Особенности снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока Одной из наиболее значимых характеристик трансформатора тока является характеристика намагничивания или вольт-амперная характеристика (ВАХ), представляющая… / НПП «Динамика»

Типы измерения

Принципиальная схема снятия ВАХ выглядит следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Схема измерения ВАХ ТТ

Испытания трансформаторов тока регламентируются следующими стандартами:

• ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия»,
• РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»,
• РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения»,
• Правила устройства электроустановок.

ГОСТ 7746-2001 [1] не относит снятие всей ВАХ к обязательной проверке ТТ, а регламентирует определение тока намагничивания вторичной обмотки, измеренного при приложении к ней напряжения, определяемого по специальной формуле. Согласно п. 9.8 ГОСТ 7746-2001 «Определение тока намагничивания вторичных обмоток», напряжение вторичной обмотки необходимо измерять вольтметром с основной погрешностью не ниже ±1%, реагирующим на среднее значение напряжения, и показания умножать на коэффициент формы для синусоидального сигнала, равного 1.11. Действующее значение тока намагничивания следует измерять амперметром с классом точности не ниже 1%.

Согласно п. 7.4 «Снятие характеристики намагничивания» РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» [2] допускает как снятие ВАХ до начала насыщения (но не более 1800 В), так и снятие 3-х контрольных точек. Снятая характеристика (контрольные точки) сравнивается с типовой характеристикой намагничивания или характеристиками однотипных исправных ТТ. При этом допускается отличие от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном ТТ, не более 10%.

Согласно п. 3.7 «Снятие ВАХ» РД 153-34.0-35.301-2002 [3] для проверки отсутствия замыканий витков, которая проводится как при новом включении, так и во время профилактики ТТ, ток и напряжения при снятии характеристики могут фиксироваться приборами с любыми типами измерения, если повторные измерения при плановых проверках производятся в идентичных условиях. При первом включении сравниваются ВАХ, при плановых проверках допускается сравнение 1-2 точек ВАХ. Согласно тому же п. 3.7, если ВАХ снимается для последующего расчета погрешностей, то её необходимо снимать «при питании синусоидальным напряжением от мощного источника, используя приборы, реагирующие на среднее абсолютное значение напряжения и действующее значения тока». При невозможности обеспечить удовлетворительную синусоидальность напряжения в РД рекомендуется измерение напряжения вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения UСР, а тока — амперметром, реагирующим на амплитуду намагничивающего тока I02макс. Характеристика ВАХ должна строиться в действующих значениях этих параметров. Получаемые характеристики будут не вполне соответствовать заводским типовым характеристикам намагничивания, но для проверки отсутствия замыкания витков они будут пригодны.

Допустимый уровень напряжения

Согласно ПУЭ п.1.8.17.14 «Нормы приемо-сдаточных испытаний. Измерительные трансформаторы тока. Снятие характеристик намагничивания» [4] характеристика снимается повышением напряжения на одной из вторичных обмоток до начала насыщения, но не выше 1800 В. При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении. Согласно РД 153-34.0-35.301-2002 при проверке ВАХ на ответвлении не следует поднимать напряжение на всей обмотке выше 1800 В, а наибольшее допустимое напряжение в этом случае определяется по выражению:

   (1)

В РД также приводится пример снятия ВАХ ТТ 500/1000/1500/2000/1 на рабочем ответвлении 500/1, где согласно выражению (1) максимальное напряжение при снятии ВАХ составляет 450 В.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее рациональным решением является снятие характеристики намагничивания с использованием источника напряжения с мощностью, достаточной для обеспечения синусоидальности сигнала, с измерителем напряжения, реагирующим на среднее значение с последующим его приведением к действующему, и измерителем тока, реагирующим на действующее значение. Данный подход позволит применять полученную ВАХ, как для оценки наличия витковых замыканий, так и для расчета погрешностей. Класс точности измерителей должен быть не ниже класса 1. Допустимая погрешность при сравнении ВАХ – 10 %. Максимальное напряжение при снятии ВАХ должно определяться с помощью выражения (1).

Размагничивание

Следующим важным моментом при снятии ВАХ является остаточная намагниченность силового трансформатора. Как известно, через трансформатор протекает синусоидальный ток, который создает магнитный поток, и величина этого потока и индукции меняются по петле намагничивания. При выводе трансформатора из работы, он может оказаться в намагниченном состоянии, если значение тока при отключении было близко к амплитуде тока. Также остаточная намагниченность возможна после измерения активного сопротивления обмотки ТТ. Поэтому перед каждой проверкой характеристики намагничивания необходимо проводить размагничивание ТТ.

На рис. 2 представлены две характеристики намагничивания трансформатора тока 3000/5, полученные с использованием устройства РЕТОМ-25, где красным цветом обозначен график ВАХ ТТ сразу после измерения активного сопротивления обмотки, а синим цветом – ВАХ ТТ после размагничивания.

Рис. 2. Характеристика намагничивания трансформатора тока 3000/5

Оборудование и программа для снятия характеристик намагничивания

Для снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока любого класса напряжений могут быть использованы выпускаемые НПП «Динамика» устройства РЕТОМ-21 [5] и РЕТОМ-25[6] с максимальным уровнем напряжения 500 В и 250 В соответственно. Для расширения диапазона напряжения до допустимых 1800 В применяется блок РЕТ-ВАХ-2000.

Измерители тока и напряжения обоих устройств разработаны таким образом, что позволяют измерять значения нескольких типов: амплитудное, среднее, действующее, а также 1,11*среднее и 0,77*амплитудное, которые были внедрены специально для снятия характеристик намагничивания ТТ согласно РД 153-34.0-35.301-2002. Пользователь самостоятельно может выбирать необходимый тип измерения.

Также для устройств РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25 доступна программа внешнего управления, которая позволяет автоматизировать процесс снятия ВАХ. Пользователю лишь необходимо выбрать схему подключения в соответствии с необходимым максимальным уровнем тока и напряжения. Всё остальное программа делает автоматически. При завершении снятия характеристики намагничивания, программа автоматически плавно снижает напряжение и тем самым размагничивает трансформатор тока. Скорость снижения напряжения была подобрана опытным путем таким образом, чтобы полностью размагнитить трансформатор. Убедиться в этом позволяет повторяемость характеристик при снятии ВАХ.

