Введение

Трансформатор тока – это устройство, которое пропорционально преобразует переменный первичный ток в пониженный вторичный ток для использования его реле, счетчиками электроэнергии, контрольным оборудованием и другими приборами. ТТ широко применяются в электроэнергетической отрасли и играют важную роль в мониторинге и защите электроэнергетических систем. Неисправность ТТ может вызвать значительные повреждения основного электрооборудования, что может сказаться на бесперебойности питания ответственных потребителей электроэнергии. Для обеспечения надежной работы систем проводится периодическая проверка трансформаторов тока, основной целью которой являются проверка работоспособности и оценка их технического состояния.

Поскольку ТТ представляют собой разные по типу исполнения и размерам устройства – от небольших приборов внутри терминалов до громоздких конструкций, устанавливаемых на железобетонных опорах на территориях ОРУ (рис.1), – для их проверки требуется испытательное оборудование с широким диапазоном выходных и измеряемых параметров.

а)                                                                                       б)
Рис. 1. Трансформаторы тока: а) 660 В 150/5А; б) 500 кВ 1500/5А

В основном выделяют такие причины неисправностей ТТ, как повреждение изоляции, повреждение магнитопровода, дефекты в обмотках. Периодическая проверка позволяет выявить неисправности на ранней стадии и предотвратить серьезные последствия, вызванные повреждениями трансформаторов тока. Визуальный осмотр позволяет оценить чистоту поверхностей, наличие сколов на изоляции, состояние клемм подключения, а также выявить наличие внешних дефектов. Для полноценного анализа необходимо проведение электрических проверок, которые описаны в нормативной документации [1-9] и будут рассмотрены далее.

1. Измерение сопротивления изоляции

Измерение сопротивления изоляции производится на закороченной обмотке относительно корпуса. Другая обмотка должна быть закорочена и заземлена. Показания сопротивления записываются через 1 минуту после начала измерений. Резкое падение значений сопротивления изоляции во время измерения указывает на ухудшение качества изоляции, и для диагностики проблемы требуются дальнейшие исследования.

Для трансформаторов тока напряжением более 600 В измерения производятся с применением мегаомметра на 2500 В, а для ТТ меньшего класса напряжения – обычно выполняются при 1000 В.

На рис. 2 приведена схема испытаний с применением устройства РЕТОМ-6000. Благодаря встроенному мегаомметру прибор позволяет измерять сопротивление изоляции ТТ в пределах от 100 кОм до 2 ГОм. При этом измерения максимально автоматизированы – пользователь задает уровень испытательного напряжения, а на экране отображаются ток утечки и длительность измерения.

Рис. 2. Измерение сопротивления изоляции первичных цепей ТТ

У каскадных ТТ сопротивление изоляции измеряется для трансформатора тока в целом. При неудовлетворительных результатах сопротивление изоляции дополнительно измеряется на каждой ступени. Граничные значения сопротивлений изоляции приведены в соответствующей нормативной документации [1].

2. Измерение коэффициента трансформации

Коэффициент трансформации ТТ представляет собой отношение первичного входного тока ко вторичному выходному току. Измеренное значение данного коэффициента сравнивается с паспортными данными с целью выявления короткозамкнутых витков обмотки. В случае отсутствия проверочного оборудования с необходимым диапазоном выдачи переменного тока для измерения может быть использован источник напряжения, который подключается к вторичной обмотке, а замеры выходного напряжения производятся на первичной обмотке. Для обеспечения точности при таком подходе необходимо учитывать потери, поэтому формула для расчета коэффициента трансформации ТТ будет выглядеть следующим образом (1):

                               (1)

где UТЕСТ  – напряжение, прикладываемое ко вторичной обмотке ТТ,

IТЕСТ – ток, протекающий по вторичной обмотке во время проведения измерения,

RОБМ – сопротивление вторичной обмотки,

UПЕРВ – напряжение на первичной обмотке ТТ.

Рис. 3. Схема измерения коэффициента трансформации ТТ

Для данного типа испытаний применяются комплексы РЕТОМ-21 или РЕТОМ-25, которые позволяют выдавать ток от сотен миллиампер до 3,5 кА (при совместном использовании блока РЕТ-3000), что обеспечивает измерение коэффициента трансформации практически всей номенклатуры ТТ. Пример схемы измерения с помощью устройства РЕТОМ-21 приведен на рис. 3. Проверка выполняется путем подачи тока на первичную обмотку и измерения его выходного значения на вторичной обмотке. Одновременно с данным измерением может быть произведена проверка фазовой погрешности и полярности (описано далее), что позволяет ускорить тестирование ТТ.

