Как выбирается трансформатор напряжения

5.1.2. Выбор трансформаторов напряжения и тока

Трансформатор напряжения (TV) – трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичное напряжение практически пропорционально первичному напряжению и при правильном включении совпадает по фазе.

Трансформаторы напряжения служат для понижения напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и приборы релейной защиты и автоматики. Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерений на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя пределы их измерения. Обмотки реле, включаемые через трансформаторы напряжения, также, как правило, имеют стандартное исполнение.

Трансформаторы напряжения выбираются:

• по напряжению установки;
• по конструкции и схеме соединения обмоток;
• по классу точности;
• по назначению;
• по вторичной нагрузке:

, где – номинальная мощность в выбранном классе точности, ВА;— нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединённых к трансформатору напряжения, ВА: К шинам 220 кВ подключаются 2 автотрансформатора связи и 2 линии связи с системой. Допустимо ваттметры и варметры с двусторонней шкалой заменять на приборы с односторонней шкалой (при этом их количество возрастает в два раза). Подключим по одному трансформатору напряжения на каждую из шин и разнесем равномерно приборы между измерительными трансформаторами. Тогда для одного трансформатора напряжения получим следующий перечень приборов Таблица 14. Измерительные приборы, подключаемые к трансформатору напряжения

Прибор	Тип	одной обмотки, ВА	Число обмоток			Число приборов	Общая
							, Вт		, вар
ВЛ 220 кВ (2 линии/1TV)
Ваттметр	Д-335	1.5	2	1	0	4	12		0
Варметр	Д-335	1.5	2	1	0	4	12		0
Счетчик активной энергии	Меркурий 233	2	2	0,5	0,866	2	4		6,928
Датчик активной мощности	Е-829	10	—	1	0	2	20		—
Датчик реактивной мощности	Е-830	10	—	1	0	2	20		—
Фиксатор тока и напряжения импульсного действия	ФИП	3	1	1	0	2	6		0
Сборные шины (2 шт./2TV)
а) показывающие
Вольтметр	Э-335	2	1	1	0	1	2		0
б) регистрирующие
Вольтметр	Н-344	10	1	1	0	1	10		0
Ваттметр	Н-395	10	2	1	0	1	20
Частотомер	Н-397	7	1	1	0	1	7
Сумма:								113		6,928
								113,212 ВА

Таблица 15. Параметры трансформаторов напряжения

Тип	Номинальное напряжение обмоток, кВ				Номинальная мощность ВА в классах точности						Максимальная мощность ВА
	первичной	вторичной основной №1	вторичной дополнительной №2
				0,2		0,5	1	3
НКФ-220-58	220/√3	100	100	—		400	600	1200	2000

Проверяем условие : . Номинальную мощность трансформатора напряжения умножаем на 3, так как для однофазных трансформаторов напряжения, соединенных в звезду, следует брать суммарную мощность всех трех фаз. Таким образом, трансформатор способен работать в классе точности 0,5 при данной вторичной нагрузке. По [18] на электростанциях и подстанциях для вторичных цепей следует применять контрольные кабели с алюминиевыми жилами из полутвердого алюминия. Контрольные кабели с медными жилами следует применять во вторичных цепях: 1) электростанций с генераторами мощностью более 100 МВт, при этом для вторичной коммутации и освещения объектов химводоочистки, очистных, инженерно-бытовых и вспомогательных сооружений, механических мастерских и пусковых котельных следует применять контрольные кабели с алюминиевыми жилами; 2) подстанций с высшим напряжением 330 кВ и выше, а также подстанций, включаемых в межсистемные транзитные линии электропередачи; 3) дифференциальных защит шин и устройств резервирования отказа выключателей 110-220 кВ, а также средств системной противоаварийной автоматики; 4) технологических защит тепловых электростанций; 5) с рабочим напряжением не выше 60 В при диаметре жил кабелей и проводов до 1 мм; 6) размещаемых во взрывоопасных зонах классов В-1 и В-1а электростанций и подстанций. Для соединения трансформатора напряжения с приборами примем кабель КВВГ (с медными жилами с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке) с сечением жил 2,5 мм 2 (по условию механической прочности из [18] сечение должно быть минимум 4 мм 2 для алюминиевых жил и 2,5 мм 2 для медных жил, поскольку подключены счетчики). В ПУЭ также отдельно оговариваются случаи применения кабелей меньшего сечения (1,5 мм 2 – для меди, 2,5 мм 2 – для алюминия). Выполним проверку по потерям напряжения. По [18] для цепей напряжения потери напряжения от трансформатора напряжения при условии включения всех защит и приборов должны составлять:

• до расчетных счетчиков и измерительных преобразователей мощности, используемых для ввода информации в вычислительные устройства, — не более 0,5%;
• до расчетных счетчиков межсистемных линий электропередачи — не более 0,25%;
• до счетчиков технического учета — не более 1,5%;
• до щитовых приборов и датчиков мощности, используемых для всех видов измерений, — не более 1,5%;
• до панелей защиты и автоматики — не более 3% .

