Messspannungswandler in Schaltkreisen für Relaisschutz und Automatisierung

In diesem Artikel wird beschrieben, wie die Ströme großer Mengen von Hochspannungsgeräten mit hoher Genauigkeit modelliert werden, um sie sicher in Relaisschutzschaltungen verwenden zu können. Messstromwandler in Schaltkreisen für Relaisschutz und Automatisierung.

Außerdem wird beschrieben, wie Spannungen in Dutzende und Hunderte von Kilovolt umgewandelt werden, um den Betrieb von Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten auf der Grundlage von zwei Prinzipien zu steuern:

1. Umwandlung von Elektrizität;

2. kapazitive Trennung.

Die erste Methode ermöglicht eine genauere Darstellung der Vektoren der Primärgrößen und ist daher weit verbreitet. Die zweite Methode dient zur Überwachung einer bestimmten Phase der 110-kV-Netzspannung in den Bypass-Bussen und in einigen anderen Fällen. Aber in den letzten Jahren hat es immer mehr Anwendung gefunden.

Wie Instrumentenspannungswandler hergestellt und betrieben werden

Der wichtigste grundlegende Unterschied zwischen der Messung von Spannungswandlern (VT) von Stromwandler (CT) ist, dass sie, wie alle Netzteilmodelle, für den Normalbetrieb ohne Kurzschluss der Sekundärwicklung ausgelegt sind.

Während Leistungstransformatoren darauf ausgelegt sind, die transportierte Leistung mit minimalen Verlusten zu übertragen, werden Messspannungswandler mit dem Ziel einer hochpräzisen Wiederholung im Maßstab der Primärspannungsvektoren ausgelegt.

Funktionsprinzipien und Geräte

Der Aufbau eines Spannungswandlers, ähnlich einem Stromwandler, kann durch einen Magnetkreis dargestellt werden, um den zwei Spulen gewickelt sind:

• primär;

• zweite.

Für die genaueste Spannungsumwandlung bei geringsten Verlusten werden spezielle Stahlsorten für den Magnetkreis sowie das Metall ihrer Wicklungen und Isolationsschicht ausgewählt. Die Windungszahl der Primär- und Sekundärwicklung ist so berechnet, dass sich der Nennwert der an der Primärwicklung anliegenden Hochspannungs-Leiterspannung immer als Sekundärwert von 100 Volt mit gleicher Vektorrichtung für die abbildet neutral geerdete Systeme.

Wenn der primäre Energieübertragungskreis mit einem isolierten Neutralleiter ausgeführt ist, liegen am Ausgang der Messspule 100 / √3 Volt an.

Um unterschiedliche Methoden zur Simulation von Primärspannungen am Magnetkreis zu schaffen, können nicht eine, sondern mehrere Sekundärwicklungen angeordnet werden.

VT-Schaltkreise

Messwandler werden zur Messung linearer und/oder phasenförmiger Primärgrößen verwendet. Zu diesem Zweck umfassen Leistungsspulen Folgendes:

• Leitungsleiter zur Steuerung von Netzspannungen;

• Bus oder Draht und Erde, um den Phasenwert zu übernehmen.

Ein wichtiges Schutzelement von Messspannungswandlern ist die Erdung ihres Gehäuses und der Sekundärwicklung. Vorsicht ist geboten, denn wenn die Isolierung der Primärwicklung zum Gehäuse oder zu den Sekundärkreisen durchbricht, können in ihnen hohe Spannungen entstehen, die Personen verletzen und Geräte verbrennen können.

Durch die gezielte Erdung des Gehäuses und einer Sekundärwicklung wird dieses gefährliche Potenzial zur Erde abgeleitet, wodurch eine weitere Entwicklung des Unfalls verhindert wird.

1. Elektrische Ausrüstung

Auf dem Foto ist ein Beispiel für den Anschluss eines Transformators zur Spannungsmessung in einem 110-Kilovolt-Netz dargestellt.

Es wird hier betont, dass das Versorgungskabel jeder Phase über einen Abzweig mit dem Anschluss der Primärwicklung ihres Transformators verbunden ist, der sich auf einem gemeinsamen geerdeten Stahlbetonträger befindet, der in einer für Elektropersonal sicheren Höhe angebracht ist.

Der Körper jedes Mess-Spannungswandlers mit dem zweiten Anschluss der Primärwicklung ist direkt auf dieser Plattform geerdet.

Die Ausgänge der Sekundärwicklungen werden in einem Klemmenkasten an der Unterseite jedes Spannungswandlers montiert. Sie werden an die Leiter der Kabel angeschlossen, die in einem Stromverteilerkasten gesammelt werden, der sich in der Nähe in einer für die Wartung vom Boden aus bequemen Höhe befindet.

