Μέτρηση μετασχηματιστών ρεύματος σε κυκλώματα προστασίας ρελέ και αυτοματισμού

Ο εξοπλισμός ισχύος των ηλεκτρικών υποσταθμών χωρίζεται οργανωτικά σε δύο τύπους συσκευών:

1. Κυκλώματα ισχύος μέσω των οποίων μεταδίδεται όλη η ισχύς της μεταφερόμενης ενέργειας.

2. δευτερεύουσες συσκευές που σας επιτρέπουν να ελέγχετε τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στον πρωτεύοντα βρόχο και να τις ελέγχετε.

Ο εξοπλισμός ισχύος βρίσκεται σε ανοιχτούς χώρους ή σε κλειστούς διακόπτες και ο δευτερεύων εξοπλισμός βρίσκεται σε πίνακες ρελέ, σε ειδικά ερμάρια ή ξεχωριστές κυψέλες.

Η ενδιάμεση σύνδεση που εκτελεί τη λειτουργία της μετάδοσης πληροφοριών μεταξύ της μονάδας ισχύος και των φορέων μέτρησης, διαχείρισης, προστασίας και ελέγχου είναι οι μετασχηματιστές μέτρησης. Όπως όλες αυτές οι συσκευές, έχουν δύο πλευρές με διαφορετικές τιμές τάσης:

1. υψηλή τάση, που αντιστοιχεί στις παραμέτρους του πρώτου βρόχου.

2.χαμηλή τάση, επιτρέποντας τη μείωση του κινδύνου επιπτώσεων του ενεργειακού εξοπλισμού στο προσωπικό σέρβις και του κόστους των υλικών για τη δημιουργία συσκευών ελέγχου και παρακολούθησης.

Το επίθετο "μέτρηση" αντικατοπτρίζει το σκοπό αυτών των ηλεκτρικών συσκευών, καθώς προσομοιώνουν με μεγάλη ακρίβεια όλες τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στον εξοπλισμό ισχύος και χωρίζονται σε μετασχηματιστές:

1. ρεύμα (CT);

2. τάση (VT).

Λειτουργούν σύμφωνα με τις γενικές φυσικές αρχές του μετασχηματισμού, αλλά έχουν διαφορετικά σχέδια και μεθόδους συμπερίληψης στο πρωτεύον κύκλωμα.

Πώς κατασκευάζονται και λειτουργούν οι μετασχηματιστές ρεύματος

Αρχές λειτουργίας και συσκευές

Στο σχέδιο μετασχηματιστής μέτρησης ρεύματος η μετατροπή των διανυσματικών τιμών των ρευμάτων μεγάλων τιμών που ρέουν στο πρωτεύον κύκλωμα σε αναλογικά μειωμένου μεγέθους και με τον ίδιο τρόπο καθορίζονται οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων στα δευτερεύοντα κυκλώματα.

Συσκευή μαγνητικού κυκλώματος

Δομικά, οι μετασχηματιστές ρεύματος, όπως κάθε άλλος μετασχηματιστής, αποτελούνται από δύο μονωμένες περιελίξεις που βρίσκονται γύρω από ένα κοινό μαγνητικό κύκλωμα. Είναι κατασκευασμένο με πλαστικοποιημένες μεταλλικές πλάκες που λιώνουν με τη χρήση ειδικών τύπων ηλεκτρικών χάλυβων. Αυτό γίνεται για να μειωθεί η μαγνητική αντίσταση στη διαδρομή των μαγνητικών ροών που κυκλοφορούν σε κλειστό βρόχο γύρω από τα πηνία και να μειωθούν οι απώλειες μέσω δινορεύματα.

Ένας μετασχηματιστής ρεύματος για συστήματα προστασίας ρελέ και αυτοματισμού μπορεί να έχει όχι έναν μαγνητικό πυρήνα, αλλά δύο, που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των πλακών και τον συνολικό όγκο σιδήρου που χρησιμοποιείται. Αυτό γίνεται για να δημιουργηθούν δύο τύποι πηνίων που μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα όταν:

1. Ονομαστικές συνθήκες εργασίας.

2.ή σε σημαντικές υπερφορτώσεις που προκαλούνται από ρεύματα βραχυκυκλώματος.

Ο πρώτος σχεδιασμός χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση μετρήσεων και ο δεύτερος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση προστασιών που απενεργοποιούν τις αναδυόμενες μη φυσιολογικές λειτουργίες.