3. Проверка полярности ТТ

Под полярностью ТТ понимается определенный порядок расположения выводов его вторичной обмотки, обеспечивающий условия для передачи токового сигнала в нужной фазе. 

Существует несколько способов проверки полярности ТТ с помощью оборудования НПП «Динамика»:

  • применение комплексов РЕТОМ-21/25, которые обеспечивают тестирование любых ТТ. Схема подключения соответствует схеме измерения коэффициента трансформации (рис. 3), однако необходимо настроить прибор для отображения на экране значения разности фаз между измерителем первичного и вторичного тока. При нулевой разнице фазы считается, что катушки включены правильно, в противном случае (разница фаз – 180 градусов), контакты второй обмотки необходимо поменять местами.
  • применение вольтамперфазометра РЕТОМЕТР-М2 (рис. 4), в котором предусмотрен специальный режим для определения прямого или обратного подключения обмоток ТТ мощностью до 10 ВА. Прибор автоматически определяет полярность выводов, а также сигнализирует о наличии внешнего напряжения или обрыве обмотки ТТ.
  • применение блока РЕТ-ПТ, позволяющего определять полярность ТТ мощностью до 10 ВА, а также целостность цепей (рис. 5). Блок удобен в эксплуатации благодаря компактности, автономности и простоте использования – проверка производится буквально одним нажатием кнопки.

Рис. 4. Проверка полярности ТТ с помощью ВАФ РЕТОМЕТР-М2

Рис. 5. Проверка полярности ТТ с помощью блока РЕТ-ПТ

Выбор устройства для проверки полярности ТТ определяется целью испытания, местом его проведения и имеющимся в арсенале пользователя проверочным оборудованием. При комплексной проверке ТТ целесообразно применение устройства РЕТОМ-21/25, а при экспресс-проверках – более компактных приборов РЕТОМЕТР-М2 или РЕТ-ПТ.

4. Проверка характеристики намагничивания ТТ

Характеристика намагничивания (или вольт-амперная характеристика) трансформатора тока представляет собой зависимость напряжения на выводах вторичной обмотки от тока, протекающего по ней, и является одной из наиболее важных характеристик ТТ. При проведении данного испытания выводы первичной обмотки остаются разомкнутыми, а на выводы вторичной обмотки подаётся регулируемое напряжение от независимого источника.

Для снятия ВАХ может применяться комплекс РЕТОМ-25 – для проверки ТТ с напряжением насыщения 250 В, или РЕТОМ-21 – для ТТ с напряжением насыщения 500 В.

На рис. 6 приведена схема измерения характеристики намагничивания ТТ с помощью РЕТОМ-21, а также блока РЕТ-ВАХ-2000, который увеличивает выдаваемое прибором напряжение до допустимых нормативной документацией 1800 В.

Рис. 6. Схема измерения характеристики намагничивания ТТ с помощью РЕТОМ-21 и РЕТ-ВАХ-2000

Процедура измерения характеристики намагничивания описана во многих нормативных документах, среди которых ПУЭ-7 (п. 1.5.17), СТО 34.01-23.1-001-2017, ГОСТ-7746-2001 (п. 9.8), РД 153-34.0-35.301-2002 (п. 3.7), МЭК 60044, МЭК 61869-2, IEEE C57/13 [1-9]. Знакомство с этими документами позволяет сделать вывод о том, что разные стандарты регламентируют разные типы измерения для снятия ВАХ (табл.1), а также разный выходной результат: несколько точек ВАХ, график целиком или рассчитанная точка перегиба. Принятой нормой является отклонение результатов на величину не более 10%. Поэтому важным аспектом данного испытания является наличие в испытательном устройстве измерителей тока и напряжения с поддержкой различных стандартов. В РЕТОМ-21/25 реализованы все типы измерения, позволяющие проводить расчет точки перегиба по любому из приведенных в таблице стандартов.

Таблица 1. Типы измерений для снятия вольт-амперной характеристики ТТ
Стандарт Тип измерения напряжения/тока
ГОСТ 7746-2001 Среднее/RMS
РД 153-34.0-35.301-2002 Среднее/RMS
МЭК 60044-1 RMS/RMS
МЭК 60044-6 RMS (ЭДС)/Амплитудное
МЭК 61869-2 Средневыпрямленное/RMS
IEEE C57/13 RMS (ЭДС)/RMS


Полностью автоматизировать процесс снятия ВАХ позволяет программа «Трансформатор тока», входящая в состав ПО комплексов РЕТОМ-21/25. При работе с данной программой пользователю достаточно выбрать схему подключения согласно необходимому максимальному уровню тока и напряжения ВАХ, задать шаг и запустить проверку. Программа в автоматическом режиме строит кривую намагничивания, повышая выходное напряжение и фиксируя значения тока и напряжения на каждом шаге. По завершении построения программа автоматически плавно снижает напряжение и тем самым размагничивает ТТ (рис. 7). В результате формируется протокол испытаний, отображающий график кривой намагничивания, табличные значения напряжений и токов, а также контрольные точки ВАХ, заданные пользователем. 

