибор переходит из стабильной области работы в фазу насыщения. Точность функционала оценивается по математическим кривым, условия которых приведены в таблицах. Коэффициент устанавливается не опытным путем, а по специальным табличным данным. Кривые состоят из информации о наибольшем отношении тока вторички к среднему номинальному назначению, которое подается на первичку.

Расчет производится таким образом, чтоб полная ошибка при вычисляемых данных (то есть при включении заданной информации о вторичной нагрузке) не было больше десяти процентов. Математические кривые позволяют вычислить характеристики проводов, приборов, реле, схемы подсоединения и составить схему таким образом, чтоб не происходило пересыщение и приборы работали в оптимальном режиме.

Оборудование, дополненное дифференциальной защитой, при сквозном токе короткого замыкания должно иметь идентичную предельную кратность.

Расчетные кривые приводятся для вычислений работы по установленному режиму. Если апериодическая стремится к max, то есть режим переходный, то параметр достигает и 70-75%.

Класс точности выбирают в зависимости от назначения. Такие же требования применяются и к устройствам с неидентичными типами нагрузок.

Снятие характеристик намагничивания

Характеристика снимается повышением напряжения на одной из вторичных обмоток до начала насыщения, но не выше 1800 В. При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении. В процессе эксплуатации допускается снятие только трех контрольных точек. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных трансформаторов тока, однотипных с проверяемыми. Отличия от значений, измеренных на заводе-изготовителе, или от измеренных на исправном трансформаторе тока, однотипном с проверяемым, не должны превышать 10%.

ЭЛЕКТРОлаборатория

Доброе время суток, дорогие друзья!

Вот и пришел новый 2015 год. Надеюсь, что этот год будет не хуже предыдущего. В общем, с Новым Годом, друзья!

Хочу начать год со статьи о трансформаторах тока. Конечно, мой рассказ будет скорее общим, чем научным.

Для досконального изучения вопроса предлагаю воспользоваться технической литературой или хотя бы
ИНСТРУКЦИУЙ ПО ПРОВЕРКЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СХЕМАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ИЗМЕРЕНИЯ (РД 153-34.0-35.301-2002).
Итак, приступим.

Простейший и самый распространенный трансформатор тока (ТТ) — двухобмоточный. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков w1

и одну вторичную обмотку с числом витков
w2
. Обмотки находятся на общем магнитопроводе, благодаря которому между ними существует хорошая электромагнитная (индуктивная) связь.

Первичная обмотка, изолированная от вторичной обмотки на полное рабочее напряжение аппарата, включается последовательно в рассечку цепи контролируемого первичного тока, а вторичная обмотка замыкается на нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней протекание вторичного тока, практически пропорционального переменному первичному току. Чем меньше полное сопротивление нагрузки zн

и полное сопротивление вторичной обмотки
zT2
, тем точнее соблюдается пропорциональность между первичным и вторичным токами, т.е. тем меньше погрешности ТТ. Идеальный режим работы ТТ — это режим КЗ вторичной обмотки. Один вывод вторичной обмотки обычно заземляется, поэтому он имеет потенциал, близкий к потенциалу контура заземления электроустановки.

Вот внешний вид ТТ до 1000 В:

А вот внешний вид ТТ выше 1000 В:

Трансформаторы тока для защиты предназначены для передачи измерительной информации о первичных токах в устройства защиты и автоматики. При этом они обеспечивают:

1) масштабное преобразование переменного тока различной силы в переменный вторичный ток приемлемой силы (чаще всего это 1 или 5А) для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование вторичных цепей и реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепей высокого напряжения. Аналогичные функции выполняют и ТТ для измерений, предназначенные для передачи информации измерительным приборам.

Между ТТ для защиты и для измерений нет принципиальной разницы. Существующие различия заключаются в неодинаковых требованиях к точности и к диапазонам первичного тока, в которых погрешности ТТ не должны превышать допустимых значений. К ТТ для измерений предъявляется требование ограничения сверху действующего значения вторичного тока при протекании тока КЗ по первичной обмотке, для них устанавливается номинальный коэффициент безопасности приборов. Это требование не предъявляется к ТТ для защиты, которые должны обеспечивать необходимую точность трансформации тока и при КЗ. Номинальный коэффициент безопасности фактически является верхним пределом для номинальной предельной кратности ТТ для измерений. Поэтому в стандартах некоторых стран (например, в германских правилах VDE 0414 «Regeln für Meßwandler») для всех ТТ нормируется номинальная предельная кратность (Nenn Überstromziffer «n»), причем ее ограничение для измерительных ТТ задается в форме n

< …, а для трансформаторов тока для защиты в форме
n
>… .

При анализе явлений в ТТ необходимо учитывать положительные направления первичного и вторичного токов в соответствующих обмотках, а также ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке, от которых зависят знаки (плюс или минус) в формулах и углы векторов на векторных диаграммах.

В технике релейной защиты приняты положительные направления для токов и ЭДС, показанные на рисунке 1. Звездочками отмечены однополярные зажимы обмоток, например их начала, которые по ГОСТ обозначаются символами Л1 у первичной обмотки и И1 у вторичной обмотки.

а, б — схемы условных обозначении; в — схема замещения

Рисунок 1 — Схемы ТТ

Приняты положительными: направление для первичного тока от начала к концу первичной обмотки и направление для вторичного тока от начала вторичной обмотки (по внешней цепи нагрузки) к концу вторичной обмотки, соответственно этому внутри вторичной обмотки — направление вторичного тока и вторичной ЭДС (от конца к началу обмотки).

При указанных положительных направлениях векторы первичного и вторичного токов совпадают по фазе при отсутствии угловой погрешности, а мгновенная вторичная ЭДС равна взятой со знаком «плюс» первой производной по времени от потокосцепления вторичной обмотки.

По причине существенной нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитного магнитопровода к анализу явлений в ТТ неприменим принцип наложения (суперпозиции). Даже при номинальном первичном токе и номинальной нагрузке индукция в магнитопроводе не равна разности индукций, которые были бы созданы отдельно взятыми первичным и вторичным токами. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе ТТ определяется только совместным одновременным действием первичного и вторичного токов и даже гипотетически не может корректно рассматриваться как разность потоков, раздельно созданных первичным и вторичным токами.

Классификация ТТ

По ГОСТ 7746-89 ТТ подразделяются по следующим основным признакам:

— по роду установки:

для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69 [22]);

для работы в закрытых помещениях (категории размещения 3 и 4 по ГОСТ 15150-69);

для работы в подземных установках (категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69);

для работы внутри оболочек электрооборудования

— по принципу конструкции:

опорные (О), проходные (П), шинные (Ш), встроенные (В), разъемные (Р). Допускается по ГОСТ 7746-89 [14] сочетание нескольких перечисленных принципов, а также конструктивное исполнение, не подпадающее под перечисленные признаки;

— по виду изоляции:

с литой изоляцией (Л), с фарфоровой покрышкой (Ф), с твердой изоляцией (кроме фарфоровой и литой) (Т), маслонаполненные (М), газонаполненные (Г);

— по числу ступеней трансформации:

одноступенчатые и каскадные;

— по числу магнитопроводов со вторичными обмотками,

называемых кернами, объединенных общей первичной обмоткой: с одним керном, с несколькими кернами;

— по назначению кернов:

для измерения, для защиты, для измерения и защиты, для работы с нормированной точностью в переходных режимах;

— по числу коэффициентов трансформации:

с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми путем изменения числа витков первичной или(и) вторичной обмоток, а также путем применения вторичных обмоток с отпайками.

Структура условного обозначения ТТ по ГОСТ 7746-89

В стандартах на трансформаторы отдельных видов ГОСТ 7746-89 [14] допускает ввод в буквенную часть обозначения дополнительных букв. Допускается исключение или замена отдельных букв, кроме Т, для обозначения особенностей конкретного ТТ.

Основные (номинальные) параметры ТТ

По ГОСТ 7746-89 к номинальным параметрам ТТ относятся:

— номинальное напряжение ТТ Uном

— номинальное напряжение цепей, для которых предназначен данный аппарат. Встроенные ТТ не имеют паспортного параметра номинального напряжения;

— номинальный первичный ток ТТ I1ном

;

— номинальный вторичный ток ТТ I2ном

;

— номинальный коэффициент трансформации ТТ (коэффициент трансформации – отношение первичного номинального тока ко вторичному. Обычно записывается, например, 150/5 и тогда равен 30, т.е. при любом первичном токе вторичный будет в тридцать раз меньше);

— номинальная вторичная нагрузка с номинальным коэффициентом мощности cosj (1 или 0,8 индуктивный). Обозначается zн. ном

(сопротивление нагрузки) или
Sн. ном
(номинальная мощность нагрузки);

— номинальный класс точности ТТ (керна для ТТ с несколькими кернами) (обычно для измерений класс точности не хуже 0,5, а для систем РЗиА не хуже 10);

— номинальная предельная кратность ТТ, обслуживающего релейную защиту — К10ном

,
К5ном
;

— номинальный коэффициент безопасности для приборов — Кd ном

;

— номинальная частота ТТ — fном

.

