Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока

Трансформаторы тока предназначены для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле. (5 А, реже 1 или 2,5 А), а также для отделения цепей управления и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Трансформаторы тока, применяемые в РУ, выполняют одновременно роль проходного изолятора (ТПЛ, ТПОЛ). В комплектных РУ применяются опорно-проходные (стержневые) трансформаторы тока - ТЛМ. ТПЛК, ТНЛМ, шинные - ТШЛ. в РУ 35 кВ и выше - встроенные, в зависимости от типа РУ и его напряжения.

Расчет трансформаторов тока на подстанции, по существу, сводится к проверке трансформатора тока, поставляемого комплектно с выбранной ячейкой. Итак, марка трансформатора тока зависит от типа выбранной ячейки; кроме того, трансформаторы тока выбирают:

1) по напряжению ;

2) по току (первичному и вторичному)

При этом следует иметь в виду, что номинальный вторичный ток 1А применяется для РУ 500 кВ и мощных РУ 330 кВ, в остальных случаях применяют вторичный ток 5 А. Номинальный первичный ток должен быть как можно ближе к расчетному току установки, так как недогрузка первичной обмотки трансформатора приводит к увеличению погрешностей.

Выбранный трансформатор тока проверяют на динамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания. Кроме этого трансформаторы тока подбирают по классу точности, который должен соответствовать классу точности приборов, подключаемых ко вторичной цепи измерительного трансформатора тока (ИТТ) - Чтобы трансформатор тока обеспечил заданную точность измерений, мощность подключенных к нему приборов не должна быть выше номинальной вторичной нагрузки, указанной в паспорте трансформатора тока.

Термическую стойкость трансформатора тока сравнивают с тепловым импульсом B_k:

 

(6.31)

 

где - номинальный первичный ток трансформатора тока;

- коэффициент термической устойчивости;

t_T - продолжительность протекания тока короткого замыкания.

B_k - тепловой импульс из таблицы 4.4.

Величины , , t_T, являются паспортными данными трансформатора тока.

Динамическую стойкость сравнивают с ударным током (i_уд):

 

(6.32)

 

где - коэффициент динамической устойчивости.

Нагрузка вторичной цепи трансформатора тока может быть подсчитана по выражению:

 

,

(6.33)

 

где - номинальный вторичный ток трансформатора тока;

- полное сопротивление внешней цепи.

 

,

(6.34)

 

где - сумма сопротивлений всех последовательно включенных обмоток приборов или реле;

- сопротивление соединительных проводов;

- сопротивление контактных соединений ( = 0.05 Ом, при 2 – 3-х приборах: при числе приборов большем 3 = 0,1 Ом).

Сопротивление приборов определяется по формуле:

 

,

(6.35)

 

где - полная мощность всех приборов, присоединенных к трансформатору тока.

Сопротивление соединительных проводов находится по формуле:

 

,

(6.36)

 

где - удельное сопротивление провода;

l_расч - расчетная длина проводов;

q - сечение проводов.

Длина соединительных проводов зависит от схемы соединения трансформатора тока:

 

,

(6.37)

 

где m - коэффициент, зависящий от схемы включения;

l - длина проводов (для подстанций принимают l = 5 м).

При включении трансформатора тока в одну фазу m = 2, при включении трансформатора тока в неполную звезду, , при включении в звезду, m =1.

Минимальное сечение проводов вторичных цепей трансформатора тока не должно быть меньше 2,5 мм² (для алюминия) и 1,5 мм² (для меди) по условию механической прочности. Если к трансформатору тока присоединены счетчики, эти сечения должны быть увеличены на одну ступень.

В РУ НН подстанции следует выбирать (проверять) трансформаторы тока в ячейках следующих типов: ввода, секционных, отходящих линий, а также в ячейках трансформатора собственных нужд. Расчетные токи этих ячеек определяются по выражениям (6.21-6.23), а в ячейках ТСН:

 

,

(6.38)

 

где S_нтсн - номинальная мощность ТСН.

Результаты расчета сводятся в таблицу 6.8:

Таблица 6.8 - Сводная таблица по выбору трансформаторов тока РУ НН подстанци:

Параметр трансформатора	Условие выбора (проверки)	Типы ячеек
ввода	секционирования	отходящих линий	ТСН
Тип трансформатора	определяется серией ячейки (по справочнику)
Номинальное напряжение
Номинальный ток
первичный
вторичный	А
Класс точности	В соответствии с классом точности, присоединенных приборов
Номинальная вторичная нагрузка	или
Динамическая устойчивость
Термическая устойчивость

Рекомендуемый перечень приборов и их размещение приведены в таблице 4.11 /11/.

Пример 1

Выбрать трансформатор тока в ячейке ввода силового трансформатора на подстанции. Номинальная мощность трансформатора 6,3 МВА, коэффициент трансформации 110/10,5 кВ. На подстанции установлено два трансформатора. Расчетная нагрузка подстанции составляет S _max 10,75 МВА. Сеть 10 кВ не заземлена. Ударный ток на стороне низкого напряжения составляет 27,5 кА. К трансформаторам тока должны быть присоединены амперметры и счетчики активной и реактивной мощности. Тип ячеек в РУ-10 кВ - КРУ-2-10П.

Максимальный расчетный ток ячейки ввода (для наиболее неблагоприятного эксплуатационного режима):

 

А.

 

Выбирается ближайший стандартный трансформатор тока, встроенный в ячейку ввода (КРУ-2-10П) - ТПОЛ-600/5-0,5/Р с двумя вторичными обмотками: для измерительных приборов и релейной защиты. Номинальная нагрузка такого трансформатора тока класса точности 0,5 - S₂ = 10 ВА (r₂ = 0,4 Ом), кратность электродинамической устойчивости, k_дин = 81, кратность термической устойчивости, k_Т = 3 с. Эти данные указаны в /3, 10/.

Выбранный трансформатор тока проверяется на электродинамическую устойчивость:

 

,

 

,

 

а также на термическую устойчивость:

 

,

 

,

 

.

 

c из расчета (таблица 4.4); T_a =0,025 с по таблице 4.3;

 

кА,

 

1105,92 > 121,78.

В незаземленных цепях достаточно иметь трансформаторы тока в двух фазах, например, в A и C. Определяются нагрузки на трансформатор тока от измерительных приборов, данные сводятся в таблицу 6.9:

 

 

Таблица 6.9 – Нагрузка измерительных приборов по фазам

Наименование прибора	Тип	Нагрузка по фазам
А	В	С
Амперметр	Н-377	0,1
Счетчик активной энергии	САЗ-И673	2,5		2,5
Счетчик реактивной энергии	СРЧ-И676	2,5		2,5
Итого		5,1

 

Из таблицы видно, что наиболее нагруженной является фаза А, ее нагрузка составляет ВА или r_приб = 0,204 Ом. Определяется сопротивление соединительных проводов из алюминия сечением q = 4 мм², длиной l = 5 м.

 

Ом,

где = 0,0283 Ом/м·мм² для алюминия;

Полное сопротивление вторичной цепи:

 

Ом,

где r_конт = 0,05 Ом.

 

Сравнивая паспортные и расчетные данные по вторичной нагрузке трансформаторов тока получаем:

 

0,4 > 0,315

 

Следовательно, выбранный трансформатор тока проходит по всем параметрам.