Es schaltet nicht nur den Stromkreis, sondern installiert auch automatische Schalter in Sekundärspannungskreisen und schaltet oder blockiert, um betriebliches Schalten durchzuführen und eine sichere Wartung der Ausrüstung durchzuführen.

Die hier gesammelten Spannungssammelschienen werden mit einem speziellen Stromkabel, an das erhöhte Anforderungen zur Reduzierung von Spannungsverlusten gestellt werden, den Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten zugeführt. Dieser sehr wichtige Parameter von Messschaltungen wird hier in einem separaten Artikel behandelt – Verlust und Spannungsabfall

Kabeltrassen zur VT-Messung werden ebenso wie CT durch Metallkästen oder Stahlbetonplatten vor unbeabsichtigter mechanischer Beschädigung geschützt.

Eine weitere Möglichkeit zum Anschluss eines Spannungsmesstransformators vom Typ NAMI, der sich in einer 10-kV-Gitterzelle befindet, ist im Foto unten dargestellt.

Der Spannungswandler auf der Hochspannungsseite ist in jeder Phase durch Glassicherungen geschützt und kann zur Funktionsprüfung vom Handantrieb vom Versorgungskreis getrennt werden.

Jede Phase des Primärnetzes ist mit dem entsprechenden Eingang der Versorgungswicklung verbunden. Die Leiter der Sekundärkreise werden mit einem separaten Kabel zur Klemmleiste herausgeführt.

2. Sekundärwicklungen und ihre Schaltkreise

Nachfolgend finden Sie ein einfaches Diagramm zum Anschluss eines Transformators an die Netzspannung des Versorgungskreises.

Diese Bauform ist in Stromkreisen bis einschließlich 10 kV zu finden. Es ist auf jeder Seite durch Sicherungen entsprechender Leistung geschützt.

In einem 110-kV-Netz kann ein solcher Spannungswandler in einer Phase des Bypass-Bussystems installiert werden, um eine synchrone Steuerung der angeschlossenen Verbindungskreise und des SNR zu gewährleisten.

Auf der Sekundärseite werden zwei Wicklungen verwendet: die Haupt- und die Zusatzwicklung, die die Umsetzung des Synchronmodus gewährleisten, wenn die Leistungsschalter von der Blockplatine gesteuert werden.

Um den Spannungswandler an zwei Phasen des Bypass-Bussystems anzuschließen, wenn die Leistungsschalter von der Hauptplatine aus gesteuert werden, wird das folgende Schema verwendet.

Hier wird der Vektor „uk“ zum Sekundärvektor „kf“ hinzugefügt, der durch das vorherige Schema gebildet wurde.

Das folgende Schema wird „offenes Dreieck“ oder unvollständiger Stern genannt.

Damit können Sie ein System mit zwei oder drei Phasenspannungen simulieren.

Die größten Möglichkeiten bietet der Anschluss von drei Spannungswandlern nach dem Vollstern-Schema. In diesem Fall können Sie sowohl alle Phasen- als auch Netzspannungen in den Sekundärkreisen erhalten.

Aufgrund dieser Möglichkeit wird diese Option in allen kritischen Umspannwerken verwendet und die Sekundärkreise für solche Spannungswandler werden mit zwei Wicklungstypen erstellt, die entsprechend der Stern- und Dreieckschaltung enthalten sind.

Die angegebenen Schemata zum Einschalten der Spulen sind die typischsten und bei weitem nicht die einzigen. Moderne Messwandler verfügen über unterschiedliche Fähigkeiten und es wurden gewisse Anpassungen im Design und Anschlussschema für sie vorgenommen.

Genauigkeitsklassen von Spannungsmesswandlern

Um Fehler bei messtechnischen Messungen zu ermitteln, orientieren sich Spannungswandler an einem Ersatzschaltbild und einem Vektordiagramm.

Diese recht komplexe technische Methode ermöglicht es, die Fehler jeder Spannungswandlermessung hinsichtlich Amplitude und Abweichungswinkel der Sekundärspannung von der Primärspannung zu bestimmen und die Genauigkeitsklasse für jeden getesteten Transformator zu bestimmen.

Alle Parameter werden bei Nennlast in den Sekundärkreisen gemessen, für die der Spannungswandler erstellt wird. Werden sie im Betrieb oder bei der Inspektion überschritten, liegt der Fehler über dem Nennwert.

Messspannungswandler haben 4 Genauigkeitsklassen.

Genauigkeitsklassen von Spannungsmesswandlern

Genauigkeitsklassen der VT-Messung Maximale Grenzen für zulässige Fehler FU, % δU, min 3 3,0 nicht definiert 1 1,0 40 0,5 0,5 20 0,2 0,2 ​​10

Klasse Nr. 3 wird in Modellen verwendet, die in Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten betrieben werden, die keine hohe Genauigkeit erfordern, beispielsweise um Alarmelemente für das Auftreten von Fehlermodi in Stromkreisen auszulösen.

