Коэффициент безопасности приборов обмотки для измерений

Трансформатором тока (ТТ) называется оборудование, понижающее ток электросети до определенного значения. Коэффициент безопасности у трансформаторов тока –соотношение номинального тока подключенных приборов к входному, при котором перестает увеличиваться выходной ток. По сути это номинальный ток вторичной обмотки, который нормирует производитель с целью обезопасить подключенные приборы. Кб (коэффициент безопасности) важен на этапе подготовки мероприятий по обслуживанию и ремонту трансформаторов тока.

Мощность трансформатора тока и подключенного к нему оборудования

У преобразователей электротока 2 основных предназначения:

защищать технологические и коммерческие системы;
стать частью информационно-измерительного канала производства или электрической установки.

Коэффициент безопасности трансформатора тока – это показатель, при превышении которого подключенные приборы выйдут из строя, или минимальный первичный ток, при котором погрешность при номинальном показателе вторичной нагрузки от 10%.

Номинальный вторичный электроток может быть:

5 А – при подключении релейной защиты;
2,5 А – при подключении измерительных приборов (фазометров, счетчиков, амперметров);
1 А – при подключении счетчиков денежных купюр и приборов, предназначенных для проведения точных измерений в лабораториях.

Коэффициент безопасности позволяет унифицировать подключаемые приборы и создать на них шкалы, соответствующие первичному электротоку.

Если реальная мощность преобразователя ниже номинальной, Кб повышается. Чаще всего запрашиваются характеристики зависимости у производителя.

Расчет коэффициента безопасности

При создании новых систем и замене оборудования этот показатель рассчитывается, преобразователь не покупается, а заказывается. Кб должен быть минимальный, чтобы подключенные приборы не выходили из строя при коротком замыкании.

При заказе трансформатора необходимо определить:

номинальное напряжение;
номинальные значения первичного и вторичного электротока;
номинальную вторичную нагрузку.

В правильно выбранном преобразователе электроток во вторичной обмотке:

при номинальной нагрузке выше, чем при минимальной;
составляет от 40% от показателя подключенного прибора при номинальной нагрузке;
составляет от 5% от показателя подключенного прибора при минимальной нагрузке.

Номинальное напряжение зависит от вольтажа сети, к которой подключается преобразователь.

Пример

Установка потребляет 140 А (минимальное значение 14 А), для счетчиков на 2,5 А необходимо рассчитать коэффициент безопасности трансформаторов тока, пример расчета при коэффициенте трансформации 40 и номинальной вторичной нагрузке 5:

Ток вторичной обмотки:

140/40=3,5 А – при номинальном электротоке;
14/40=0,35 А – при минимальном электротоке.

Минимальный ток вторичной обмотки:

5*40/100=2 А – при номинальной нагрузке;
5*5/100=0,25 А – при минимальной нагрузке.

Из примера расчета видно:

номинальный ток больше минимального при номинальной нагрузке и электротоке;
2 А больше, чем 40% от 2,5 А;
0,25 А больше, чем 5% от 2,5 А.

При верном подборе материала, сечения и длины кабеля, количества и класса точности обмоток для подключения счетчиков в установку на 140 А можно заказывать преобразователь с выходным током 3,5 А.

Меры безопасности при обслуживании трансформаторов тока

ТТ работает близко к переходу на короткое замыкание, при котором исчезает размагничивающий электроток, на вторичную обмотку перетекает первичный ток, преобразователь выходит из строя. Ток на вторичной обмотке повышается до десятков кВт из-за повышенного магнитного потока. Повреждается автоматика и подключенные к преобразователю приборы.

Правила безопасности при работе с трансформаторами тока предусматривают заземление вторичной обмотки. Запрещается отключать выводы от счетчиков и других приборов, размыкая выводы. При необходимости заменить преобразователь выводы вторичной обмотки шунтируются специальными зажимами или ТТ отключается. В части схемы между зажимами и ТТ нельзя проводить работы, способные вызвать короткое замыкание.

Регулярное обслуживание – это надзор с целью выявления неисправностей, которые возможно обнаружить при визуальном осмотре (трещины, обгоревшие контакты). Одновременно контролируется нагрузка, меры принимаются при перезагрузке более 20%. Важно регулярно осматривать контакты, так как при перегреве и попадании масла существует вероятность воспламенения. Если ТТ масляный, нужно проверять уровень масла по указателю, следить за появлением подтеков.

Важные правила

Меры безопасности при обслуживании трансформаторов:

предварительная подготовка инструментов;
использование спецодежды и средств защиты;
получение инструктажа;
отключение рубильника.