Рис. 7. Характеристика намагничивания трансформатора тока 3000/5

5. Измерение сопротивления обмоток ТТ

Измерение сопротивления обмотки постоянному току является важным испытанием для определения ее целостности и наличия обрывов/замкнутых витков, поэтому данную проверку рекомендуется проводить с определенной периодичностью.

Сопротивление обмотки трансформатора тока определяется отношением падения напряжения на обмотке (измеренного милливольтметром постоянного тока) к протекающему через обмотку постоянному току (2). Схема представлена на рис. 7.

                         (2)

Несмотря на то, что индуктивная составляющая сопротивления ТТ значительно ниже, чем в силовых трансформаторах, измерение требуется проводить с применением источников стабилизированного постоянного тока при насыщении магнитопровода трансформатора (рис.8). Пульсации тестового тока или недостаточное намагничивание магнитопровода могут значительно увеличить погрешность измеренного сопротивления. После измерения сопротивления обмотки ТТ следует размагнитить во избежание бросков тока намагничивания при включении его в работу.

  

 а)                                                                                       б)
Рис. 8. а) Схема проведения измерения сопротивления обмотки;
б) диаграмма изменения тока и напряжения во время измерения

Измерение сопротивления обмотки ТТ можно проводить с использованием микроомметра РЕТ-МОМ.2 (рис. 9, а) или комплексов РЕТОМ-21/25 совместно со сглаживающим фильтром РЕТ-СФ (рис. 9, б).

 а)                                                                                           б)
Рис. 9. Схемы измерения сопротивления обмотки ТТ: а) с применением РЕТ-МОМ.2;б) с применением РЕТОМ-21 совместно с РЕТ-СФ

Поскольку сопротивление проводников зависит от температуры, сравнение результатов измерений с заводскими (паспортными) возможно только при приведении измеренного сопротивления к необходимой температуре. Пересчет сопротивления производится по формуле (3).

                        (3)

где R1 – сопротивление, измеренное при температуре t1,

R2 – сопротивление, приводимое к температуре t2;

К – коэффициент, равный 245 для обмоток из алюминия и 235 – для обмоток из меди.

Микроомметр РЕТ-МОМ.2 специально разработан для измерения активного сопротивления цепей с большой индуктивностью (обмоток трансформаторов, генераторов, двигателей) и позволяет проводить испытания в автоматическом режиме с приведением сопротивления к необходимой температуре.

При отсутствии специализированного оборудования для тестирования обмоток рекомендуется воспользоваться  комплексами РЕТОМ-21/25 с дополнительным сглаживающим фильтром РЕТ-СФ, позволяющим полностью исключить пульсации, которые могут негативно сказаться на точности измерения сопротивления индуктивных цепей.

Заключение

Не существует единого универсального метода проверки трансформаторов тока. Каждый из приведенных способов предоставляет лишь часть информации о техническом состоянии ТТ. Поэтому необходимо применение комплексного подхода к их тестированию с использованием методов и средств испытаний, отвечающих всем современным требованиям. В статье приведены основные этапы проверок трансформаторов тока с использованием оборудования серии РЕТОМ, которое обеспечивает комплексные испытания трансформаторов тока с получением достоверных результатов измерений и, таким образом, позволяет оценить их общее техническое состояние. Актуальная информация о техническом состоянии ТТ позволит при необходимости организовать мероприятия по устранению выявленных недостатков для обеспечения надежной работы систем релейной защиты и автоматики, а также поддержания бесперебойности электроснабжения потребителей.

Литература

  1. ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
  2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.
  3. СТО 34.01-23.1-001-2017. «Объем и нормы испытаний. Электрооборудования.
  4. ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия».
  5. ГОСТ IEC 60044-1-2013 Трансформаторы измерительные. Часть 1.
  6. ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 Трансформаторы измерительные. Часть 2.
  7. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования».
  8. РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения».
  9. С57.13-2016 - IEEE Standard Requirements for Instrument Transformers.

 

Плеханов А.В.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июль 2021

вверх

Вход в личный кабинет

Восстановление доступа

Заказать звонок

Новое сообщение

ООО «НПП «Динамика» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться настоящим сайтом вы соглашаетесь на обработку ваших персональных данных в соответствии с Политикой конфиденциальности . Вы можете запретить сохранение cookie в настройках вашего браузера.