При совместном питании указанных нагрузок по общим жилам их сечение должно быть выбрано по минимальной из допустимых норм потери напряжения. Расчётный ток во вторичной цепи при условии равномерной загрузки фаз: . Определяем сопротивление кабелей: , где: — удельное сопротивление меди; — длина кабеля по [15], стр. 170. Потеря напряжения: . Получили величину потери напряжения больше , что не удовлетворяет требованиям ПУЭ для подключения счётчиков. Тогда увеличим сечение кабеля до 4 мм 2 : ; . Полученная потеря напряжения удовлетворяет требованием ПУЭ. Так как трансформатор напряжения НКФ-220-58 удовлетворяет всем требованиям, то принимаем его к установке вместе с кабелем КВВГ сечением 4 мм 2 . На термическую и электродинамическую стойкость трансформаторы напряжения не проверяются. Трансформатор тока – трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении совпадает по фазе. Трансформатор тока (TA) применяют при измерении больших токов, когда непосредственное включение приборов на полный ток электрической цепи невозможно. В этом случае измеряемый ток с помощью ТА понижают до значений, соответствующих шкале прибора. При выборе трансформаторов тока на напряжение 220 кВ будем ориентироваться на продукцию отечественных производителей, поскольку параметры современного электрооборудования, производимого у нас в стране, не уступают параметрам зарубежных разработок, зато его стоимость существенно ниже. Кроме того, обратную связь с производителем в случае приобретения отечественного оборудования наладить проще, что значительно сокращает сроки ремонта и упрощает эксплуатацию. Для элегазовых колонковых выключателях ВГТ примем трансформаторы тока ТФЗМ-220-У1 Таблица 16. Номинальные параметры трансформаторов тока ТФЗМ-220-У1

, кВ	Номинальный ток, А			Номинальная нагрузка в классе точности 0,2S, ВА		Ток электродинамической стойкости, мгновенное значение, кА		Термическая стойкость
	первичный	вторичный	Допустимый ток, кА/допустимое время, с
220	600	1	30		101		40/1

Таблица 17. Выбор трансформаторов тока на ОРУ 220 кВ

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по трансформатору тока ТФЗМ-220У1
	(рассчитывается ниже)

По [23], стр. 277-282 состав приборов будет следующим: Таблица 18. Измерительные приборы, подключаемые к трансформатору тока

Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, ВА
		А		В		С
Амперметр	Э-377	0,1		0,1		0,1
Ваттметр	Д-335	0,5		—		0.5
Варметр	Д-304	0,5		—		0.5
Счетчик активной и реактивной энергии	Меркурий 233	0,1		—		0.1
Сумма:			1,2		0,1	1,2

Согласно тому же источнику амперметры ставятся во все три фазы, поэтому соединяем трансформаторы тока в полную звезду. Таким образом, наиболее нагруженными оказались фазы A и С, поэтому расчет будем вести по ним. По [17], стр. 170 длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов для РУ 220 кВ принимается равной 100 м. Выразим номинальную вторичную нагрузку в омах: . Сопротивление приборов: . Тогда сопротивление проводов: , где при количестве приборов более 3. По [18] провода с медными жилами применяются во вторичных цепях основного и вспомогательного оборудования мощных электростанций. Рассмотрим кабель с медными жилами, длиной 100 м. Схема соединения трансформаторов тока, как указывалось ранее, — полная звезда, поэтому . . Принимаем кабель КВВГ (с медными жилами, с поливинилхлоридной изоляцией в поливинилхлоридной оболочке) сечением 2,5 мм 2 из условия механической прочности. Делаем проверку: . , что меньше номинальной вторичной нагрузке трансформатора тока в 30 Ом. Таким образом, трансформатор тока ТФЗМ-220-У1 проходит по всем параметрам и принимается к установке на ОРУ 220 кВ.

6.6. Выбор трансформатора напряжения.

Трансформатор напряжения (ТН) выбирается на секции сборных шин 10кВ подстанции.

К выбираемому ТН присоединяются приборы силового трансформатора (ваттметр, варметр, счетчик активной/реактивной энергии), приборы шести отходящих линий (шесть счетчиков электроэнергии), приборы сборных шин (три вольтметра, измеряющих фазное напряжение и один — линейное)

Выбираемый ТН должен обеспечивать контроль состояния изоляции в сети 10 кВ. К установке предполагаются три трансформатора, типа ЗНОЛ (табл. 5.13 [1]) (заземляемый, напряжения, однофазный, литая изоляция).

