Схема дистанційного керування вимикачами з електромагнітним приводом

Схеми дистанційного керування можуть зображатися в згорнутому та розгорнутому виді.

У згорнутій схемі керування всі апарати і прилади показують з усіма сто­совними до них котушками і контактами, а електричні з'єднання зображені від апарата до апарата (рис. 7.11). В розгорнутій схемі керування всі апарати і прилади розділються на окремі елементи у порядку протікання струму від полюса до полюса у вигляді окремих рядків (рис. 7.12). При цьому ко­жен рядок читається зліва направо, а схема - зверху вниз. Такий спо­сіб зображення полегшує читання складних схем. Оскільки всі апара­ти складаються з окремих елементів, що попадають у різні рядки схеми, то для того щоб установити приналежність елемента до того чи іншого апарата і характер елемента (котушка, контакт), не­об­­хід­но кож­но­му апарату і приладу привласнити умовну познач­ку (марку), яким позначають всі елементи, що належать дано­му апарату.

Керуючий сигнал (команду) подає вручну оператор за допомогою ключа чи команди від автоматичних пристроїв (реле), що застосовуються для виконання автоматичних переключень, необхідних для забезпечення технологічного процесу (наприклад, автоматичного введення резерву) чи в аварійних ситуаціях (для ліквідації коротких замикань під дією релейного захисту). Дія систем керування супроводжується роботою пристроїв сигна­ліза­ції, які дають оперативному персоналу необхідну інформацію про стан ус­тат­кування і про спрацювання пристроїв автоматики і релейного захисту.

Для полегшення роботи оперативного персоналу органи керування комутаційними апаратами (вимикачами) установлюються на спеціальні щити керування, апаратура яких за допомогою кабелів зв'язується з розподільним пристроєм, де встановлені керовані вимикачі. Живлення від спеціальних джерел оперативного струму пода­єть­ся на шинки керування (ШК), а потім - до апаратури окремих ланцюгів приводів вимикачів.

У залежності від положення апарата (увімкний чи вимкний) і стану реле (знеструмлено чи під струмом) їхні контакти можуть бути замкнуті чи розімкнуті. Нормальним положенням апарата прийнято вважати вимкне, а нормальним станом реле - знеструмлене. Відповідно до цього розрізняють замикаючі і розмикаючі контакти реле.

Широке використання для керування вимикачами одержали соленоїдні приводи. Розглянуті далі схеми дистанційного керування соленоїдним приво­дом можна застосовувати і для інших типів приводів при внесенні деяких змін, зв'я­заних з їх особливостями.

Робота привода при вимкнені вимикача зводиться до звільнення засувки механізму вільного розчіплювання. Соленоїд вимкнення споживає при цьому порівняно невеликий струм (2...8 А). При вмиканні привод повинний розвивати велику потужність для подолання значних сил опору і забезпечення великої швидкості увімкнення. Струм, що споживаеться соленоїдом увімкнення, обчислюється десятками, а для деяких приводів - сотнями ампер. Команди керування на привод можуть подаватися напряму - безпосереднім замиканням ланцюга соленоїдів контактами ключа керування (КК) чи ненапряму – шунтуючи (дублюючи) відповідні контакти ключа керування приводом. Непря­му команду застосовують також у випадках, коли потужність, що споживаеться приводом, перевищує потужність розмикання контактів ключа керування. Соленоїди увімкнення електромагнітних приводів споживають знаний струм, тому живлення його неможливо здіснювати безпосередньо ключом керування. Для цього використовують проміжний контактор (КП), як согласуючий по струму елемент схеми.

Основні вимоги, пропоновані до схем дистанційного керування соленоїдних приводів:

­– Котушки соленоїдів увімкнення і вимкнення розраховані на короткочасне протікання струму, тому при подачі команди імпульс повинний бути короткочасним і автоматично зніматися після завершення операції.

– Схеми повинні забезпечувати можливість не тільки дистанційного ручного, але й автоматичного керування - вимкнення під дією релейного захисту (РЗ) і увімкнення під дією реле автоматики (РА).

– Оскільки оператор не бачить вимикача, то схеми повинні забезпечувати сигналізацію положення вимикача для подачі команди на переключення, а після подачі команди - сигнал, що свідчить про виконання команди і показує нове положення вимикача.

– У схемах повинно бути передбачене блокування від "стрибання", тобто від багаторазового повторного увімкнення і вимкнення привода в процесі увімкнення вимикача при наявності в ланцюзі короткого замикання.

