Короткі теоретичні відомості

Тема: Дослідження схем включення вторинних обмоток трансформаторів струму

Мета: Ознайомитись з конструкцією трансформаторів струму, провести перевірку правильності маркування виводів трансформаторів струму; зняти характеристику намагнічування трансформатора струму. Вивчити основні схеми з'єднань вторинних обмоток трансформаторів струму.

Література:
1.Липкин Б. Ю. "Электроснабжение промышленных предприятий и установок" Москва,

Высшая школа, 1990
2. Князевский Б. А, Липкин Б. Ю. "Электроснабжение промышленных предприятий"

Москва, Высшая школа, 1979

Знати: Знати конструкцію трансформаторів струму ТПОЛ – 20, ТПЛ – 10, схеми з'єднання
обмоток трансформаторів струму, їх застосування, переваги та недоліки схем.
Уміти:Практично знімати показники приладів, розраховувати коефіцієнт схеми.

План роботи.
1. Інструктаж з правил техніки безпеки.

2. Ознайомлення з правилами та прийомами роботи.

3. Самостійне виконання .

- ознайомлення з теоретичними даними.
- виконання розрахунків згідно завдання.

4. Складання звіту про виконану роботу.

5. Захист звітів.

Прилади і обладнання:

1. Лабораторний стенд для дослідження трансформаторів струму.

2. Трансформатор струму - 3 шт;
З. Амперметр 6А - 4 шт;
4. Амперметр 600 мА - 1 шт;

5. Міліамперметр 6ОО мА - 1 шт;

6. Реостат ЗО Ом, 4А - 3 шт;
5. ЛАТР - 1 шт.

Короткі теоретичні відомості.

Трансформатор струму призначений для зменшення струму в колі до величини, зруч-ної для струмових обмоток вимірювальних приладів і реле, а також для відокремлення мереж вимірювання та захисту від первинних мереж високої наруги. Це - однофазний апарат, пер-винна обмотка якого має мале число витків і включається послідовно в силову мережу; до вторинної обмотки з великою кількістю витків приєднуються вимірювальні прилади. Номі-нальні струми первинної обмотки можуть струми різними відповідно з шкалою стандартних струмів, а номінальний струм вторинної обмотки трансформаторів струму прийнятий 5А та 1А.

В залежності від вимог точності вимірювань випускаються трансформатори струму з класами точності 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Трансформатори струму класу точності 0,5 використову-ються для приєднання лічильників грошового розрахунку, класу 1 - для технічних вимірю-вань, класу 3 і 10 - для релейного захисту. Випускаються трансформатори струму з вторин-ними обмотками типів Д (для диференціального захисту), 3 (для земляного захисту), Р (для релейного захисту). Багато трансформаторів струму мають два осердя і дві вторинні обмотки різних класів точності, для підключення вимірювальних приладів і для підключення реле. Наприклад, трансформатори типу ТПОЛ. Струмові кола вимірювальних приладів і реле мають малий опір, тому трансформатор струму працює в режимі короткого замикання.

Якщо розімкнути вторинну обмотку, магнітний поток в осерді різко зростає, осердя може нагріватись до недопустимої температури, а на вторинній обмотці з'явиться висока напруга, яка може досягати десятків кіловольт. Тому не дозволяється розмикати вторинну обмотку трансформаторів струму при наявності струму в первинній обмотці. При заміні приладу необхідно передчасно замкнути накоротко вторинну обмотку трансформатора струму або зашунтувати обмотку приладу.

В розподільчих пристроях 6 -10 кВ широко застосовуються трансформатори струму типу ТПЛ (прохідний, багатовитковий з литою ізоляцією) на первинні струми до 400 А та ТПОЛ (прохідний, одновитковий з литою ізоляцією) на струми 600 А і більше. Такі трансформатори мають два осердя і дві вторинні обмотки на (а/їй точності 0,5 і Р. Осердя разом з обмотками заливаються компаундом на основі епоксидної смоли, які після затвердіння утворюють монолітну масу. Такі трансформатори струму мають значно менші розміри, ніж трансформатори з фарфоровою ізоляцією, які випускалися раніше і мають високу електродинамічну стійкість.

У трансформаторів струму ТПОЛ первинна обмотка має вид струмоведучого стрижня який проходить через осердя (дивись малюнок 1).

Малюнок 1. Трансформатор струму ТПОЛ – 20: а – принципове розміщення магніто проводів з обмотками, б – конструкція: 1 – ввід первинної обмотки; 2 – епоксидна ізоляція; 3 – виводи вторинної обмотки.

