Какова роль CT и VT?
В установках предусмотрены трансформаторы тока (трансформаторы тока) и трансформаторы напряжения (трансформаторы напряжения), чтобы уменьшить значения напряжения и тока установки до значений, которые могут быть обнаружены устройствами измерения и защиты.
Трансформаторы тока и напряжения (ТТ, ВТ) как неотъемлемая часть цепи защиты
Они также делают вторичные цепи измерения и защиты гальванически независимыми по отношению к первичной силовой цепи, в то же время гарантируя большую безопасность для операторов (точка вторичной обмотки измерительного трансформатора всегда должна быть подключена к земле).
Для правильной идентификации и устранения неисправности необходимо, чтобы все компоненты работали правильно.
В частности, все устройства, которые способствуют проведению измерений (CT, VT и реле), должны обеспечивать индикацию, согласованную с параметрами первичной сети, и исполнительные механизмы (рабочие части) должны работать правильно, чтобы прервать цепь и устранить неисправность.
Преобразователи, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения представляют собой чрезвычайно важный элемент цепи защиты, а неадекватный выбор их соответствующих характеристик может привести к недостаточной защите сети и машин или к нежелательным отключениям (что во многих случаях является еще более разрушительным).
Позиции Cts и VT в распределительных устройствах MV
Прибор, установленный на установках, обычно имеет электронный или цифровой тип, который уменьшает потребление на вторичной обмотке измерительных преобразователей, трансформаторов тока и ВТ (в целом, меньше или равно 0, 5 ВА, в отличие от старых электромеханических устройств, которые имели расход несколько ВА (например, 5-10 ВА на фазу).
Наличие цифровых приборов также оказало значительное влияние на трансформаторы тока и напряжения, что привело к созданию ТТ и ВТ с использованием различных технологий.
На практике, поскольку требуется только один сигнал на вторичной сети СТ и ВТ и не более значительная мощность (мощность, необходимая для срабатывания защитного реле, берется из вспомогательного источника питания), использование воздушных трансформаторов (ТТ) и напряжения делители (ВТ) становятся все более распространенными.
Содержание:
- Индуктивные трансформаторы
- Индуктивные трансформаторы тока (ТТ)
- КТ-инструменты
- Защитные трансформаторы тока
- Индуктивные трансформаторы напряжения (VT)
- Неиндуктивные датчики тока и напряжения
1. Индуктивные трансформаторы
Основными стандартными ссылками для индуктивных типов КТ и ВТ (с железистыми ламинатами) в сетях среднего напряжения являются:
- EN 60044-1 трансформаторы тока;
- EN 60044-2 трансформаторы напряжения.
Конструктивные характеристики и определение классов точности приведены в настоящих Стандартах.
Следует учитывать, что прецизионный класс для CT приборов и VT и защиты VT является функцией нагрузки, подключенной к вторичной: точность гарантируется только в том случае, если вторичная нагрузка превышает 25% от номинальной производительности трансформатора.
Принимая во внимание нынешнее низкое потребление устройства, подключенного к вторичному оборудованию, поэтому важно, чтобы характеристики VT (как измерения, так и защиты), а также измерительных CT были ограничены, чтобы гарантировать, что преобразователь работает с точностью класс, для которого он был предоставлен.
Вернуться к содержанию ↑
2. Индуктивные трансформаторы тока (ТТ)
Важное уточнение должно быть сделано относительно ТТ относительно их формы конструкции и метода измерения. Это относится, в частности, к кольцевым ТТ, которые являются КТ ко всем эффектам и должны классифицироваться как таковые.
КТ может быть:
Тип раны
Тип раны (как обычно у трансформаторов тока внутри среднего распределительного устройства), с двумя клеммными зажимами первичной цепи и двумя клеммами зажимов вторичной цепи, выведенными снаружи.
Первичная схема может в этом случае также иметь несколько оборотов, отличных от 1.
Трансформатор тока наружного типа
Тип втулки сборных шин
Тип втулки сборных шин, где имеется кусок сборной шины (обычно из меди), уже встроенный в смолу. В этом случае клеммы первичной обмотки являются концами шины, а концы вторичной обмотки выводятся на внешние клеммы.
