Снятие вольт амперной характеристики трансформатора тока

Вольт-амперная характеристика является основной при оценке исправности ТТ. Используются такие характеристики и для определения погрешностей ТТ.

Согласно ГОСТ 7746-89 одной из характеристик ТТ является ток намагничивания вторичной обмотки, измеренный при приложении к ней напряжения, определяемого по формуле настоящей Инструкции, и представляющий собой одну точку ВАХ. Снятие всей ВАХ ГОСТ 7746-89 не относит к обязательным проверкам ТТ.

Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость напряжения одной из обмоток (чаще всего вторичной) от намагничивающего тока со стороны этой же или другой обмотки при XX ТТ.

Наиболее распространенная неисправность ТТ — витковое замыкание — выявляется по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. В соответствии с пунктом 7.4 РД 34.45-51.300-97 снятие характеристики намагничивания магнитопровода ТТ предусматривается для выявления короткозамкнутых витков, оно производится в пределах до начала насыщения, но не выше 1800 В. 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. Для такого сравнения достаточно совпадения характеристик с точностью в пределах их заводского разброса.

а — ТТ ТВ-35, 300/5 А; б — ТТ ТВД-500, 2000/1;

• 1 — исправный трансформатор тока; 2 — закорочен один виток;
• 3 — закорочены два витка; 4 — закорочены восемь витков

Рисунок 1 — Вольт-амперные характеристики при витковых замыканиях во вторичной обмотке

На рисунке 1 в качестве примера показаны ВАХ ТТ ТВ-35 и ТВД-500 при витковых замыканиях во вторичной обмотке. Снижение ВАХ происходит потому, что ТТ из режима XX переходит в режим КЗ. При этом замкнувшиеся витки являются вторичной обмоткой, и сопротивление этой обмотки шунтирует ветвь намагничивания (сопротивление Z02 на рисунке 1, в), что приводит к значительному уменьшению входного сопротивления ТТ. Необходимо отметить, что витковые замыкания при других проверках (например, при проверке коэффициента трансформации) обычно не обнаруживаются.

Снятие ВАХ для проверки отсутствия замыкания витков должно проводиться при новом включении и в соответствии со сроками профилактики ТТ. Для целей диагностики замыканий в обмотках несуществен способ подачи напряжения на ТТ, ток и напряжение при снятии характеристик могут фиксироваться приборами любой системы, если повторные измерения при плановых проверках производятся в идентичных условиях. При первом включении сравнение ведется между однотипными ТТ разных фаз. При плановых проверках достаточно проверить одну — две точки ВАХ.

В соответствии с п. 3.2.29 ТТ, предназначенные для питания токовых цепей устройств релейной защиты от КЗ, должны обеспечивать некоторую предельную погрешность в расчетных точках зоны действия питаемых ими защит. Для расчета погрешности ТТ (если напряжения в расчетных режимах защиты выходят за пределы линейности его магнитопровода) необходимо снять характеристику намагничивания вплоть до расчетного напряжения защиты (но не более чем до 1800 В на всю вторичную обмотку). Более подробно о пределах напряжения сказано ниже.

Если ВАХ снимается для последующего расчета погрешностей, необходимо учитывать большую зависимость результатов измерений от методики проверки ВАХ. В зависимости от формы кривой напряжения, формы намагничивающего тока, а также типов используемых измерительных приборов, могут быть получены разные характеристики для одного и того же ТТ. Следует отметить, что ТТ при наиболее распространенном в расчетах релейной защиты значении погрешности в 10% можно считать линейными источниками тока с синусоидальной вторичной ЭДС. Поэтому ВАХ следует снимать, поддерживая напряжение близким по форме к синусоиде.

При снятии ВАХ в области насыщения синусоида напряжения U2 всегда искажается. При этом изменяется и форма кривой намагничивающего тока. Вольт-амперная характеристика оказывается завышенной. Чем мощнее источник напряжения при снятии характеристики, тем стабильнее синусоидальность напряжения и правильнее результаты. Для использования ВАХ в расчете погрешностей следует снимать ее при питании синусоидальным напряжением от мощного источника, используя приборы, реагирующие на среднее абсолютное значение напряжения и действующее значение тока. Следует также помнить, что при равных мощностях источников регулирование напряжения автотрансформатором искажает форму кривой напряжения меньше, чем регулирование потенциометром, а всего более напряжение искажается при регулировании тока реостатом.

Синусоидальность всех переменных величин при проверках ТТ здесь и далее достаточно контролировать визуально, а при использовании анализаторов гармонического состава следует считать допустимым коэффициент высших гармоник до 5%.

Нужно различать магнитные характеристики отдельного магнитопровода и магнитные характеристики магнитопровода в конструкции ТТ. Во всем диапазоне режимов ТТ работает по характеристике конструкции, которая, например, для ТТ 6-10 кВ существенно отличается от характеристики магнитопровода за счет взаимной индукции обмоток по воздуху. Характеристика конструкции снимается как проходная зависимость E2 (I12) или E12 (I2), где.