Заключение

Испытательные устройства РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25, в которых реализованы рассмотренные методики снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока, предоставляют возможность выбора типа измерения, что позволяет проводить построения вольт-амперных характеристик, как с целью проверки витковых замыканий, так и для использования данных в расчетах погрешностей, а применение внешнего программного обеспечения для снятия ВАХ с функцией автоматического размагничивания позволяет получить достоверные результаты.

Литература:

1. ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия»,
2. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»,
3. РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения»,
4. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
5. Руководство по эксплуатации «Устройство измерительное параметров релейной защиты РЕТОМ-21».
6. Руководство по эксплуатации «Устройство измерительное параметров релейной защиты РЕТОМ-25».

Снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ) трансформаторов тока

Одной из важнейших характеристик трансформатора тока является его характеристики намагничивания. Это зависимость напряжения на выводах вторичной обмотки от тока, протекающего по ней. Поэтому характеристику еще называют вольт-амперной (ВАХ).

При этом выводы первичной обмотки остаются разомкнутыми, а напряжение на вторичную обмотку подается от независимого источника с регулируемым выходом.

Характеристики эти снимают как при приемо-сдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации.

Цель проверки: выявить возможные витковые замыкания во вторичной обмотке проверяемого трансформатора. Обычное измерение сопротивления этот дефект выявить не может, так как замыкание нескольких витков между собой изменяют общее сопротивление настолько незначительно, что это соизмеримо с погрешностью проведенных измерений.

Проверка производится для всех трансформаторов тока без исключения: и на напряжение до 1000 В, и высоковольтных. При наличии у трансформатора нескольких обмоток, использующихся для разных целей (релейной защиты, измерения, учета электроэнергии) ВАХ снимается для каждой из них.

Оборудование и схема для проверки вольт-амперной характеристики трансформаторов тока

В качестве регулируемого источника напряжения для снятия ВАХ используется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), или устройства, содержащие его в своем составе. Напряжение должно быть абсолютно синусоидальным, поэтому тиристорные источники питания для испытаний непригодны.

Для фиксации величин токов и напряжений потребуются лабораторный амперметр и вольтметр.

При использовании встроенных в источник питания приборов важно учесть, что амперметр должен измерять среднеквадратичное значение, а вольтметр – средневыпрямленное.

Важен и порядок включения приборов в измерительную цепь. Амперметр должен измерять только ток непосредственно в проверяемой обмотке. Вольтметр подключается до него, ток через обмотку прибора не должен учитываться, чтобы не вносить в измерения дополнительную погрешность.

Самым точным вариантом измерений является подключение измерительного комплекса непосредственно к выводам трансформатора тока.

Но, если это невозможно, допускается вариант с использованием специальных токовых клемм на панелях ячейки с проверяемым трансформатором тока.

Измерение с клеммников, находящихся на значительном удалении и соединенных с объектом измерения контрольными кабелями, недопустимо. В этом случае к сопротивлению обмотки добавляется сопротивление жил кабельной линии, соизмеримое с ней по величине.

Проверить трансформатор тока на напряжение до 1000 В с помощью одного только ЛАТРа не представляется возможным.

Слишком при малых напряжениях у них начинается горизонтальный участок характеристики, поэтому насыщение наступит уже при незначительном повороте рукоятки ЛАТРа.

Поэтому между источником регулируемого напряжения и проверяемой обмоткой можно подключить разделительный трансформатор 220/36 В или любой другой. При этом предел регулирования расширяется.

В целях безопасности в цепи подключения ЛАТРа к сети питающего напряжения должен быть защитный аппарат – автоматический выключатель. А также предусмотрена возможность создания видимого разрыва при переключениях между трансформаторами или их обмотками. Достаточно вилки, которая втыкается в розетку удлинителя, положение которой видно с границ рабочего места.

Интересное видео о снятии ВАХ с ТТ с помощью ретома-21 смотрите ниже:

Порядок снятия вольт-амперной характеристики (ВАХ)

Перед подачей напряжения на испытательную установку рукоятка управления ЛАТРом должна находиться в крайнем положении, соответствующем нулевой величине напряжения на выходе. Затем, после включения питания, нужно размагнитить железо трансформатора.

Для этого рукояткой управления ЛАТРом ток через обмотку несколько раз плавно увеличивают до номинальной величины и снова опускают до нуля.

 После этого начинается процесс снятия ВАХ.

Оптимальным является работа в бригаде из двух человек. Один поднимает напряжение и фиксирует ток амперметра в нормируемых точках. Второй при этом снимает показания с вольтметра и записывает в заранее заготовленную таблицу.

Ток во вторичной обмотке нужно поднимать очень плавно.

Когда начинается участок насыщения, малому приращению напряжения от источника будет соответствовать резкое увеличение тока. На этом этапе нормируемые точки для измерения легко проскочить. Возвращать ручку ЛАТРа назад с целью снять показания вольтметра поточнее нельзя. Нужно плавно сбросить напряжение до нуля и начать процесс сначала.

Разрешается снимать не всю характеристику полностью, а ограничится для проверки лишь тремя ее точками. Поднимать напряжение на обмотке выше 1800 В не допускается.

По достижении конечной точки для измерений напряжение ЛАТРа плавно уменьшают до нуля, после чего проверочную установку отключают от сети.

Ещё одно интересносе видео о Ретоме 21 и снятии ВАХ с ТТ от профессионального энергетика:

Анализ полученной характеристики ВАХ

Полученные данные сравниваются с характеристикой, снятой для данного трансформатора тока в заводских условиях.

Допускается сравнение с ранее снятой характеристикой данной обмотки этого же трансформатора.

При отсутствии каких-либо данных для сравнения анализ производится с использованием типовой характеристики для устройства того же типа, имеющего тот же коэффициент трансформации, класс точности и кратность насыщения.

Все перечисленные характеристики оказывают влияние на полученную характеристику.

Более того, у одинаковых трансформаторов тока не бывает абсолютно идентичных ВАХ.

 Влияние на это оказывает не только сопротивление вторичной обмотки, но и качество материала, из которого выполнен сердечник трансформатора.

Отличаться полученная характеристика от вышеперечисленных не должна более, чем на 10%.

Если полученный график расположен ниже образцового на большую величину, в подопытном образце присутствует витковое замыкание. Его нужно заменить исправным, или отказаться от установки, вернув на предприятие-изготовитель.