Die höchste Genauigkeit von 0,2 wird von Instrumenten erreicht, die für kritische Hochpräzisionsmessungen beim Einrichten komplexer Geräte, bei der Durchführung von Abnahmetests, beim Einrichten einer automatischen Frequenzsteuerung und bei ähnlichen Arbeiten verwendet werden. Spannungswandler mit den Genauigkeitsklassen 0,5 und 1,0 werden am häufigsten in Hochspannungsgeräten zur Übertragung der Sekundärspannung an Schalttafeln, Steuer- und Regelzähler, Relaissätze von Verriegelungen, Schutzvorrichtungen und Stromkreissynchronisierung installiert.

Methode zur kapazitiven Spannungsentnahme

Das Prinzip dieser Methode besteht in der umgekehrt proportionalen Spannungsfreigabe an einem Stromkreis aus in Reihe geschalteten Kondensatorplatten unterschiedlicher Kapazität.

Nach der Berechnung und Auswahl der Nennwerte der in Reihe mit der Bus- oder Netzphasenspannung Uph1 geschalteten Kondensatoren ist es möglich, am Endkondensator C3 den Sekundärwert Uph2 zu erhalten, der direkt aus dem Behälter oder über ein daran angeschlossenes Transformatorgerät entnommen wird Erleichterung der Einstellungen durch einstellbare Spulenanzahl.

Leistungsmerkmale von Messspannungswandlern und deren Sekundärkreisen

Installationsvoraussetzungen

Aus Sicherheitsgründen müssen alle VT-Sekundärkreise geschützt werden. automatische Leistungsschalter Typ AP-50 und mit einem Kupferdraht mit einem Querschnitt von mindestens 4 mm² geerdet werden.

Wenn im Umspannwerk ein Doppelbussystem verwendet wird, müssen die Stromkreise jedes Messtransformators über den Relaisstromkreis der Wiederholer der Trennschalterposition verbunden werden, was die gleichzeitige Spannungsversorgung eines Relaisschutzgeräts von verschiedenen Spannungswandlern ausschließt.

Alle Sekundärkreise vom Endknoten VT bis zu den Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten müssen mit einem Stromkabel ausgeführt werden, damit die Summe der Ströme aller Adern gleich Null ist. Zu diesem Zweck ist es verboten:

• Trennen Sie die Sammelschienen „B“ und „K“ und kombinieren Sie sie zur gemeinsamen Erdung.

• Bus „B“ über Schaltkontakte, Schalter, Relais mit Synchronisationsgeräten verbinden;

• Schalten Sie den Bus „B“ der Zähler mit den RPR-Kontakten.

Operatives Schalten

Alle Arbeiten an Betriebsmitteln werden von speziell geschultem Personal unter Aufsicht von Beamten und gemäß den Schaltformularen durchgeführt. Zu diesem Zweck werden in den Stromkreisen des Spannungswandlers Leistungsschalter, Sicherungen und automatische Schalter eingebaut.

Bei der Außerbetriebnahme eines bestimmten Abschnitts von Spannungskreisen ist die Methode zur Überprüfung der getroffenen Maßnahme anzugeben.

Regelmäßige Wartung

Während des Betriebs unterliegen die Sekundär- und Primärkreise der Transformatoren verschiedenen Inspektionsfristen, die an die Zeit seit der Inbetriebnahme des Geräts gebunden sind und einen unterschiedlichen Umfang elektrischer Messungen und Reinigung der Geräte durch speziell geschultes Reparaturpersonal umfassen .

Die Hauptstörung, die in Spannungskreisen während ihres Betriebs auftreten kann, ist das Auftreten von Kurzschlussströmen zwischen den Wicklungen. Dies geschieht am häufigsten, wenn Elektriker in vorhandenen Spannungskreisen nicht sorgfältig arbeiten.

Bei einem unbeabsichtigten Kurzschluss der Wicklungen werden die im Klemmenkasten des Mess-Spannungswandlers befindlichen Schutzschalter ausgeschaltet und die Spannungskreise, die die Leistungsrelais, Verriegelungssätze, Synchronisation, Distanzschutz und andere Geräte versorgen, verschwinden.

In diesem Fall ist es möglich, dass bestehende Schutzvorrichtungen falsch aktiviert werden oder deren Funktion bei Fehlern im Primärkreis gestört wird. Solche Kurzschlüsse müssen nicht nur schnell behoben werden, sondern auch alle automatisch abgeschalteten Geräte umfassen.

Strom- und Spannungsmesswandler sind in jedem Umspannwerk Pflicht. Sie sind für den zuverlässigen Betrieb von Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten erforderlich.