Διάταξη πηνίων και ακροδεκτών σύνδεσης

Τα τυλίγματα μετασχηματιστών ρεύματος, σχεδιασμένα και κατασκευασμένα για μόνιμη λειτουργία στο κύκλωμα της ηλεκτρικής εγκατάστασης, πληρούν τις απαιτήσεις για την ασφαλή διέλευση του ρεύματος και τη θερμική του επίδραση. Επομένως, είναι κατασκευασμένα από χαλκό, χάλυβα ή αλουμίνιο με επιφάνεια διατομής που αποκλείει την αυξημένη θέρμανση.

Δεδομένου ότι το πρωτεύον ρεύμα είναι πάντα μεγαλύτερο από το δευτερεύον, η περιέλιξη για αυτό ξεχωρίζει σημαντικά σε μέγεθος, όπως φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία για τον σωστό μετασχηματιστή.

Οι αριστερές και μεσαίες δομές δεν έχουν καθόλου δύναμη. Αντίθετα, παρέχεται ένα άνοιγμα στο περίβλημα από το οποίο διέρχεται ένα καλώδιο τροφοδοσίας ή ένα σταθερό λεωφορείο. Τέτοια μοντέλα χρησιμοποιούνται, κατά κανόνα, σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις έως 1000 βολτ.

Στους ακροδέκτες των περιελίξεων του μετασχηματιστή υπάρχει πάντα ένα σταθερό εξάρτημα για τη σύνδεση ράβδων ζυγών και συρμάτων σύνδεσης χρησιμοποιώντας μπουλόνια και σφιγκτήρες βιδών. Αυτό είναι ένα από τα κρίσιμα σημεία όπου μπορεί να σπάσει η ηλεκτρική επαφή, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει βλάβη ή να διαταράξει την ακριβή λειτουργία του συστήματος μέτρησης. Η ποιότητα της σύσφιξής του στα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα δίνεται πάντα προσοχή κατά τους λειτουργικούς ελέγχους.

Οι ακροδέκτες του μετασχηματιστή ρεύματος επισημαίνονται στο εργοστάσιο κατά την κατασκευή και φέρουν την ένδειξη:

• L1 και L2 για την είσοδο και την έξοδο του πρωτεύοντος ρεύματος.

• I1 και I2 — δευτερεύον.

Αυτοί οι δείκτες σημαίνουν την κατεύθυνση περιέλιξης των στροφών μεταξύ τους και επηρεάζουν τη σωστή σύνδεση της ισχύος και των προσομοιωμένων κυκλωμάτων, το χαρακτηριστικό της κατανομής των διανυσμάτων ρεύματος κατά μήκος του κυκλώματος. Δίνεται προσοχή κατά την αρχική εγκατάσταση μετασχηματιστών ή αντικατάσταση ελαττωματικών συσκευών και εξετάζονται ακόμη και με διάφορες μεθόδους ηλεκτρικών ελέγχων τόσο πριν από τη συναρμολόγηση των συσκευών όσο και μετά την εγκατάσταση.

Ο αριθμός των στροφών στο πρωτεύον κύκλωμα W1 και στο δευτερεύον κύκλωμα W2 δεν είναι ο ίδιος, αλλά πολύ διαφορετικός. Οι μετασχηματιστές ρεύματος υψηλής τάσης έχουν συνήθως μόνο έναν ευθύ δίαυλο κατά μήκος του μαγνητικού κυκλώματος που λειτουργεί ως περιέλιξη τροφοδοσίας. Η δευτερεύουσα περιέλιξη έχει μεγαλύτερο αριθμό στροφών, γεγονός που επηρεάζει την αναλογία μετασχηματισμού. Για ευκολία στη χρήση, γράφεται ως κλασματική έκφραση των ονομαστικών τιμών των ρευμάτων στις δύο περιελίξεις.

Για παράδειγμα, η καταχώρηση 600/5 στην πινακίδα του κουτιού σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής προορίζεται να συνδεθεί σε εξοπλισμό υψηλής τάσης με ονομαστικό ρεύμα 600 αμπέρ και μόνο 5 θα μετατραπούν στο δευτερεύον κύκλωμα.

Κάθε μετασχηματιστής ρεύματος μέτρησης συνδέεται με τη δική του φάση του πρωτεύοντος δικτύου. Ο αριθμός των δευτερευουσών περιελίξεων για συσκευές προστασίας ρελέ και αυτοματισμού συνήθως αυξάνεται για χωριστή χρήση σε πυρήνες κυκλώματος ρεύματος για:

• Εργαλεία μέτρησης;

• γενική προστασία·

• προστασία ελαστικών και ελαστικών.