Но перед этим еще раз проверьте правильность проведенных измерений: витковые замыкания в трансформаторах тока не такое уж и частое явление.

Испытание измерительных трансформаторов тока и напряжения

Испытания измерительных трансформаторов

Наружный осмотр

При наружном осмотре измерительных трансформаторов проверяют наличие паспорта, состояние фарфора изоляторов, а также число и место установки заземлений вторичных обмоток. Заземление вторичных обмоток Измерительных трансформаторов надлежит выполнять в одном месте — на панели защиты или на клеммной сборке, т. е. там, где заземление может быть безопасно отсоединено без снятия высокого напряжения.

Кроме того, проверяют исправность резьбы в ламелях зажимов трансформаторов тока. У трансформаторов тока классов Д и 3, предназначенных для работы в цепях дифференциальной и земляной защит, проверяют также их комплектность. Все трансформаторы данного комплекта должны иметь один и тот же номер комплекта.

Встроенные трансформаторы тока перед установкой должны быть высушены, а при монтаже необходимо следить, чтобы они были установлены в соответствии с заводскими надписями «верх» и «низ». У выключателей с встроенными трансформаторами тока проверяют наличие уплотнения труб и сборных коробок, через которые проходят цепи трансформаторов тока.

При осмотре измерительных трансформаторов напряжения необходимо убедиться в отсутствии проворачивания проходных штырей.

Перед включением в эксплуатацию трансформаторов напряжения, залитых маслом, необходимо удалить резиновую шайбу из-под пробки для заливки масла.

проверка сопротивления изоляции обмоток

Сопротивление изоляции обмоток измерительных трансформаторов проверяют мегомметром на напряжение 1000—2500 в. При этом измеряют сопротивление изоляции первичной и каждой из вторичных обмоток по отношению к корпусу, а также сопротивление изоляции между всеми обмотками.

Электрическую прочность изоляции вторичных обмоток испытывают напряжением 2000 в переменного тока в течение 1 мин.

Изоляцию вторичных обмоток трансформаторов тока допускается испытывать совместно с цепями вторичной коммутации переменным током напряжением 1000 В в течение 1 мин.

Электрическую прочность изоляции первичных обмоток испытывают по нормам, приведенным в п. 4 настоящего раздела.

Проверка полярности вторичных обмоток трансформаторов тока

Проверка полярности производится методом импульсов постоянного тока при помощи гальванометра: по схеме, приведенной на рис. 10.

Рис. 10. Схема проверки полярности вторичных обмоток трансформаторов тока
 Б — батарея или аккумулятор; К — кнопка; R доб — ограничительное сопротивление 1сш; Г—гальванометр.

При замыкании цепи тока следят за направлением отклонения стрелки прибора. Если при замыкании цепи стрелка отклоняется вправо, то однополярными зажимами будут те, к которым присоединены «плюс» батареи и «плюс» прибора.

В качестве источника постоянного тока используют сухие батареи или аккумуляторы

напряжением 2—6 В. При использовании аккумуляторов необходимо применять ограничительное сопротивление.

проверка коэффициента трансформации трансформаторов тока

Коэффициент трансформации проверяют по схеме, приведенной на рис. 11. При помощи нагрузочного трансформатора НТ в первичную обмотку подают ток, равный или близкий к номинальному, но не менее 20% номинального. Коэффициент трансформации проверяют для всех вторичных обмоток и на всех ответвлениях.

Рис. 11. Схема проверки коэффициента трансформации трансформаторов тока а — выносных; б — встроенных

При проверке встроенных трансформаторов, у которых отсутствует маркировка, ее необходимо восстановить, что наиболее просто сделать следующим образом.

По схеме, приведенной на рис. 12, подают напряжение Х автотрансформатора AT или потенциометра на два произвольно выбранных ответвления трансформатора тока. Вольтметром V измеряют напряжение между всеми ответвлениями. Максимальное значение напряжения будет на крайних выводах А и Д, между которыми заключено полное число витков вторичной обмотки трансформатора тока. На определенные таким образом начало и конец обмотки подают от автотрансформатора напряжение из расчета 1 В на виток (число витков определяют по данным каталога). После этого, измеряя напряжение по всем ответвлениям, которое будет пропорционально числу витков, определяют их маркировку.

Рис. 12. Схема определения отпаек встроенных трансформаторов тока при отсутствии маркировки

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока

Наиболее распространенный дефект трансформаторов тока — витковое замыкание во вторичной обмотке. Этот дефект лучше всего выявляется при проверке характеристики намагничивания, которая является основной для оценки исправности и определения погрешностей или тождественности трансформаторов, предназначенных для дифференциальных и земляных защит. Витковое замыкание выявляется по снижению характеристики намагничивания и уменьшению ее крутизны.

На рис. 13 видно, что даже при закорачивании всего 1—2 витков происходит резкое снижение характеристики, определяемой при этом испытании.

При проверке же коэффициента трансформации замыкания небольшого числа витков практически не обнаруживается.

Рис. 13. Характеристики намагничивания при витковых замыканиях во вторичных обмотках (трансформатор тока типа ТВ-35 300/5 а) 
1 — исправный трансформатор тока; 2 — закорочены два витка; 3 — закорочены восемь витков

Оценка полученной характеристики намагничивания производится путем сопоставления ее с типовой или с характеристиками, полученными на других однотипных трансформаторах тока того же коэффициента трансформации и класса точности.

Кривые намагничивания рекомендуется снимать по схеме с автотрансформатором (рис. 14,а). При пользовании потенциометром (схема на рис. 14,6) характеристика для того же трансформатора получится несколько выше, а при пользовании реостатом (схема на рис. 14,в) — еще выше (рис. 15).

Снимать характеристику при помощи реостата не рекомендуется, так как возможно появление остаточного намагничивания стали сердечника трансформатора тока при отключении тока.

Рис. 14. Схемы снятия характеристик намагничивания
а — с автотрансформатором; б — с потенциометром; в — с реостатом

Рис. 15. Характеристики намагничивания трансформаторов тока, снятые различными способами (трансформатор тока типа TB-35 150/5 А)
1 — с реостатом; 2 — с потенциометром; 3 — с автотрансформатором

Для того чтобы при последующих эксплуатационных проверках можно было сравнивать характеристики намагничивания с ранее снятыми, в протоколе проверки надо отмечать по какой схеме снималась характеристика. Для построения характеристики намагничивания достаточно снять ее до начала насыщения (при токе 5—10 А).

