Выбор коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока 6-10 кВ

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

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

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

Зачем нужны трансформаторы тока

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

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

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

Расчёт и выбор измерительных ТТ

11. Расчёт и выбор измерительных ТТ

Оглавление

11.1 Выбор измерительных трансформаторов тока, сечения жил кабелей. 3

11.1.1 Измерительные трансформаторы тока. 3

11.1.2. Методика выбора трансформаторов тока. 3

11.1.3. Расчёт коэффициента трансформации ТТ. 3

11.1.4. Проверка выбора коэффициента трансформации ТТ.. 4

11.2. Расчёт вторичной нагрузки ТТ. 4

Приложение 11.1. 7

11.1 Выбор измерительных трансформаторов тока, сечения жил кабелей

11.1.1 Измерительные трансформаторы тока

В проекте описан общий принцип выбора трансформаторов тока (ТТ) , приведены методики и алгоритмы расчёта параметров ТТ.

Трансформаторы тока, используемые для коммерческого учёта электроэнергии, должны быть включены в государственный реестр средств измерений, иметь действующее свидетельство (отметку в паспорте) о поверке СИ.

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, первичному и вторичному токам, по типу установки, конструкции, классу точности.

Для присоединения расчётных счётчиков электроэнергии используются трансформаторы тока с классом точности не более 0,5S.

Установка ТТ осуществляется на присоединениях напряжением класса 0,4 кВ.

В качестве основных нормативных документов регламентирующих требования по размещению ТТ и их параметрам используется ПУЭ (Глава 1.5 «Учет электроэнергии»),

11.1.2. Методика выбора трансформаторов тока.

Выбор конструкции ТТ.

Учитывая конструктивные особенности сборок низкого напряжения, расположение токоведущих шин, необходимо использовать шинные трансформаторы тока типа ТШП-0,66, ТШ-0,66, и трансформаторы тока опорного типа ТОП-0,66, Т-0,66.

11.1.3. Расчёт коэффициента трансформации ТТ.

Коэффициент трансформации по каждой точке необходимо выбирать с учётом минимальных и максимальных первичных токов в режимные дни (летний минимум и зимний максимум) или данных о присоединённой мощности абонента, или уставок предохранителей или установленной мощности силового трансформатора (для организации технического учёта на лучах ТП). Максимальный первичный ток ТТ рассчитывается по формуле:

, А

Минимальный ток принимается равным 15% от максимального:

, А

Согласно ПУЭ (п. 1.5.17) допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации, если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40% номинального тока счётчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5%. Выбор ТТ заключается в подборе ТТ с номинальным первичным током, удовлетворяющем условию:

11.1.4. Проверка выбора коэффициента трансформации ТТ

Выбранные коэффициенты ТТ проверяются на соответствие п. 1.5.17 ПУЭ. при применении электросчётчиков типа с Iном сч.=5 А, должны выполняться неравенства:

; .

Трансформаторы тока необходимо установить типа ТШП-0,66, или ТШ-0,66, с классом точности 0,5S, с номинальной вторичной нагрузкой 5 ВА.

Расчётные токи присоединений и выбранные коэффициенты трансформации приведены в Приложении 11.1. таблица 11.1.

11.2. Расчёт вторичной нагрузки ТТ.

Чтобы погрешность ТТ не превысила допустимую для данного класса точности, нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов в соответствии с ГОСТ 7746 должна удовлетворять следующим требованиям: «для трансформаторов с номинальными вторичными нагрузками 1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 ВА нижний предел вторичных нагрузок — 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75 и 3,75 ВА соответственно». Для ТТ с номинальными вторичными нагрузками выше 10 Вт вторичная нагрузка должна быть не менее 25 % от номинальной и не должна превышать номинальную, задаваемую в каталогах.

В проекте предусмотрено использование трансформаторов тока типа ТШП -0,66 и Т-0,66. Класса точности ТТ — 0,5S, номинальная вторичная нагрузка — 5 ВА и номинальный вторичный ток 5 А. В соответствии с требованиями ГОСТ 7746 расчётное значение вторичной нагрузки ТТ должно находится в пределах: 3,75 ВА … 5 ВА (0,15 Ом…0,2 Ом).

Согласно ГОСТ 7746 номинальная вторичная нагрузка — полное сопротивление внешней вторичной цепи трансформатора тока, имеющей коэффициент мощности cos φ = 0,8, при котором гарантируются класс точности трансформатора тока.

Нагрузка трансформатора тока складывается из следующих элементов: сопротивления проводов, связывающих счётчик электрической энергии с трансформаторами тока; сопротивления приборов, включённых в цепь трансформатора тока; переходного сопротивления в контактных соединениях.