– Оскільки зміна положення вимикача можливо не тільки при ручному впливі, але і під дією автоматики, схеми повинні забезпечувати сигналізацію автоматичних переключень (від РЗ і РА), відмінну від сигналізації при ручних переключеннях.

– Крім зазначених основних вимог бажано, щоб у схемі керування здійснювався контроль справності ланцюгів керування, а також забезпечувалося роздільне живлення ланцюгів сигналізації і керування при збереженні мінімальної кількості проводів зв'язку ключа керування з приводом вимикача.

Найчастіше застосовуються схеми дистанційного керування з двома лампами зі світловим контролем ланцюгів керування і схеми з однією лампою зі звуковим контролем цих ланцюгів.

На рис. 7.11 зображена згорнута схема керування вимикачем із двома сигналь­ними лампами і світловим контролем ланцюгів керування привода. Схема показана для вимкненого положення вимикача. (З метою зручності вивчення схем керування на рисунку показана схема з кнопковим ключем керування. Схема залишається такою ж при застосуванні поворотних ключів керування.)

Команда «УВІМКНУТИ» – при натисканні кнопки УВМ:

– розмикаються контакти 13-14 аварійної сиг­налі­­зації, сигнальні контакти 3-4 ланцюга вимкнення і 7-8 ланцюга увімкнення;

– замикаються оперативні контакти 11-12 ланцюга увімкнення, сигнальні контакти 1-2 вимкнення, 9-10 ланцюга увімкнення і 15-16 ланцюга аварійної сигналізації,.

При з'єднанні контактів 11-12 замикається ланцюг КП, який своїми контактами замикає ланцюг електромагніта увімкнення. ЕУ. Вимикач включається й утримується в такому стані засувкою 3.

При вимканні вимикача розмикаються його блоки-контакти 17-18, знімаючи живлення контактора КП, чим забезпечується розрив ланцюга електромагніта увімкнення незалежно від тривалості натискання кнопки УВМ. Одночасно з цим замикаються блоки-контакти 21-22 вимикача, замикаючи ланцюг сигнальної лампи увімкнення ЛУ, що проходить через котушку електромагніта вимкнення ЕВ і сигнальні контакти 1-2. Цим забезпечується сигналізація увімкного положення вимикача (ЛУ червоного кольору, вимикач увімкний) і здійснюється світловий контроль справності ланцюга наступної операції вимкнення.

Команда «ВИМКНУТИ» – при натисканні кнопки ВИМ:

– Замикаються оперативні контакти 5-6 ланцюга вимкнення і сигнальних контактів 3-4 і 7-8; сигнальні контакти 1-2, 9-10 і контакти аварійної сигналізації 15-16 повертаються у вихідне положення.

– Оперативними контактами 5-6 замикається ланцюг ЕВ, осердя якого звільняє засувку 3 приводу, і під дією відключаючих пружин вимикач відключається. При цьому його блоки-контакти 21-22 розмикаються і розривають ланцюг ЕВ (незалежно від тривалості натискання кнопки ВИМ). – Одночасно з цим замикаються блоки-контакти 17-18 в ланцюзі сигнальної ЛВ, що проходить через котушку КП і сигнальні контакти 7-8. Цим забезпечується сигналізація вимкненого положення вимикача (ЛВ зеленого кольору, вимикач вимкний) і здійснюється світловий контроль справності ланцюга КП (наступної операції - увімкнення).

Рис.7.11. Схема керування вимикачем із сигнальними лампами і світловим контролем ланцюгів керування.

 

 

При спрацьовуванні релейного захисту замикаються контакти його вихід­ного реле РЗ, що підключені в схемі паралельно оперативним контактам 5-6 ланцюга вимкнення. Отже, при їхньому замиканні імпульс на ЕВ подається аналогічно тому, як при дистанційному вимкнні. Однак у цьому випадку порушується відповідність між положенням контактів КУ і блоків-контактів вимикача, що призводить до появи замкнуго ланцюга мигаючого сигналу.

Ланцюг звукового сигналу Г (гудка) про аварійне вимкнення вимикача утворюється від шинки звукового аварійного сигналу ШЗА через контакти 13-14, 15-16 КУ і блоки-контакти 19-20 вимикача на мінус шинки керування ШУ. Кнопка центрального з'єму сигналу КЦС служить для вимкнення гудка Г. Світловий сигнал вимкнення вимикача релейним захистом відтворюється як миготіння зеленої лампи ЛВ, ланцюг якої проходить від шинки миготливого світла ШМС (+) через контакти 9-10 КУ і далі через блоки-контакти 17-18 вимикача, котушку КП на мінус шинок керування ШК.

