Misurazione dei trasformatori di corrente nei circuiti per la protezione dei relè e l'automazione

L'equipaggiamento di potenza delle sottostazioni elettriche è organizzato organizzativamente in due tipi di dispositivi:

1. circuiti di potenza attraverso i quali viene trasmessa tutta la potenza dell'energia trasportata;

2. dispositivi secondari che consentono di controllare i processi che si svolgono nel ciclo primario e controllarli.

Le apparecchiature di potenza si trovano in aree aperte o in quadri chiusi e le apparecchiature secondarie si trovano su pannelli relè, in armadi speciali o celle separate.

La connessione intermedia che svolge la funzione di trasmissione delle informazioni tra l'unità di potenza e gli organi di misura, gestione, protezione e controllo sono i trasformatori di misura. Come tutti questi dispositivi, hanno due lati con diversi valori di tensione:

1. alta tensione, che corrisponde ai parametri del primo loop;

2.bassa tensione, che consente di ridurre il rischio di impatto delle apparecchiature energetiche sul personale di servizio e il costo dei materiali per la creazione di dispositivi di controllo e monitoraggio.

L'aggettivo "misura" riflette lo scopo di questi dispositivi elettrici, poiché simulano in modo molto accurato tutti i processi che avvengono sulle apparecchiature di potenza e sono suddivisi in trasformatori:

1. corrente (TA);

2. tensione (TV).

Funzionano secondo i principi fisici generali della trasformazione, ma hanno diversi design e metodi di inclusione nel circuito primario.

Come sono fatti e come funzionano i trasformatori di corrente

Principi di funzionamento e dispositivi

Nel disegno trasformatore di corrente di misura la conversione dei valori vettoriali delle correnti di grandi valori che scorrono nel circuito primario in proporzionalmente ridotta in grandezza, e allo stesso modo vengono determinate le direzioni dei vettori nei circuiti secondari.

Dispositivo a circuito magnetico

Strutturalmente, i trasformatori di corrente, come qualsiasi altro trasformatore, sono costituiti da due avvolgimenti isolati disposti attorno a un circuito magnetico comune. È realizzato con lastre metalliche laminate che vengono fuse utilizzando speciali tipi di acciai elettrici. Questo viene fatto per ridurre la resistenza magnetica nel percorso dei flussi magnetici che circolano in un anello chiuso attorno alle bobine e per ridurre le perdite attraverso correnti parassite.

Un trasformatore di corrente per schemi di protezione e automazione dei relè può avere non un nucleo magnetico, ma due, diversi per il numero di piastre e il volume totale di ferro utilizzato. Questo viene fatto per creare due tipi di bobine che possono funzionare in modo affidabile quando:

1. Condizioni nominali di lavoro;

2.o in caso di sovraccarichi significativi causati da correnti di cortocircuito.

Il primo design viene utilizzato per effettuare misurazioni e il secondo viene utilizzato per collegare protezioni che disattivano le modalità anomale emergenti.

Disposizione delle bobine e dei terminali di collegamento

Gli avvolgimenti dei trasformatori di corrente, progettati e realizzati per il funzionamento permanente nel circuito dell'impianto elettrico, soddisfano i requisiti per il passaggio sicuro della corrente e il suo effetto termico. Pertanto, sono realizzati in rame, acciaio o alluminio con un'area della sezione trasversale che esclude un aumento del riscaldamento.

Poiché la corrente primaria è sempre maggiore di quella secondaria, l'avvolgimento per essa si distingue notevolmente per dimensioni, come mostrato nella foto sotto per il trasformatore giusto.

Le strutture di sinistra e di mezzo non hanno alcun potere. Invece, nell'alloggiamento è prevista un'apertura attraverso la quale passa un cavo di alimentazione o un bus fisso. Tali modelli sono utilizzati, di norma, in impianti elettrici fino a 1000 volt.

Sui terminali degli avvolgimenti del trasformatore è sempre presente un fissaggio fisso per il collegamento delle sbarre e dei cavi di collegamento mediante bulloni e morsetti a vite. Questo è uno dei punti critici in cui il contatto elettrico può essere rotto, il che può causare danni o interrompere il corretto funzionamento del sistema di misurazione. La qualità del suo serraggio nei circuiti primario e secondario è sempre prestata attenzione durante i controlli operativi.

I terminali del trasformatore di corrente sono contrassegnati in fabbrica durante la produzione e sono contrassegnati:

• L1 e L2 per l'ingresso e l'uscita della corrente primaria;

• I1 e I2 — secondario.

Questi indici indicano la direzione di avvolgimento delle spire l'una rispetto all'altra e influenzano la corretta connessione dei circuiti di potenza e simulati, la caratteristica della distribuzione dei vettori di corrente lungo il circuito. Vengono prestati attenzione durante l'installazione iniziale dei trasformatori o la sostituzione di dispositivi difettosi e vengono persino esaminati con vari metodi di controlli elettrici sia prima dell'assemblaggio dei dispositivi che dopo l'installazione.