Внешняя нагрузка на трансформатор тока определяется с учетом схемы соединения трансформаторов тока, данных каталогов на счетчики и расчётных данных длины вторичных цепей ТТ приведённых в кабельном журнале.

При расчёте внешней нагрузки трансформатора тока для упрощения принимается, что все полные сопротивления имеют одинаковые углы, т. е. могут складываться арифметически. Указанное допущение приемлемо, поскольку вносимая этим ошибка обычно невелика и идет в сторону дополнительного запаса.

Вторичная нагрузка трансформаторов тока определяется по формуле,

, где

— переходное сопротивление в контактах принимается равным — 0,05 Ом;

— сопротивление проводов, Ом (в случае соединения трансформаторов тока звездой в испытательной клеммной коробке, сопротивление увеличить в 2- раза);

— сопротивление приборов, Ом

При выборе трансформаторов тока должно выполняться условие

,

где — номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.

Сопротивление проводов для схемы включения счётчика и ТТ по схеме «звезды», определяют по формуле:

,

где — длина провода, м ;

— удельная проводимость, Ом/м;

— сечение провода или жилы кабеля;

Сопротивление счетчика, определяется из каталога на соответствующую аппаратуру непосредственно или пересчетом по имеющимся в каталоге данным о потребляемой мощности и токе по формуле,

,

где — мощность, ВА, потребляемая прибором при токе I, А.

Для рассматриваемых в проекте типов счетчиков мощность, потребляемая каждой токовой цепью, не превышает 0,1 ВА, следовательно, = 0,004 Ом.

Расчёты нагрузки вторичных измерительных цепей трансформаторов тока приведены в Приложении 11.1., Таблица 11.2.

Таблица 11.1

Выбор коэффициента трансформации и проверка выбранного коэффициента трансформации ТТ на присоединениях в соответствии п. 1.5.17 ПУЭ. Данные по присоединённой мощности, разрешённой единовременной мощности, рабочих токах взяты на основании материалов предпроектного обследования объекта.

Таблица 11.2

Расчёт нагрузок вторичных измерительных цепей трансформаторов тока ИИК.

Получить текст

Как выбрать трансформатор тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выбор трансформаторов тока на напряжение 6(10) кВ

Требуется выбрать трансформаторы тока (ТТ) типа ТОЛ-СЭЩ-10 на напряжение 6 кВ устанавливаемые в ячейку типа КРУ-СЭЩ-61М (ОАО «Самарский ), для питания счетчика электрической энергии типа СЭТ 4ТМ.03M, подключеный к обмотке класса точности 0,5S (для технического учета), а также для подключения терминала релейной защиты типа Сириус-21-Л-И1 (ЗАО «РАДИУС Автоматика»), согласно рис.1 и рис.2.

От проектируемой ячейки осуществляется питание силового трансформатора мощностью 2500 кВА.

Рис.1 — Схема подключения трансформаторов тока к терминалу Сириус-21-Л-И1

Рис.2 — Схема подключения трансформаторов тока к cчетчику СЭТ 4ТМ.03M

Выбирать трансформаторы тока, мы должны из условий:

1. Номинальное напряжение Uуст=6 кВ ≤ Uном=10 кВ (условие выполняется);

2. Номинальный ток Iрасч < Iном;

2.1. Рассчитываем первичный расчетный ток:

Предварительно выбираем трансформаторы тока на номинальный первичный ток 300 А (согласно каталога, см. таблицу 1) Iном.=300 А > Iрасч =240,8 А (условие выполняется);

3. Для того, чтобы присоединенные приборы, работали в требуемом классе точности, необходимо чтобы, подключаемая вторичная нагрузка Zн не превышала номинальной, для данного класса точности, при этом должно выполняться условие Zн ≤ Zдоп.

Рассчитываем вторичную нагрузку согласно типовой работы «Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока» «Теплоэлектропроект» №48082-э.

3.1 Определяем сопротивление счетчика типа СЭТ 4ТМ.03M:

где:

• Sприб. = 0,3 ВА – потребляемая мощность прибора, согласно каталога на счетчик СЭТ 4ТМ.03M.
• I2ном. = 5 А – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока.

3.2 Определяем сопротивление обмотки трансформаторов тока для измерения, рассчитанное из номинальной вторичной нагрузки, равное 5 ВА, согласно каталога на ТОЛ-СЭЩ-10.

3.3 Определяем сопротивление провода (кабеля) пользуясь выражением (3) из типовой работы №48082-э, для схемы соединения трансформаторов тока в полную звезду, принимая что Zн=Zдоп:

где: rпер=0,05 Ом – переходное сопротивление контактов при двух, трех приборов и 0,1 Ом при большем числе приборов;

3.4 Определяем сечение кабеля соединяющего трансформаторы тока класса точности 0,5S с счетчиком типа СЭТ 4ТМ.03M:

где:

• l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до места установки измерительных приборов, м;
• γ –удельная проводимость, м/Ом*мм2(для меди γ = 57, для алюминия γ =34,5).

По условиям механической прочности для меди, принимаем кабель сечением 2,5 мм2.

3.5 Определяем фактическое сопротивление кабеля с учетом принятого.

3.6 Определяем фактическую нагрузку, при этом должно выполняться условие Zн < Zдоп:

Zн < Zдоп.=0,09 Ом < 0,2 Ом (условие выполняется);

4. Определяем сопротивление и сечение кабеля для токовых цепей микропроцессорного терминала Сириус-21-Л-И1, согласно рис.1.

4.1 Определяем сопротивление микропроцессорного терминала Сириус-21-Л-И1:

где: Sприб. = 0,5 ВА – потребляемая мощность терминала Сириус-21-Л-И1, согласно каталога.

4.2 Определяем расчетную кратность для токовой отсечки по формуле (13) из типовой работы №48082-э:

где:

• 1,1 – коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность ТТ при срабатывании защиты;
• Iс.з.=3000 А – первичный ток срабатывания защиты;
• I1н – первичный номинальный ток ТТ.

По кривой предельной кратности для ТОЛ-СЭЩ-10 определяем допустимую нагрузку, исходя из расчетной кратности 11 при которой погрешность, не должна быть более 10%. Sдоп.=30 ВА.

Рис.3 – Кривая предельной кратности вторичной обмотки для защиты с классом точности 5Р, 10Р и номинальной нагрузкой 30 ВА трансформатора с первичными токами 10…300, 600 А

4.3 Определяем сопротивление обмотки трансформаторов тока для защиты — 10Р, рассчитанное из допустимой вторичной нагрузки, равной 30 ВА:

4.4 Определяем сопротивление провода (кабеля) пользуясь выражением (3) из типовой работы №48082-э, для схемы соединения трансформаторов тока в полную звезду, принимая что Zн=Zдоп:

4.5 Определяем сечение кабеля соединяющего трансформаторы тока класса точности 10Р с терминалом Сириус-21-Л-И1:

где:

• l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до места установки терминала, м;
• γ –удельная проводимость, м/Ом*мм2(для меди γ = 57, для алюминия γ =34,5).

По условиям механической прочности для меди, принимаем кабель сечением 2,5 мм2.

4.6 Определяем фактическое сопротивление кабеля с учетом принятого.

4.7 Определяем фактическую нагрузку, при условии, что Zн < Zдоп должно выполняться:

Zн < Zдоп.=0,01 Ом < 1,2 Ом (условие выполняется);

Здесь я хотел бы сделать не большое отступления, как видно из расчетов при использовании современной аппаратуры в ячейках КРУ с небольшой потребляемой мощностью и незначительной длиной кабеля, проводить расчеты по определению сечения кабеля, можно не выполнять.

А сечение кабеля применять по механической прочности, согласно ПУЭ раздел 3.4.4. для токовых цепей — 2,5 мм2 для меди и 4 мм2 для алюминия;

Если же у Вас, например, трансформаторы тока находятся на ОРУ, а измерительная аппаратура расположена на значительном расстоянии от трансформаторов тока, то обязательно нужно проверить чтобы выполнялось условие Zн ≤ Zдоп.

5. Проверяем на электродинамическую стойкость по условию:

iу=20,553 кА ≤ iпр.с=80 кА (условие выполняется)

где:

• iу=20,553 кА – расчетный ударный ток КЗ;
• iпр.с= 80 кА – ток динамической стойкости, выбирается из каталога по таблице 2 для исполнения 01.

6. Определим предельный ток термической стойкости. При этом должно выполнятся условие:

где:

• Iтер. =31,5 кА предельный ток термической стойкости, выбранный по каталогу (см. таблицу 2);
• tтер=1 сек.- длительность протекания тока термической стойкости, согласно каталогу (см. таблицу 2);
• Вк – тепловой импульс рассчитывался ранние, при выборе силового выключателя 6 кВ.

Выбираем трансформатор тока типа ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,5S/0,5/10P-5/10/30-300/5У2 и для токовых цепей выбираем кабель марки КВВГЭнг-4х2,5мм2.

Все расчетные и каталожные данные, сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Литература:

1. Типовая работа «Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока» «Теплоэлектропроект» №48082-э 2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г. 3. Рожкова Л.Д. и Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. − 3-е изд., перераб. и доп. − М., Энергоатомиздат, 1987.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.