Таблица 6.6.1. Условия выбора трансформаторов напряжения

1. Род установки

2. Номинальное первичное напряжение

3. Номинальная мощность вторичной обмотки

Таблица 6.6.2. Электроизмерительные приборы, подключенные к ТН

одной катушки

Суммарная потребляемая мощность

Счетчик активной/ реактивной энергии

Названный ТН имеет три обмотки, позволяющие применить схему соединения основных обмоток в «звезду» с заземленной нейтралью, дополнительных – в разомкнутой «треугольник» (рис.6.6.1)

Мощность потребляемая измерительными приборами, приведена в табл. 6.6.2.

Суммарная полная мощность, потребляемая приборами,

.

Так как , то принимаем к установке три трансформатора напряжения типа ЗНОЛ.06-10УЗ класса точности 0,5

Таблица 6.16 Выбор трансформаторов напряжения

Внутренней установки

U_ном.РУ=10 кВ

S_2.ном=3×75=225 ВА

Выбранные трансформаторы напряжения удовлетворяют всем условиям выбора.

Рис. 6.6.1. Схема присоединения приборов к измерительным трансформаторам типа 3×ЗНОЛ

6.7 Выбор шинной конструкции в цепи нн трансформатора

Выбираем соединительные шины 10 кВ. По справочнику [1, таблица 10.1] для алюминиевых шин экономическая плотность тока равна:

j_эк = 1,0 А/мм 2 с

== 1156,1.

I_раб.ут = 1734,1 А; I_{раб.норм} = 1156,1 А.(стр.25)

По таблице 7.2 [1] выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения s_ном = 960 мм 2 , , сI_дл.доп. = 1900 А.

Поправочный коэффициент на температуру окружающей среды определяется;

,

где – длительно допустимая (наблюдаемая) температура нагрева неизолированных проводов и шин [1, таблица 1.12];

– годовая эквивалентная температура для Омска

– номинальная температура окружающей среды для шин, [1, таблица 1.13].

Проверяем выбранные шины на нагрев в рабочем утяжеленном режиме

;

.

Предполагаем, что шины располагаются в горизонтальной плоскости, расстояние между фазами а = 0,3 м, расстояние между изоляторами одной фазы (длина пролета) l = 1,2 м.

Рисунок 6.7.1. Шинная конструкция

Проверка шин на электродинамическую стойкость

Проверим выбранные шины на электродинамическую стойкость. Шины расположены в горизонтальной плоскости. Расстояние между фазами , расстояние между изоляторами

Выбираем по таблице 5.7 [1] изоляторы опорные для внутренней установки типа ИО-10-3,75 У3, высота изолятора , минимальная разрушающая сила на изгиб.

В составной шинной конструкции при КЗ возникает электродинамические силы двух родов: усилие от взаимодействия токов различных фаз (см. рисунок 6.7.1.).

1. Определим силу , действующую на среднюю фазу шинной конструкции

,

где – расстояние между соседними изоляторами одной фазы,см;

– расстояние между соседними фазами,см.

.

2. Определим расчетную силу, действующую на головку изолятора

,

где –высота от основания изолятора до центра тяжести поперечного сечения шины,см

Н = Н_из + ∙h = 120 + ∙ 8 = 124 мм.

– высота изолятора,см.

.

Допустимая нагрузка на головку изолятора

,

где – минимальная разрушающая нагрузка изолятора на изгиб.

.

Правильность выбора изолятора определяется выполнением условия:

;

,

таким образом, механическая прочность изолятора обеспечена.

3. Определим изгибающий момент

4.Рассчитаем момент сопротивления поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы.

см 2

5.Определим расчетное напряжение:

По таблице 1.16[1] допустимое напряжение в алюминиевых шинах марки АДО площадью поперечного сечения до 100 –.

,

таким образом, электродинамическая стойкость шинной конструкции из алюминиевого сплава обеспечена.

Проверка шин на термическую стойкость

1. Определяем начальную температуру шин до момента короткого замыкания

,

где – длительно допустимая (наблюдаемая) температура нагрева неизолированных проводов и шин [1, таблица 1.12];

– годовая эквивалентная температура для г.Самара [1, таблица 1.37];

– номинальная температура окружающей среды для шин, [1, таблица 1.13];

– рабочий ток до КЗ,;

– длительно допустимый ток шинной конструкции,.

.

2. По начальной температуре определяем соответствующее значение функции . По [3, рисунок 5.1].

3. Определяем значение функции по формуле

.

4. По значению функции по [3, рисунок 5.1] определяем конечную температуру нагрева шин.

_{5. Конечная температура нагрева шины при коротком замыкании} должна быть меньше или равна кратковременно допустимой температуре

.