Для трансформаторов высокого класса точности и с большим коэффициентом трансформации достаточно снимать характеристику до 220 В. При снятии характеристик намагничивания вольтметр следует включать в схему до амперметра, чтобы проходящий через него ток не входил в значение тока намагничивания. Амперметр и вольтметр, применяемые при измерениях, должны быть электромагнитной или электродинамической системы.

Пользоваться приборами детекторными, электронными и другими, реагирующими на среднее или амплитудное значение измеряемых величин, не рекомендуется во избежание возможных искажений характеристики.

Проверка трансформаторов напряжения

Методы проверки трансформаторов напряжения не отличаются от методов проверки и испытания силовых трансформаторов, описанных выше.

Некоторую особенность составляет проверка дополнительной обмотки 5-стержневых трансформаторов напряжения типа НТМИ. Эта обмотка соединена в разомкнутый треугольник. Проверка полярности ее производится по схеме, приведенной на рис. 16, путем поочередного подключения «плюса» батареи на все три вывода обмотки высшего напряжения в то время, как «минус» батареи, остается постоянно включенным на нулевой вывод. При правильном соединении обмоток отклонение гальванометра во всех случаях будет в одну сторону.

Рис. 16. Схема проверки полярности дополнительной обмотки 5- стержневого трехфазного трансформатора

Рис. 17. Имитация однофазного замыкания на землю путем исключения одной фазы 5-стержневого трансформатора напряжения на этой обмотке, которое при симметричном первичном напряжении не должно превышать 2—3 В. Полное отсутствие напряжения небаланса   свидетельствует об обрыве цепи дополнительной обмотки трансформатора напряжения типа НТМИ должно быть напряжение 100 В.

После включения трансформатора в сеть необходимо измерить напряжение небаланса.

Особенности снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока Одной из наиболее значимых характеристик трансформатора тока является характеристика намагничивания или вольт-амперная характеристика (ВАХ), представляющая… / НПП «Динамика»

Типы измерения

Принципиальная схема снятия ВАХ выглядит следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Схема измерения ВАХ ТТ

Испытания трансформаторов тока регламентируются следующими стандартами:

• ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия»,
• РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»,
• РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения»,
• Правила устройства электроустановок.

ГОСТ 7746-2001 [1] не относит снятие всей ВАХ к обязательной проверке ТТ, а регламентирует определение тока намагничивания вторичной обмотки, измеренного при приложении к ней напряжения, определяемого по специальной формуле. Согласно п. 9.8 ГОСТ 7746-2001 «Определение тока намагничивания вторичных обмоток», напряжение вторичной обмотки необходимо измерять вольтметром с основной погрешностью не ниже ±1%, реагирующим на среднее значение напряжения, и показания умножать на коэффициент формы для синусоидального сигнала, равного 1.11. Действующее значение тока намагничивания следует измерять амперметром с классом точности не ниже 1%.

Согласно п. 7.4 «Снятие характеристики намагничивания» РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» [2] допускает как снятие ВАХ до начала насыщения (но не более 1800 В), так и снятие 3-х контрольных точек. Снятая характеристика (контрольные точки) сравнивается с типовой характеристикой намагничивания или характеристиками однотипных исправных ТТ. При этом допускается отличие от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном ТТ, не более 10%.

Согласно п. 3.7 «Снятие ВАХ» РД 153-34.0-35.301-2002 [3] для проверки отсутствия замыканий витков, которая проводится как при новом включении, так и во время профилактики ТТ, ток и напряжения при снятии характеристики могут фиксироваться приборами с любыми типами измерения, если повторные измерения при плановых проверках производятся в идентичных условиях. При первом включении сравниваются ВАХ, при плановых проверках допускается сравнение 1-2 точек ВАХ. Согласно тому же п. 3.7, если ВАХ снимается для последующего расчета погрешностей, то её необходимо снимать «при питании синусоидальным напряжением от мощного источника, используя приборы, реагирующие на среднее абсолютное значение напряжения и действующее значения тока». При невозможности обеспечить удовлетворительную синусоидальность напряжения в РД рекомендуется измерение напряжения вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения UСР, а тока — амперметром, реагирующим на амплитуду намагничивающего тока I02макс. Характеристика ВАХ должна строиться в действующих значениях этих параметров. Получаемые характеристики будут не вполне соответствовать заводским типовым характеристикам намагничивания, но для проверки отсутствия замыкания витков они будут пригодны.

Допустимый уровень напряжения

Согласно ПУЭ п.1.8.17.14 «Нормы приемо-сдаточных испытаний. Измерительные трансформаторы тока. Снятие характеристик намагничивания» [4] характеристика снимается повышением напряжения на одной из вторичных обмоток до начала насыщения, но не выше 1800 В. При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении. Согласно РД 153-34.0-35.301-2002 при проверке ВАХ на ответвлении не следует поднимать напряжение на всей обмотке выше 1800 В, а наибольшее допустимое напряжение в этом случае определяется по выражению:

   (1)

В РД также приводится пример снятия ВАХ ТТ 500/1000/1500/2000/1 на рабочем ответвлении 500/1, где согласно выражению (1) максимальное напряжение при снятии ВАХ составляет 450 В.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее рациональным решением является снятие характеристики намагничивания с использованием источника напряжения с мощностью, достаточной для обеспечения синусоидальности сигнала, с измерителем напряжения, реагирующим на среднее значение с последующим его приведением к действующему, и измерителем тока, реагирующим на действующее значение. Данный подход позволит применять полученную ВАХ, как для оценки наличия витковых замыканий, так и для расчета погрешностей. Класс точности измерителей должен быть не ниже класса 1. Допустимая погрешность при сравнении ВАХ – 10 %. Максимальное напряжение при снятии ВАХ должно определяться с помощью выражения (1).

Размагничивание

Следующим важным моментом при снятии ВАХ является остаточная намагниченность силового трансформатора. Как известно, через трансформатор протекает синусоидальный ток, который создает магнитный поток, и величина этого потока и индукции меняются по петле намагничивания. При выводе трансформатора из работы, он может оказаться в намагниченном состоянии, если значение тока при отключении было близко к амплитуде тока. Также остаточная намагниченность возможна после измерения активного сопротивления обмотки ТТ. Поэтому перед каждой проверкой характеристики намагничивания необходимо проводить размагничивание ТТ.

