Догрузочный резистор для трансформатора тока

Настоящая рекомендация устанавливает порядок расчета, выбора и способа включения догрузочных резисторов во вторичную цепь трансформаторов тока.

В настоящей рекомендации приведены возможные мероприятия, проведение которых направлено приведение нагрузки трансформаторов тока в соответствие с требованиями ГОСТ 7746.

Рекомендация распространяется на трансформаторы тока, изготовленные по ГОСТ 7746.

Решение о проведении мероприятий по разгрузке вторичных цепей измерительных трансформаторов тока или о подключении дополнительных нагрузок к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов тока (догрузке) принимается по результатам соответствующих измерений мощности вторичной нагрузки на месте их установки и эксплуатации.

В настоящей рекомендации использованы ссылки на следующие нормативные документы:

1) ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия»;

2) ГОСТ 8.217-2003 «ГСИ. Трансформаторы тока. Методика поверки»;

3) ГОСТ 12.2.003-91 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности»;

4) ГОСТ 12.2.007.0-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности»;

5) ГОСТ 12.2.007.3-75 «ССБТ. Электротехнические устройства на напряжение свыше 1000 В. Требования безопасности»;

6) ГОСТ 12.2.007.14-75 «ССБТ. Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности»;

7) ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия»;

8) ГОСТ Р 51350-99 «Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 1. Общие требования».

Фактическая нагрузка измерительных трансформаторов тока определяется в процессе измерения вторичной нагрузки (сопротивления) трансформаторов тока.

В реальных условиях эксплуатации возможны ситуации, когда фактическая нагрузка трансформатора тока имеет значение менее 25 % или более 100 % от ее нормированного номинального значения. Замена трансформатора тока на более подходящий представляется экономически нецелесообразной.

Для увеличения фактической нагрузки трансформатора тока рекомендуется использовать специальные резисторы, предназначенные для включения во вторичную цепь измерительных трансформаторов тока в соответствии с согласованным в установленном порядке проектом. В настоящей инструкции приведена методика расчета сопротивлений догрузочных резисторов во вторичных цепях трансформаторов тока, даны примеры таких расчетов, а также рекомендации по их установке.

Для уменьшения фактической нагрузки проводят мероприятия по разгрузке вторичных цепей трансформаторов тока.

Нормализация нагрузки трансформаторов тока должна обеспечить получение фактической нагрузки в диапазоне (50 ± 10) % от нормированного номинального значения.

При проведении работ по нормализации нагрузки трансформаторов тока на месте их установки и эксплуатации следует выполнять операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1 – Перечень операций

1. Внешний осмотр вторичных цепей трансформатора

2. Проверка технической документации

3. Проверка правильности обозначения выводов и групп соединений обмоток вторичных цепей трансформатора

4. Проверка переходных контактов трансформаторов тока

5. Измерение нагрузки (сопротивления) вторичной цепи трансформатора тока

6. Расчет и выбор догрузочных резисторов (если по результатам измерений вторичная нагрузка трансформатора тока составляет менее 25 % от номинального значения)

7. Указания по монтажу догрузочного резистора

8. Проведение мероприятий по разгрузке вторичных цепей (если по результатам измерений вторичная нагрузка трансформатора тока составляет более 100 % от номинального значения)

9. Определение значения вторичной нагрузки трансформатора тока после проведения мероприятий по нормализации нагрузки

При проведении операций по нормализации нагрузки вторичных цепей трансформаторов тока должны быть применены средства измерений и вспомогательные устройства, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 – Средства измерений и вспомогательные устройства

Требуемые метрологические и технические характеристики

1. Прибор для измерения напряжения и тока вторичных цепей

Диапазон измерения напряжения (0,1 – 5) В. Диапазон измерений силы переменного тока (0,01 – 6) А.

Погрешность измерения не более ±1 %

2. Измеритель комплексных сопротивлений

Диапазон измерения комплексного сопротивления (0,05 – 5) Ом.