Малюнок 2. Трансформатор ТПЛ – 10 з двома магніто проводами: 1 – магніто провід;

2 – вторинна обмотка; 3 – первинна обмотка; 4 – виводи первинної обмотки; 5 – литий епок-сидний корпус.

Розглянемо схеми з'єднання обмоток трансформаторів.

Коефіцієнт схеми - це відношення величини струму, який проходить через обмотку реле до величини струму вторинної обмотки трансформатора струму, в коло якого включено це реле К_сх = І_р / І_ф
Найбільш розповсюдженими схемами з'єднання трансформаторів струму є:

схема повної зірки (малюнок 3),

схеманеповної зірки (малюнок 4),

схемаз 2^ма трансформаторами струму і одним реле, які включені на різницю струмів

(малюнок 5),

схематрикутника (малюнок 6).

Схема повної зірки
В схеміповної зірки струм в нульовому проводі рівний сумі струмів фаз, але так як ці стру-ми складають симетричну трифазну систему (в нормальному режимі іпри симетричних КЗ), то струм в нульовому проводі відсутній.

Малюнок 3.

В дійсності в результаті неідентичності характеристик і похибок трансформатор-рів струму сума вторинних струмів відрізняється від нуля. В нульовому проводі протікає залишковий струм, який називають струмом небалансу.
В схемі зірки реле, які встановлені в фазах, реагують на всі види КЗ, тому ця схема засто-совується в діючих системах захисту при всіх видах КЗ.

Схема використовується в системах із заземленною нейтраллю ( 110 кВ і вище, 380 / 220 В) для релейного захисту та вимірювань.

Схема неповної зірки.

Малюнок 4.

В схемі неповної зірки трансформатори струму встановлюються в двох фазах. В нор-мальному режимі та при три фазному К З струми протікають по двох фазах і по нульовому проводу, причому: І₀ = І_А + І_С, з врахуванням векторної діаграми 3^х фазного кола, мож-на записати: (І_А +І_С) = І_р = І_С тобто струм нульового провода рівний струму фази, відсут-ньої у вторинному колі. Схема неповної зірки реагує не на всі випадки КЗ (при замиканні на землю фази В, в який трансформатор струму не встановлений, струми в схемі захисту не з'яв-ляються), тому застосовується тільки для захисту, діючому при між фазних пошкодженнях..

Схема використовується в системах з ізольованою нейтраллю (6 – 35 кВ) для релей-ного захисту та вимірювань.

Для релейного захисту вторинні обмотки двох трансформаторів струму включених в одну фазу послідовно можна з'єднувати паралельно для збільшення вторинного струму, або послідовно для зменшення похибки вимірювань.

Схема з 2^ма трансформаторами струму і одним реле, які включені на різницю струмів.
При схемі включення реле на різницю струмів двох фаз трансформатори струму вста-новлюються в двох фазах (А і С), їх вторинні обмотки з'єднуються , одно іменними зажима-ми, до яких підключається обмотка реле. При цьому струм в обмотці реле рівний геометр-ричній різниці струмів двох фаз: Ір = І_А - І_С.

Малюнок 5
В порівнянні зі схемою повної і неповної зірки дана схема має гіршу чутливість при двофазних К З і не реагує на однофазне К З на фазі, яка не має трансформатора струму, тому схема може застосовуватись тільки для захисту відміж фазних К З у випадку коли вона за- безпечує необхідну чутливість при двофазних К З.

Схема трикутника.

Малюнок 6.

Вторинні обмотки трансформаторів струму з'єднують послідовно різноіменними ви-водами, утворюючи трикутник. Реле, які з'єднані в зірку, підключають де вершин цього трикутника.

В нормальному режимі і при 3^х фазному К З в реле проходить струм, рівний геомет-ричній різниці струмів фаз, тобто в 3 рази більший фазного струму.

Схема реагує на всі види К З.

Схема з'єднання трансформаторів струму в трикутник застосовується в основному для диференційного захисту.

Порядок проведення роботи.

1. Ознайомитись з обладнанням стенду для перевірки трансформаторів струму.

2. Скласти схему перевірки трансформаторів струму згідно малюнку 7 "повна зірка".

3. Виконати вимірювання величин струмів при симетричному режимі роботи первинної мережі:

3.1. Встановити перемикач вибору струму в первинній обмотці на позначку 2,5 А.

3.2. Встановити ручки зміни опору реостатів на мінімальний опір.

Малюнок 7. Схема вимірювання струмів вторинних обмоток трансформаторів струму.

3.3. Включити живлення стенду.

3.4. Встановити напругу живлення схеми 100 В.

3.5. Зняти показання приладів і записати їх значення до таблиці 1
Таблиця 1

k _сх. розраховується за формулою
3.6. Перемістити ручки зміни опору реостатів на 25 % ходу на збільшення від мінімального опору.

3.7. Зняти показання приладів і записати їх значення до таблиці 1.
3.8. Перемістити ручки зміни опору реостатів на 50 % ходу на збільшення від мінімального опору.

3.9. Зняти показання приладів і записати їх значення до таблиці 1.

3.10. Перемістити ручки зміни опору реостатів на 75 % ходу на збільшення від мінімального опору.

3.11. Зняти показання приладів і записати їх значення до таблиці 1.

3.12. Перемістити ручки зміни опору реостатів на 100 % ходу на збільшення від мінімально-го опору (максимальний опір реостату).

3.13. Зняти показання приладів і записати їх значення до таблиці 1.

3.14. Виключити живлення стенду.

4. Вимірювання струмів вторинних обмоток при "обриві вторинної обмотки" трансфор-матора струму ТА2.

4.1. Встановити ручки зміни опору реостатів на мінімальний опір, від'єднати провідник від клеми Л1 ТА2.

4.2. Виконати роботи, що вказані в пунктах 3.1 – 3.14. Значення струмів записати до таб-лиці 2.

Таблиця 2.

5. Вимірювання струмів вторинних обмоток в схемі "неповна зірка"
5.1. Скласти схему перевірки трансформаторів струму згідно малюнку 8 "неповна зірка".

Малюнок 8. Схема перевірки трансформаторів струму з'єднаних в "неповну зірку".

5.2. Вимірювання струмів при симетричному режимі первинних обмоток.

5.3. Встановити ручки зміни опору реостатів на мінімальний опір. Ручку зміни опору реостату 2 протягом досліду не переміщувати.

5.4. Виконати роботи вказані в пунктах 3.3 – 3.13. Величини струмів записати до таблиці 3.

Таблиця 3.

k _сх. розраховується за формулою

Вимірювання струмів вторинних обмоток при "обриві вторинної обмотки" трансформато-ра струму ТА 2.

5.5. Встановити ручки зміни опору реостатів на мінімальний опір, від'єднати провідник від клеми Л1 ТА 2.

5.6. Виконати роботи, що вказані в пунктах 3.1 – 3.14. Значення струмів записувати до таб-лиці 4.

Таблиця 4

Скласти звіт.

Контрольні запитання.

1. Призначення трансформаторів струму.

2. Назвати схеми включення трансформаторів струму в мережу.

3. Назвати схеми включення вторинних обмоток трансформаторів струму.

4.Чому не можна розмикати вторинні обмотки трансформатора струму, який знаходиться в роботі?

5. Чому в мережах з глухо заземленою нейтраллю для релейного захисту встановлюють трансформатори струму в кожну фазу?

6. Назвати переваги та недоліки схеми з включенням реле на різницю струмів двох фаз.

Критерії оцінювання навчальних досягнень студенті
з навчальної дисципліни "Електропостачання підприємств і цивільних споруд"

за п’ятибальною шкалою при виконання практичних робіт

При оцінюванні рівня володіння студентами практичними вміннями та навичками під час виконання лабораторних робіт, розрахункових та експериментальних задач, робіт з конст-рукторської діяльності враховуються знання алгоритмів спостереження, етапів проведення дослідження (планування дослідів чи спостережень, збирання установки за схемою; прове-дення дослідження, знімання показників з приладів), оформлення результатів дослідження - складання таблиць, побудова графіків тощо; обчислювання похибок вимірювання (за по-требою), обґрунтування висновків проведеного експерименту чи спостереження, дотриман-ня вимог стандартів при оформленні звіту.

Рівні складності лабораторних та практичних робіт можуть задаватися:

• через зміст та кількість додаткових завдань і запитань відповідно до теми роботи;

• через різний рівень самостійності виконання роботи (при постійній допомозі викладача або інструктора, виконання за зразком, докладною або скороченою інструкцією, без інструкції);

• організацією нестандартних ситуацій (формулювання студентом мети роботи, складання ним особистого плану роботи, обґрунтування його, визначення приладів та матеріалів, потрібних для її виконання, самостійне виконання роботи та оцінка її результатів).

Обов'язковим при оцінюванні є врахування знання та дотримання студентами правил техніки безпеки під час виконання лабораторних та практичних робіт.