По справочнику [1, таблица 1.14] предельно допустимая температура нагрева при коротком замыкании для алюминиевых шин .

,

следовательно, шины сечением 120×8 мм 2 будут термически стойки к токам короткого замыкания.

Выбор трансформаторов напряжения

где — номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соеди­ненных по схеме открытого треугольника — удвоенную мощность одного трансформатора; — нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, .

Для упрощения расчетов нагрузку приборов можно не разделять по фа­зам, тогда

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбран­ном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряже­ния и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяется по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не бо­лее 0,5%, а до щитовых измерительных приборов — не более 1,5% при нормальной нагрузке.

Для упрощения расчетов при учебном проектировании можно прини­мать сечение проводов по условию механической прочности 1,5 мм 2 для медных жил и 2,5 мм 2 для алюминиевых жил.

Задание. Выбрать трансформаторы тока и напряжения для присое­динения измерительных приборов в цепи генератора ТВФ-63-2, включенного на сборные шины 10,5 кВ. Значения токов КЗ приведены в таблице 4.

Решение. Перечень необходимых измерительных приборов выбираем по табл. 4.11[1], схема включения приборов показана на рис. 6. Так как участок от вы­водов генератора до стены турбинного отделения выполнен комплектным токопроводом ТЭКН-20/7800, то выбираем трансформаторы тока, встроенные в токопровод, ТШВ15-6000-0,5/10Р; =1.2 Ом; =20; = 3 с. Сравнение расчетных и каталожных данных приведено в табл. 7.

Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке, пользуясь схемой включения (рис. 6) и каталожными данными приборов, определяем нагрузку по фазам для наиболее загруженного трансформатора ТА1 (табл. 8).

Рисунок 6 – Схема включения измерительных приборов генератора

Таблица 7 – Расчетные и каталожные данные

Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) для питания измерительных приборов и реле выбирают по номинальному напряжению первич­ной обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конст­руктивному исполнению.

Соответствие классу точности следует проверить путем сопос­тавления номинальной мощности ТН с фактической нагрузкой от подключенных приборов. Суммирование нагрузок в практических расчетах производится арифметически без учета коэффициента мощности отдельных нагрузок. Все нагрузки, включенные в меж­дуфазные напряжения, приводятся к напряжению 100 В.

Классы точности характеризуются наибольшими допускаемы­ми ГОСТ погрешностями напряжения. Для ТН установлены четы­ре класса точности: 0,2; 0,5; 1; 3. Цифра означает предельно допус­тимую погрешность в процентах.

ТН класса 0,2 применяют для питания расчетных счетчиков, ус­танавливаемых на мощных генераторах; ТН класса 0,5 — для пита­ния расчетных счетчиков других присоединений и измерительных приборов класса 1 и 1,5; ТН класса 1 — для указательных приборов класса 2,5; ТН класса 3 — для релейной защиты.

Трансформаторы напряжением до 6 кВ выполняются с воздуш­ным охлаждением (сухими) и обозначаются «С»; трансформаторы напряжением 10 кВ и выше выполняются с масляным охлаждением и обозначаются «М».

По конструкции ТН выполняются однофазными (НОС-0,5; НОМ-10; НКФ-110) и трехфазными (НТМ-10; НТМИ-10). Число, стоящее после обозначения типа ТН, указывает значение первич­ного номинального напряжения в кВ. В обозначении трансформа­торов напряжения, предназначенных для контроля изоляции, ста­вится буква И, например, НТМИ.

Наиболее часто применяемые схемы включения трансформато­ров напряжения с защитой предохранителями приведены на рис. 15.5.

В пятистержневом трансформаторе в нормальном режиме напря­жение на концах разомкнутого треугольника дополнительных об­моток 1, 2 равно нулю, так как геометрическая сумма фазных на­пряжений трехфазной системы равна нулю. При однофазном замыкании на землю на стороне высшего напряжения напряжение на концах обмоток разомкнутого треугольника равно сумме напря­жений двух фаз. В этом случае приборы и аппараты, включенные на это напряжение, должны сработать и подать сигнал о наличии неисправности в сети.

Номинальная мощность трансформаторов напряжения при пи­тании приборов учета (класс 0,5) составляет 25. 150 В-А; при пи­тании релейной защиты (класс 3) — 100. 600 В-А.

Проверку по электродинамической и термической стойкости транс­форматоров напряжения и их ошиновки обычно не производят.

В справочниках приводятся следующие технические данные трансформаторов напряжения: тип; конструктивное исполнение; но­минальное напряжение первичное Uном.т.н вторичное напряже­ние равно 100 В или 100/√3 В; номинальная мощность Sном.т.нпри разных классах точности (0,2; 0,5; 1; 3); максимальная мощность вне классов точности.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: