Medição de transformadores de corrente em circuitos para proteção de relés e automação

O equipamento de energia das subestações elétricas é organizado em dois tipos de dispositivos:

1. circuitos de potência através dos quais é transmitida toda a potência da energia transportada;

2. dispositivos secundários que permitem controlar os processos que ocorrem no loop primário e controlá-los.

Os equipamentos de energia estão localizados em áreas abertas ou em aparelhagem fechada, e os equipamentos secundários estão localizados em painéis de relés, em gabinetes especiais ou células separadas.

A conexão intermediária que realiza a função de transmissão de informações entre a unidade de potência e os órgãos de medição, gerenciamento, proteção e controle são os transformadores de medição. Como todos esses dispositivos, eles têm dois lados com diferentes valores de tensão:

1. alta tensão, que corresponde aos parâmetros do primeiro loop;

2.baixa tensão, permitindo reduzir o risco de impacto dos equipamentos de energia no pessoal de serviço e o custo de materiais para a criação de dispositivos de controle e monitoramento.

O adjetivo "medição" reflete a finalidade desses dispositivos elétricos, pois simulam com muita precisão todos os processos que ocorrem nos equipamentos de energia e são divididos em transformadores:

1. corrente (CT);

2. tensão (VT).

Eles funcionam de acordo com os princípios físicos gerais de transformação, mas têm diferentes designs e métodos de inclusão no circuito primário.

Como os transformadores de corrente são feitos e funcionam

Princípios de operação e dispositivos

Em projeto transformador de corrente de medição a conversão dos valores vetoriais de correntes de grandes valores fluindo no circuito primário em proporcionalmente reduzido em magnitude, e da mesma forma as direções dos vetores nos circuitos secundários são determinadas.

dispositivo de circuito magnético

Estruturalmente, os transformadores de corrente, como qualquer outro transformador, consistem em dois enrolamentos isolados localizados em torno de um circuito magnético comum. É fabricado com chapas metálicas laminadas que são fundidas com tipos especiais de aços elétricos. Isso é feito para reduzir a resistência magnética no caminho dos fluxos magnéticos que circulam em um loop fechado em torno das bobinas e para reduzir as perdas por correntes parasitas.

Um transformador de corrente para esquemas de proteção e automação de relés não pode ter um núcleo magnético, mas dois, diferindo no número de placas e no volume total de ferro utilizado. Isso é feito para criar dois tipos de bobinas que podem funcionar de forma confiável quando:

1. Condições nominais de trabalho;

2.ou em sobrecargas significativas causadas por correntes de curto-circuito.

O primeiro design é usado para fazer medições e o segundo é usado para conectar proteções que desligam modos anormais emergentes.

Disposição de bobinas e terminais de conexão

Os enrolamentos dos transformadores de corrente, projetados e fabricados para operação permanente no circuito da instalação elétrica, atendem aos requisitos para a passagem segura da corrente e seu efeito térmico. Portanto, são feitos de cobre, aço ou alumínio com uma área de seção transversal que exclui o aumento do aquecimento.

Como a corrente primária é sempre maior que a secundária, o enrolamento dela se destaca significativamente em tamanho, conforme mostra a foto abaixo para o transformador certo.

As estruturas de esquerda e média não têm poder algum. Em vez disso, é fornecida uma abertura no invólucro através da qual passa um fio de alimentação ou barramento fixo. Tais modelos são utilizados, via de regra, em instalações elétricas de até 1000 volts.

Nos terminais dos enrolamentos do transformador há sempre um dispositivo fixo para conectar os barramentos e conectar os fios usando parafusos e braçadeiras. Este é um dos locais críticos onde o contato elétrico pode ser quebrado, o que pode causar danos ou atrapalhar a operação precisa do sistema de medição. A qualidade de sua fixação nos circuitos primário e secundário é sempre observada durante as verificações operacionais.