При автоматичному увімкненні вимикача (наприклад, при автоматич­ному вводу резерву АВР) спрацьовує вихідне реле автоматики РА. Контакти цього реле підключені в схемі паралельно оперативним контактам 11-12 ланцюга увімкнення, отже, при їхньому замиканні подається імпульс, що включає, на КП, як і при дистанційному вимкнені вимикача. При автоматичному увімкненні вимикача також порушується відповідність між положенням контактів КК і блок-контактів вимикача (КУ залишається в положенні "вимкно", вимикач увімкний). При цьому сигнальна лампа увімкнення ЛВ миготить, бо одержує живлення від ШМС (+) через сигнальні контакти 3-4 і блоки-контакти 21-22.

При дистанційному чи автоматичному умикнені вимикача на коротке замикання він відключається релейним захистом. При цьому сердечник ЕВ, втягуючись, замикає контакти 25-26, чим підтримується живлення електро­магніта вимкнення протягом усього часу подачі вмикаючого імпульсу. Контакти 23-24 увесь цей час залишаються розімкнутими, чим виклю­чається багаторазове увімкнення і вимкнення, тобто "стрибання" вимикача.

Додатковий опір ДО у ланцюгах сигнальних ламп служить для виключення помилкових операцій при коротких замиканнях у цоколях ламп (обмежує струм відповідних ланцюгів до значень менших від струмів спрацювання електромагнітів).

У схемах керування високовольтними вимикачами на електростанціях і підстанціях найчастіше використовуються поворотні ключі КФВ (ключ з поворотними і фіксуючими контактами) і КСВФ (те ж з вбудованою сигнальною лампою), які вставляються в мнемонічну схему керованого елемента. В одному положенні ключа його рукоятка збігається з лінією мнемонічної схеми (вимикач увімкний), в іншому - розташовується перпендикулярно до лінії схеми (вимикач вимкнений).

У рукоятку ключа КСВФ вбудована сигнальна лампа, що горить нор­маль­ним світлом при положенні відповідності і миготливим - при положенні невідповідності. Ключ КФВ не має лампи, а сигнальні лампи розташовані на мне­монічній схемі по обидва боки ключа і також горять нормальним чи мигот­ли­вим світлом у залежності від взаємного положення ключа і вимикача.

На рис. 7.12 показана розгорнута схема керування вимикачем зі світловим і звуковим сигналами справності ланцюгів керування привода вімикача. У схемі передбачені окремі шинки керування ШК, миготливого світла ШМС, звукової аварійної сигналізації ШЗА, попереджувальної сигналізації ШПС і окремі шинки живлення електромагнітів увімкнення вимикачів ШВ. Замість сигнальних ламп (рис. 7.11) для контролю ланцюгів керування в схему увімкнені обмотки реле контролю ланцюгів увімкнення РКВ і вимкнення РКВ. Кожне з цих реле має по одній парі розмикаючих (1 РКВ і 1 РКО) і по дві пари замикаючих (2 РКВ, 3 РКВ і 2 РКВ і 3 РКВ) контактів.

Послідовно з обмотками реле увімкнені резістори ДО, що обмежують струми в контрольованих ланцюгах до значеннь, менших ніж достатньо для спрацьовування реле. Ці струми повинні бути значно меншими струмів спрацьовування проміжного контактора увімкнення КП і котушки електромагніта вимкнення ЕВ, алае протікання їх свідчить про справність ланцюгів.

 

Рис.7.12 Розгорнута схема керування вимикачем з звуковим і світловим контролем ланцюгів керування.

 

Вимикач включається ключем керування через його контакти 17-20 «У!». При цьому на проміжний контактор КП подається повна напруга (крім обмотки реле РКВ і додаткового опору), ланцюг якого замкнений розмикаючими контактами ЕВ (електромагніта вимкнення) і блок-контактами вимикача ВК.

Паралельно контактам 17-20 підключені замикаючі контакти реле автоматичного увімкнення РА, що також можуть подати повну напругу на контактор КП по команді якого-небудь автоматичного пристрою, або з дистанційного пункту керування. Через контакти КП подається живлення від шинок ШУ на електромагніт увімкнення ЕУ. Вимикач включається.

Вимикач вимикається поворотом рукоятки ключа керування в позицію «В!». При цьому через контакти 18-19 подається повна напруга (крім обмотки реле РКВ і додаткового опору) на електромагніт вимкнення, ланцюг якого у увімкненому положенні вимикача з'єднана його замикаючими блок-контактами ВК. Паралельно контактам 18-19 ключа керування приєднані контакти вихідного реле захисту РЗ, під дією якої здійснюється аварійне вимкнення вимикача.

