Что такое измерительные трансформаторы
В электрических сетях среднего и высокого напряжения невозможно напрямую подключать стандартные измерительные приборы, счетчики или устройства релейной защиты к силовым цепям.
Для преобразования первичных электрических параметров в безопасные и стандартизированные значения применяются измерительные трансформаторы.
К ним относятся:
-
трансформаторы тока;
-
трансформаторы напряжения.
Они обеспечивают электрическую изоляцию измерительных и защитных цепей от силовой части электроустановки и позволяют передавать информацию о параметрах сети устройствам учета, автоматики и релейной защиты.
Для чего нужен трансформатор тока
Трансформатор тока, или ТТ, предназначен для преобразования большого первичного тока в пропорционально уменьшенный вторичный ток.
Например, при протекании в силовой цепи тока в несколько сотен или тысяч ампер трансформатор позволяет получить на вторичной стороне стандартное значение, которое может использоваться измерительным оборудованием.
Наиболее распространенные номинальные вторичные токи:
-
1 А;
-
5 А.
Трансформаторы тока устанавливаются непосредственно в цепь силового оборудования и подключаются последовательно.
Полученный вторичный сигнал используется для работы:
-
приборов измерения;
-
коммерческого и технического учета электроэнергии;
-
микропроцессорных терминалов;
-
устройств релейной защиты;
-
систем автоматики и диспетчеризации.
Например, ТТ может передавать данные в систему защиты линии, трансформатора, секции шин или другого электрооборудования.
Где применяются трансформаторы тока
Трансформаторы тока применяются практически на всех уровнях распределения электроэнергии.
Они устанавливаются в:
-
комплектных распределительных устройствах;
-
камерах КСО;
-
КРУ и КРУН;
-
комплектных трансформаторных подстанциях;
-
открытых распределительных устройствах;
-
высоковольтных подстанциях;
-
вводных и отходящих присоединениях.
Конструкция и технические характеристики ТТ выбираются в зависимости от класса напряжения, номинального тока, требуемого класса точности и назначения вторичной обмотки.
Например, одна обмотка может использоваться для учета электроэнергии, а другая — для релейной защиты.
Что такое трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения, или ТН, предназначен для пропорционального уменьшения высокого напряжения до значения, безопасного и удобного для измерительных приборов и устройств защиты.
В отличие от трансформатора тока, ТН подключается к электрической сети параллельно.
Он позволяет получить вторичное напряжение, которое соответствует величине первичного напряжения с заданным коэффициентом трансформации.
Полученный сигнал используется для:
-
контроля уровня напряжения;
-
измерения электрических параметров;
-
учета электроэнергии;
-
работы релейной защиты;
-
контроля частоты и фаз;
-
определения направления мощности;
-
работы автоматических систем управления.
Где устанавливаются трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения применяются в распределительных устройствах и на подстанциях различных классов напряжения.
Они могут использоваться на:
-
РУ 6–10 кВ;
-
сетях 20–35 кВ;
-
подстанциях 110 кВ;
-
подстанциях 220 кВ;
-
объектах 500 кВ и выше.
В зависимости от условий эксплуатации применяются различные конструктивные исполнения и схемы подключения.
На объектах высокого напряжения трансформаторы напряжения являются частью измерительных цепей, систем учета, РЗА и автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Главное отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения
Основное различие заключается в параметре, который преобразует оборудование.
Трансформатор тока преобразует ток.
Трансформатор напряжения преобразует напряжение.
При этом различается и принцип подключения.
ТТ включается последовательно с нагрузкой, поскольку через его первичную цепь проходит ток контролируемого присоединения.
ТН подключается параллельно к участку электрической сети, напряжение которого необходимо измерить.
Также отличается характер работы вторичных цепей.
Для трансформатора тока опасным режимом является размыкание вторичной цепи при наличии первичного тока. Поэтому эксплуатация и обслуживание таких цепей требуют соблюдения соответствующих технических требований.
Для трансформатора напряжения, наоборот, необходимо предотвращать короткое замыкание вторичной цепи.
Сравнение ТТ и ТН
Трансформатор тока:
-
измеряет и преобразует ток;
-
подключается последовательно;
-
используется для учета, измерения и релейной защиты;
-
имеет стандартизированные вторичные значения тока;
-
выбирается с учетом номинального первичного тока, класса точности и нагрузки вторичных цепей.
Трансформатор напряжения:
-
измеряет и преобразует напряжение;
-
подключается параллельно;
-
используется в измерительных, защитных и учетных цепях;
-
обеспечивает пропорциональное уменьшение высокого напряжения;
-
выбирается с учетом класса напряжения, схемы подключения, мощности и класса точности.
Класс точности измерительных трансформаторов
Одним из важных параметров ТТ и ТН является класс точности.
Он определяет допустимую погрешность преобразования электрического параметра.
Для измерительных цепей и коммерческого учета требования к точности могут отличаться от требований к релейной защите.
Поэтому при проектировании необходимо учитывать назначение каждой вторичной обмотки.
Например, один трансформатор тока может иметь несколько вторичных обмоток с различными характеристиками: одна предназначается для измерения и учета, другая — для защитных устройств.
Как выбираются трансформаторы тока и напряжения
Выбор измерительных трансформаторов выполняется на основании параметров электрической сети и проектных требований.
Для ТТ учитываются:
-
класс напряжения;
-
номинальный первичный ток;
-
вторичный ток;
-
коэффициент трансформации;
-
класс точности;
-
число вторичных обмоток;
-
номинальная нагрузка;
-
параметры термической и электродинамической стойкости.
Для ТН учитываются:
-
номинальное первичное напряжение;
-
вторичное напряжение;
-
схема соединения;
-
класс точности;
-
количество вторичных обмоток;
-
номинальная мощность;
-
условия эксплуатации.
Неправильно выбранные характеристики измерительного трансформатора могут привести к повышенной погрешности измерений или некорректной работе устройств защиты.
Роль ТТ и ТН в релейной защите
Системы релейной защиты должны постоянно получать информацию о состоянии электрической сети.
Трансформаторы тока позволяют контролировать токи нагрузки и короткого замыкания, а трансформаторы напряжения передают информацию об уровне и изменении напряжения.
На основании этих данных устройства РЗА могут определять аварийные режимы и формировать команды на отключение соответствующего коммутационного оборудования.
Поэтому корректный подбор ТТ и ТН имеет непосредственное значение для надежности всей системы электроснабжения.
Трансформаторы тока и напряжения в составе подстанций
На современных подстанциях измерительные трансформаторы работают совместно с выключателями, разъединителями, устройствами РЗА, счетчиками электроэнергии и системами телемеханики.
Именно через ТТ и ТН вторичные системы получают необходимые данные о состоянии первичной сети.
При проектировании подстанции необходимо правильно определить места установки оборудования, коэффициенты трансформации, количество вторичных обмоток и их назначение.
Таким образом, трансформаторы тока и напряжения выполняют разные, но взаимосвязанные функции. ТТ преобразует ток и включается последовательно в электрическую цепь, а ТН преобразует напряжение и подключается параллельно. Вместе они обеспечивают измерение параметров сети, работу коммерческого учета, автоматики и релейной защиты.