Погрешность измерения не более ±4 %

3. Указатель фаз

Определение начала и конца обмоток трансформаторов тока

4. Догрузочный резистор

Номинальные значения сопротивлений нагрузки (вторичной нагрузки):

(0,04 – 0,16) Ом (от 1 В·А до 4 В·А).

Номинальный ток 5 А.

Максимальный ток 1,01 Iн.

Перегрузка 60 Iн в течение 1 сек.

Рабочая температура (-40 . +60) °С.

Относительная влажность до 90 %.

Погрешность сопротивления ±10 %

Перечень рекомендуемых средств измерений и вспомогательного оборудования:

1) Прибор измерения тока и напряжения – «РЕСУРС-UF2M», «Энергомонитор 3.3 Т»

2) Указатель фаз – «Потенциал – ТВ-М2»

3) Измеритель комплексных сопротивлений – «Вымпел»

4) Резисторы типа МР3021-Т-5А

Все средства измерений должны быть внесены в Госреестр СИ и иметь действующие свидетельства о поверке.

Примечание – Допускается применение основных и вспомогательных средств измерений других типов с метрологическими характеристиками не хуже приведенных в таблице 2.

6.1 К проведению измерений вторичной нагрузки трансформаторов тока и ее нормализации допускаются лица, имеющие стаж работы по данному виду измерений не менее 1 года, изучившие настоящую методику и прошедшие обучение по проведению работ в соответствии с указанной рекомендацией.

6.2 Работы должны проводиться с участием не менее двух специалистов, один из которых должен иметь удостоверение, подтверждающее право работы на установках до и свыше 1000 В с группой по электробезопасности не ниже IV.

6.3 При проведении работ должны присутствовать специалисты организации, на балансе которой находится измерительный трансформатор тока и его вторичные цепи, имеющие опыт работы и право (в случае необходимости) на подключение и отключение догружаемого трансформатора.

7.1 При проведении работ должны быть соблюдены требования [1], а также требования безопасности на средства измерений, изложенные в их руководствах по эксплуатации.

7.2 Персоналом должны быть соблюдены меры изложенные в [3].

7.3 Средства измерений, вспомогательные средства и оборудование должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.3, ГОСТ 12.2.007.14, ГОСТ 22261 и ГОСТ Р 51350.

7.4 Все оперативные отключения и включения должны проводиться руководителем работ в соответствии с программой проведения работ, утвержденной в установленном порядке.

8.1 При проведении измерений вторичной нагрузки измерительной цепи трансформатора тока климатические условия должны соответствовать рабочим условиям используемых средств измерений.

Условия применения в части механических воздействий должны соответствовать рабочим условиям средства измерений вторичной нагрузки трансформатора тока.

8.2 Перед проведением измерений выполняют следующие подготовительные операции:

– определяется место, в котором имеется возможность подключения прибора для измерения вторичной нагрузки трансформатора тока;

– размещают и заземляют прибор для измерения вторичной нагрузки.

При внешнем осмотре должно быть установлено соответствие трансформатора тока следующим требованиям:

– выводы первичной и вторичной обмоток должны быть исправными и иметь маркировку, соответствующую ГОСТ 7746;

– трансформатор должен быть снабжён табличкой с маркировкой по ГОСТ 7746;

– заземляющий зажим (если он предусмотрен) должен быть подключен к заземлению и иметь соответствующее обозначение.

Перед проведением работ должно быть проверено наличие следующих документов:

– паспорт на трансформатор тока;

– действующее свидетельство о поверке трансформатора тока.

Правильность включения обмоток трансформатора тока определяют с помощью прибора, например «Потенциал-ТВ-М2», имеющего возможность определения начала и конца обмоток трансформаторов тока.

Перед проведением работ по нормализации нагрузки трансформаторов тока переходные контакты должны быть зачищены и протянуты.

Перед проведением мероприятий по нормализации нагрузки трансформатора тока измеряют фактическую нагрузку (сопротивление) вторичной цепи.