При вимкненому вимикачі з'єднані його блоки-контакти, що розмикають, ВК і контакти електромагніта ЕВ, реле РКУ знаходиться під напругою, а його замикаючі контакти 2 РКВ закриті. Якщо вимкнення було зроблено ключем, то убудована в рукоятку ключа сигнальна лампа ЛК горить нормальним світлом через контакти 10-11 «В» ключа і 2 РКУ. При аварійному вимкнні контакти ключа 9-10 «У» залишаються розімкнутими, лампа ЛК одержує живлення від шинок миготливого світла через контакти 9-10 і 2 РКУ.

При увімкненому дистанційно вимикачі з'єднані його замикаючі блок-контакти ВК, РКВ живиться струмом і замикає свої контакти 2 РКВ. Якщо увімкнення зроблене ключем, то лампа ЛК горить нормальним світлом через контакти 16-13 «У» і 2 РКВ.

При автоматичному вимкнені залишаються замкнутими контакти ключа 13-14 «В», лампа ЛК горить миготливим світлом. Так здійснюється світловий контроль положення вимикача й одночасно контроль справності ланцюгів керування.

При несправності контрольованого ланцюга припиняється живлення відповідного реле контролю. При цьому будуть замкнуті контакти 1 РКУ і 1 РКВ, живлення подається на шинку попереджуючої сигналізації ШПС, а з неї - на відповідний звуковий сигнал (на схемі не показаний). Так здійснюється звуковий контроль справності ланцюгів керування. Лампа попереджуючої сигналізації ЛС вказує об'єкт, де відбулося ушкодження, і одночасно служить опором для забезпечення повторності дії попереджуючої сигналізації (схеми аварійної і попереджуючий сигналізації розглядають у курсі лекцій по даній дисципліні). • Сигнальна лампа ЛК при цьому не горить.

При аварійному вимкнні вимикача залишаються замкнутими в позиції «У» контакти ключа 5-7 і 21-33, з'єднані послідовно. Оскільки вимикач відключається, замикаються контакти 3 РКУ, через які подається живлення на ШЗА, від якої живиться звукова аварійна сигналізація. Додатковий опір у розглянутому ланцюзі служить для забезпечення повторності дії аварійної сигналізації.

Від шинки звукової аварійної сигналізації одержує живлення також пульсу-пари ПП, що почне подавати переривчасті імпульси на шинку миготливого світла ШМС. По миготливій лампі виявляють аварийний об'єкт, що відключився, після чого переведенням ключа в положення "вімкненне" знімають з лампи миготливе світло і відновлюють нормальне її горіння.

У схемі передбачається електричне блокування від "стрибання" вимикача при вимкнені його на коротке замикання (з використанням контактів осердя електромагніта вимкнення ЕВ).

На рис. 7.13 показана діаграма поворотного ключа типу КСВФ.

Ключі набираються з окремих пакетів, контакти яких замикаються в залежності від повороту рукоятки. При повороті вправо на 90° замикаються контакти попереднього увімкненняння Уп, чим перевіряється готовність ланцюга до увімкнення і виключаються помилкові увімкнення. Додатковий поворот рукоятки в тім же напрямку на 45° відповідає команді "увімкнути". При цьому замикаються контакти увімкнення У! (вимикач вмикається) і розмикаються контакти деяких інших пакетів. Після зняття руки з ключа його рукоятка повертається назад на 45° і стає уздовж лінії мнемонічної схеми в положення "увімкнене". При цьому розмикається частина контактів увімкнення і фіксується замкнуте положення контактів «У». Вимикач відключається поворотом ключа вліво на 90° (попередньо ключ встановлюється в положення «Вп») і далі ще на 45° (команда "ввмкнути" «В!»). Після зняття руки з ключа фіксується положення рукоятки в позиції "вімкнене" В з відповідним переми­канням контактів.

При великій кількості лінійних приєднань бажано скоротити число сигнальних ламп і додати до світлового сигналу справності ланцюгів керування звуковий сигнал, тому що згасання однієї з великого числа ламп може тривалий час залишатися непоміченим.

Рис.7.13. Діаграмма поворотного ключа управління

Схему дистанційного керування соленоїдним приводом вимикача студенти збирають на лабораторному стенді, живлення на стенд подається після обов'язкової перевірки схеми викладачем.

 

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Вивчити роботу схеми дистанційного керування соленоїдним приводом вимикача (кнопкове керування і за допомогою ключа типу КСВФ).

