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

Questo articolo descrive come le correnti di grandi quantità di apparecchiature di alimentazione ad alta tensione sono modellate con elevata precisione per un uso sicuro nei circuiti di protezione dei relè— Misurazione dei trasformatori di corrente nei circuiti per la protezione dei relè e l'automazione.

Descrive inoltre come convertire le tensioni in decine e centinaia di kilovolt per controllare il funzionamento dei dispositivi di protezione e automazione dei relè in base a due principi:

1. trasformazione di energia elettrica;

2. separazione capacitiva.

Il primo metodo consente una visualizzazione più accurata dei vettori delle grandezze primarie ed è quindi molto diffuso. Il secondo metodo viene utilizzato per monitorare una fase specifica della tensione di rete a 110 kV nei bus di bypass e in alcuni altri casi. Ma negli ultimi anni ha trovato sempre più applicazione.

Come vengono realizzati e utilizzati i trasformatori di tensione degli strumenti

La principale differenza fondamentale tra la misurazione dei trasformatori di tensione (VT) da trasformatori di corrente (TA) è che, come tutti i modelli di alimentatori, sono progettati per il normale funzionamento senza cortocircuitare l'avvolgimento secondario.

Allo stesso tempo, se i trasformatori di potenza sono progettati per trasmettere la potenza trasportata con perdite minime, i trasformatori di tensione di misura sono progettati con l'obiettivo di una ripetizione ad alta precisione nella scala dei vettori di tensione primari.

Principi di funzionamento e dispositivi

Il design di un trasformatore di tensione, simile a un trasformatore di corrente, può essere rappresentato da un circuito magnetico con due bobine avvolte attorno ad esso:

• primario;

• secondo.

Gradi speciali di acciaio per il circuito magnetico, così come il metallo dei loro avvolgimenti e lo strato isolante, sono selezionati per la conversione di tensione più accurata con le perdite più basse. Il numero di spire dell'avvolgimento primario e secondario è calcolato in modo che il valore nominale della tensione concatenata ad alta tensione applicata all'avvolgimento primario sia sempre riprodotto come valore secondario di 100 volt con la stessa direzione del vettore per il sistemi con neutro a terra.

Se il circuito primario di trasmissione dell'energia è progettato con un neutro isolato, all'uscita della bobina di misurazione saranno presenti 100 / √3 volt.

Per creare diversi metodi di simulazione delle tensioni primarie sul circuito magnetico, è possibile individuare non uno, ma diversi avvolgimenti secondari.

Circuiti di commutazione TV

I trasformatori di misura sono utilizzati per misurare grandezze primarie lineari e/o di fase. Per fare ciò, le bobine di potenza includono tra:

• conduttori di linea per il controllo delle tensioni di linea;

• bus o filo e terra per prendere il valore di fase.

Un importante elemento protettivo dei trasformatori di tensione di misura è la messa a terra del loro alloggiamento e dell'avvolgimento secondario. Viene prestata attenzione perché quando l'isolamento dell'avvolgimento primario si rompe nell'involucro o nei circuiti secondari, in essi apparirà il potenziale per alte tensioni, che possono ferire persone e bruciare apparecchiature.

La messa a terra deliberata dell'involucro e di un avvolgimento secondario porta questo potenziale pericoloso a terra, impedendo l'ulteriore sviluppo dell'incidente.

1. Apparecchiature elettriche

Nella foto è mostrato un esempio di collegamento di un trasformatore per misurare la tensione in una rete da 110 kilovolt.

Si sottolinea qui che il filo di alimentazione di ciascuna fase è collegato tramite una derivazione al terminale dell'avvolgimento primario del suo trasformatore, posto su un supporto comune in cemento armato messo a terra, sollevato ad un'altezza sicura per il personale elettrico.

Il corpo di ogni TV di misura con il secondo terminale dell'avvolgimento primario è messo a terra direttamente su questa piattaforma.

Le uscite degli avvolgimenti secondari sono assemblate in una morsettiera posta nella parte inferiore di ogni TV. Sono collegati ai conduttori dei cavi raccolti in una scatola di distribuzione elettrica situata nelle vicinanze ad un'altezza conveniente per la manutenzione da terra.