Αυτή η μέθοδος εξαλείφει την επίδραση των λιγότερο κρίσιμων κυκλωμάτων σε πιο σημαντικά, απλοποιεί τη συντήρηση και τη δοκιμή τους στον εξοπλισμό εργασίας στην τάση λειτουργίας.

Για τη σήμανση των ακροδεκτών τέτοιων δευτερευουσών περιελίξεων, χρησιμοποιείται η ονομασία 1I1, 1I2, 1I3 για την αρχή και 2I1, 2I2, 2I3 για τα άκρα.

Συσκευή απομόνωσης

Κάθε μοντέλο μετασχηματιστή ρεύματος έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με μια ορισμένη ποσότητα υψηλής τάσης στο πρωτεύον τύλιγμα. Το μονωτικό στρώμα που βρίσκεται μεταξύ των περιελίξεων και του περιβλήματος πρέπει να αντέχει στο δυναμικό του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας της κατηγορίας του για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Στο εξωτερικό της μόνωσης των μετασχηματιστών ρεύματος υψηλής τάσης, ανάλογα με το σκοπό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ακόλουθα:

• τραπεζομάντιλο πορσελάνης?

• συμπιεσμένες εποξειδικές ρητίνες.

• ορισμένοι τύποι πλαστικών.

Τα ίδια υλικά μπορούν να συμπληρωθούν με μετασχηματιστικό χαρτί ή λάδι για τη μόνωση των εσωτερικών διασταυρώσεων συρμάτων στις περιελίξεις και την εξάλειψη των βλαβών στροφής σε στροφή.

Κατηγορία ακρίβειας TT

Στην ιδανική περίπτωση, ένας μετασχηματιστής θα πρέπει θεωρητικά να λειτουργεί με ακρίβεια χωρίς να εισάγει σφάλματα. Σε πραγματικές κατασκευές, ωστόσο, χάνεται ενέργεια για να θερμανθούν εσωτερικά τα καλώδια, να ξεπεραστεί η μαγνητική αντίσταση και να σχηματιστούν δινορεύματα.

Εξαιτίας αυτού, τουλάχιστον λίγο, αλλά η διαδικασία μετασχηματισμού διαταράσσεται, γεγονός που επηρεάζει την ακρίβεια της αναπαραγωγής στην κλίμακα των πρωτογενών διανυσμάτων ρεύματος από τις δευτερεύουσες τιμές τους με αποκλίσεις στον προσανατολισμό στο χώρο. Όλοι οι μετασχηματιστές ρεύματος έχουν ένα ορισμένο σφάλμα μέτρησης, το οποίο κανονικοποιείται ως ποσοστό του λόγου του απόλυτου σφάλματος προς την ονομαστική τιμή σε πλάτος και γωνία.

Κατηγορία ακρίβειας Οι μετασχηματιστές ρεύματος εκφράζονται με τις αριθμητικές τιμές «0.2», «0.5», «1», «3», «5», «10».

Οι μετασχηματιστές κλάσης 0.2 λειτουργούν για κρίσιμες εργαστηριακές μετρήσεις.Η κλάση 0.5 προορίζεται για την ακριβή μέτρηση των ρευμάτων που χρησιμοποιούνται από το επίπεδο 1 μέτρο για εμπορικούς σκοπούς.

Οι μετρήσεις ρεύματος για τη λειτουργία των ηλεκτρονόμων και των λογαριασμών ελέγχου του 2ου επιπέδου πραγματοποιούνται στην κλάση 1. Τα πηνία ενεργοποίησης των ηλεκτροκινητήρων συνδέονται με τους μετασχηματιστές ρεύματος της 10ης κατηγορίας ακρίβειας. Λειτουργούν ακριβώς στη λειτουργία βραχυκυκλώματος του πρωτεύοντος δικτύου.

Κυκλώματα μεταγωγής TT

Στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούνται κυρίως γραμμές ισχύος τριών ή τεσσάρων συρμάτων. Για τον έλεγχο των ρευμάτων που διέρχονται από αυτά, χρησιμοποιούνται διάφορα σχήματα για τη σύνδεση μετασχηματιστών μέτρησης.

1. Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός

Η φωτογραφία δείχνει μια παραλλαγή της μέτρησης των ρευμάτων ενός κυκλώματος ισχύος τριών καλωδίων 10 κιλοβολτ χρησιμοποιώντας δύο μετασχηματιστές ρεύματος.

Εδώ φαίνεται ότι οι ζυγοί σύνδεσης κύριας φάσης Α και Γ είναι βιδωμένοι στους ακροδέκτες των μετασχηματιστών ρεύματος και τα δευτερεύοντα κυκλώματα κρύβονται πίσω από έναν φράκτη και οδηγούνται από μια ξεχωριστή πλεξούδα καλωδίου σε έναν προστατευτικό σωλήνα που κατευθύνεται στο διαμέρισμα ρελέ για σύνδεση κυκλωμάτων στα μπλοκ ακροδεκτών.

Η ίδια αρχή εγκατάστασης ισχύει και σε άλλα σχήματα. εξοπλισμός υψηλής τάσηςόπως φαίνεται στην εικόνα για δίκτυο 110 kV.

Εδώ τα περιβλήματα των μετασχηματιστών οργάνων τοποθετούνται σε ύψος χρησιμοποιώντας μια γειωμένη πλατφόρμα από οπλισμένο σκυρόδεμα, η οποία απαιτείται από τους κανονισμούς ασφαλείας. Η σύνδεση των πρωτευουσών περιελίξεων στα καλώδια τροφοδοσίας γίνεται σε μια κοπή και όλα τα δευτερεύοντα κυκλώματα εξάγονται σε ένα κοντινό κουτί με μια διασταύρωση ακροδεκτών.

Οι συνδέσεις καλωδίων των κυκλωμάτων δευτερεύοντος ρεύματος προστατεύονται από τυχαία εξωτερική μηχανική κρούση από μεταλλικά καλύμματα και πλάκες από σκυρόδεμα.

2.Δευτερεύουσες περιελίξεις

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, οι αγωγοί εξόδου των μετασχηματιστών ρεύματος συγκεντρώνονται για λειτουργία με συσκευές μέτρησης ή προστατευτικές συσκευές. Αυτό επηρεάζει τη συναρμολόγηση του κυκλώματος.

Εάν είναι απαραίτητο να ελέγξετε το ρεύμα φορτίου σε κάθε φάση χρησιμοποιώντας αμπερόμετρα, τότε χρησιμοποιείται η κλασική επιλογή σύνδεσης - ένα κύκλωμα πλήρους αστέρα.

Σε αυτή την περίπτωση, κάθε συσκευή δείχνει την τρέχουσα τιμή της φάσης της, λαμβάνοντας υπόψη τη γωνία μεταξύ τους. Η χρήση αυτόματων καταγραφέων σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας σας επιτρέπει να εμφανίσετε το σχήμα των ημιτονοειδών και να δημιουργήσετε διανυσματικά διαγράμματα κατανομής φορτίου με βάση αυτά.

Συχνά, σε εξερχόμενους τροφοδότες 6 ÷ 10 kV, για εξοικονόμηση εγκαθίστανται όχι τρεις, αλλά δύο μετασχηματιστές ρεύματος μέτρησης, χωρίς να χρησιμοποιείται μία φάση Β. Αυτή η περίπτωση φαίνεται στην παραπάνω φωτογραφία. Σας επιτρέπει να συνδέσετε τα αμπερόμετρα σε ένα ημιτελές κύκλωμα αστεριού.

Λόγω της ανακατανομής των ρευμάτων της πρόσθετης συσκευής, αποδεικνύεται ότι εμφανίζεται το διανυσματικό άθροισμα των φάσεων Α και Γ, το οποίο κατευθύνεται αντίθετα προς το διάνυσμα της φάσης Β στη λειτουργία συμμετρικού φορτίου του δικτύου.

Η περίπτωση ενεργοποίησης δύο μετασχηματιστών ρεύματος μέτρησης για παρακολούθηση του ρεύματος γραμμής με ρελέ φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία.

Το σχέδιο επιτρέπει τον πλήρη έλεγχο του ισορροπημένου φορτίου και των τριφασικών βραχυκυκλωμάτων. Όταν συμβαίνει ένα διφασικό βραχυκύκλωμα, ειδικά AB ή BC, η ευαισθησία ενός τέτοιου φίλτρου υποτιμάται πολύ.