2. Скласти звіт про вивчення схеми дистанційного керування соленоїдним приводом вимикача в розгорнутому виді. Коротко описати переваги і недоліки вивчених схем.

 

Питання для самоконтролю

1. Призначення приводу.

2. Як можна класифікувати приводи високовольтних вимикачів змінного струму?

3. Яку роботу повинен виконати привод при вимкнені вимикача, і яку при вимиканні?

4. Звідки береться енергія для виконання роботи в ручному приводі? Як відбувається її перетворення в механічний рух контактів вимикача?

5. Звідки береться енергія для виконання роботи в пружинному приводі? Як відбувається її перетворення в механічний рух контактів вимикача?

6. Звідки береться енергія для виконання роботи в електромагнітному приводі? Як відбувається її перетворення в механічний рух контактів вимикача?

7. Звідки береться енергія для виконання роботи в пневматичному приводі?

8. Порівняйте трифазне і пофазне управління вимикачами.

9. Назвіть переваги, недоліки і області застосування перелічених вище типів приводів.

10. Призначення та функції схеми керування приводами вімикачів.

11. Розгорнута / згорнута схема керування.

12. Назвати елементи ланцюга виконання команди «УВІМКНУТИ»

13. Назвати елементи ланцюга виконання команди «ВИМКНУТИ»

14. Назвати елементи ланцюга лампи «УВІМКНЕНО»

15. Назвати елементи ланцюга лампи «ВИМКНЕНО»

16. Назвати елементи ланцюга лампи мигаючого світла «УВІМКНЕНО», «ВИМКНЕНО»

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

ВИМІРЮВАЛЬНІ ТРАНСФОРМАТОРИ

Трансформатори струму

 

Призначення трансформаторів струму

Трансформатори струму (ТС) призначені для вимірювання сили первинного струму і захисту обслуговуючого персоналу і вторинних кіл від високої напруги.

ТС – трансформатор, у якому, при нормальних умовах експлуатації, вторинний струм практично пропорційний первинному струму і практично не зміщує його по фазі.

Первинна обмотка ТС включається в коло послідовно (у розсічку струмопровіда), а вторинна замикається на деякий опір навантаження (вимірювальні прилади і реле), забезпечуючи проходження по ній струму, пропорційного струму в первинній обмотці. У ТС високої напруги первинна обмотка ізольована від вторинної (від землі) шаром їзоляції розрахованим на повну робочу напругу. Один кінець вторинної обмотки звичайно заземлюється. Тому вона має потенціал, близький до потенціалу землі.

ТС встановлюють в колах високої напруги, або в колах з великою силою струму, тобто в колах, у яких неможливо безпосереднє приєднання вимірювальних приладів. До вторинної обмотки ТС підключають амперметри, струмові обмотки ватметрів, лічильників або аналогових приладів. Застосування ТС в установках високої напруги необхідно навіть у тих випадках, коли зменшення сили струму для вимірювальних приладів чи реле не потрібно.

 

Класифікація трансформаторів струму.

За призначенням: вимірювальні; захисні (для диф-захисту та «земляного» захисту, струмів нульової послідовності); комбіновані (захисні і вимірювальні); лабораторні (високої точності), проміжні.

За місцем розташування: для закритих приміщень; вбудовані в електроустаткування; для спеціальних установок (у шахтах, на судах, електровозах і т.д.).

За способом використання: прохідні (для застосування як вводи або встановлювані в прорізах стін, чи стель та у металевих конструкціях); опорні (для розміщення на опорній площині); такі що вбудовуються (для розміщення у внутрішні порожнини електроустаткування).

За числом коефіцієнтів трансформації: з одним; з декількома, одержуваними зміною числа витків первинної чи вторинної обмотки, чи застосуванням декількох вторинних обмоток з різним числом витків, що відповідають різним значенням номінального вторинного струму.

За числом ступенів трансформації: одноступінчаті; каскадні (багатоступінчаті), тобто з декількома ступенями трансформації.

За способом виконання первинної обмотки: одновиткові та багатовиткові.

За конструктивним виконанням: котушкові, шинні, бакові або горшкові, ланкові, петлевидні і т.д.

За ступенем автономності: окремо використовувані та вбудовані.

За родом ізоляції між первинною і вторинною обмотками ТС: сухі, що виготовляються з твердої (порцеляна, лита ізоляція, пресована ізоляція і т.д.); з в’язкою (заливальні компаунди); з комбінованою (паперово-масляна, конденсаторного типу); чи з газоподібною ізоляцією (повітря, елегаз).