Non solo commuta il circuito, ma installa anche interruttori automatici sui circuiti di tensione secondaria e interruttori o blocchi per eseguire la commutazione operativa ed eseguire la manutenzione sicura delle apparecchiature.

Le sbarre di tensione qui raccolte vengono alimentate ai dispositivi di protezione e automazione dei relè con uno speciale cavo di alimentazione, soggetto a maggiori requisiti per ridurre le perdite di tensione. Questo parametro molto importante dei circuiti di misurazione è trattato in un articolo separato qui: Perdita e caduta di tensione

Anche i percorsi dei cavi per la misurazione della TV sono protetti da scatole metalliche o lastre di cemento armato da danni meccanici accidentali, proprio come la CT.

Un'altra opzione per il collegamento di un trasformatore di misura della tensione del tipo NAMI, situato in una cella di rete da 10 kV, è mostrata nella foto sotto.

Il trasformatore di tensione sul lato alta tensione è protetto da fusibili in vetro in ogni fase e può essere separato dall'attuatore manuale dal circuito di alimentazione per i controlli delle prestazioni.

Ogni fase della rete primaria è collegata al corrispondente ingresso dell'avvolgimento di alimentazione. I conduttori dei circuiti secondari vengono portati fuori con un cavo separato alla morsettiera.

2. Avvolgimenti secondari e loro circuiti

Di seguito è riportato un semplice schema per il collegamento di un trasformatore alla tensione di rete del circuito di alimentazione.

Questo design può essere trovato in circuiti fino a 10 kV inclusi. È protetto su ogni lato da fusibili di potenza adeguata.

In una rete da 110 kV, un tale trasformatore di tensione può essere installato in una fase del sistema bus di bypass per fornire il controllo sincrono dei circuiti di collegamento collegati e SNR.

Sul lato secondario vengono utilizzati due avvolgimenti: il principale e l'addizionale, che assicurano l'implementazione della modalità sincrona quando gli interruttori sono controllati dal quadro elettrico.

Per collegare il trasformatore di tensione a due fasi del sistema bus di bypass durante il controllo degli interruttori automatici dalla scheda principale, viene utilizzato il seguente schema.

Qui, il vettore «uk» viene aggiunto al vettore secondario «kf» formato dallo schema precedente.

Lo schema seguente è chiamato «triangolo aperto» o stella incompleta.

Permette di simulare un sistema di tensioni bifase o trifase.

Il collegamento di tre trasformatori di tensione secondo lo schema a stella completa ha le maggiori possibilità. In questo caso, è possibile ottenere sia tutte le tensioni di fase che di linea nei circuiti secondari.

A causa di questa possibilità, questa opzione viene utilizzata in tutte le sottostazioni critiche e i circuiti secondari per tali TV sono creati con due tipi di avvolgimenti inclusi secondo il circuito stella e triangolo.

Gli schemi dati per l'accensione delle bobine sono i più tipici e tutt'altro che gli unici. I moderni trasformatori di misura hanno capacità diverse e per essi sono state apportate alcune modifiche al design e allo schema di connessione.

Classi di precisione dei trasformatori di misura della tensione

Per determinare gli errori nelle misurazioni metrologiche, i TV sono guidati da un circuito equivalente e da un diagramma vettoriale.

Questo metodo tecnico piuttosto complesso permette di determinare gli errori di ogni misura di TV in termini di ampiezza e angolo di scostamento della tensione secondaria dal primario e di determinare la classe di precisione per ogni trasformatore testato.

Tutti i parametri sono misurati ai carichi nominali nei circuiti secondari per i quali è realizzato il TV. Se vengono superati durante il funzionamento o l'ispezione, l'errore supererà il valore del valore nominale.

I trasformatori di tensione di misura hanno 4 classi di precisione.

Classi di precisione dei trasformatori di misura della tensione

Classi di precisione della misura del TV Limiti massimi per gli errori ammissibili FU,% δU, min 3 3,0 non definito 1 1,0 40 0,5 0,5 20 0,2 0,2 ​​10

La classe n. 3 viene utilizzata nei modelli che operano nei dispositivi di protezione e automazione dei relè che non richiedono un'elevata precisione, ad esempio per attivare elementi di allarme per il verificarsi di modalità di guasto nei circuiti di alimentazione.

La massima precisione di 0,2 è raggiunta dagli strumenti utilizzati per misurazioni critiche ad alta precisione durante l'impostazione di dispositivi complessi, l'esecuzione di test di accettazione, l'impostazione del controllo automatico della frequenza e lavori simili. I TV con classi di precisione 0,5 e 1,0 sono spesso installati su apparecchiature ad alta tensione per il trasferimento della tensione secondaria a quadri elettrici, contatori di controllo e regolazione, gruppi di relè di interblocchi, protezioni e sincronizzazione del circuito.

Metodo di assorbimento di tensione capacitivo

Il principio di questo metodo consiste nel rilascio di tensione inversamente proporzionale su un circuito di piastre di condensatori di diverse capacità collegate in serie.

Dopo aver calcolato e selezionato i valori nominali dei condensatori collegati in serie alla tensione di fase bus o linea Uph1, è possibile ricavare sul condensatore finale C3 il valore secondario Uph2, che viene prelevato direttamente dal contenitore o tramite un dispositivo trasformatore collegato a facilitare le impostazioni con il numero regolabile di bobine.

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

Requisiti di installazione

Per motivi di sicurezza tutti i circuiti secondari dei TV devono essere protetti. interruttori automatici tipo AP-50 e messa a terra con filo di rame di sezione non inferiore a 4 mmq.

Se nella sottostazione viene utilizzato un sistema a doppio bus, i circuiti di ciascun trasformatore di misura devono essere collegati attraverso il circuito del relè dei ripetitori della posizione del sezionatore, che esclude la fornitura simultanea di tensione a un dispositivo di protezione del relè da diversi TV.

Tutti i circuiti secondari dal nodo terminale VT ai dispositivi di protezione e automazione del relè devono essere eseguiti con un cavo di alimentazione in modo che la somma delle correnti di tutti i nuclei sia uguale a zero. A tal fine è vietato:

• separare le sbarre «B» e «K» e combinarle per la messa a terra comune;

• collegare il bus “B” ai dispositivi di sincronizzazione tramite contatti di commutazione, interruttori, relè;

• commutare il bus «B» dei contatori con i contatti RPR.

Commutazione operativa

Tutto il lavoro con le attrezzature operative viene svolto da personale appositamente addestrato sotto la supervisione di funzionari e secondo i moduli di commutazione. A tale scopo, nei circuiti del trasformatore di tensione sono installati interruttori automatici, fusibili e interruttori automatici.

Quando una certa sezione dei circuiti di tensione viene messa fuori servizio, deve essere indicata la modalità di verifica della misura effettuata.

Manutenzione periodica

Durante il funzionamento, i circuiti secondario e primario dei trasformatori sono sottoposti a vari periodi di ispezione, che sono legati al tempo trascorso dalla messa in funzione del dispositivo e comprendono un diverso ambito di misurazioni elettriche e pulizia delle apparecchiature da parte di personale di riparazione appositamente addestrato .

Il principale malfunzionamento che può verificarsi nei circuiti di tensione durante il loro funzionamento è il verificarsi di correnti di cortocircuito tra gli avvolgimenti. Molto spesso ciò accade quando gli elettricisti non lavorano con attenzione nei circuiti di tensione esistenti.

In caso di cortocircuito accidentale degli avvolgimenti, gli interruttori di protezione posti nella morsettiera del TV di misura vengono disattivati ​​e scompaiono i circuiti di tensione che alimentano i relè di potenza, i gruppi di interblocchi, i sincronismi, le protezioni di distanza e altri dispositivi.

In questo caso è possibile la falsa attivazione delle protezioni esistenti o il malfunzionamento del loro funzionamento in caso di guasti nel loop primario. Tali cortocircuiti devono non solo essere rapidamente eliminati, ma includere anche tutti i dispositivi disabilitati automaticamente.

I trasformatori di misura della corrente e della tensione sono obbligatori in ogni cabina elettrica. Sono necessari per il funzionamento affidabile della protezione dei relè e dei dispositivi di automazione.