На рис. 2 представлены две характеристики намагничивания трансформатора тока 3000/5, полученные с использованием устройства РЕТОМ-25, где красным цветом обозначен график ВАХ ТТ сразу после измерения активного сопротивления обмотки, а синим цветом – ВАХ ТТ после размагничивания.

Рис. 2. Характеристика намагничивания трансформатора тока 3000/5

Оборудование и программа для снятия характеристик намагничивания

Для снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока любого класса напряжений могут быть использованы выпускаемые НПП «Динамика» устройства РЕТОМ-21 [5] и РЕТОМ-25[6] с максимальным уровнем напряжения 500 В и 250 В соответственно. Для расширения диапазона напряжения до допустимых 1800 В применяется блок РЕТ-ВАХ-2000.

Измерители тока и напряжения обоих устройств разработаны таким образом, что позволяют измерять значения нескольких типов: амплитудное, среднее, действующее, а также 1,11*среднее и 0,77*амплитудное, которые были внедрены специально для снятия характеристик намагничивания ТТ согласно РД 153-34.0-35.301-2002. Пользователь самостоятельно может выбирать необходимый тип измерения.

Также для устройств РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25 доступна программа внешнего управления, которая позволяет автоматизировать процесс снятия ВАХ. Пользователю лишь необходимо выбрать схему подключения в соответствии с необходимым максимальным уровнем тока и напряжения. Всё остальное программа делает автоматически. При завершении снятия характеристики намагничивания, программа автоматически плавно снижает напряжение и тем самым размагничивает трансформатор тока. Скорость снижения напряжения была подобрана опытным путем таким образом, чтобы полностью размагнитить трансформатор. Убедиться в этом позволяет повторяемость характеристик при снятии ВАХ.

Заключение

Испытательные устройства РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25, в которых реализованы рассмотренные методики снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока, предоставляют возможность выбора типа измерения, что позволяет проводить построения вольт-амперных характеристик, как с целью проверки витковых замыканий, так и для использования данных в расчетах погрешностей, а применение внешнего программного обеспечения для снятия ВАХ с функцией автоматического размагничивания позволяет получить достоверные результаты.

Литература:

1. ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия»,
2. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»,
3. РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения»,
4. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
5. Руководство по эксплуатации «Устройство измерительное параметров релейной защиты РЕТОМ-21».
6. Руководство по эксплуатации «Устройство измерительное параметров релейной защиты РЕТОМ-25».

Проверка трансформаторов тока с использованием комплекса РЕТОМ-21 / НПП «Динамика»

Построение ВАХ трансформаторов тока

Построение вольт-амперной характеристики (ВАХ) является одним из важных этапов проверки трансформаторов тока (ТТ). Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость напряжения одной из вторичных обмоток от намагничивающего тока со стороны этой же или другой обмотки при XX на первичной обмотке ТТ (рисунок 1). Снятие ВАХ производится в пределах от нуля до нескольких кратностей тока начала насыщения магнитопровода трансформатора, при этом напряжение  на вторичной обмотке не должно превышать  1800 В во избежание повреждений её изоляции. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных ТТ, однотипных с проверяемым, чаще всего с характеристиками ТТ других фаз того же присоединения.

Основная задача построения ВАХ – определение передаточной характеристики ТТ, которая позволяет вычислить максимально допустимую нагрузку, подключаемую к вторичной обмотке трансформатора. При насыщении магнитопровода ТТ происходит значительное изменение формы сигнала, что может привести к большим погрешностям коэффициента передачи, при этом, чем выше ток, тем больше погрешность. Поэтому при расчете уставок устройств РЗиА, подключаемых к ТТ, необходимо знать, когда трансформатор работает на линейном участке ВАХ (участок a-b Рисунок 1), а когда – на участке, отклонение которого от линейного превышает 10%  (участок b-c на рисунке 1) в момент наступления насыщения магнитопровода. На последнем участке ВАХ работа трансформатора не рекомендуется. Таким образом, максимальная нагрузка, подключаемая к вторичной обмотке ТТ, рассчитывается исходя из того, что трансформатор должен работать на линейном участке ВАХ.

Рис. 1. Типовая вольт-амперная характеристика ТТ

При снятии вольт-амперной характеристики  может быть выявлено наличие короткозамкнутых витков – одного из наиболее распространенных повреждений ТТ. Данный тип повреждения можно выявить по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. Необходимо отметить, что при проведении других проверок, например проверки коэффициента трансформации, это не обнаруживается.

Следует выделить ряд требований, предъявляемых к испытательному оборудованию, применяемому для построения ВАХ трансформаторов:

1. Источник напряжения должен обладать высокой мощностью.

Очевидно, что чем мощнее источник напряжения при снятии характеристики, тем  стабильнее синусоидальность напряжения и достовернее результаты.

В приборе РЕТОМ-21 применяется мощный источник напряжения U3, способный выдавать напряжение до 500 В мощностью до 3 кВА. При помощи данного источника можно проверять ТТ на напряжения от 0.4 до 35 кВ с напряжением насыщения магнитопровода до 500 В. Регулирование источника осуществляется при помощи ЛАТРа, выполненного из высококачественных материалов, что позволяет получать минимально возможные искажения формы сигнала.

В 2010 году научно-производственное предприятие «Динамика» начало серийный выпуск блока РЕТ-ВАХ-2000, который пришел на смену ранее производимому блоку РЕТ-ВАХ. Новый блок значительно расширил возможности прибора РЕТОМ-21. С его помощью можно получать напряжения до 2000 В. Мощность, которую способен передавать блок составляет 2 кВА, что позволяет выдавать синусоидальный сигнал на трансформаторы тока на напряжение до 750 кВ. При этом необходимо учитывать, что собственное насыщение внутреннего трансформатора блока РЕТ-ВАХ-2000 происходит при напряжении 2100 В. Это означает, что на всем рабочем диапазоне напряжений блока не происходит искажения выходного сигнала. Данная особенность РЕТ-ВАХ-2000 исключает возникновение дополнительных погрешностей при построении ВАХ.

Пример схемы подключения трансформатора тока к блоку РЕТ-ВАХ-2000 показан на рисунке 2.  