Il numero di giri nel circuito primario W1 e secondario W2 non è lo stesso, ma molto diverso. I trasformatori di corrente ad alta tensione di solito hanno un solo bus rettilineo attraverso il circuito magnetico che funge da avvolgimento di alimentazione. L'avvolgimento secondario ha un numero maggiore di spire, che influisce sul rapporto di trasformazione. Per facilità d'uso, è scritto come espressione frazionaria dei valori nominali delle correnti nei due avvolgimenti.

Ad esempio, la voce 600/5 sulla targhetta della scatola indica che il trasformatore è destinato ad essere collegato ad apparecchiature ad alta tensione con una corrente nominale di 600 ampere e solo 5 saranno trasformati nel circuito secondario.

Ogni trasformatore amperometrico di misura è collegato alla propria fase della rete primaria. Il numero di avvolgimenti secondari per la protezione dei relè e i dispositivi di automazione viene solitamente aumentato per l'uso separato nei nuclei del circuito di corrente per:

• Strumenti di misurazione;

• protezione generale;

• pneumatici e protezione dei pneumatici.

Questo metodo elimina l'influenza dei circuiti meno critici su quelli più significativi, semplifica la loro manutenzione e il collaudo su apparecchiature funzionanti a tensione operativa.

Allo scopo di contrassegnare i terminali di tali avvolgimenti secondari, la designazione 1I1, 1I2, 1I3 viene utilizzata per l'inizio e 2I1, 2I2, 2I3 per le estremità.

Dispositivo di isolamento

Ogni modello di trasformatore di corrente è progettato per funzionare con una certa quantità di alta tensione sull'avvolgimento primario. Lo strato isolante situato tra gli avvolgimenti e l'alloggiamento deve resistere a lungo al potenziale della rete elettrica della sua classe.

All'esterno dell'isolamento dei trasformatori di corrente ad alta tensione, a seconda dello scopo, possono essere utilizzati:

• tovaglia di porcellana;

• resine epossidiche compattate;

• alcuni tipi di plastica.

Gli stessi materiali possono essere integrati con carta per trasformatori od olio per isolare i passaggi cavi interni sugli avvolgimenti ed eliminare i guasti tra le spire.

Classe di precisione TT

Idealmente, un trasformatore dovrebbe teoricamente funzionare in modo accurato senza introdurre errori. Nelle strutture reali, tuttavia, l'energia viene persa per riscaldare internamente i fili, superare la resistenza magnetica e formare correnti parassite.

Per questo motivo, almeno un po ', ma il processo di trasformazione è disturbato, il che influisce sull'accuratezza della riproduzione nella scala dei vettori correnti primari dai loro valori secondari con deviazioni nell'orientamento nello spazio. Tutti i trasformatori di corrente hanno un certo errore di misura, che viene normalizzato come percentuale del rapporto tra l'errore assoluto e il valore nominale in ampiezza e angolo.

Classe di precisione i trasformatori di corrente sono espressi dai valori numerici «0.2», «0.5», «1», «3», «5», «10».

I trasformatori di classe 0,2 funzionano per misurazioni di laboratorio critiche.La classe 0,5 è destinata alla misurazione accurata delle correnti utilizzate dai misuratori di livello 1 per scopi commerciali.

Le misure di corrente per il funzionamento dei relè e dei conti di controllo del 2° livello vengono eseguite in classe 1. Le bobine di azionamento degli azionamenti sono collegate ai trasformatori di corrente della 10a classe di precisione. Funzionano esattamente nella modalità di cortocircuito della rete primaria.

Circuiti di commutazione TT

Nell'industria energetica vengono utilizzate principalmente linee elettriche a tre o quattro fili. Per controllare le correnti che li attraversano, vengono utilizzati vari schemi per collegare i trasformatori di misura.

1. Apparecchiature elettriche

La foto mostra una variante della misurazione delle correnti di un circuito di alimentazione a tre fili di 10 kilovolt utilizzando due trasformatori di corrente.

Qui si può vedere che le sbarre di collegamento delle fasi primarie A e C sono imbullonate ai terminali dei trasformatori di corrente e i circuiti secondari sono nascosti dietro una recinzione e condotti da un cablaggio separato in un tubo protettivo che viene indirizzato allo scomparto relè per il collegamento dei circuiti alle morsettiere.

Lo stesso principio di installazione si applica in altri schemi. apparecchiature ad alta tensionecome mostrato in figura per rete 110 kV.

Qui gli involucri dei trasformatori di misura sono montati in quota mediante una piattaforma in cemento armato messa a terra, richiesta dalle norme di sicurezza. Il collegamento degli avvolgimenti primari ai fili di alimentazione avviene in un taglio e tutti i circuiti secondari vengono portati in una scatola vicina con una giunzione terminale.

I collegamenti dei cavi dei circuiti di corrente secondaria sono protetti da urti meccanici esterni accidentali mediante coperture metalliche e lastre di cemento.

2.Avvolgimenti secondari

Come notato sopra, i conduttori di uscita dei trasformatori di corrente sono riuniti per il funzionamento con dispositivi di misurazione o dispositivi di protezione. Ciò influisce sull'assemblaggio del circuito.

Se è necessario controllare la corrente di carico in ciascuna fase utilizzando gli amperometri, viene utilizzata la classica opzione di connessione: un circuito a stella completa.

In questo caso, ogni dispositivo mostra il valore attuale della sua fase, tenendo conto dell'angolo tra loro. L'uso di registratori automatici in questa modalità consente in modo più conveniente di visualizzare la forma delle sinusoidi e costruire diagrammi vettoriali di distribuzione del carico basati su di essi.

Spesso, sugli alimentatori in uscita 6 ÷ 10 kV, per risparmiare, non vengono installati tre, ma due trasformatori di corrente di misura, senza utilizzare una fase B. Questo caso è mostrato nella foto sopra. Consente di collegare gli amperometri a un circuito a stella incompleto.

A causa della ridistribuzione delle correnti del dispositivo aggiuntivo, risulta che viene visualizzata la somma vettoriale delle fasi A e C, che è diretta in modo opposto al vettore della fase B nella modalità di carico simmetrico della rete.

Il caso dell'accensione di due trasformatori di corrente di misura per il monitoraggio della corrente di linea con un relè è mostrato nella foto sotto.

Lo schema consente il pieno controllo del carico bilanciato e dei cortocircuiti trifase. Quando si verifica un cortocircuito bifase, in particolare AB o BC, la sensibilità di tale filtro viene notevolmente sottovalutata.

Uno schema comune per il monitoraggio delle correnti a sequenza zero viene creato collegando i trasformatori di corrente di misura in un circuito a stella completa e l'avvolgimento di un relè di controllo a un filo neutro combinato.

La corrente che scorre attraverso la bobina viene creata sommando i tre vettori di fase. In modalità simmetrica, è bilanciato e durante il verificarsi di cortocircuiti monofase o bifase, la componente di squilibrio viene rilasciata nel relè.

Caratteristiche prestazionali dei trasformatori di corrente di misura e dei loro circuiti secondari

Commutazione operativa

Durante il funzionamento del trasformatore di corrente, viene creato un equilibrio di flussi magnetici, formato da correnti negli avvolgimenti primari e secondari, di conseguenza sono bilanciati in grandezza, diretti in modo opposto e compensano l'influenza dell'EMF generato nei circuiti chiusi .

Se l'avvolgimento primario è aperto, la corrente smetterà di attraversarlo e tutti i circuiti secondari verranno semplicemente disconnessi. Ma il circuito secondario non può essere aperto quando la corrente passa attraverso il primario, altrimenti, sotto l'azione del flusso magnetico nell'avvolgimento secondario, viene generata una forza elettromotrice, che non viene spesa per il flusso di corrente in un circuito chiuso a bassa resistenza , ma viene utilizzato in modalità Standby.

Ciò porta alla comparsa di un elevato potenziale dei contatti aperti, che raggiunge diversi kilovolt ed è in grado di rompere l'isolamento dei circuiti secondari, interrompere il funzionamento delle apparecchiature e causare lesioni elettriche al personale di servizio.

Per questo motivo, tutte le commutazioni nei circuiti secondari dei trasformatori di corrente vengono eseguite secondo una tecnologia rigorosamente definita e sempre sotto la supervisione dei supervisori, senza interrompere i circuiti di corrente. Per fare questo, usa:

• tipologie speciali di morsettiere che consentono di installare un ulteriore cortocircuito per la durata dell'interruzione della tratta messa fuori servizio;

• testare blocchi di corrente con ponticelli corti;

• disegno chiave speciale.

Registratori per processi di emergenza

I dispositivi di misurazione sono suddivisi in base al tipo di parametri di fissaggio per:

• condizioni di lavoro nominali;

• il verificarsi di sovracorrente nel sistema.

Gli elementi sensibili dei dispositivi di registrazione percepiscono direttamente proporzionalmente il segnale in ingresso e lo visualizzano. Se il valore corrente viene immesso al loro ingresso con distorsione, questo errore verrà introdotto nelle letture.

Per questo motivo, al nucleo della protezione di un trasformatore di corrente, e non alle misure, vengono collegati dispositivi atti a misurare le correnti di emergenza, anziché quelle nominali.

Leggi il dispositivo e i principi di funzionamento dei trasformatori di tensione di misura qui: Misurazione dei trasformatori di tensione nei circuiti per la protezione dei relè e l'automazione