В любом случае число первичных оборотов в этом случае всегда равно 1.
Шинный вводный трансформатор
Тип кольца
Тип кольца, где первичный не предусмотрен, и он будет состоять из проводника, который проходит через центральное отверстие КТ.
Концы вторичной обмотки берутся на два внешних контакта. В этом случае количество первичных оборотов в любом случае обычно равно 1, если проводник не должен проходить несколько раз в КТ.
Кольцевой трансформатор тока
Эти трансформаторы тока также могут быть сконструированы как открытый тип для упрощения установки на существующих установках.
Классы точности одинаковы для всех типов трансформаторов тока и определяются в соответствии со стандартом. Согласно тому, как КТ вставлен в сеть, он может выполнять очень разные измерения.
В частности:
- CT, который вставлен только на одну фазу (например, кольцо CT, которое охватывает только одну фазу) измеряет линейные токи (фазы);
- CT, который вставлен на три фазы (например, кольцо CT, которое охватывает проводники трех фаз внутри него), измеряет векторную сумму токов (в действительности сумму потока) и, следовательно, гомополярный ток.
То, что ранее было подчеркнуто, заключается в том, чтобы указать, что независимо от формы конструкции измерение, которое получается на вторичной части КТ, зависит от способа его вставки в сеть.
ТТ служат для перевода токов из силовой цепи в измерительную цепь. Стандарт подразделяется на два типа:
- К приборам КТ относятся измерительные приборы, такие как амперметры, ваттметры, преобразователи и т. Д.;
- Защитные ТТ, к которым подключены вторичные реле защиты.
Эта классификация относится к независимым системам измерения и защиты. В настоящее время с цифровыми защитными реле защита и измерение осуществляются одним и тем же устройством, а отдельные входы (измерение и защита) от ТТ с различными характеристиками не предусмотрены.
Следовательно, для правильного использования цифровых реле КТ должны выбираться с классом двойной точности, например:
100/1 - 4 ВА - Кл. 0, 5 + 5P10
Два класса точности определены для разных диапазонов работы КТ и поэтому могут сосуществовать.
Точно так же, как описано для ТТ, те же рассуждения могут быть сделаны для ВТ. Поэтому, когда используются, например, реле типа реле защиты REF 54x от ABB, предвидение заключается в выборе VT с классом двойной точности, например:
6000: √3 / 100: √3 - 10 ВА - Cl. 0, 5 + 3P
Вернуться к содержанию ↑
2.1 Приборы CT
Существенным фактором при выборе характеристик CT прибора является класс точности, который должен быть гарантирован для вторичных нагрузок на 25% выше номинальной.
Поэтому, когда аппаратура была электромеханической, было логично приобрести ТТ с высокими показателями, но в настоящее время с цифровой аппаратурой становится обязательным приобретать ТТ с действительно ограниченными характеристиками (обычно 5 или максимум 10 ВА).
У приборов CTs в качестве прерогативы есть характеристика насыщения токов чуть выше номинального первичного тока, чтобы гарантировать защиту приборов (как правило, способных поддерживать максимум 20 В на 0, 5 секунды) в случае короткого замыкания.
Для измерительных трансформаторов тока в соответствии со стандартом необходимо определить коэффициент безопасности (Fs), так что для токов, превышающих Fs × In, КТ определенно насыщен (поэтому защищает вторичную цепь).
На самом деле, КТ не загружается на вторичный с его номинальной производительностью, но с меньшей нагрузкой. Поэтому реальный коэффициент безопасности (F) выше, чем номинальный, и проверка важна для гарантии надлежащей защиты приборов, подключенных к вторичной цепи.