Запрещено приближаться к не отключенному ТТ, если видны признаки повреждений корпуса или контактов.

Каждый работник должен знать, что запрещено при выполнении ремонтных работ на измерительных трансформаторах тока:

использовать шины для подключения к сети при выполнении сварочных работ;
выполнять любую работу без схемы;
использовать инструмент без изолированных рукояток;
выполнять работы, вызывающие сотрясение присоединенных к преобразователю аппаратов.

Что запрещено

Техникой безопасности при работе с трансформатором тока запрещается:

начинать работу при включенном ТТ;
работать при не зафиксированном переключателе;
включать преобразователь без масла или при пониженном уровне;
использовать масло, не соответствующее нормам качества;
включать ТТ, не устранив сколы и трещины;
включать преобразователь без заземления;
использовать стремянки и лестницы из металла;
пользоваться переносной лампой с мощностью выше 12 В;
доливать масло без специальной воронки.

ТТ необходимо немедленно отключить если:

из расширителя выбрасывается масло;
масло течет;
уровень ниже масломерного стекла;
появилось потрескивание или другой шум.

Безопасность работ с трансформаторами тока при возгорании:

выключить аппаратуру;
вызвать пожарников;
начать тушение при помощи углекислотного огнетушителя (песка).

Ремонт ТТ

Ремонты ТТ делятся на 3 вида: без снятия напряжения, с частичным снятием напряжения и с полным снятием напряжения.

К первой группе относится:

окраска заземленного кожуха;
замена ламп;
установка плакатов;
взятие пробы масла;
доливка масла;
проверка нагревания;
фазировка;
проведение измерений при помощи контактных колец.

При частично снятом напряжении проводится поочередной ремонт отдельных узлов ТТ. Снятие напряжения со всех частей преобразователя, в том числе контактов, требуется при нарушении изоляции и обмоток, повреждениях бака, смещении сердечника.

Правила техники безопасности при ремонте трансформаторов тока:

после отключения от сети определяется вероятность самопроизвольного или ошибочного включения;
устанавливаются ограждения с плакатами «не включать!»;
проверяется напряжение на частях, подлежащих замыканию и заземлению.

При нарушении изоляции или обмоток преобразователь перевозится в мастерскую.

Погрузка-разгрузка проводится с соблюдением правил техники безопасности. Угол наклона при размещении в транспортном средстве не должен превышать 15 градусов. Для фиксации используются клинья и растяжки, обеспечивающие устойчивость при тряске.

Требования

В мастерской проводится осмотр и тщательная диагностика. На первом этапе выявляются неисправности изоляторов и вводов, определяется состояние уплотнителей и прокладок, разгерметизация и другие механические повреждения, проводится анализ масла. Далее проверяются обмотки и износ изоляции. ТТ разбирается, если требуется ремонт верхнего ярма, обмоток или изоляции. По окончании ремонта прибор собирается, соблюдая правила техники безопасности. После установки активной части заливается масло и крепятся съемные элементы, проводится пуско-наладка.

Требования по охране труда после окончания ремонта:

убрать инструмент и ветошь;
осмотреть преобразователь для выявления подтеков;
запереть помещение, в которой находится ТТ;
включить рубильник;
подключить аппараты;
проверить работу подключенного оборудования;
убрать одежду и средства защиты;
известить руководство о выявленных во время ремонта недостатках в сфере охраны труда и техники безопасности.

Охрана труда при работе с трансформаторами тока

Правила охраны труда при выполнении работ на измерительных трансформаторах тока:

записывать показания приборов могут работники с группой электробезопасности от III (для постоянного оперативного персонала достаточно группы II);
персонал другой организации допускается только в сопровождении сотрудника с группой III;
установку и замену приборов должны проводить 2 сотрудника с группой III и IV исключительно по распоряжению руководителя;
приборы отсоединяются и присоединяются при выключенном ТТ;
при работе с несколькими приборами в одном помещении оформление перехода не требуется.

Основная часть охраны труда – разработка правил, способных обеспечить безопасные и рациональные условия для работников.

В комплекс включаются требования по санитарии и трудовому законодательству:

нормы по освещению;
ширина проходов между оборудованием;
вентиляция;
умывальники и душевые;
места хранения спецодежды.

Особое внимание уделяется пожарной безопасности. Разрабатываются отдельные правила для всех видов работ. При поступлении на работу сотрудники проходят инструктаж как по общим правилам, так по электробезопасности и проведении обслуживания и ремонта. Все правила размещаются в отдельном кабинете.

