Transformadors de mesura de tensió en circuits de protecció i automatització de relés

Aquest article descriu com els corrents de grans quantitats d'equips d'energia d'alta tensió es modelen amb alta precisió per a un ús segur en circuits de protecció de relés: Transformadors de mesura de corrent en circuits de protecció i automatització de relés.

També descriu com convertir tensions en desenes i centenars de quilovolts per controlar el funcionament dels dispositius de protecció i automatització de relés basant-se en dos principis:

1. transformació de l'electricitat;

2. separació capacitiva.

El primer mètode permet una visualització més precisa dels vectors de les magnituds primàries i, per tant, està molt estès. El segon mètode s'utilitza per controlar una fase específica de la tensió de la xarxa de 110 kV en els busos de derivació i en alguns altres casos. Però en els darrers anys ha trobat cada cop més aplicació.

Com es fabriquen i funcionen els transformadors de tensió d'instrument

La principal diferència fonamental entre els transformadors de tensió de mesura (VT) de transformadors de corrent (TC) és que, com tots els models de fonts d'alimentació, estan dissenyats per al funcionament normal sense curtcircuit del bobinatge secundari.

Al mateix temps, si els transformadors de potència estan dissenyats per transmetre la potència transportada amb pèrdues mínimes, els transformadors de tensió de mesura es dissenyen amb l'objectiu de repetir d'alta precisió a l'escala dels vectors de voltatge primari.

Principis de funcionament i dispositius

El disseny d'un transformador de tensió, similar a un transformador de corrent, es pot representar per un circuit magnètic amb dues bobines enrotllades al seu voltant:

• primària;

• segon.

Els graus especials d'acer per al circuit magnètic, així com el metall dels seus bobinatges i la capa d'aïllament, es seleccionen per a la conversió de voltatge més precisa amb les pèrdues més baixes. El nombre de voltes dels bobinats primari i secundari es calcula de manera que el valor nominal de la tensió d'alta tensió línia a línia aplicada al bobinat primari sempre es reprodueixi com un valor secundari de 100 volts amb la mateixa direcció vectorial per al sistemes de terra neutre.

Si el circuit de transmissió d'energia primària està dissenyat amb un neutre aïllat, hi haurà 100 / √3 volts a la sortida de la bobina de mesura.

Per crear diferents mètodes de simulació de tensions primàries al circuit magnètic, no es poden localitzar un, sinó diversos bobinatges secundaris.

Circuits de commutació de TV

Els transformadors d'instruments s'utilitzen per mesurar magnituds primàries lineals i/o de fase. Per fer-ho, les bobines de potència inclouen entre:

• conductors de línia per controlar tensions de línia;

• bus o cable i terra per prendre el valor de fase.

Un element protector important dels transformadors de tensió de mesura és la presa de terra de la seva carcassa i el bobinatge secundari. S'hi té precaució perquè quan l'aïllament del bobinat primari es trenca a la carcassa o als circuits secundaris, hi apareixerà el potencial d'altes tensions, que poden ferir persones i cremar equips.

La posada a terra deliberada de la carcassa i d'un bobinatge secundari condueix a terra aquest potencial perillós, que impedeix un desenvolupament posterior de l'accident.

1. Equips elèctrics

A la foto es mostra un exemple de connexió d'un transformador per mesurar la tensió en una xarxa de 110 quilovolts.

Es destaca aquí que el cable d'alimentació de cada fase està connectat per una branca al terminal del bobinat primari del seu transformador, situat sobre un suport comú de formigó armat posat a terra, elevat a una alçada segura per al personal elèctric.

El cos de cada TV de mesura amb el segon terminal del bobinatge primari es posa a terra directament en aquesta plataforma.

Les sortides dels bobinatges secundaris es munten en una caixa de terminals situada a la part inferior de cada VT. Es connecten als conductors dels cables recollits en una caixa de distribució elèctrica situada a prop a una alçada convenient per al manteniment des de terra.

No només commuta el circuit, sinó que també instal·la interruptors automàtics en circuits de tensió secundària i interruptors o blocs per realitzar la commutació operativa i realitzar un manteniment segur dels equips.

Les barres de tensió recollides aquí s'alimenten als dispositius d'automatització i protecció de relés amb un cable d'alimentació especial, que està subjecte a majors requisits per reduir les pèrdues de tensió. Aquest paràmetre tan important dels circuits de mesura es tracta en un article separat aquí: Pèrdua i caiguda de tensió

Les vies de cable per mesurar VT també estan protegides per caixes metàl·liques o lloses de formigó armat de danys mecànics accidentals, igual que el CT.

A la foto següent es mostra una altra opció per connectar un transformador de mesura de tensió del tipus NAMI, situat en una cel·la de xarxa de 10 kV.

El transformador de tensió del costat d'alta tensió està protegit per fusibles de vidre a cada fase i es pot separar de l'actuador manual del circuit d'alimentació per a comprovacions de rendiment.

Cada fase de la xarxa primària està connectada a l'entrada corresponent del bobinat d'alimentació. Els conductors dels circuits secundaris es treuen amb un cable separat al bloc de terminals.

2. Bobinats secundaris i els seus circuits

A continuació es mostra un esquema senzill per connectar un transformador a la tensió de xarxa del circuit d'alimentació.

Aquest disseny es pot trobar en circuits de fins a 10 kV inclosos. Està protegit a cada costat per fusibles de la potència adequada.

En una xarxa de 110 kV, aquest transformador de tensió es pot instal·lar en una fase del sistema de bus de derivació per proporcionar un control sincrònic dels circuits de connexió i SNR connectats.

Al costat secundari, s'utilitzen dos bobinatges: el principal i l'addicional, que asseguren la implementació del mode síncron quan els interruptors automàtics són controlats per la placa de blocs.

Per connectar el transformador de tensió a dues fases del sistema de bus de derivació quan es controlen els interruptors de circuit des de la placa principal, s'utilitza el següent esquema.

Aquí, el vector «uk» s'afegeix al vector secundari «kf» format per l'esquema anterior.

El següent esquema s'anomena «triangle obert» o estrella incompleta.

Permet simular un sistema de tensions de dues o tres fases.

Connectar tres transformadors de tensió segons l'esquema d'estrella completa té les possibilitats més grans. En aquest cas, podeu obtenir totes les tensions de fase i de línia als circuits secundaris.

A causa d'aquesta possibilitat, aquesta opció s'utilitza a totes les subestacions crítiques, i els circuits secundaris per a aquests VT es creen amb dos tipus de bobinatges inclosos segons el circuit estrella i triangle.

Els esquemes donats per encendre les bobines són els més típics i lluny dels únics. Els transformadors de mesura moderns tenen diferents capacitats i s'han fet certs ajustos en el disseny i l'esquema de connexió d'ells.

Classes de precisió dels transformadors de mesura de tensió

Per determinar errors en les mesures metrològiques, els VT es guien per un circuit equivalent i un diagrama vectorial.

Aquest mètode tècnic bastant complex permet determinar els errors de cada mesura VT en termes d'amplitud i angle de desviació de la tensió secundària respecte al primari i determinar la classe de precisió per a cada transformador provat.

Tots els paràmetres es mesuren a càrregues nominals en els circuits secundaris per als quals es crea el VT. Si es superen durant l'operació o la inspecció, l'error superarà el valor del valor nominal.

Els transformadors de tensió de mesura tenen 4 classes de precisió.

Classes de precisió dels transformadors de mesura de tensió

Classes de precisió de mesura de TV Límits màxims d'errors permesos FU,% δU, min 3 3,0 no definit 1 1,0 40 0,5 0,5 20 0,2 0,2 ​​10

La classe núm. 3 s'utilitza en models que funcionen en dispositius d'automatització i protecció de relés que no requereixen una alta precisió, per exemple, per activar elements d'alarma per a l'aparició de modes d'error en circuits d'alimentació.

La precisió més alta de 0,2 s'aconsegueix amb els instruments utilitzats per a mesures crítiques d'alta precisió en la configuració de dispositius complexos, la realització de proves d'acceptació, la configuració del control automàtic de freqüència i treballs similars. Els VT amb classes de precisió 0,5 i 1,0 s'instal·len més sovint en equips d'alta tensió per a la transferència de tensió secundària a quadres de distribució, comptadors de control i regulació, conjunts de relés d'enclavaments, proteccions i sincronització de circuits.

Mètode d'extracció de tensió capacitiva

El principi d'aquest mètode consisteix en l'alliberament de tensió inversament proporcional en un circuit de plaques de condensadors de diferents capacitats connectades en sèrie.

Després de calcular i seleccionar els valors nominals dels condensadors connectats en sèrie amb la tensió de fase de bus o línia Uph1, és possible obtenir sobre el condensador final C3 el valor secundari Uph2, que s'elimina directament del contenidor o mitjançant un dispositiu transformador connectat a Facilitar la configuració amb un nombre ajustable de bobines.

Característiques de rendiment dels transformadors de tensió de mesura i dels seus circuits secundaris

Requisits d'instal·lació

Per motius de seguretat, tots els circuits secundaris de TV han d'estar protegits. interruptors automàtics tipus AP-50 i posat a terra amb un cable de coure amb una secció transversal d'almenys 4 mm quadrats.

Si s'utilitza un sistema de doble bus a la subestació, els circuits de cada transformador de mesura s'han de connectar a través del circuit de relés dels repetidors de la posició del seccionador, cosa que exclou el subministrament simultània de tensió a un dispositiu de protecció de relés de diferents VT.

Tots els circuits secundaris des del node terminal VT fins als dispositius de protecció i automatització del relé s'han de realitzar amb un cable d'alimentació de manera que la suma dels corrents de tots els nuclis sigui igual a zero. A aquest efecte, es prohibeix:

• separar les barres colectores «B» i «K» i combinar-les per a la connexió a terra;

• connectar el bus "B" als dispositius de sincronització mitjançant contactes d'interruptor, interruptors, relés;

• canviar el bus «B» dels comptadors amb els contactes RPR.

Commutat operatiu

Tot el treball amb equips operatius es realitza per personal especialment entrenat sota la supervisió dels funcionaris i d'acord amb els formularis de canvi. Amb aquesta finalitat, s'instal·len interruptors automàtics, fusibles i interruptors automàtics als circuits del transformador de tensió.

Quan es posa fora de servei un determinat tram de circuits de tensió, s'ha d'indicar el mètode de verificació de la mesura presa.

Manteniment periòdic

Durant el funcionament, els circuits secundaris i primaris dels transformadors estan sotmesos a diferents períodes d'inspecció, que estan lligats al temps transcorregut des de la posada en funcionament del dispositiu i inclouen un abast diferent de mesures elèctriques i neteja de l'equip per part de personal de reparació especialment format. .

El principal mal funcionament que es pot produir en els circuits de tensió durant el seu funcionament és l'aparició de corrents de curtcircuit entre els bobinats. Molt sovint això passa quan els electricistes no treballen amb cura en els circuits de tensió existents.

En cas d'un curtcircuit accidental dels bobinats, els interruptors de protecció situats a la caixa de terminals del TV de mesura s'apaguen i desapareixen els circuits de tensió que alimenten els relés de potència, els jocs d'enclavaments, el sincronisme, les proteccions de distància i altres dispositius.

En aquest cas, és possible l'activació falsa de les proteccions existents o el mal funcionament del seu funcionament en cas d'avaria en el bucle primari. Aquests curtcircuits no només s'han d'eliminar ràpidament, sinó que també inclouen tots els dispositius desactivats automàticament.

Els transformadors de mesura de corrent i tensió són obligatoris a cada subestació elèctrica. Són necessaris per al funcionament fiable dels dispositius de protecció i automatització de relés.