За принципом перетворення струму ТС поділяються на електромагнітні та оптикоелектронні.

Крім перерахованого - ТС класифікуються також за частотою та кліматичними умовами.

 

3. Конструктивні особливості ТС

 

 

Рис 8.1.Конструктивні схеми трансформаторів струму.

 

Одновиткові ТС бувають двох різновидів: без власної первинної обмотки (виконуються вбудованими, шинними чи роз’ємними); із власною первинною обмоткою.

Вбудований одновитковий ТС (Рис.8.1,а) являє собою магнітопровід з намотаною на нього вторинною обмоткою. Роль первинної обмотки виконує струмоведучий стержень прохідного ізолятора. Цей ТС не має ізоляційних елементів між первинною і вторинною обмотками. Їхню роль виконує ізоляція прохідного ізолятора.

У шинному одновитковому ТС (Рис.8.1.а) роль первинної обмотки виконує одна чи декілька шин розподільчого пристрою, що пропускаються при монтажі крізь внутрішню порожнину прохідного ізолятора. Останній ізолює первинну обмотку від вторинної.

Роз’ємний ТС (Рис.8.1.б) теж не має власної первинної обмотки. Його магнітопровід складається з двох частин, що стягуються болтами. Він може розніматися і замикатися навколо провідника зі струмом, що є первинною обмоткою цього ТС. Ізоляція між первинною і вторинною обмотками встановлена на магнітопровід із вторинною обмоткою.

Трансформатор струму (Рис.8.1.в) має первинну обмотку у формі стержня круглого чи прямокутного перетину, закріпленого в прохідному ізоляторі.

Трансформатор струму (Рис.8.1.г) має Z-подібну первинну обмотку, виконану таким чином, що на неї встановлена майже уся внутрішня ізоляція ТС.

Багатовиткові ТС (Рис.8.1.д) виготовляються з котушковою первинною обмоткою, що встановлюються на магнітопровід; з петлевою первинною обмоткою, яка складається з декількох витків; з ланковою первинною обмоткою 6, яка виконана таким чином, що внутрішня ізоляція ТС конструктивно розподілена між первинною і вторинною обмотками, а взаємне розташування обмоток схоже на ланки ланцюга.

 

4. Основні параметри і характеристики ТС згідно технічних норм.

а) Номінальна напруга - діюче значення лінійної напруги, при якому повинний працювати ТС. Для вітчизняних ТС прийнята наступна шкала номінальних напруг, кВ: 0,66; 1; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150.

б) Номінальний первинний струм I_1Н - сила струму, що проходить по первинній обмотці, при якому передбачена тривала робота ТС. Для вітчизняних ТС прийнята наступна шкала номінальних первинних струмів, А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75*; 80; 100. 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 750*; 800; 1000; 1200*; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 10000; 20000; 25000; 20000; 32000; 35500; 40000.

Сили номінального струму, відзначені зірочкою в приведеній шкалі, допускаються тільки в ТС із секціонованими обмотками для одержання декількох коефіцієнтів трансформації.

У ТС, призначених для комплектування турбогенераторів і гідрогенераторів, рекомендуються сили номінального струму понад 10000А.

У ТС, розрахованих на сили номінального первинного струму 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 і 6000 А, допускається необмежений тривалий час проходження найбільшої сили робочого первинного струму, рівного відповідно 16; 32; 100; 160; 320; 630; 800; 1250; 1600; 3200 і 6300 А. В інших випадках сила найбільшого первинного струму дорівнює силі номінального первинного струму.

в) Сила номінального вторинного струму I_2Н – сила струму, що проходить по вторинній обмотці. Сила номінального вторинного струму приймається рівною 1 чи 5 А, причому сила струму 1 А допускається тільки для ТС із силою номінального первинного струму до 4000 А. За узгодженням із замовником допускається виготовлення ТС із силою номінального вторинного струму 2 чи 2,5 А.

г) Вторинне навантаження ТС Z_2Н відповідає повному опору його зовнішнього вторинного кола, вираженому в омах, із вказівкою коефіцієнта потужності. Воно може також характеризуватися повною потужністю у вольт-амперах, споживаною при даному коефіцієнті потужності і силі номінального вторинного струму.

Вторинне навантаження з коефіцієнтом потужності cosj₂=0,8, при якому гарантується встановлений клас точності ТС чи гранична кратність сили первинного струму щодо його номінальної сили, називається номінальним вторинним навантаженням ТС Z_2н.ном. Для вітчизняних ТС встановлені наступні значення номінального вторинного навантаження S_2Н = 2,6; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 95; 100 ВА при коефіцієнті потужності cosj₂=0,8.