В амплитудных величинах характеристики E2 (I12) и E12 (I2) идеально совпадают только для ТТ с одним магнитопроводом. В ТТ с несколькими магнитопроводами взаимная однозначность характеристик E2 (I12) и E12 (I2) нарушается, поскольку при возбуждении первичной обмотки все магнитопроводы находятся в одинаковом состоянии, а при возбуждении вторичной (одной) обмотки нарушается симметрия состояний магнитопроводов. Характеристика E12 (I2) идет ниже характеристики E2 (I12). Для ТТ с несколькими магнитопроводами предпочтительнее характеристика E2 (I12). Используя характеристику E2 (I12), нужно помнить, что полученные результаты могут отличаться в зависимости от нагрузки соседней обмотки. Это актуально тем более, чем сильнее магнитные поля ТТ. Если не обеспечены реальные нагрузки на соседние вторичные обмотки, то теряется однозначность снятия, например кривой предельной кратности. В то же время характеристики намагничивания конструкции и магнитопровода ТТ в режимах с токовой погрешностью в пределах 10% практически совпадают, что позволяет рекомендовать характеристику E12 (I2) и даже U2(I2) для инженерных расчетов.

На рисунке 2 показаны характеристики ТТ ТВ-35, 150/5, полученные при разных формах кривых тока и напряжения и при измерении их действующих значений. Наиболее высокая характеристика соответствует намагничивающему току, близкому к синусоидальному, и несинусоидальному напряжению, а наиболее низкая — к синусоидальному напряжению и несинусоидальному намагничивающему току.

Рисунок 2 — Вольт-амперные характеристики трансформатора тока ТВ-35, 150/5 при проверке различными способами

1 — схема с автотрансформатором; 2 — схема с потенциометром; 3 — схема с реостатом

Для снятия ВАХ должна применяться испытательная схема с мощным автотрансформатором или автотрансформаторами (рисунок 3, в или г) как обеспечивающая наименьшее искажение синусоиды напряжения. Схемы с реостатом и потенциометром (см. рисунок 3, а и б) не рекомендуются.

Рисунок 3 — Схемы проверки ВАХ

а — схема с реостатом; б — схема с потенциометром; в — схема с автотрансформатором; г — схема с двумя автотрансформаторами ЛАТР-2; д — схема при подаче тока намагничивания в первичную обмотку.

трансформатор ток обмотка

При необходимости снять ВАХ со стороны первичной обмотки следует применять схему, показанную на рисунке 3, д.

В любом случае форму кривой напряжения полезно контролировать электронным осциллографом.

При невозможности обеспечить удовлетворительную синусоидальность напряжения можно рекомендовать измерять напряжение вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения Uср, а ток — амперметром, реагирующим на амплитуду тока I02макс. Характеристика же должна строиться в действующих значениях этих параметров. Получаемые характеристики не вполне будут соответствовать заводским типовым характеристикам намагничивания, но для проверки отсутствия замыкания витков они пригодны.

При сборке испытательной схемы для проверки ВАХ следует всегда заботиться о малом потреблении вольтметра и включать вольтметр так, чтобы его ток не измерялся вместе с током Iнам. Это особенно важно при снятии начальной части характеристики намагничивания до значений тока 0,2 — 0,3 А. Для этого вольтметр нужно включать так, как показано на схемах рисунка 3.

НПП «Динамика» более 20 лет специализируется на разработке и изготовлении высокотехнологичных испытательных устройств серии РЕТОМ.

В статье представлена методика проверки трансформаторов тока, составленная в соответствии с РД 153-34.0-35.301-2002, с использованием испытательного комплекса РЕТОМ-21, в состав которого входят прибор РЕТОМ-21, измерительно-трансформаторный блок РЕТ-ВАХ-2000, прибор для проверки электрической прочности изоляции РЕТОМ-6000, преобразователь измерительный РЕТ-ДТ, вольтамперфазометр РЕТОМЕТР-М2.

Построение ВАХ трансформаторов тока (пункт 3.7 РД 153-34.0-35.301-2002)

Построение вольт-амперной характеристики (ВАХ) является одним из важных этапов проверки трансформаторов тока (ТТ). ВАХ представляет собой зависимость напряжения одной из вторичных обмоток от намагничивающего тока со стороны этой же или другой обмотки при XX на первичной обмотке ТТ (рис. 1). Снятие ВАХ производится в пределах от нуля до нескольких кратностей тока начала насыщения магнитопровода ТТ, при этом напряжение на вторичной обмотке не должно превышать 1800 В. 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. 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 ТТ работает на линейном участке ВАХ (участок a-b, рис. 1), а когда – на участке, отклонение которого от линейного превышает 10 процентов (участок b-c, рис. 1) в момент наступления насыщения магнитопровода. На последнем участке ВАХ длительная работа ТТ не рекомендуется.