Конечный истинный коэффициент безопасности можно рассчитать, используя следующее соотношение:
F ' S = F S × (S TA + S N) / (S TA + S VERO)
Где:
- F ' S - истинный коэффициент безопасности при фактической вторичной нагрузке
- F S - номинальный коэффициент безопасности
- Номинальная нагрузка S N - CT
- S CT- CT самопотребление = R CT × I 2N 2
- I 2N - номинальный вторичный ток КТ
- R вторичное сопротивление CT - CT при 75 ° C
- S ИСТИНА - истинная нагрузка при КТ вторичная = I 2N 2 × (R INSTRUMENTS + R C)
- R C - повторяемость схемы электропроводки
- R INSTRUMENTS - загрузка (самопотребление) приборов, подключенных к вторичной
Два примера могут помочь в выборе характеристик прибора CT и ошибок, которые возникают в случае избыточного размера.
Рассмотрим CT с коэффициентом 100/1 со вторичной нагрузкой, состоящей из амперметра (самозатухание 0, 5 ВА) и многофункциональным преобразователем (самозатухание 0, 5 ВА). 0, 1 Ом во вторичном контуре между клеммами КТ и приборами.
Пример 1
CT 100/1 - Cl. 0, 5 - 4 ВА - F S = 5 - R CT = 0, 8 Ом
Реальная вторичная нагрузка составляет 1, 1 ВА, т.е. 27, 5% от номинальной производительности, поэтому класс точности гарантирован. Реальный коэффициент безопасности:
F ' S = F S × (S TA + S N) / (S TA + S VERO) = 5 × (0, 8 + 4) / (0, 8 + 1, 1) = 12, 6
КТ насыщается токами ниже, чем выдерживает один из приборов, подключенных к вторичной обмотке, и поэтому имеет соответствующие размеры.
Пример 2
CT 100/1 - Cl. 0, 5 - 10 ВА - F S = 10 - R CT = 0, 8 Ом
Реальная вторичная нагрузка составляет 1, 1 ВА, то есть 11, 5% от номинальной производительности, поэтому класс точности не гарантируется. Реальный коэффициент безопасности:
F ' S = F S × (S TA + S N) / (S TA + S VERO) = 10 × (0, 8 + 10) / (0, 8 + 1, 1) = 57
КТ насыщается токами выше, чем выдерживает один из приборов, подключенных к вторичному, и поэтому в случае короткого замыкания в сети может быть разрушение приборов и последующее открытие вторичного контура с серьезной опасностью для безопасности для персонала (перенапряжения).
Поэтому очевидно, что каждый вторичный прибор CT должен быть точно рассчитан таким образом, чтобы избежать серьезного повреждения установки в случае неисправности и быть в состоянии получить измерения в требуемом классе точности.
Вернуться к содержанию ↑
2.2 Защитные трансформаторы
КТ, которые связаны с защитой, имеют особенность не насыщать, пока не будет гарантировано срабатывание защиты от короткого замыкания по току.
Параметр, определяющий значение, в пределах которого ответ является линейным в защитных КТ, является предельным коэффициентом точности (FL), обычно равным 10-15-20 или даже выше.
При выборе защитных КТ-характеристик (производительность и предельный прецизионный коэффициент) должны соблюдаться следующие условия:
- Производительность КТ должна быть выше, чем вторичная нагрузка (реле и кабели);
- ТТ, которые должны быть связаны с защитой от перегрузки по току, не должны насыщаться до тех пор, пока не будет гарантирована безопасная работа. Например, для реле АББ можно считать, что насыщение должно происходить, по крайней мере, с удвоенной уставкой с минимумом 20 В, но точные значения можно найти в каталогах различных типов реле;
- КТ, которые должны быть связаны с конкретными защитами, такими как дифференциальные, дистанционные реле и т. Д., Должны иметь факторы безопасности, определенные в каждом конкретном случае и указанные в каталогах реле реле;
-
ТТ должны насыщаться для очень больших токов, чтобы сохранить реле и вторичные цепи в случае короткого замыкания.
Обычно реле максимального тока имеют переносимость 100 В в течение 1 секунды и 250 В в пике, но более точные значения можно найти в каталогах различных реле.
Последнее условие обычно не рассматривается и не может быть причиной серьезного повреждения компонентов, если оно не проверено.