Відповідні значення номінального вторинного навантаження визначаються, Ом: .

д) Коефіцієнт трансформації ТС дорівнює відношенню сили первинного струму до сили вторинного струму.

У розрахунках ТС застосовуються два терміни: дійсний коефіцієнт трансформації n і номінальний коефіцієнт трансформації n_Н. Під дійсним коефіцієнтом трансформації n варто розуміти відношення сили дійсного первинного струму до сили дійсного вторинного струму. Під номінальним коефіцієнтом трансформації n_Н розуміють відношення сили номінального первинного струму до сили номінального вторинного струму.

е) Стійкість ТС до механічних і теплових впливів характеризується силою струму електродинамічної стійкості і силою струму термічної стійкості.

Сила струму електродинамічної стійкості i_д дорівнює найбільшій амплітуді струму короткого замикання за увесь час його протікання, що ТС витримує без ушкоджень, які перешкоджають його подальшій справній роботі. Струм i_д характеризує здатність ТС протистояти механічним (електродинамічним) впливам струму короткого замикання. Електродинамічна стійкість може характеризуватися також кратністю К _д, що представляє собою відношення сили струму електродинамічної стійкості до амплітуди номінального первинного струму. Вимоги електродинамічної стійкості не поширюються на шинні, вбудовані і рознімні ТС.

Сила струму термічної стійкості І_т відповідає найбільшій діючій силі струму короткого замикання за проміжок Dt_т, що протікає через ТС і яку він витримує протягом цього проміжку часу без нагрівання струмоведучих частин до температур, що перевищують допустимі і без ушкоджень.

Термічна стійкість характеризує здатність ТС протистояти тепловим впливам струму короткого замикання. Для оцінки термічної стійкості ТС необхідно знати не тільки силу струму через трансформатор, але і час його проходження, інакше кажучи, знати загальну кількість виділеної теплоти, що пропорційна добутку квадрата сили струму І_т, і часу його протікання Dt_т. Цей час, у свою чергу, залежить від параметрів мережі, у якій встановлений ТС, і змінюється від однієї до декількох секунд. Термічна стійкість може характеризуватися кратністю К_т сили струму термічної стійкості, що представляє собою відношення сили струму термічної стійкості до діючої сили номінального первинного струму.

Температура струмоведучих частин ТС при проходженні струму термічної стійкості не повинна перевищувати: 200°С для струмоведучих частин з алюмінію; 250°С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, які стикаються з органічною ізоляцією чи маслом; 300°С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, що не стикаються з органічною ізоляцією чи маслом.

 

 

5. Принципова схема ТС.

Принципова схема одноступінчатого електромагнітного ТС і його схема заміщення показані на Рис. 8.2. Основні елементи ТС, що беруть участь у перетворенні струму первинна 1 і вторинна 2 обмотки, намотані на той самий магнітопровід 3. Первинна обмотка послідовно вмикається в розсічку струмопровода високої напруги 4 і, отже, постійно обтікається струмом лінії I₁. До вторинної обмотки підключаються вимірювальні прилади А чи реле. При роботі ТС вторинна обмотка завжди замкнута на навантаження.

Первинну обмотку разом з ланцюгом високої напруги називають первинним колом, а зовнішнє коло, що одержує вимірювальну інформацію від вторинного кола ТС (тобто навантаження і сполучні проводи), вторинною. Ланцюг, утворений вторинною обмоткою з приєднаним до неї вторинним колом, називають колом вторинного струму.

З принципової схеми трансформатора видно, що між первинною і вторинною обмотками електричного зв'язку немає. Вони ізольовані одна від одної шаром ізоляції, розрахованим на повну робочу напругу. Це і дозволяє здійснити безпосереднє приєднання вимірювальних приладів чи реле до вторинної обмотки і тим самим виключити вплив високої напруги (прикладеної до первинної обмотки) на обслуговуючий персонал.

 

 

Рис. 8.2. Принципова схема ТС та його заступна схема.

 

На Рис. 8.2 зображені тільки ті елементи ТС, що беруть участь у перетворенні струму. Однак ТС має багато інших елементів, що забезпечують необхідний рівень ізоляції, захист від атмосферних впливів і належні монтажні та експлуатаційні характеристики, але не приймають участі в перетворенні струму.