Ένα κοινό σχέδιο για την παρακολούθηση ρευμάτων μηδενικής ακολουθίας δημιουργείται με τη σύνδεση μετασχηματιστών ρεύματος μέτρησης σε ένα κύκλωμα πλήρους αστέρα και την περιέλιξη ενός ρελέ ελέγχου σε ένα συνδυασμένο ουδέτερο καλώδιο.

Το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο δημιουργείται προσθέτοντας τα διανύσματα τριών φάσεων. Στη συμμετρική λειτουργία, είναι ισορροπημένο και κατά την εμφάνιση μονοφασικών ή διφασικών βραχυκυκλωμάτων, το εξάρτημα ανισορροπίας απελευθερώνεται στο ρελέ.

Χαρακτηριστικά απόδοσης μετασχηματιστών μέτρησης ρεύματος και των δευτερευόντων κυκλωμάτων τους

Λειτουργική μεταγωγή

Κατά τη λειτουργία του μετασχηματιστή ρεύματος, δημιουργείται μια ισορροπία μαγνητικών ροών που σχηματίζονται από ρεύματα στο πρωτεύον και δευτερεύον τύλιγμα, με αποτέλεσμα να εξισορροπούνται σε μέγεθος, να κατευθύνονται αντίθετα και να αντισταθμίζουν την επίδραση του παραγόμενου EMF σε κλειστά κυκλώματα. .

Εάν το πρωτεύον τύλιγμα είναι ανοιχτό, το ρεύμα θα σταματήσει να ρέει μέσα από αυτό και όλα τα δευτερεύοντα κυκλώματα απλά θα αποσυνδεθούν. Αλλά το δευτερεύον κύκλωμα δεν μπορεί να ανοίξει όταν το ρεύμα διέρχεται από το πρωτεύον, διαφορετικά, υπό τη δράση της μαγνητικής ροής στο δευτερεύον τύλιγμα, δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία δεν δαπανάται για τη ροή ρεύματος σε κλειστό βρόχο με χαμηλή αντίσταση , αλλά χρησιμοποιείται σε κατάσταση αναμονής.

Αυτό οδηγεί στην εμφάνιση υψηλού δυναμικού των ανοιχτών επαφών, το οποίο φτάνει αρκετά kilovolt και μπορεί να σπάσει τη μόνωση των δευτερευόντων κυκλωμάτων, να διαταράξει τη λειτουργία του εξοπλισμού και να προκαλέσει ηλεκτρικούς τραυματισμούς στο προσωπικό σέρβις.

Για το λόγο αυτό, όλες οι μεταγωγές στα δευτερεύοντα κυκλώματα των μετασχηματιστών ρεύματος γίνονται σύμφωνα με αυστηρά καθορισμένη τεχνολογία και πάντα υπό την επίβλεψη εποπτών, χωρίς να διακόπτονται τα κυκλώματα ρεύματος. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε:

• ειδικοί τύποι μπλοκ ακροδεκτών που σας επιτρέπουν να εγκαταστήσετε ένα πρόσθετο βραχυκύκλωμα κατά τη διάρκεια της διακοπής του τμήματος που έχει τεθεί εκτός λειτουργίας.

• δοκιμή μπλοκ ρεύματος με βραχείς βραχυκυκλωτήρες.

• ειδικό σχέδιο κλειδιού.

Καταγραφείς για διαδικασίες έκτακτης ανάγκης

Οι συσκευές μέτρησης χωρίζονται ανάλογα με τον τύπο των παραμέτρων στερέωσης για:

• ονομαστικές συνθήκες εργασίας·

• την εμφάνιση υπερέντασης στο σύστημα.

Τα ευαίσθητα στοιχεία των συσκευών εγγραφής αντιλαμβάνονται αναλογικά το εισερχόμενο σήμα και το εμφανίζουν επίσης. Εάν η τρέχουσα τιμή εισαχθεί στην είσοδό τους με παραμόρφωση, τότε αυτό το σφάλμα θα εισαχθεί στις ενδείξεις.

Για το λόγο αυτό, συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση ρευμάτων έκτακτης ανάγκης, αντί για ονομαστικά, συνδέονται με τον πυρήνα της προστασίας ενός μετασχηματιστή ρεύματος και όχι με μετρήσεις.

Διαβάστε για τη συσκευή και τις αρχές λειτουργίας των μετασχηματιστών μέτρησης τάσης εδώ: Μετασχηματιστές μέτρησης τάσης σε κυκλώματα προστασίας ρελέ και αυτοματισμού