качественное освещение рабочих мест, проходов, дворов;
предупреждающие и запрещающие плакаты;
своевременная проверка исправности трансформатора и оборудования;
заземление токонепроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением при порче изоляции;
оснащение работников диэлектрической обувью, перчатками, инструментом с заизолированными ручками, ковриками.

Заключение

Для предотвращения возгорания рабочим запрещается курение вне специально отведенных мест, манипуляции с открытым огнем при устранении неисправностей аппаратуры и проводки. Все помещения оснащаются огнетушителями и другим противопожарным инвентарем. Работники должны уметь ими пользоваться. Обтирочные материалы хранятся в специальных ящиках, крышки которых плотно закрываются.

Текущий ремонт ТТ проводится раз в 1-2 года. Преобразователь осматривается, чистится, устраняются мелкие повреждения, проверяется работа указателя масла, функциональность систем охлаждения и пожаротушения. Из отстойника удаляется осадок, выпавший из масла, проверяется химический состав. Первый капитальный ремонт проводится через 8 лет после установки ТТ. В дальнейшем руководство ориентируется на техническое состояние преобразователя.

Коэффициент безопасности преобразователя необходимо рассчитать перед покупкой или оформлением заказа на изготовление. При изменениях условий на предприятии во время ремонта показатели можно скорректировать первичной или вторичной отпайкой, но это требует разборки ТТ. Для проведения подобной работы чаще всего привлекаются специалисты.

Соблюдение правил охраны труда и техники безопасности требуется при любом контакте с ТТ. Никакие мероприятия, начиная от осмотра и заканчивая капитальным ремонтом, не должны выполнять работники, которые специально не обучены.

Технический портал компании

Категории

Коэффициент безопасности приборов определяет возможность вторичных обмоток для измерения и учета не только четко выполнять функции измерения, но и осуществлять защиту приборов во вторичных цепях ТТ путем ограничения значений вторичных токов при аварийных режимах работы.

На графике приведены кривые погрешностей вторичной обмотки ТТ с классом точности 0,5 и номинальной вторичной нагрузкой 10 В·А, снятые при различных значениях вторичной нагрузки.

Кривые токовой погрешности вторичной обмотки для измерения и учета класса точности 0,5 и номинальной нагрузкой 10 В·А

Номинальный коэффициент безопасности приборов, К_бном (Fs) – отношение номинального тока безопасности приборов к номинальному первичному току.

Номинальный ток безопасности – минимальное значение первичного тока, при котором полная погрешность составляет не менее 10 % при номинальной вторичной нагрузке.

Фактический коэффициент безопасности приборов напрямую зависит от реального значения вторичной нагрузки и резко возрастает на недогруженных вторичных обмотках. В этом случае, вторичная обмотка может не выполнять своих защитных свойств. Исходя из этого, номинальная вторичная нагрузка вторичной обмотки для измерения должна быть либо равна фактической нагрузки, либо быть незначительно больше.

На графике представлена зависимость номинального коэффициента безопасности приборов от нагрузок на вторичной обмотке для вторичной обмотки ТТ с классом точности 0,5 и номинальной вторичной нагрузкой 10 В·А

Значение фактического (измеренного) коэффициента безопасности при номинальной вторичной нагрузке, согласно ГОСТ 7746-2015 не должно превышать значения номинального коэффициента безопасности, и в реальности всегда меньше.

Измерение коэффициента безопасности приборов проводится при квалификационных испытаниях прямым методом согласно ГОСТ 7746-2015 п.9.6. или косвенным методом при ПСИ путем измерения значения напряжения намагничивания. Напряжение намагничивания, определяемое при значении тока намагничивания I_2нам, должно быть меньше расчетного напряжения намагничивания U_{нам.расч} для измерительных обмоток ТТ.

где К_Бном – номинальный коэффициент безопасности приборов обмоток для измерения;
ε – полная погрешность, для измерительных обмоток принимается равной 10 %;
Z₂ – полное сопротивление вторичной обмотки, определяемое по формуле

Фактические (измеренные при ПСИ) значения напряжения, расчетного напряжения и тока намагничивания вторичных обмоток указываются в паспорте на конкретный трансформатор.

Полная ВАХ вторичных обмоток в табличном или графическом виде с указанием контрольных точек предоставляются по запросу.

