7.8 Устройства измерения напряжения и тока
Областями применения устройств измерения напряжения и тока являются:
Защита
Измерение
Учет потребления
Опционально могут применяться стандартные трансформаторы тока и напряжения и/или датчики тока и напряжения.
Трансформаторы тока
Принцип индуктивной передачи трансформаторов тока основывается на применении ферромагнитного сердечника. Независимо от его устройства (проходной или опорного типа, с первичной шиной или с первичной обмоткой), в трансформаторах тока наблюдаются эффекты гистерезиса и насыщения. В пределах номинального тока первичные и вторичные токи пропорциональны и совпадают по фазе.
Трансформаторы напряжения
Индуктивные трансформаторы напряжения являются трансформаторами малой емкости, в которых первичные и вторичные напряжения пропорциональны и совпадают по фазе. Первичная и вторичная обмотки гальванически развязаны.
Датчики напряжения
Датчики напряжения работают на принципе потенциометрического резистора. Выходной сигнал датчика напряжения пропорционален первичному напряжению и линеен в рабочем диапазоне.
Датчики тока
Датчик тока работает по принципу катушки Роговского. Это катушка, которая состоит из равномерной обмотки на замкнутом немагнитном сердечнике постоянного сечения. Индуцируемое напряжение во вторичной цепи пропорционально изменению во времени первичного тока. То есть токовый сигнал датчика имеет сдвиг по фазе на 90°, который должен компенсироваться для интегрирования при последующей обработке сигнала.
Преимущества сенсорной технологии
Применима для защиты и измерения
Размер: датчики значительно меньше индуктивных измерительных трансформаторов
Большой динамический диапазон (амплитуда и полоса частот)
Датчики нечувствительны к феррорезонансу и постоянной компоненте тока
Устойчивость к коротким замыканиям
Универсальность применения
Устойчивость компонентов к испытаниям переменным и постоянным токами
Высокая надежность и доступность
Отсутствие опасности от оголенных соединений
Малый нагрев.
Рис. 7.8.2. Принцип действия датчика тока
Рис. 7.8.1. Принцип действия датчика напряжения
Могут применяться следующие устройства измерения напряжения и тока (см. рис. 7.8.3):
Устройство А: Трансформатор опорного типа, датчик опорного типа или комбинированный опорный трансформатор датчик в отсеке выключателя;
Устройство В: Для измерения тока: Трансформатор с кольцевым сердечником или кольцевой датчик (1 кабель на фазу) в отсеке подключения кабелей;
Устройство С: Трансформатор тока нулевой последовательности под ячейкой (в кабельном канале);
Устройство D: Опциональный трансформатор тока между трех- позиционным разъединителем и выключателем в ячейке секционного выключателя и секционного разъединителя;
Устройство Е: Трансформатор напряжения (только вне газового отсека, штекерного типа и изолируемый в условиях заземления).
Стандартные трансформаторы тока и напряжения могут быть сертифицированы.
Рис. 7.8.3. Устройства измерения тока и напряжения
Таблица 7.8.1: Применение устройств измерения тока и напряжения при различных концепциях защиты и управления (см. также раздел 5)
Концепция защиты и управления
Устройство | Состав | Блок защиты и управления RE_ | Блок защиты и управления RE_ + дополнительные функции | Альтернативные устройства защиты + стандартные устройства управления |
A | Несколько трансформаторов тока | • | • | • |
Датчик тока | • |
|
| |
Датчик тока + трансформатор тока |
| • |
| |
Датчик тока + датчик напряжения | • |
|
| |
Датчик тока + трансформатор тока + датчик напряжения |
| • |
| |
B | Датчик тока (1 кабель на фазу) | • |
|
|
Трансформатор тока |
|
| • | |
C | • | • | • | |
D |
| • | • | |
E | Трансформатор напряжения | • | • | • |
7.8.1 Трансформаторы и датчики опорного типа
Опорный трансформатор или опорный датчик (рис. 7.8.1.1 и 7.8.1.2) заливается в смолу и устанавливается в газовом отсеке, таким образом защищается от внешних воздействий. Клеммник зажимов легкодоступен с внешней стороны. Сечение соединительных проводов равно 2.5 мм2 (большие сечения по запросу).
Клеммник зажимов уплотняемый. Преимущество опорных трансформаторов перед трансформаторами с кольцевым сердечником заключается в том, что требуется только один трансформатор при применении нескольких кабелей на фазу. Для трансформаторов тока с кольцевым сердечником при установке кабеля никакие дополнительные действия не требуются.
Рис. 7.8.1.2. Схема трансформатора / датчика опорного типа (пример)
Возможные комбинации датчиков тока, трансформаторов и датчиков напряжения представлены в таблице 7.8.1.
Датчик тока
Датчики тока для номинальных токов до 1250 A имеют три отвода. Датчик может быть отрегулирован для соответствия рабочему диапазону тока посредством соответствующего подсоединения вторичной обмотки на клеммнике (см. рис. 7.8.1.3).
Датчик тока для номинальных токов до 2500 A имеет один отвод (см. рис. 7.8.1.4).
Точность измерения выше 1%.
Датчик напряжения
Датчик напряжения для рабочих напряжений до 6 кВ имеет коэффициент трансформации 5000:1, для рабочих напряжений до 6 кВ коэффициент 10000:1 и для напряжения 36 кВ коэффициент 20000:1 (см. рис. 7.8.1.3 и 7.8.1.4).
Точность измерения выше 1%.
Трансформатор тока
Рис. 7.8.1.1. Трансформатор или датчик опорного типа
Когда используются только трансформаторы тока с сердечниками, устройство может включать до трех сердечников в ячейке шириной 600 мм и до пяти сердечников в ячейке шириной 800 мм (см. также раздел 7.8.4).
Рис. 7.8.1.3. Схема устройств измерения тока и напряжения в газовом отсеке, пример с датчиками тока и напряжения, номинальный ток < 1250 А
Рис. 7.8.1.4. Схема устройств измерения тока и напряжения в газовом отсеке, пример с датчиками тока и напряжения, номинальный ток 2500 А
7.8.2 Трансформаторы тока с кольцевыми сердечниками
Обмотка трансформатора с кольцевым сердечником находится в оболочке из эпоксидной смолы. Трансформатор имеет клеммник с выводами обмотки или встроенные соединительные кабели. Сечение соединительных проводов равно 2.5 мм2 (большие сечения по заказу). В зависимости от первичного тока в трансформаторе с кольцевым сердечником могут находиться до трех сердечников. Обычно используется один трансформатор на фазу.
Рис. 7.8.2.1. Трансформатор тока с кольцевым сердечником
Предлагаются следующие модели:
Рис. 7.8.2.2. Трансформатор тока с кольцевым сердечником (один кабель на фазу, типоразмер штекера 2)
В показанных моделях первичный кабель с установленным адаптером может пройти через трансформатор. Могут поставляться другие типы трансформаторов с кольцевым сердечником (то есть с меньшим внутренним диаметром или большей высотой) и по заказу возможна установка двух трансформаторов на фазу.
Трансформаторы тока нулевой последовательности
Трансформаторы тока нулевой последовательности являются специальными трансформаторами с кольцевыми сердечниками. Так как все силовые кабели проходят через трансформатор, отверстие трансформатора должно быть большим. Из-за большого размера трансформаторы тока нулевой последовательности устанавливаются в кабельном канале под ячейкой.
Рис. 7.8.2.3. Трансформатор тока с кольцевым сердечником (один кабель на фазу до типоразмера штекера 3)
Рис. 7.8.2.4. Трансформатор тока с кольцевым сердечником (два кабеля на фазу до типоразмера штекера 2)
Рис. 7.8.2.5. Трансформатор тока с кольцевым сердечником (два кабеля на фазу до типоразмера штекера 3)
7.8.3 Датчики с кольцевыми сердечниками
Катушка Роговского датчика с кольцевым сердечником (рис. 7.8.3.1) заключена в оболочку из эпоксидной смолы. Датчик имеет клеммник с тремя выводами обмотки. Рабочий диапазон датчика устанавливается на клеммнике. Подсоединенная вторичная проводка без разрыва направляется к устройству защиты. Датчики с кольцевыми сердечниками могут применяться в ячейках с одним кабелем на фазу.
Кабельные адаптеры устанавливаются после прохождения кабелей через соответствующие датчики.
Рис. 7.8.3.1. Датчики с кольцевыми сердечниками
Вес датчика с кольцевым сердечником составляет около 2,5 кг.
Рис. 7.8.3.2. Схема датчика с кольцевым сердечником
7.8.4 Размеры сердечников трансформаторов тока
Размеры сердечников трансформаторов тока определяются в соответствии с заказом, принимая во внимание следующие факторы:
Применение (защита, измерение или учет энергопотребления)
Первичные и вторичные переменные (номинальный, короткого замыкания и вторичный токи)
Характеристики точности и преобразования
Мощность трансформатора
Таблица 7.8.4.1: Технические характеристики трансформаторов тока опорного типа (Устройство A)
Номинальное напряжение |
| кВ | 24 | 36 |
Максимальное рабочее напряжение |
| кВ | 24 | 40.5 |
Номинальное выдерживаемое испытательное напряжение промышленной частоты | Ud | кВ | 50 | 70 (85) |
Номинальное выдерживаемое напряжение полного грозового импульса | U | кВ | 125 | 170 (185) |
Номинальная частота | fr | Гц | 50* | |
Номинальный ток термической стойкости | Itherm |
| 100/250 x Ir, макс. 31.5 ^ / 3 s | |
Номинальный ток электродинамической стойкости | Ip |
| 80 | |
*60 Гц по заказу
Таблица 7.8.4.3: Характеристики сердечника (Устройство A)
Ширина ячейки |
| мм | 600 | 800 |
Номинальный первичный ток | I r | А | ...1250 | ...1250 ! ...2500 |
Номинальный вторичный ток |
| А | 1 или 5 | |
Максимальное количество сердечников |
|
| 3 | 5 i 5 |
Измерительные сердечники | Мощность * | ВА | 2.5 до 15 | |
|
| 0.2 / 0.5 / 1 | ||
| Мощность 2) | ВА | 2.5 до 30 | |
Сердечники для защит | Класс 2) |
| 5Pдо 10P | |
Коэффициент перегрузки 2) |
| 10 до 20 | ||
7.8.5 Трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения (рис. 7.8.5.1) всегда располагаются вне газовых отсеков. Они являются трансформаторами штекерного типа (типоразмер штекера 2 в соответствии с DIN 47537 и EN 50181). Изолирующие системы в газовых отсеках (рис. 7.8.5.2) подключены последовательно с разъемами. Таким образом, трансформаторы напряжения могут быть изолированы для испытательных целей с заземлением и отсутствует необходимость в их демонтаже для испытания.
Рис. 7.8.5.1. Трансформатор напряжения на ячейке кабельного подключения
Изолирующая система разъемов трансформаторов напряжения в системах измерения для сборных шин также предусматривает функцию заземления для изолированных трансформаторов.
Ширина ячейки, которая требуется для разных номинальных напряжений, и другие технические характеристики приведены в таблицах 7.8.5.1 и 7.8.5.2.
Рис. 7.8.5.2. Разъемы для трансформатора напряжения с последовательными изолирующими системами
Таблица 7.8.5.1: Технические характеристики трансформаторов напряжения | |||||||
Номинальное напряжение | Ширина ячейки | Макси- мальная мощность | Класс | Номинальное вторичное напряжение измерительной обмотке | Номинальное вторичное напряжение обмотки напряжения нулевой после- дователь- ности | Номинальный ток термической стойкости в обмотке измерения с номинальным коэффициентом напряжения 1,2 / постоянно | Номинальный длительный ток термической стойкости обмотки напряжения нулевой последо- вательности с номинальным коэффициентом напряжения 1,9 / 8 ч |
[кВ] | [мм] | [ВА] |
| [В] | [В] | [A] | [A] |
|
| 15 | 0.2 | 100 / V3 110 / V3 | 100 / 3 110 / 3 |
|
|
| 600 | 45 | 0.5 | 4 | 4 | ||
до 24 кВ |
| 100 | 1 |
|
| ||
| 30 | 0.2 | 100 / V3 110 / V3 | 100 / 3 110 / 3 |
|
| |
| 800 | 75 | 0.5 | 6 | 6 | ||
|
| 150 | 1 |
|
| ||
|
| 30 | 0.2 | 100 / V3 110 / V3 | 100 / 3 110 / 3 |
|
|
> 24 до 36 кВ | 800 | 75 | 0.5 | 6 | 6 | ||
|
| 150 | 1 |
|
| ||
Таблица 7.8.5.2: Номинальное выдерживаемое напряжение промышленной частоты
Номинальное напряжение [кВ] | Номинальное выдерживаемое напряжение промышленной частоты (1 мин.) |
< 6 | 5 x Ur |
6 до 12 | 28 |
> 12 до 17.5 | 38 |
> 17.5 до 24 | 50 |
> 24 до 36 | 70 |
Компания АВВ предлагает соответствующие решения для защиты и автоматизации для всех сфер применения. В таблице 7.9.1 ниже приведен обзор наиболее важных устройств защиты с указанием сфер их применения. Более подробная информация приведена в Интернете. Также Вы можете обратиться за консультацией к уполномоченным представителям АВВ.