Снятие ВАХ позволяет определить максимальную нагрузку, которую можно подключить к вторичной обмотке ТТ, при этом он должен работать на линейном участке ВАХ.

При снятии ВАХ 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. При проведении других проверок, например при проверке коэффициента трансформации или измерении активного сопротивления вторичной обмотки, это не обнаруживается.

Следует выделить ряд требований к испытательному оборудованию, применяемому для построения ВАХ ТТ.

Во-первых, источник напряжения должен обладать большой мощностью.

При снятии ВАХ необходим источник напряжения, который бы не изменял свой сигнал при изменении сопротивления нагрузки, так как полное сопротивление вторичной обмотки ТТ меняется в ходе проверки и зависит от тока, протекающего по ней.

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, что позволяет получать минимально возможные искажения формы сигнала.

В 2010 году НПП «Динамика» начало серийный выпуск измерительно-трансформаторного блока РЕТ-ВАХ-2000, который значительно расширил возможности прибора РЕТОМ-21. С его помощью можно получать напряжения до 2000 В. Номинальная мощность блока – 2 кВА, что позволяет подавать синусоидальный сигнал на обмотки ТТ напряжением до 750 кВ. При этом собственное насыщение внутреннего трансформатора РЕТ-ВАХ-2000 происходит при напряжении 2100 В. Это значит, что на всем его рабочем диапазоне напряжений не происходит искажения выходного сигнала. Данная особенность исключает возникновение погрешностей при построении ВАХ.

Во-вторых, оборудование должно достоверно измерять сигналы любой формы.

При снятии ВАХ в области насыщения магнитопровода ТТ форма сигнала напряжения и тока искажается. Если в качестве измерителя использовать прибор, реагирующий на средневыпрямленное значение входных параметров, ВАХ оказывается завышенной из‑за влияния формы сигнала на точность показаний. Приборы, реагирующие на среднеквадратичные значения, лишены подобных недостатков.

В приборе РЕТОМ-21 имеется возможность измерения среднеквадратичного, средневыпрямленного и амплитудного значений токов и напряжений. Это позволяет строить ВАХ ТТ с учетом предпочтений потребителя и исключать дополнительные погрешности, появляющиеся из‑за искажения формы сигнала.

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 ТТ.

В-третьих, проверка ТТ не должна сказываться на последующей его работе.

Если при снятии ВАХ ТТ прекратить подачу тестового сигнала в точке синусоиды, отличной от нуля (рис. 2), то магнитопровод останется в намагниченном состоянии. Наличие остаточного намагничивания может привести к некорректной работе ТТ при последующей подаче тока.

Выдача сигналов в приборе РЕТОМ-21 построена таким образом, что источник напряжения прибора РЕТОМ-21 отключается при переходе через ноль синусоиды входного напряжения (рис. 3), что в свою очередь исключает возможность появления остаточного намагничивания.

Благодаря такому режиму работы источника имеется возможность построения ВАХ при импульсной подаче напряжения на обмотку ТТ. При этом пользователь самостоятельно выбирает время выдачи сигнала и время паузы между импульсами.

Определение однополярных выводов первичной и вторичной обмоток (пункт 3.6 РД 153-34.0-35.301-2002)

Для определения полярности обмоток ТТ с помощью прибора РЕТОМ-21 на первичную обмотку подается ток с источника I5, вторичная обмотка подключается к встроенному в прибор внешнему амперметру (рис. 4). С помощью фазометра определяется угол между токами первичной и вторичной обмоток. Если угол между этими двумя 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.

Измерение активного сопротивления вторичной обмотки (пункт 3.8 РД 153‑34.0‑35.301‑2002)

Для определения активного сопротивления постоянному току вторичной обмотки ТТ используется выход U4, позволяющий выдавать постоянный ток до 8 А (рис. 5). Для удобного получения результатов измерения сопротивлений в приборе РЕТОМ-21 предусмотрена функция подсчета сопротивлений разных типов: полного, активного, реактивного.

Испытание электрической прочности и сопротивления изоляции (пункт 3.5 РД 153‑34.0‑35.301‑2002)

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 ТТ. РЕТОМ-6000 позволяет производить проверку электрической прочности изоляции вторичной обмотки любых ТТ.

Таким образом, для решения задачи диагностики трансформаторов тока НПП «Динамика» предлагает использовать универсальный испытательный комплекс РЕТОМ-21. С его помощью пользователь не только может провести полноценные проверки ТТ без использования каких‑либо вспомогательных приборов, но и будет уверен в достоверности и высокой точности полученных результатов, при этом время и трудозатраты, необходимые на проведение испытаний, сократятся в несколько раз.

428015, г. Чебоксары, ул. Анисимова, 6
Тел./факс: (8352) 458126, 456035, 580713
dynamics@chtts.ru, www.dynamics.com.ru

Электрические сети, Изоляция , Мощность, Напряжение , Трансформаторы, Кабельная арматура, Провод, Электроэнергетика

Проверка трансформаторов тока с использованием комплекса РЕТОМ-21

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;