Розглянемо принцип дії ТС (Рис. 8.2). По первинній обмотці 1 ТС проходить струм I₁, що називається первинним. Його сила залежить тільки від параметрів первинного кола. Тому при аналізі явищ, що відбуваються в ТС, силу первинного струму можна вважати заданою величиною. При проходженні первинного струму по первинній обмотці в магнітопроводі створюється змінний магнітний потік Ф₁, що змінюється з тією ж частотою, що і струм I₁. Цей магнітний потік Ф₁ охоплює витки як первинної, так і вторинної обмотки. Перетинаючи витки вторинної обмотки, магнітний потік Ф₁ наводить у ній ЕРС. Якщо вторинна обмотка замкнута на деяке навантаження, то у вторинному колі під дією цієї ЕРС буде проходити струм, що, відповідно до закону Ленца, буде мати напрямок, протилежний напрямку первинного струму I₁. Струм, що проходить по вторинній обмотці, створює в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф₂, що спрямований зустрічно магнітному потоку Ф₁. В наслідок цього магнітний потік у магнітопроводі, викликаний первинним струмом, буде зменшуватися.

В результаті додавання магнітних потоків Ф₁ і Ф₂ у магнітопроводі встановлюється результуючий магнітний потік Ф₀= Ф₁- Ф₂,

що складає кілька відсотків магнітного потоку Ф₁. Потік Ф₀ і є тою передатною ланкою, за допомогою якої передається енергія від первинної обмотки до вторинної в процесі перетворення струму.

Результуючий магнітний потік Ф₀, перетинаючи витки обох обмоток, наводить при своїй зміні в первинній обмотці ЕРС Е₁ з протилежним знаком, а у вторинній обмотці ЕРС Е₂. Тому що витки первинної і вторинної обмоток мають приблизно однакове зчеплення з магнітним потоком у магнітопроводі (якщо зневажити розсіюванням), то в кожному витку обох обмоток наводиться та сама ЕРС. Під впливом ЕРС Е₂ у вторинній обмотці тече струм I₂, що зветься вторинним.

Якщо число витків первинної обмотки позначити w1, а вторинної – w2, то при протіканні по них відповідно струмів I1 і I2 у первинній обмотці створюється магніторушійна сила (МРС) F1=I1·w1, яка називається первинною, а у вторинній обмотці - магніторушійна сила F2=I2·w2, яка називається вторинною, (в амперах).

При відсутності втрат енергії в процесі перетворення струму МРС F1 і F2 повинні бути чисельно рівні між собою, але спрямовані в протилежні сторони.

Трансформатор струму, у якого процес перетворення струму не супроводжується втратами енергії, називається ідеальним трансформатором струму. Для ідеального трансформатора справедлива векторна рівність F1=-F2, (1)

або I1·w1= I2·w2. (2)

З рівняння (2) випливає, що I1/ I2= w1/ w2, (3)

тобто струми в обмотках ідеального ТС обернено пропорційні числу витків. Відношення сили первинного струму до сили вторинного (I1/I2) чи числа витків вторинної обмотки до числа витків первинної обмотки (w1/w2) називається коефіцієнтом трансформації n ідеального трансформатора струму.

З огляду на рівність (3) можна записати; , (4)

таким чином сила первинного струму I1 дорівнює силі вторинного струму I2, помноженого на коефіцієнт трансформації ТС.

Перетворення струму реальних ТС супроводжується втратами енергії, що ідуть на створення магнітного потоку в магнітопроводі, на нагрівання і перемагнічування магнітопроводу, а також на нагрівання проводів вторинної обмотки і вторинного кола. Ці втрати енергії порушують встановлені раніше рівняння для абсолютних значень МРС F1 і F2. У реальному трансформаторі первинна МРС повинна забезпечити створення необхідної вторинної МРС, а також додаткової МРС, що витрачається на намагнічування магнітопроводу і покриття інших втрат енергії. Отже, для реального трансформатора рівняння (1) буде мати наступний вигляд:

, (5)

де F0- повна МРС намагнічування, затрачувана на проведення магнітного потоку Ф0, по магнітопроводу, на нагрівання і перемагнічування його.

Відповідно до цього рівняння (2) буде мати вигляд: I1·w1= I2·w2+ I0·w1 (6)

де I0 - струм намагнічування, що створює в магнітопроводі магнітний потік Ф0, який є частиною первинного струму I1. Розділивши всі члени рівняння (6) на w1, одержимо; (7)

При первинному струмі, сила якого не перевищує силу номінального струму ТС, сила струму намагнічування звичайно складає не більше 1-3% сили первинного струму. Отже, їм можна зневажити. Тоді (7) буде мати такий же вигляд, як (4):