Что касается предельного коэффициента безопасности для CT прибора, то истинный предел точности для защиты CT также должен быть рассчитан в соответствии с нагрузкой, фактически подключенной к вторичной, и может быть рассчитан с использованием следующего соотношения:
F ' L = F L × (S TA + S N) / (S TA + S VERO)
Где:
- F ' L - истинный предел точности при реальной вторичной нагрузке
- F L - номинальный предел точности CT
- S N - номинальная нагрузка КТ
- S CT- CT самопотребление = R CT × I 2N 2
- I 2N - номинальный ток вторичной ТТ
- R TA - сопротивление вторичной ТТ при 75 ° C
- S REAL - истинная нагрузка на вторичном токе CT = I 2N 2 × (R RELAY '+ R C)
- R C - сопротивление цепи электропроводки
- R RELAY ' - загрузка (саморасходование) реле, подключенных к КТ
Что касается инструментальной КТ, два примера могут быть существенными для проверки характеристик защитных КТ.
Рассмотрим СТ с коэффициентом 100/1 со вторичной нагрузкой, состоящей из реле максимального тока (саморасходование 0, 05 ВА). Сопротивление вторичной цепи между клеммами CT и реле на 0, 1 Ом, поэтому реальная вторичная нагрузка равна 0, 15 ВА.
Пример 1
CT 100/1 - 4 ВА - 5P10 - R CT = 0, 8 Ом
Конечный реальный прецизионный коэффициент:
F ' L = F L × (S TA + S N) / (S TA + S VERO) = 10 × (0, 8 + 4) / (0, 8 + 0, 15) = 50, 5
КТ насыщается достаточно высоким током для защиты от перегрузки по току (максимальная настройка реле, обычно не выше 20 В). Реле и весь вторичный контур (клеммы и проводка) защищены от очень короткого замыкания.
Пример 2
CT 100/1 - 10 ВА - 5P20 - R CT = 0, 8 Ом
Конечный реальный прецизионный коэффициент:
F ' L = F L × (S TA + S N) / (S TA + S VERO) = 20 × (0, 8 + 10) / (0, 8 + 0, 15) = 227
Если КТ вставлен в цепь, в которой ток короткого замыкания является высоким (например, распределительное устройство 31, 5 кА), в случае короткого замыкания вместо отключения защиты из-за команды открытия автоматического выключателя, возможно, разрушение реле с последствиями, которые можно себе представить.
Поэтому очевидно, что каждый вторичный объект должен быть точно рассчитан для защитных трансформаторов тока, чтобы избежать серьезного повреждения установки в случае неисправности и быть в состоянии гарантировать безопасную защиту ограниченной части сети.
Вернуться к содержанию ↑
3. Индуктивные трансформаторы напряжения (VT)
Для трансформаторов напряжения, как для измерительных приборов, так и для реле защиты, действует то же правило, что и для инструмента CT, в отношении диапазона, в пределах которого обеспечивается класс точности: класс точности гарантируется только в том случае, если вторичная нагрузка на 25% выше чем номинальная производительность.
Нелегко обеспечить, чтобы VT работал в прецизионном классе, когда прибор подключен к вторичному (реле или измерительному прибору), который имеет самозатраты фракций ВА.
Использование балластных нагрузок (сопротивлений), которые должны быть вставлены на вторичную часть VT, когда они были выбраны с высокими показателями, которые могут быть в состоянии гарантировать класс точности, представляют две проблемы:
- Элемент добавляется в схему (которая также может быть защищена), которая может разрушиться и, следовательно, снизить общую надежность системы.
- В измерительных отсеках распределительного устройства вводится нагревательный элемент с очевидными проблемами для извлечения тепла.
При выборе VT необходимо учитывать любое фиорросонанс. Явление феррорезонанса является типичным аспектом ВТ, вставленным в кабельные сети с изолированной нейтралью или неэффективно заземленной.
Емкость кабеля вместе с индуктивностью VT составляет колебательный контур (RLC). Таким образом, условия, при которых сама схема переходит в резонанс, могут возникать на цепи (емкостное сопротивление = индуктивное сопротивление насыщает VT), и хотя причина насыщения прекращается (например, замыкание на землю), сохраняется переходное колебание (т. Е. многократная частота сети) реактивной энергии, введенной в действие компонентами колебательного контура.
Из-за частоты этого колебания постоянная и высокая циркуляция тока производится только в первичной обмотке.
Поскольку этот ток только намагничивается, вторичная обмотка мало задействована, поэтому при первичной и незначительной нагреве на вторичной обмотке происходит много нагревания.
Аномальное нагревание обмоток всегда создает сильное внутреннее давление, вследствие чего нарушается внешний корпус.
Меры, принятые для предотвращения явлений в области феррорезонанса, в основном касаются:
- Увеличьте импеданс намагничивания VT;
- Используйте VT, которые работают с более низкой индукцией, чем предсказанные;
- Используйте VT с высоким содержанием проницаемости железа;
- Вставьте резисторы демпфирования (или, в любом случае, устройства с нелинейным сопротивлением) последовательно со вторичными обмотками, соединенными с открытой дельта (реле напряжения должно быть подключено параллельно с сопротивлением против феррорезонанса).
В прошлом для измерения гомополярных напряжений (необходимых для идентификации замыканий на землю) использовался вторичный набор из трех ВТ, связанных с открытой дельта.
В современных цифровых защитных реле (например, ретранслятор типа REF 54. ABB) уже нет необходимости предоставлять эту вторичную информацию из ВТ, так как гомополярное напряжение (векторная сумма трехфазных напряжений) рассчитывается внутри самого реле (сигнал который поступает из вторичного с открытой дельта, часто менее точен).
Вернуться к содержанию ↑
4. Неиндуктивные датчики тока и напряжения
Поскольку мощность, поглощаемая устройствами, подключенными к вторичной цепи, чрезвычайно ограничена, больше нет необходимости иметь магнитные цепи для связи между первичной и вторичной цепями.
Поэтому были разработаны датчики тока или воздушные трансформаторы (катушки Роговского) и датчики напряжения (делители напряжения), которые устраняют негативные аспекты индуктивного типа трансформаторов (цикл гистерезиса).
Особое внимание уделяется:
- Насыщенность: явление насыщения не существует с датчиками тока (нет железа), и поэтому определение предельного коэффициента точности больше не является проблемой;
- Производительность: предыдущие примеры показали, насколько сложно согласовать производительность измерительных трансформаторов с нагрузками, подключенными к вторичной. Фактически, необходимость иметь не менее 25% нагрузки для гарантии точности уже не является проблемой;
- Номинальные первичные токи и напряжения: линейность отклика позволяет охватить 95% приложений только двумя или тремя типами преобразователей, что имеет значительные преимущества для стандартизации распределительных устройств и возможности их быстрого повторного преобразования;
- Больше нет необходимости иметь приборные CT или VT и / или защитные трансформаторы тока или VT, поскольку точность является постоянной и проблема насыщения уже не решена.
Для датчиков тока или воздушных трансформаторов тока основной характеристикой является то, что это трансформаторы, магнитная цепь которых заменена воздухом.
Особый факт, связанный с этими типами ТТ, заключается в том, что вторичный сигнал не пропорционален первичному размеру, а его производной (которая при надлежащей интеграции в устройствах, подключенных к вторичной обмотке, позволяет получать измерение тока).
Как уже отмечалось, нет явлений насыщения, но в качестве отрицательного аспекта обычно существует класс точности, который в современном дизайне не достигает характеристик, которые могут быть получены для индуктивных типов приборов CT.
Основной характеристикой датчиков напряжения является отсутствие феномена феррорезонанса (очевидно, потому что железа больше нет).
Это не является незначительным преимуществом, когда все еще используется сеть, работающая с изолированной нейтралью. Что касается воздушных трансформаторов тока, то в текущем состоянии технологии прецизионный класс делителей напряжения (VT) еще не дошел до уровня индуктивного типа VT.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Техническое руководство Критерии защиты сетей среднего напряжения от ABB