Испытания измерительных трансформаторов тока.

Объектом испытания в измерительных трансформаторах тока и напряжения являются, прежде всего, изоляция трансформаторов, обмотки трансформаторов как первичная, так и вторичная, а также трансформаторное железо сердечника.

Трансформаторы тока изготавливаются со следующим исполнением внутренней изоляции:

· Бумажно-бакелитовая (трансформаторы серии ТП 6-35кВ); керамическая (трансформаторы тока 6-10кВ типов ТПОФ, ТПФ и др).

· Литая эпоксидная (трансформаторы тока типов ТПОЛ, ТПШЛ, ТШЛ и др. 6-35кВ).

Объём испытаний трансформаторов тока:

1) измерение сопротивления изоляции первичной и вторичной (вторичных) обмоток (К, М)

2) испытание повышенным напряжением изоляции обмоток (М)

3) снятие характеристик намагничивания трансформаторов (К)

4) измерение коэффициента трансформации (К).

Примечание: К – капитальный ремонт, испытание при приёмке в эксплуатацию; М – межремонтные испытания

Сопротивление изоляции.

В процессе эксплуатации измерения проводятся:

на трансформаторах тока 3-35кВ

– при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены.

Измеренные значения сопротивления изоляции должны быть не менее значений, приведённых в таблице 1.

для трансформаторов напряжения 3-35кВ

– при проведении ремонтных работ в ячейках, где они установлены, если работы не проводятся – не реже 1 раза в 4 года.

Испытание повышенным напряжением.

Значения испытательного напряжения основной изоляции трансформаторов тока и напряжения приведены в таблице 2. Длительность испытания трансформаторов тока и напряжения с фарфоровой изоляцией – 1 минута, с органической изоляцией – 5 минут.

Допускается проведение испытаний трансформаторов тока совместно с ошиновкой. При совместном испытании измерительных трансформаторов с элементами ошиновки или другими аппаратами, продолжительность испытания принимается равной времени испытания для тех элементов сети, к которым подключены трансформаторы. Например, при испытании трансформаторов тока установленных в ячейке КРУ продолжительность испытания устанавливается равной 1 минуте (изоляторы ошиновки ячейки – фарфоровые).

Значение испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток, вместе с присоединёнными к ним цепями, принимается равным 1кВ.

Продолжительность приложения испытательного напряжения – 1 минута.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

Отклонение измеренного сопротивления обмотки постоянному току от паспортных значений, или от измеренных на других фазах не должно превышать 2%. При сравнении измеренных значений с паспортными данными измеренные значения сопротивления должны приводиться к заводской температуре. При сравнении с другими фазами измерения должны производиться при одинаковой температуре.

Измерения сопротивления обмоток постоянному току производятся у трансформаторов тока на напряжение 110кВ и выше и у связующих обмоток каскадных трансформаторов напряжения.

В качестве дополнительных измерений при комплексных испытаниях данный вид измерения может использоваться и для трансформаторов тока и напряжения всех типономиналов.

Измерение коэффициента трансформации.

Отклонение измеренного коэффициента трансформации от указанного в паспорте или от измеренного на исправном трансформаторе тока или напряжения, однотипном с проверяемыми, не должно превышать 2%.

Для проверки коэффициента трансформации трансформаторов тока собирают схему, представленную на рисунке 8. У встроенных трансформаторов тока коэффициент трансформации проверяется только на рабочих ответвлениях — остальные части обмоток не проверяются.

Ток в первичной цепи трансформатора пропорционален току во вторичной цепи. Коэффициент пропорциональности токов и будет искомым коэффициентом трансформации.

Разделительный трансформатор создаёт на своей вторичной обмотке напряжение порядка 5В и ток прядка 1000А (в зависимости от испытуемого трансформатора тока).

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока.

Характеристика снимается методом повышения напряжения на вторичных обмотках до начала насыщения (но не выше 1800В), с одновременным измерением тока в испытуемой обмотке с помощью амперметра.

При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении, при этом на нерабочих ответвлениях замеры не производятся.

Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных трансформаторов тока, однотипных с проверяемыми.

Отличия от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном трансформаторе тока, однотипном с проверяемыми, не должны превышать 10%.

Характеристики намагничивания снимаются для проверки исправности трансформаторов тока. При этом убеждаются в том, что нет накоротко замкнутых витков и повреждения сердечника, оцениваются возможности использования трансформатора в схеме релейной защиты в конкретных условиях.

Характеристика намагничивания представляет собой зависимость подводимого ко вторичной обмотке напряжения от тока в этой обмотке. Схема для снятия характеристики намагничивания представлена на рисунке 7.