Рис. 2. Схема подключения трансформатора тока к комплексу РЕТОМ-21

2. Измеритель должен реагировать на среднеквадратичные значения тока и напряжения.

При снятии ВАХ в области насыщения магнитопровода трансформатора форма сигнала напряжения и тока искажается. Если в таких условиях в качестве измерителя использовать прибор, реагирующий на средневыпрямленное значение входных параметров, вольт-амперная характеристика оказывается завышенной из-за влияния формы сигнала на точность показаний. Приборы, реагирующие на среднеквадратичные значения (True RMS) лишены подобных недостатков.

В приборе РЕТОМ-21 имеется возможность измерения среднеквадратичного (True RMS), средневыпрямленного и амплитудного значений токов и напряжений. Это позволяет строить ВАХ трансформаторов без дополнительных погрешностей, которые могут возникнуть из-за несинусоидальности измеряемого параметра.

В приборе предусмотрена  возможность пересчета токов и напряжений с учетом коэффициента трансформации блока РЕТ-ВАХ-2000, что позволяет отображать на экране измерителя реальные напряжение и ток, подаваемые на обмотку трансформатора.

3. Снятие ВАХ не должно влиять на дальнейшую работу ТТ.

Если при снятии ВАХ ТТ прекратить подачу напряжения в точке синусоиды, отличной от нуля (рисунок 3), то на магнитопроводе трансформатора может появиться остаточное намагничивание.

Рис. 3. Некорректное отключение источника напряжения

Наличие остаточного намагничивания (точка 1 на рисунке 4) может привести к некорректной работе трансформатора при последующей подаче тока. 

Рис. 4. Петля гистерезиса магнитопровода ТТ

Выдача сигналов в приборе РЕТОМ-21 построена таким образом, что источник напряжения прибора РЕТОМ-21 отключается при переходе через ноль синусоиды входного напряжения (рисунок 5), что в свою очередь исключает возможность появления остаточного намагничивания.

Рис. 5. Корректное отключение источника

Определение однополярных выводов первичной и вторичной обмоток

Прибор РЕТОМ-21  можно использовать для определения полярности обмоток трансформатора. В начале проверки необходимо собрать схему, изображенную на рисунке 6.

Рис. 6. Схема подключения ТТ к прибору РЕТОМ-21 для определения полярности обмоток.

На первичную обмотку трансформатора подается ток с источника I5, вторичная обмотка подключается к встроенному в прибор внешнему амперметру. С помощью фазометра определяется угол между токами первичной и вторичной обмоток. Если угол между двумя этими токами близок к нулю, то выбраны однополярные обмотки, если угол близок к 180 градусам – разнополярные. Для проверки полярности обмоток небольших ТТ также можно использовать  вольтамперфазометр  РЕТОМЕТР-М2.

Проверка коэффициента трансформации ТТ

В зависимости от класса трансформатора измерение коэффициента трансформации может проводиться либо с использованием выхода U5 (максимальный ток до 750 А) прибора РЕТОМ-21 (рисунок 8)

Рис. 8. Схема подключения ТТ к выходу U5 для проверки коэффициента трансформации

либо с помощью трансформатора тока РЕТ-3000, подключенного к источнику U6 (рисунок 9). В этом случае для измерения первичного тока используется блок РЕТ-ДТ, способный измерять токи до 30 кА.

Рис. 9. Схема подключения ТТ  для проверки коэффициента трансформации

Испытание электрической прочности и сопротивления изоляции

Испытание электрической прочности и сопротивления изоляции можно проводить при помощи прибора РЕТОМ-6000, который выдает постоянное и переменное напряжение до 6 кВ.

В данном приборе предусмотрена возможность измерения токов утечки, омического сопротивления изоляции, а также построения ВАХ трансформаторов тока.

Таким образом, комплекс РЕТОМ-21 позволяет проводить полноценную проверку трансформаторов тока, предоставляя ряд преимуществ: 

– сокращаются трудозатраты и время проведения проверок;

– возможность проверки любых ТТ;

– возможность проверки ТТ без использования дополнительных вспомогательных приборов;

– достоверность получаемых результатов.

Список литературы

1. РД 153-34.0-35.301-2002 Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения / Под общей ред. B.C. Буртакова, К.С. Дмитриева.— М.: СПО ОРГРЭС 2002

В.В. Никитин
ООО «НПП «Динамика»
май 2011

Трансформаторы тока в переходных режимах / Статьи и обзоры / Элек.ру

Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.

В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.

Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.

Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I₁ • w₁ + I₂ • w₂ = I_нам • w₁

Где:

I₁ — ток в первичной обмотке;
w₁—количество витков первичной обмотки;
I₂ — ток во вторичной обмотке;
w₂ — количество витков вторичной обмотки;
I_нам — ток намагничивания.

Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.

В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.

Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.

Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.

Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).

Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке

Здесь предполагается традиционный способ выбора ТТ для релейных защит — по кривой 10% погрешности — зависимости отношения максимального первичного тока к номинальному и сопротивлению (мощности) вторичной обмотки.

Вроде бы, глядя на кривую можно сказать, что достаточная кратность обеспечинвается в широких пределах вторичных нагрузок. Однако такой способ не является точным даже с учетом коэффициента, учитывающего влияние апериодической составляющей (1,2–2), ведь как уже описывалось выше, ток намагничивания в переходном режиме может многократно отличаться от тока намагничивания в установившемся режиме.

В этой связи существует необходимость внедрения в эксплуатацию специальных трансформаторов тока для работы РЗА в переходных режимах, а также новых классов точности для них. Данный факт был отмечен еще в 60–70-е года прошлого столетия отечественными специалистами, а сегодня реализован экспертами МЭК. Следует обратить внимание, что и в России с 1 января 2014 года действует новый стандарт — ГОСТ IEC 60044-1-2013 «Трансформаторы измерительные. Часть 1. Трансформаторы тока», но он совсем не для России, ведь распространяется только на трансформаторы тока для экспортных поставок. Кроме того, данный стандарт является переведенным IEC 60044-1:2003, который был принят за рубежом в 2003 году, то есть более 10 лет назад, где теперь вместо серии 60044 внедряется серия стандартов 61869.

При переходе от IEC 60044 к IEC 61869 состав документа претерпел некоторые изменения, поэтому ГОСТ IEC 60044-1-2013 для экспорта можно назвать, как минимум, не совсем актуальным. Кроме того, ГОСТ IEC 60044-1-2013 содержит ссылки на международные стандарты, которые официально не переведены на русский язык и не введены в действие на территории РФ, даже для продукции на экспорт. Иными словами, ситуация на сегодняшний день в плане стандартизации абсолютно такая же, как и несколько лет назад — имеются только планы и структуры предлагаемой нормативно-технической базы в области измерительных трансформаторов. А заказчикам требуются трансформаторы тока с нормируемыми метрологическими характеристиками в переходных режимах. Но в связи с отсутствием нормативной базы заказчики, например ОАО «ФСК ЕЭС», вынуждены формулировать требования «своими словами» и ссылаться на нелигитимный в стране стандарт, например: «трансформаторы должны обеспечивать с заданным классом точности предел погрешности в переходных режимах, включая цикл АПВ, в том числе и неуспешное АПВ «КЗ — отключение — пауза 1 сек. — включение» согласно требованиям МЭК 44-6», а не указывать требуемый конкретный класс точности, определенный действующим нормативным документом. Справедливости ради надо отметить, что стандарт организации СТО 56947007-29.180.085-2011 «Типовые технические требования к трансформаторам тока 110 и 220 кВ», создан исключительно в соответствии с действующими ГОСТами.

С отечественным ГОСТ 7746-2001 все понятно, теперь предлагаю разобраться «как у них». IEC 61869-2, кроме традиционных 5Р и 10Р (допускаемые погрешности соответствуют ГОСТ 7746-2001) нормирует следующие классы точности трансформаторов тока для релейной защиты:

• PR — трансформатор с лимитированным значением остаточной магнитной индукции (<10%). Для него в некоторых случаях может указываться значение постоянной времени намагничивания, а также предел значения сопротивления обмотки. Величина допустимых погрешностей соответствует Таблице 1 и измеряется при токе номинальной предельной кратности.
• PX — трансформатор с низким значением индуктивного сопротивления, для которого известна вторичная характеристика намагничивания, сопротивление вторичной обмотки, сопротивление вторичной нагрузки и витковый коэффициент трансформации, а также учтены характеристики защитных устройств с которыми он будет использоваться.
• PXR — соответствует классу точности PX, но с ограничением остаточной магнитной индукции (<10%).

Также, в состав IEC 61869-2 вошли требования к классам точности трансформаторов тока для переходных режимов:

• TPX — метрологические характеристики определяеются максимальным мнгновеннным значением погрешности в течение заданного цикла переходного процесса. Остаточный магнитный поток не ограничивается.
• TPY — метрологические характеристики определяются максимальным мнгновенным значением погрешности в течение заданного цикла переходного процесса. Остаточный магнитный поток не должен превышать 10% потока насыщения.
• TPZ — метрологические характеристики определяются аплитудным мнгновенным значением переменной составляющей тока в течение однократной подачи питания при максимальной постоянной составляющей и при заданной постоянной времени вторичной цепи. Требования по ограничению погрешности постоянной составляющей отсутствуют. Остаточный магнитный поток фактически должен отсутствовать.

Таблица 2. Погрешности трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ

При изготовлении трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ на табличку с техническими данными трансформаторов тока дополнительно наносится следующая информация (Таблица 3).

Таблица 3. Дополнительная информация для трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ

Где:

I_th— номинальный ток термической стойкости трансформатора тока.
I_dyn— номинальный ток электродинамической стойкости трансформатора тока.
K_ТТ— коэффициент трансформации.
K_SCC— коэффициент номинального симметричного тока короткого замыкания (отношение номинального первичного тока короткого замыкания к номинальному первичному току. Номинальный первичный ток КЗ — среднеквадратичное значение симметричного первичного тока КЗ, на основе которого определяются номинальные метрологические характеристики ТТ). T_p — заданная постоянная времени первичной цепи.
T_s — номинальная постоянная времени вторичной цепи (сумма индуктивности намагничивания и индуктивности рассеяния, отнесенное к активному сопротивлению вторичной цепи).
Временные характеристики рабочего цикла — временные параметры цикла «включение-отключение» или «включение-отключение-включение-отключение» — длительности первого и второго протекания тока, время запаздывания во время АПВ.
R_b — номинальная активная вторичная нагрузка.

Таким образом, в стандартах IEC имеется четыре варианта классов точности ( P, PX, PR, PXR), нормируемых для установившихся режимов. Также имеется три варианта классов точности (TPX, TPY, TPZ) для переходных процессов, что по моему мнению является более чем достаточным для организации правильной работы современных микропроцессорных релейных защит с максимально возможным быстродействием, в том числе в переходных режимах. Конечно, для получения столь подробных характеристик обмоток требуется приложить некоторые усилия как проектной организации, выбирающей трансформатор тока, так и производителю при конструировании ТТ. К счастью, на сегодняшний день методики расчета переходных процессов доступны, имеются программы для математического и графического моделирования, способные вычислить необходимые параметры сети и трансформатора тока. Предприятия, производящие трансформаторы тока по стандартам IEC, производят такие расчеты автоматизированным способом.

Учитывая набирающую с каждым годом обороты политику импортозамещения, сложные текущие отношения с европейскими государствами, а также растущий курс европейской валюты, на мой взгляд, отечественным производителям трансформаторов тока было бы не лишним перенять опыт западных коллег и наладить производство вышеописанных ТТ, а органам стандартизации — предварительно обеспечить соответствующую нормативно-техническую базу.

А. А. СЕРЯКОВ,
Группа компаний «РусЭнергоМир»

Список используемой литературы:

1. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
2. ГОСТ IEC 60044-1-2013. Трансформаторы измерительные. Часть 1. Трансформаторы тока.
3. IEC 61869-2 Instrument Transformers. Part 2: Current Transformers.
4. IEC 60044-6 Instrument Transformers. Part 6: Requirements for Protective Current Transformers for Transient Performance.
5. Н.В. Чернобровов. «Релейная защита», изд. «Энергия», 1971 г.
6. В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель, И.М. Сирота, Б.С. Стогний. «Трансформаторы тока», изд. Энергоатомиздат, 1989 г.
7. И.М. Сирота. «Переходные режимы работы трансформаторов тока», Издательство Академии Наук Украинской ССР, 1961 г.
8. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29. 180.085-2011. Типовые технические требования к трансформаторам тока 110 и 220 кВ (с изменениями от 24.05.2013 г.).
9. И. Матюхов. «Измерительные трансформаторы. Нормативно-техническая документация», Новости Электротехники, №1 (85) 2014 г.

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 3 (57), 2014

Снятие характеристик намагничивания. Испытания трансформаторов тока

Устройства, пропорционально преобразующие переменный ток из одной величины в другую на основе принципов электромагнитной индукции, называют трансформаторами тока (ТТ).

Их широко используют в энергетике и изготавливают разными конструкциями от маленьких моделей, размещаемых на электронных платах до метровых сооружений, устанавливаемых на железобетонные опоры.

Цель проверки — выявление работоспособности ТТ без оценки метрологических характеристик, определяющих класс точности и углового сдвига фаз между первичным и вторичными векторами токов.

Возможные неисправности . Трансформаторы выполняются автономными устройствами в изолированном корпусе с выводами для подключения к первичному оборудованию и вторичным устройствам. Ниже приведены основные причины неисправностей:

Повреждение изоляции корпуса;
— повреждение магнитопровода;
— повреждение обмоток:
— обрывы;
— ухудшение изоляции проводников, создающее межвитковые замыкания;
— механические износы контактов и выводов.

Методы проверок . Для оценки состояния ТТ проводится визуальный осмотр и электрические проверки.

Визуальный внешний осмотр . Проводится в первую очередь и позволяет оценить:

Чистоту внешних поверхностей деталей;
— появление сколов на изоляции;
— состояние клеммников и болтовых соединений для подключения обмоток;
— наличие внешних дефектов.

Проверка изоляции . (эксплуатация ТТ с нарушенной изоляцией не допускается!).

Испытания изоляции . На высоковольтном оборудовании трансформатор тока смонтирован в составе линии нагрузки, входит в нее конструктивно и подвергается совместным высоковольтным испытаниям отходящей линии специалистами службы изоляции. По результатам испытаний оборудование допускается в эксплуатацию.

Проверка состояния изоляции . К эксплуатации допускаются собранные токовые цепи с величиной изоляции 1 мОм.

Для ее замера используется мегаомметр с выходным напряжением, соответствующим требованиям документации на ТТ. Большинство высоковольтных устройств необходимо проверять прибором с выходным напряжением в 1000 вольт.

Итак, мегаомметром измеряют сопротивление изоляции между:

Корпусом и всеми обмотками;
— каждой обмоткой и всеми остальными.

Работоспособность трансформатора тока можно оценить прямыми и косвенными методами.

1. Прямой метод проверки

Это, пожалуй наиболее проверенный способ, который по другому называют проверкой схемы под нагрузкой.

Используется штатная цепь включения ТТ в цепи первичного и вторичного оборудования или собирается новая цепь проверки, при которой ток от (0,2 до 1,0) номинальной величины пропускается по первичной обмотке трансформатора и замеряется во вторичной.

Численное выражение первичного тока делится на замеренный ток во вторичной обмотке. Полученное выражение определяет коэффициент трансформации, сравнивается с паспортными данными, что позволяет судить об исправности оборудования.

Магнитопроводы многих высоковольтных трансформаторов нуждаются в заземлении. Для этого в их клеммной коробке оборудуется специальный зажим с маркировкой буквой “З”.

На практике часто есть ограничения по проверке ТТ под нагрузкой, связанные с условиями эксплуатации и безопасности. Поэтому используются другие способы.

2. Косвенные методы

Каждый из способов предоставляет часть информации о состоянии ТТ. Поэтому следует применять их в комплексе.

Определение достоверности маркировки выводов обмоток . Целостность обмоток и их вывода определяются “прозвонкой” (замером омических активных сопротивлений) с проверкой или нанесением маркировки. Выявление начал и концов обмоток осуществляется способом, позволяющим определить полярность.

Определение полярности выводов обмоток . Вначале ко вторичной обмотке ТТ подсоединяется миллиамперметр или вольтметр магнитоэлектрической системы с определенной полярностью на выводах.

Допускается использовать прибор с нулем в начале шкалы, однако, рекомендкеься посередине. Все остальные вторичные обмотки из соображений безопасности шунтируются.

К первичной обмотке подключается источник постоянного тока с ограничивающим его ток разряда сопротивлением. Обыкновенной батарейки от карманного фонарика с лампочкой накаливания вполне достаточно. Вместо установки выключателя можно просто дотронуться проводом от лампочки до первичной обмотки ТТ и затем отвести его.

При включении выключателя в первичной обмотке формируется импульс тока соответствующей полярности. Действует закон самоиндукции. При совпадении направления навивки в обмотках стрелка движется вправо и возвращается назад. Если прибор подключен с обратной полярностью, то стрелка будет двигаться влево.

При отключении выключателя у однополярных обмоток стрелка двигается импульсом влево, а в противном случае – вправо.

Аналогичным способом проверяется полярность подключения других обмоток.

Снятие характеристики намагничивания . Зависимость напряжения на контактах вторичных обмоток от проходящего по ним тока намагничивания называют вольтамперной характеристикой (ВАХ). Она свидетельствует о работе обмотки и магнитопровода ТТ, позволяет оценить их исправность.

С целью исключения влияния помех со стороны силового оборудования ВАХ снимают при разомкнутой цепи у первичной обмотки.

Для проверки характеристики требуется пропускать переменный ток различной величины через обмотку и замерять напряжение на ее входе. Это можно делать любым проверочным стендом с выходной мощностью, позволяющей нагружать обмотку до насыщения магнитопровода ТТ при котором кривая насыщения переходит в горизонтальное направление.

Данные замеров заносят в таблицу протокола. По ним методом аппроксимации вычерчивают графики.

Перед началом замеров и после них необходимо обязательно проводить размагничивание магнитопровода путем нескольких плавных увеличений токов в обмотке с последующим снижением до нуля.

Для замеров токов и напряжений следует пользоваться приборами электродинамической или электромагнитной систем, воспринимающих действующие значения тока и напряжения.

Появление в обмотке короткозамкнутых витков уменьшает величину выходного напряжения в обмотке и снижает крутизну ВАХ. Поэтому, при первом использовании исправного трансформатора делают замеры и строят график, а при дальнейших проверках через определенное время контролируют состояние выходных параметров.