Нагрузку (сопротивление) вторичной цепи (с отключением вторичной цепи трансформатора тока) измеряют по утвержденной в установленном порядке методике выполнения измерений нагрузки (комплексного сопротивления) вторичной цепи трансформатора тока.

В соответствии с данными паспорта-протокола cos φ нагрузки больше или равен 0,8. В этом случае принимаем, что вторичная нагрузка трансформатора тока чисто активная, тогда: Zизм2 = Rизм2.

Фактическая вторичная нагрузка, приведенная к значению номинального тока, рассчитывается по формуле

где R _изм2 – сопротивление нагрузки вторичной цепи, определенное в соответствии с аттестованной в установленном порядке методикой выполнения измерений;

I _ном2 – номинальный ток вторичной цепи.

Нагрузку (сопротивление) вторичной цепи (без отключения вторичной цепи трансформатора тока) измеряют по утвержденной в установленном порядке методике выполнения измерений.

Текущее значение вторичной нагрузки определяют методом амперметра-вольтметра.

Значение сопротивления вторичной цепи рассчитывают по формуле

Рассчитанное значение сопротивления подставляют в формулу (1).

Согласно ГОСТ 7746 фактическая нагрузка (сопротивление) вторичной цепи составляет значение от 25 % до 100 % от номинального значения сопротивления (нагрузки) вторичной цепи трансформатора тока.

Согласно ГОСТ 7746 на трансформаторы тока с номинальной вторичной нагрузкой до 10 В·А нижний предел вторичных нагрузок установлен в соответствии с таблицей 3:

Если нагрузка (сопротивление) вторичной цепи трансформатора тока менее 25 % от номинального значения или менее значений, установленных в таблице 1, то проводятся мероприятия по выбору догрузочного резистора в соответствии с пунктом 9.6 настоящей рекомендации.

Если фактическая нагрузка (сопротивление) вторичной цепи составляет значение более 100 % от номинального значения, то проводятся мероприятия по разгрузке вторичных цепей в соответствии с пунктом 9.8 настоящей рекомендации.

Расчет догрузочных резисторов вторичных цепей трансформаторов тока проводится на основании фактической нагрузки, типа трансформатора тока и схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока.

Поскольку оптимальные значения метрологических характеристик трансформаторов тока находятся в диапазоне от 40 % до 60 % от номинального значения вторичной нагрузки, то выполняем нормализацию вторичной нагрузки трансформатора тока до уровня 50 %. Сопротивление догрузочного резистора определяется по формуле

где Sном2 – номинальная вторичная нагрузка трансформатора.

Догрузочные резисторы включаются в каждую фазу вторичной цепи. В несимметричной схеме соединения вторичных обмоток трансформаторов тока, например, «неполная звезда» догрузочный резистор может быть включен в нулевой провод вторичной цепи.

Догрузочные резисторы могут устанавливаться в распределительный шкаф на DIN-рейку. Шкаф должен иметь возможность опломбирования от несанкционированного доступа.

Догрузочные резисторы могут устанавливаться с использованием штатных кабельных связей в клеммной колодке. Клеммная колодка должна иметь возможность опломбирования от несанкционированного доступа.

Догрузочные резисторы могут устанавливаться вне распределительных шкафов и клеммных колодок с использованием специального бокса, предусматривающего возможность опломбирования от несанкционированного доступа.

Выбрать догрузочные резисторы во вторичных цепях трансформаторов тока типа Т-0.66-У3, установленных на стороне 0,4 кВ трансформатора собственных нужд подстанции.

Коэффициент трансформации – 300/5;

Класс точности – 0,5;

Номинальная мощность – 5 В·А;

Фактическая мощность нагрузки – 1 B·A;

Схема соединения вторичных обмоток – «полная звезда», рис. 1.1, а

Рис. 1.1. Схема соединения вторичных обмоток трансформатора тока с догрузочными резисторами: «полная звезда» (а) и «неполная звезда» (б)

Примечание – На схеме приведены следующие условные обозначения:

R_н1.a, R_н1.b, R_н1.c – фактическая нагрузка трансформатора тока фаз а, b, с без учета догрузочных резисторов.

Минимальная допустимая нагрузка трансформаторов тока составляет:

Сопротивления догрузочных резисторов определяем по формуле

Из номенклатуры догрузочных резисторов, выпускаемых предприятием ООО «ЗИП-Научприбор», г. Краснодар, выбираем догрузочный резистор типа МР 3021-Т-5А-4В·А, R_{догр.ном} = 0,16 Ом

Выбрать догрузочные резисторы во вторичных цепях трансформаторов тока (ТТ) типа ТПШЛ-10, установленных на вводе 6 кВ силового трансформатора подстанции.

Коэффициент трансформации – 2000/5;

Класс точности – 0,5;

Номинальное значение сопротивления – 1,2 Ом;

Схема соединения вторичных обмоток – «неполная звезда», рис. 1.1, б);

Фактическое значение сопротивления нагрузки – 0,12 Ом.

Значение сопротивления догрузочных резисторов определяем по формуле (3)

Из номенклатуры догрузочных резисторов, выпускаемых предприятием ООО «ЗИП-Научприбор», г. Краснодар, выбираем три догрузочных резистора типа МР 3021-Т-5А-4В·А, номиналом по 0,16 Ом

Возможны следующие мероприятия по разгрузке вторичных цепей:

1. Замена аналоговых приборов во вторичных цепях на цифровые, имеющие меньшее входное сопротивление;

2. Оптимизация цепей защиты;

3. Уменьшение сопротивления кабеля;

4. Использование специальных преобразователей.

После проведения мероприятий по нормализации нагрузки трансформатора тока измеряют фактическое значение нагрузки (сопротивления) вторичной цепи. Значение нагрузки (сопротивления) вторичной цепи определяют в соответствии с п. 9.5.

Значение фактической вторичной нагрузки трансформатора тока должно находиться в диапазоне (50 ± 10) % от нормированной номинальной нагрузки.

1. ПОТ Р М-016-2001 «Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок»;

2. РД 153-34.0-11.209-99. Рекомендации. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии и мощности. Типовая методика выполнения измерений электроэнергии и мощности;

3. Правила устройства электроустановок ( ПУЭ ). Шестое издание. Дополненное с исправлениями. – Москва, ЗАО «Энергосервис», 2005 – 440 стр;

4. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электрической энергии (мощности) субъекта ОРЭ. Технические требования (Приложение № 11.1 к Договору о присоединении к торговой системе оптового рынка);

5. РД 34.09.101-94. Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении;

6. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи. Москва, «Энергия», 1977 – 104 стр;

7. Техническое обслуживание измерительных трансформаторов тока и напряжения. Сост. Ф.Д. Кузнецов; под ред. Б.А. Алексеева. Москва, Изд-во НЦ ЭНАС, 2004 – 96 стр.

В данной статье я буду рассматривать пример выбора догрузочных резисторов для вторичной обмотки трансформатора тока с классом точности 0,5S и номинальной вторичной нагрузкой 5 ВА.

Согласно ГОСТ 7746-2015 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» таблица 8, фактическая нагрузка должна быть в диапазоне 25 – 100 % от номинального значения сопротивления (нагрузки) вторичной цепи трансформатора тока.

Согласно рекомендаций МИ 3022-2006 «Нормализация нагрузки вторичных цепей измерительных трансформаторов» пункт 9.6 оптимальные значения метрологических характеристик трансформаторов тока, должно находится в диапазоне от 40 % до 60 % от номинального значения вторичной нагрузки.

Там же приведена таблица 3, где указаны нижние пределы вторичных нагрузок для трансформаторов тока с номинальной вторичной нагрузкой до 10 ВА согласно ГОСТ 7746-2001. Данная информация устарела, так как данные требования в ГОСТ 7746-2015 убрали, а рекомендации МИ 3022-2006 еще не были откорректированы.

Исходя из выше изложенного, я привожу свою таблицу с минимально допустимой нагрузкой трансформаторов тока которая должна находиться в диапазоне (50±10) % от номинального значения вторичной нагрузки согласно МИ 3022-2006.

Таблица 1 – Минимально допустимая нагрузка трансформаторов тока

В предыдущем примере был выбран трансформатор тока типа ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,5S/0,5/10P-5/10/30-300/5У2 для трансформатора мощность 2500 кВА. К данной вторичной обмотке подключен счетчик типа СЭТ 4ТМ.03M, который используется для технического учета.

Результаты расчетов из предыдущего примера я буду использовать в данном примере, а именно:

• Zп = 0,012 Ом – сопротивление счетчика СЭТ 4ТМ.03M;
• rпр = 0,028 Ом – фактическое сопротивление кабеля КВВГЭнг-4х2,5мм2 от вторичной обмотки ТТ до счетчика;
• Sном2 = 5 ВА – номинальная вторичная нагрузка трансформатора тока;
• схема соединения обмоток ТТ – «полная звезда».

1. Определяем фактическую мощность нагрузки:

• rпер=0,05 Ом – переходное сопротивление контактов при двух, трех приборов и 0,1 Ом при большем числе приборов;
• Iном.2 = 5А – номинальный ток вторичной цепи ТТ;

2. Определяем в процентном соотношении насколько будет загружена вторичная обмотка:

S% = (Sфакт2/Sном2)*100% = (2,25/5)*100% = 45% — условие выполняется

Предположим, что фактическая мощность нагрузки равна Sфакт2 = 1 ВА с номинальной мощностью вторичной обмотки ТТ Sном2 = 5 ВА, схема соединения обмоток ТТ – «полная звезда» (см.рис.1).

В процентном соотношении вторичная обмотка ТТ загружена на 20%:

S% = (Sфакт2/Sном2)*100% = (1/5)*100% = 20%

Для нормализации нагрузки трансформатора тока, требуется вторичную нагрузку трансформатора тока повысить до уровня 50 %, для этого устанавливаем догрузочные резисторы.

Расчет и выбор догрузочных резисторов будет выполнятся в соответствии с рекомендациями МИ 3022-2006.

1. Сопротивление догрузочного резистора определяется по формуле 3 согласно рекомендаций МИ 3022-2006:

2. Выбираем догрузочный резистор МР 3021-Т-5А-1,5 ВА с сопротивлением:

Что бы избавить Вас от поисков данных нормативных документов, выкладываю их в архиве.

Любой трансформатор, находящийся в пригодном для использования состоянии, постоянно испытывает некое напряжение, которое варьируется в зависимости от таких факторов как: внешняя среда, перепады температур. Для удачной догрузки вторичных цепей трансформаторов напряжения и нужны догрузочные резисторы.

Виды догрузочных резисторов для трансформаторов

В электрических цепях применяют постоянные и переменные резисторы, но чаще всего сегодня замечают лишь первые. Постоянные варисторы также разделяют на специальные группы. Прежде всего это:

• проволочные резисторы. На изготовление этого вида идет проволока из манганина, которую наматывают на каркас, состоящий из нихрома. Удельное сопротивление этих резистеров высокое, поэтому оно позволяет получить требуемый номинал. Но из-за того, что паразитная индуктивность остается высокой, для высокочастотных схем проволочные резисторы не годятся.
• непроволочные резисторы. Такие приборы изготавливают из специальных пленок, которые проводят ток за счет связующего диэлектрика. Этот вид приборов делят на подгруппы: тонкослойные и композиционные. Первые изготавливаются на основе сплавов, оксидов углерода. Вторые представлены в виде пленочных варистеров с неорганическим диэлектриком.

Непроволочные резисторы намного тоньше проволочных, параметры у них более стабильны, и работают они дольше. Выбор таких резисторов будет отличным решением для высоковольтных цепей с высокими частотами.

Выбор устройства компенсации реактивной мощности

Выбор устройства компенсации реактивной мощности в цепи трансформатора тока довольно нелегкое дело. Прежде всего данная методика включает в себя несколько основных этапов: Выбор места установки устройства, вычисление его мощности, проведение проверок и выбор устройства.

Выбор места установки устройства определяется в зависимости от особенностей прибора. Чаще всего выделяют следующие места установки:

• ввод
• главная распределительная шина
• вторичная распределительная шина
• индивидуальный конденсатор нагрузок

Чтобы правильно выбрать устройство КРМ важно располагать информацией о номинальной мощности, напряжении, токе, количеству ступеней. Мощность варьируется, но в данном случае учитывают количество ступеней. Обычно оно совпадает или меньше, нежели количество выходов контроллера. Количество выходов всегда обозначается цифрой, поэтому определить его довольно просто. Если требуется защита от резонансных явлений, то скорее всего потребуются защитные реакторы.

Расчет потери мощности

Потери мощности как активной, так и реактивной, определяют располагая специальными формулами. Для начала узнают все необходимые данные по трансформатору. Обычно они написаны в паспорте устройства. Далее определяется коэффициент загрузки. Рассчитывается он следующим образом: расчетную нагрузку делят на мощность. Следующим шагом будет определение суммарных потерь. Значение рассчитывается по формуле: сумма потерь холостого хода и произведение потерь короткого замыкания на коэффициент загрузки. В конечном итоге определяются суммарные потери. Для начала суммируют отношение тока холостого хода к ста процентам и произведение напряжения на коэффициент загрузки деленное на сто. Далее эту сумму умножают на мощность и значение готово.

Указания мер безопасности

• Прежде всего, перед любым тестированием или проведением испытаний на силовых трансформаторах, руководствуются специальным сводом правил и требований, а также инструкциям по технике безопасности.
• Так как трансформаторы относят к высоковольтным устройствам, при их монтаже особое внимание обращают на соблюдение норм эксплуатации электроустановок. За счет того, что догрузочные резисторы являются довольно сложноустроенной частью трансформатора, для их эксплуатации существуют особые меры безопасности.
• Перемещать трансформаторы следует осторожно. Вынимать или вставлять резисторы необходимо за специальные детали, которые предназначены для данных целей.
• Если трансформаторы подвергаются сушке, ни в коем случае нельзя касаться обмотки, резисторов и других частей. Зону сушки лучше огораживать.
• Рядом с трансформаторами нельзя хранить легковоспламеняющиеся жидкости, нельзя курить и зажигать спички.

Подготовка к работе и монтаж

После того, как догрузочный резистор будет расконсервирован, его устанавливают в специальное устройство. Важно расположить ребра радиаторов вертикально. Игольчатые радиаторы и резистор располагают вертикально радиаторам. Монтаж выполняется в два этапа.

• Начальный этап представляет собой подготовку и подключение заземления.
• Если при установке происходит клеймение, то лучше использовать пломбу, состоящую из пленки, чтобы перекрыть отверстия колодки. Другим вариантом будет внедрение мастики, которой закрывают все углубления.

Распределительные устройства, в которых будет монтаж, бывают как открытыми, так и закрытыми. Одной из наиболее важных рекомендация является укрытие резистора от прямых солнечных лучей и других атмосферных осадков. Для этого создают специальные условия. Догрузочные резисторы лучше всего монтировать в закрытых устройствах. В случае, если резистор будет заключен в закрытое помещение, монтаж нужно делать грамотно. Главная цель-улучшение теплоотдачи. Этому может способствовать конвекция.

Техническое обслуживание

Техническое обслуживание проводят минимум раз в триместр. Главной его целью является обеспечение нормальной работы трансформатора через обеспечение допустимого теплового режима в данных приборах. Заключается такое обслуживание в удалении с поверхности пыли и грязи сухой ветошью. Также с этой задачей отлично справится сжатый воздух.

Главное помнить, что при любой работе с трансформатором требуется соблюдать технику безопасности работы с электроприборами.