Будущее – за высокоточными Трансформаторами

Статью ученого-исследователя Владимира Харитоновича Сопьяника о погрешностях работы измерительных трансформаторов тока в системах учета электроэнергии дополнит комментарий Радика Фаридовича Раскулова, конструктора, разработчика трансформаторов тока из Екатеринбурга.

Радик Раскулов,
инженер-конструктор ОАО «СЗТТ», г. Екатеринбург

Существующие системы учета электроэнергии не обеспечивают требуемой в современных условиях точности, поскольку измерительные комплексы создавались по типовым проектам, разработанным еще в 70–80-х годах XX века. В то время просто не предусматривались проектные решения, позволяющие достичь необходимой сегодня точности измерительных комплексов.

В этих проектах нередко в нагрузку измерительной обмотки трансформатора тока (ТТ) подключены и счетчики и приборы РЗА, что приводит к перегрузке ТТ по мощности вторичной обмотки.

Преимущества на стороне ТТ класса 0,5S и 0,2S

Токовая погрешность ТТ при перегрузке по мощности вторичной обмотки может превышать минус 10% и повышение класса точности счетчика без замены ТТ неэффективно, как и отмечается в статье В. Сопьяника.

Для повышения точности учета электроэнергии наиболее действенным является применение ТТ классов точности 0,5S и 0,2S, которые представляют собой измерительную технику более высокого уровня по сравнению с ТТ классов точности 0,5 и 0,2.

Например, при спаде нагрузки трансформаторы тока классов точности 1 и 0,5 нередко работают при первичном токе менее 5% номинального первичного тока, для которого погрешности ГОСТ 7746-2001 не нормируются.

В то же время для ТТ классов точности 0,5S и 0,2S ГОСТ 7746-2001 задает погрешности при 1% номинального первичного тока.

Кроме этого, ТТ классов точности 0,5S и 0,2S имеют более узкий диапазон допускаемых погрешностей, чем ТТ классов точности 0,5 и 0,2.

На рис.1 и 2 приведены графики токовой и угловой погрешностей ТТ типа ТПОЛ-10 классов точности 0,5 и 0,2S (трансформаторы производства ОАО «СЗТТ»). Линиями двойной толщины показаны пределы допускаемых погрешностей по ГОСТ 7746-2001 для класса точности 0,5.

По рисункам видно, что погрешности ТТ класса точности 0,2S при токе 20% номинального первичного тока в 5 раз меньше, чем погрешности ТТ класса 0,5, а при токе 5 и 1% – более чем в десять раз.

ТТ и РЗА: проблема разрешима

Для измерительных обмоток трансформаторов тока важным параметром является коэффициент безопасности. Этот параметр означает, что при превышении кратности первичного тока выше заданного коэффициента безопасности токовая погрешность вторичной обмотки для измерений должна превысить минус 10%. То есть трансформатор должен выполнить функцию ограничителя тока, предохраняющего приборы, включенные в нагрузку измерительной обмотки ТТ, от повреждений.

Современное оборудование требует, чтобы коэффициент безопасности приборов не превышал 10 и даже 5. Чтобы достичь такого низкого коэффициента безопасности приборов, требуется, чтобы магнитопровод измерительной обмотки ТТ насыщался при увеличении первичного тока до 10 (5)% номинального первичного тока.

Это требует уменьшения размеров магнитопровода и в свою очередь ухудшает метрологические параметры трансформатора тока. Поэтому для магнитопроводов измерительных обмоток ТТ классов точности 0,5S и 0,2S применяются специальные материалы, имеющие низкую индукцию насыщения.

К защитным обмоткам предъявляется прямо противоположное требование: номинальная предельная кратность. В случае повышения кратности первичного тока до заданной предельной кратности токовая погрешность вторичной обмотки для защиты не должна превысить минус 10% для нормального функционирования схем релейной защиты и автоматики.

Для защитных обмоток используется, как правило, электротехническая сталь, имеющая высокую индукцию насыщения. По этим причинам использовать измерительные обмотки ТТ для целей релейной защиты и автоматики недопустимо.

Наиболее распространенные ТТ класса напряжения 10 кВ, как правило, имеют одну обмотку для измерений и одну обмотку для защиты. Однако в настоящее время серийно выпускаются и трансформаторы тока на 10 кВ с двумя и тремя обмотками для защиты. В этом случае не требуется дополнительно нагружать измерительную обмотку приборами релейной защиты.

Рис. 1. Токовые погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 классов точности 0,5 и 0,2S

Рис. 2. Угловые погрешности ТТ типа ТПОЛ-10-300/5 классов точности 0,5 и 0,2S

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна