Messstromwandler in Schaltkreisen für Relaisschutz und Automatisierung

Die Energieausrüstung von Umspannwerken ist organisatorisch in zwei Gerätetypen unterteilt:

1. Stromkreise, über die die gesamte Leistung der transportierten Energie übertragen wird;

2. Sekundärgeräte, mit denen Sie die im Primärkreislauf ablaufenden Prozesse steuern und steuern können.

Leistungsgeräte befinden sich in offenen Bereichen oder in geschlossenen Schaltanlagen, und sekundäre Geräte befinden sich auf Relaistafeln, in speziellen Schränken oder separaten Zellen.

Die Zwischenverbindung, die die Funktion der Informationsübertragung zwischen dem Leistungsteil und den Mess-, Verwaltungs-, Schutz- und Kontrollorganen übernimmt, sind Messtransformatoren. Wie alle derartigen Geräte haben sie zwei Seiten mit unterschiedlichen Spannungswerten:

1. Hochspannung, die den Parametern der ersten Schleife entspricht;

2.Niederspannung, wodurch das Risiko der Auswirkungen von Energiegeräten auf das Servicepersonal und die Materialkosten für die Erstellung von Steuerungs- und Überwachungsgeräten verringert werden können.

Das Adjektiv „Messung“ spiegelt den Zweck dieser elektrischen Geräte wider, da sie alle an den Energieanlagen ablaufenden Prozesse sehr genau nachbilden und in Transformatoren unterteilt sind:

1. Strom (CT);

2. Spannung (VT).

Sie funktionieren nach den allgemeinen physikalischen Prinzipien der Transformation, weisen jedoch unterschiedliche Designs und Methoden der Einbindung in den Primärkreislauf auf.

Wie Stromwandler hergestellt werden und funktionieren

Funktionsprinzipien und Geräte

Im Design Messstromwandler die Umwandlung der Vektorwerte von im Primärkreis fließenden Strömen großer Werte in proportional verkleinerte Ströme und auf die gleiche Weise werden die Richtungen der Vektoren in den Sekundärkreisen bestimmt.

Magnetkreisgerät

Strukturell bestehen Stromwandler wie jeder andere Transformator aus zwei isolierten Wicklungen, die um einen gemeinsamen Magnetkreis herum angeordnet sind. Es besteht aus laminierten Metallplatten, die aus speziellen Elektrostählen geschmolzen werden. Dies geschieht, um den magnetischen Widerstand im Weg der magnetischen Flüsse, die in einer geschlossenen Schleife um die Spulen zirkulieren, zu verringern und Verluste durch sie zu reduzieren Wirbelströme.

Ein Stromtransformator für Relaisschutz- und Automatisierungssysteme kann nicht einen, sondern zwei Magnetkerne haben, die sich in der Anzahl der Platten und dem Gesamtvolumen des verwendeten Eisens unterscheiden. Dies geschieht, um zwei Arten von Spulen zu schaffen, die zuverlässig funktionieren, wenn:

1. Nominelle Arbeitsbedingungen;

2.oder bei erheblichen Überlastungen durch Kurzschlussströme.

Das erste Design dient zur Durchführung von Messungen und das zweite zum Anschließen von Schutzvorrichtungen, die auftretende abnormale Modi abschalten.

Anordnung der Spulen und Anschlussklemmen

Die Wicklungen von Stromwandlern, die für den dauerhaften Betrieb im Stromkreis der elektrischen Anlage ausgelegt und gefertigt sind, erfüllen die Anforderungen an den sicheren Stromdurchgang und dessen thermische Wirkung. Daher bestehen sie aus Kupfer, Stahl oder Aluminium mit einer Querschnittsfläche, die eine erhöhte Erwärmung ausschließt.

Da der Primärstrom immer größer ist als der Sekundärstrom, ist die Wicklung dafür deutlich größer, wie auf dem Foto unten für den rechten Transformator gezeigt.

Die linken und mittleren Strukturen haben überhaupt keine Macht. Stattdessen ist im Gehäuse eine Öffnung vorgesehen, durch die ein Stromversorgungskabel oder ein fester Bus verläuft. Solche Modelle werden in der Regel in Elektroinstallationen bis 1000 Volt eingesetzt.

An den Anschlüssen der Transformatorwicklungen befindet sich immer eine feste Vorrichtung zum Anschluss von Sammelschienen und Anschlussdrähten mittels Bolzen und Schraubklemmen. Dies ist eine der kritischen Stellen, an denen der elektrische Kontakt unterbrochen werden kann, was zu Schäden führen oder den genauen Betrieb des Messsystems beeinträchtigen kann. Bei der Funktionskontrolle wird stets auf die Qualität der Klemmung im Primär- und Sekundärkreis geachtet.

Stromwandlerklemmen werden im Werk bei der Herstellung gekennzeichnet und tragen die Kennzeichnung:

• L1 und L2 für den Ein- und Ausgang des Primärstroms;

• I1 und I2 – sekundär.

Diese Indizes geben die Wicklungsrichtung der Windungen relativ zueinander an und beeinflussen den korrekten Anschluss der Strom- und Simulationskreise sowie die Charakteristik der Verteilung der Stromvektoren entlang des Stromkreises. Sie werden bei der Erstinstallation von Transformatoren oder beim Austausch defekter Geräte beachtet und sogar vor der Montage der Geräte und nach der Installation durch verschiedene Methoden der elektrischen Kontrolle untersucht.

Die Anzahl der Windungen im Primärkreis W1 und Sekundärkreis W2 ist nicht gleich, sondern sehr unterschiedlich. Hochspannungs-Stromtransformatoren verfügen normalerweise nur über eine gerade Schiene über dem Magnetkreis, die als Versorgungswicklung fungiert. Die Sekundärwicklung hat eine größere Windungszahl, was sich auf das Übersetzungsverhältnis auswirkt. Der Einfachheit halber wird es als gebrochener Ausdruck der Nennwerte der Ströme in den beiden Wicklungen geschrieben.

Beispielsweise bedeutet der Eintrag 600/5 auf dem Typenschild der Box, dass der Transformator für den Anschluss an Hochspannungsgeräte mit einem Nennstrom von 600 Ampere vorgesehen ist und im Sekundärkreis nur 5 Ampere transformiert werden.

Jeder Messstromwandler ist an eine eigene Phase des Primärnetzes angeschlossen. Die Anzahl der Sekundärwicklungen für Relaisschutz- und Automatisierungsgeräte wird üblicherweise zur separaten Verwendung in Stromkreiskernen erhöht für:

• Messgeräte;

• allgemeiner Schutz;

• Reifen und Reifenschutz.

Diese Methode eliminiert den Einfluss weniger kritischer Stromkreise auf wichtigere Stromkreise und vereinfacht deren Wartung und Prüfung an Arbeitsgeräten bei Betriebsspannung.

Zur Kennzeichnung der Anschlüsse solcher Sekundärwicklungen wird die Bezeichnung 1I1, 1I2, 1I3 für den Anfang und 2I1, 2I2, 2I3 für die Enden verwendet.

Isolationsgerät

Jedes Stromwandlermodell ist für den Betrieb mit einer bestimmten Hochspannung an der Primärwicklung ausgelegt. Die zwischen den Wicklungen und dem Gehäuse befindliche Isolationsschicht muss dem Potential des Stromnetzes ihrer Klasse lange standhalten.

Auf der Außenseite der Isolierung von Hochspannungsstromwandlern können je nach Verwendungszweck verwendet werden:

• Tischdecke aus Porzellan;

• verdichtete Epoxidharze;

• einige Arten von Kunststoffen.

Dieselben Materialien können mit Transformatorpapier oder Öl ergänzt werden, um die inneren Drahtkreuzungen der Wicklungen zu isolieren und Windungsfehler zu vermeiden.

Genauigkeitsklasse TT

Im Idealfall sollte ein Transformator theoretisch präzise und fehlerfrei arbeiten. In realen Strukturen geht jedoch Energie verloren, um die Drähte intern zu erhitzen, den magnetischen Widerstand zu überwinden und Wirbelströme zu bilden.

Dadurch wird der Transformationsprozess zumindest ein wenig gestört, was sich auf die Genauigkeit der Reproduktion im Maßstab der Primärstromvektoren von ihren Sekundärwerten bei Abweichungen in der Orientierung im Raum auswirkt. Alle Stromwandler haben einen bestimmten Messfehler, der als Prozentsatz des Verhältnisses des absoluten Fehlers zum Nennwert in Amplitude und Winkel normiert ist.

Genauigkeitsklasse Stromwandler werden durch die Zahlenwerte „0,2“, „0,5“, „1“, „3“, „5“, „10“ ausgedrückt.

Transformatoren der Klasse 0,2 eignen sich für kritische Labormessungen.Klasse 0,5 ist für die genaue Messung von Strömen vorgesehen, die von Messgeräten der Stufe 1 für kommerzielle Zwecke verwendet werden.

In der Klasse 1 werden Strommessungen für den Betrieb der Relais und Steuerkonten der 2. Ebene durchgeführt. Die Betätigungsspulen der Antriebe sind an die Stromwandler der 10. Genauigkeitsklasse angeschlossen. Sie arbeiten genau im Kurzschlussmodus des Primärnetzes.

TT-Schaltkreise

In der Energiewirtschaft werden hauptsächlich drei- oder vieradrige Stromleitungen verwendet. Um die durch sie fließenden Ströme zu steuern, werden verschiedene Schemata zum Anschluss von Messtransformatoren verwendet.

1. Elektrische Ausrüstung

Das Foto zeigt eine Variante der Messung der Ströme eines Dreileiterstromkreises von 10 Kilovolt mit zwei Stromwandlern.

Hier ist zu erkennen, dass die primären Phasenanschlussschienen A und C mit den Klemmen der Stromwandler verschraubt sind und die sekundären Stromkreise hinter einem Zaun verborgen sind und von einem separaten Kabelbaum in ein Schutzrohr geführt werden, das zum Relaisraum führt zum Anschluss von Stromkreisen an die Reihenklemmen.

Das gleiche Installationsprinzip gilt in anderen Schemata. Hochspannungsgerätewie im Bild für 110-kV-Netz gezeigt.

Dabei werden die Gehäuse der Messwandler mithilfe einer geerdeten Stahlbetonplattform in der Höhe montiert, wie es die Sicherheitsvorschriften erfordern. Der Anschluss der Primärwicklungen an die Versorgungsdrähte erfolgt in einem Schnitt, alle Sekundärkreise werden in einem nahegelegenen Kasten mit Anschlussklemme herausgeführt.

Die Kabelverbindungen der Sekundärstromkreise sind durch Metallabdeckungen und Betonplatten vor zufälligen äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt.

2.Sekundärwicklungen

Wie oben erwähnt, werden die Ausgangsleiter von Stromwandlern für den Betrieb mit Messgeräten oder Schutzgeräten zusammengeführt. Dies wirkt sich auf den Aufbau der Schaltung aus.

Wenn es notwendig ist, den Laststrom in jeder Phase mit Amperemetern zu kontrollieren, kommt die klassische Anschlussmöglichkeit zum Einsatz – eine Vollsternschaltung.

In diesem Fall zeigt jedes Gerät den aktuellen Wert seiner Phase unter Berücksichtigung des Winkels zwischen ihnen an. Die Verwendung automatischer Rekorder in diesem Modus ermöglicht es Ihnen am bequemsten, die Form von Sinuskurven anzuzeigen und darauf basierend Vektordiagramme der Lastverteilung zu erstellen.

Um Geld zu sparen, werden bei Abgängen von 6 ÷ 10 kV häufig nicht drei, sondern zwei Messstromwandler installiert, ohne eine Phase B zu verwenden. Dieser Fall ist auf dem Foto oben dargestellt. Ermöglicht den Anschluss von Amperemetern an einen unvollständigen Sternkreis.

Aufgrund der Umverteilung der Ströme des Zusatzgeräts stellt sich heraus, dass die Vektorsumme der Phasen A und C angezeigt wird, die im symmetrischen Lastmodus des Netzwerks entgegengesetzt zum Vektor der Phase B gerichtet ist.

Der Fall des Einschaltens von zwei Messstromwandlern zur Überwachung des Netzstroms mit einem Relais ist im folgenden Foto dargestellt.

Das Schema ermöglicht die vollständige Kontrolle von ausgeglichener Last und dreiphasigen Kurzschlüssen. Beim Auftreten eines zweiphasigen Kurzschlusses, insbesondere AB oder BC, wird die Empfindlichkeit eines solchen Filters stark unterschätzt.

Ein gängiges Schema zur Überwachung von Nullströmen entsteht durch den Anschluss von Messstromwandlern in einer Vollsternschaltung und der Wicklung eines Steuerrelais an einen kombinierten Neutralleiter.

Der durch die Spule fließende Strom entsteht durch Addition der drei Phasenvektoren. Im symmetrischen Modus ist es ausgeglichen und beim Auftreten von einphasigen oder zweiphasigen Kurzschlüssen wird der Unsymmetrieanteil im Relais freigegeben.

Leistungsmerkmale von Messstromwandlern und deren Sekundärkreisen

Operatives Schalten

Während des Betriebs des Stromwandlers entsteht ein Gleichgewicht magnetischer Flüsse, die durch Ströme in der Primär- und Sekundärwicklung gebildet werden. Dadurch sind sie betragsmäßig ausgeglichen, entgegengesetzt gerichtet und kompensieren den Einfluss der erzeugten EMF in geschlossenen Stromkreisen .

Wenn die Primärwicklung offen ist, fließt kein Strom mehr durch sie und alle Sekundärkreise werden einfach getrennt. Der Sekundärkreis kann jedoch nicht geöffnet werden, wenn der Strom durch die Primärwicklung fließt, da sonst unter der Wirkung des magnetischen Flusses in der Sekundärwicklung eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die nicht für den Stromfluss in einem geschlossenen Kreislauf mit geringem Widerstand aufgewendet wird , wird aber im Standby-Modus verwendet.

Dadurch entsteht an den offenen Kontakten ein hohes Potenzial, das mehrere Kilovolt erreicht und die Isolierung der Sekundärkreise durchbrechen, den Betrieb der Geräte stören und beim Servicepersonal elektrische Verletzungen verursachen kann.

Aus diesem Grund erfolgen alle Schaltvorgänge in den Sekundärkreisen von Stromwandlern nach einer streng definierten Technologie und stets unter Aufsicht von Vorgesetzten, ohne die Stromkreise zu unterbrechen. Verwenden Sie dazu:

• spezielle Arten von Klemmenblöcken, mit denen Sie für die Dauer der Unterbrechung des außer Betrieb genommenen Abschnitts einen zusätzlichen Kurzschluss installieren können;

• Testen aktueller Blöcke mit kurzen Jumpern;

• spezielles Schlüsseldesign.

Rekorder für Notfallprozesse

Messgeräte werden nach der Art der Befestigungsparameter unterteilt für:

• nominelle Arbeitsbedingungen;

• das Auftreten eines Überstroms im System.

Die empfindlichen Elemente der Aufnahmegeräte nehmen das eingehende Signal direkt proportional auf und zeigen es auch an. Wenn der aktuelle Wert verzerrt an ihrem Eingang eingegeben wird, wird dieser Fehler in die Messwerte eingetragen.

Aus diesem Grund werden Geräte zur Messung von Notströmen und nicht von Nennströmen an den Kern des Schutzes eines Stromwandlers angeschlossen und nicht an Messungen.

Lesen Sie hier mehr über das Gerät und die Funktionsweise von Messspannungswandlern: Messspannungswandler in Schaltkreisen für Relaisschutz und Automatisierung