Характеристику намагничивания снимают до номинального тока трансформатора (тока вторичной обмотки), в тех случаях, если это требуется (для особо ответственных трансформаторов) характеристику снимают до начала насыщения трансформатора тока (для 5-амперных трансформаторов – до достижения тока 10А).

Если при снятии характеристики необходимо напряжение выше 250В используют повышающие трансформаторы с более высоким напряжением.

Вольт-амперная характеристика является основной при оценке исправности ТТ. Используются такие характеристики и для определения погрешностей ТТ.

Наиболее распространенная неисправность ТТ — витковое замыкание — выявляется по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных ТТ, однотипных с проверяемым, чаще всего с характеристиками ТТ других фаз того же присоединения. Для такого сравнения достаточно совпадения характеристик с точностью в пределах их заводского разброса.

а) б)

а — ТТ ТВ-35, 300/5 А; б — ТТ ТВД-500, 2000/1;

1 — исправный трансформатор тока; 2 — закорочен один виток;

3 — закорочены два витка; 4 — закорочены восемь витков

Рисунок. Вольт-амперные характеристики при витковых замыканиях во вторичной обмотке

На этом у меня на сегодня все.

Будут вопросы, постараюсь на них ответить.

Успехов.

Испытания трансформаторного масла

При вводе в эксплуатацию трансформаторов тока свежее сухое трансформаторное масло перед и после заливки (доливки) в трансформаторы должно быть испытано в соответствии с требованиями раздела 25. В процессе эксплуатации трансформаторное масло из трансформаторов тока напряжением до 35 кВ включительно допускается не испытывать. Масло из трансформаторов тока 110-220 и 330-500 кВ, не оснащенных системой контроля под рабочим напряжением, испытывается согласно требованиям пп. 1-3 табл. 25.4 с учетом разд. 25.3.2 – 1 раз в 2 года (для трансформаторов тока герметичного исполнения – согласно инструкции завода-изготовителя). Масло из трансформаторов тока, оснащенных системой контроля под рабочим напряжением, по достижении контролируемыми параметрами предельных значений, приведенных в табл. 4, испытывается согласно требованиям табл. 25.4 (пп. 1-7).

Таблица 4

У маслонаполненных каскадных трансформаторов тока оценка состояния трансформаторного масла в каждой ступени проводится по нормам, соответствующим рабочему напряжению ступени.

Определение

Определение технической характеристики для трансформатора прописаны в ГОСТе 7746 2001 под названием «Трансформаторы тока. Общие технические условия». Этот документ относится к классу межгосударственных, то есть он распространяется для всех устройств, изготовленных в любой точке по территории страны.

Для того, чтоб понять определение, нужно познакомится с тем, что значит усредненный коэффициент безопасности. Этот показатель в свою очередь является соотношением номинального тока безопасности и первичного (также номинальное общее значение). Коэффициент безопасности по своей сути является основным параметром, который определяет искомую кратность повышения импульса.

Последняя характеристика важна, так как в условиях производства часто наблюдаются ситуации, когда он повышается из номинального показателя. Это возникает при коротком замыкании в цепи в большей части случаев.

Ситуация определяется тем, что сердечник ТС уходит в насыщение, при этом рост во вторичке не наблюдается, что в свою очередь обеспечивает защиту всех подключенных нагрузок к оборудованию.

Возможные неполадки

ТТ имеют изолированный корпус и выводы для подключения источника и вторичных устройств. Некоторые устройства можно проверить самостоятельно, для проверки работоспособности других, необходимо иметь квалификацию и соответствующий допуск к высоковольтному оборудованию. Причина неисправности в повреждениях:

• Корпус;
• Магнитопровод;
• Обрыв обмоток;
• Изоляция обмоток;
• Износ контактов и выходов.

Пределы погрешностей ТТ для классов Р

Все характеристики указаны в документации к конкретным видам приборов. Также информация прописывается отдельно к каждому устройству. Конкретно для классов точности Р установлены пределы допустимых погрешностей токовое и угловые.

Для трансформаторов с классом мощности 5Р при токе нормальной с предельной полной кратности в 5 процентов значения пределов допустимой погрешности следующие:

• токовые – + или — 1 %;
• угловые + или — 60 процентов, что идентично 1,9.

Пределы, указанные в таблицах, выполняются, так как это первое из требований безопасности.

Для прибора класса точности 10Р искомая предельная кратность составляет 10% соответственно. Предел погрешности, max возможной при работе, составляет 3 процента. В тоже время данных об угловых погрешностей не представлено, так как их не нормируют.