Os terminais do transformador de corrente são marcados na fábrica durante a fabricação e são marcados:

• L1 e L2 para entrada e saída da corrente primária;

• I1 e I2 — secundário.

Esses índices significam a direção do enrolamento das voltas uma em relação à outra e afetam a conexão correta dos circuitos de potência e simulados, a característica da distribuição dos vetores de corrente ao longo do circuito. Eles recebem atenção durante a instalação inicial de transformadores ou substituição de dispositivos defeituosos e são examinados por vários métodos de verificações elétricas antes da montagem dos dispositivos e após a instalação.

O número de voltas no circuito primário W1 e secundário W2 não é o mesmo, mas muito diferente. Os transformadores de corrente de alta tensão geralmente têm apenas um barramento direto no circuito magnético que atua como o enrolamento de alimentação. O enrolamento secundário tem um número maior de voltas, o que afeta a taxa de transformação. Para facilidade de uso, é escrito como uma expressão fracionária dos valores nominais das correntes nos dois enrolamentos.

Por exemplo, a entrada 600/5 na placa de identificação da caixa significa que o transformador é destinado a ser conectado a equipamentos de alta tensão com corrente nominal de 600 amperes, sendo que apenas 5 serão transformados no circuito secundário.

Cada transformador de corrente de medição é conectado à sua própria fase da rede primária. O número de enrolamentos secundários para proteção de relé e dispositivos de automação geralmente é aumentado para uso separado em núcleos de circuito de corrente para:

• Ferramentas de medição;

• proteção geral;

• pneu e proteção para pneus.

Este método elimina a influência de circuitos menos críticos em outros mais significativos, simplifica sua manutenção e teste em equipamentos de trabalho em tensão operacional.

Com o objetivo de marcar os terminais de tais enrolamentos secundários, a designação 1I1, 1I2, 1I3 é usada para o início e 2I1, 2I2, 2I3 para as extremidades.

Dispositivo de isolamento

Cada modelo de transformador de corrente é projetado para operar com uma certa quantidade de alta tensão no enrolamento primário. A camada de isolamento localizada entre os enrolamentos e a carcaça deve suportar por muito tempo o potencial da rede elétrica de sua classe.

Na parte externa da isolação dos transformadores de corrente de alta tensão, dependendo da finalidade, pode-se utilizar:

• toalha de porcelana;

• resinas epóxi compactadas;

• alguns tipos de plásticos.

Os mesmos materiais podem ser complementados com papel ou óleo de transformador para isolar os cruzamentos internos dos fios nos enrolamentos e eliminar falhas entre espiras.

Classe de precisão TT

Idealmente, um transformador deveria teoricamente operar com precisão sem introduzir erros. Em estruturas reais, no entanto, a energia é perdida para aquecer internamente os fios, superar a resistência magnética e formar correntes parasitas.

Por causa disso, pelo menos um pouco, mas o processo de transformação é perturbado, o que afeta a precisão da reprodução na escala dos vetores de corrente primários de seus valores secundários com desvios na orientação no espaço. Todos os transformadores de corrente têm um certo erro de medição, que é normalizado como uma porcentagem da relação entre o erro absoluto e o valor nominal em amplitude e ângulo.

Classe de precisão transformadores de corrente são expressos pelos valores numéricos «0,2», «0,5», «1», «3», «5», «10».

Os transformadores de classe 0.2 funcionam para medições laboratoriais críticas.A classe 0.5 destina-se à medição precisa de correntes usadas por medidores de nível 1 para fins comerciais.

As medições de corrente para a operação dos relés e contas de controle do 2º nível são realizadas na classe 1. As bobinas de atuação dos acionamentos são conectadas aos transformadores de corrente da 10ª classe de precisão. Eles trabalham exatamente no modo de curto-circuito da rede primária.

Circuitos de comutação TT

Na indústria de energia, linhas de energia de três ou quatro fios são usadas principalmente. Para controlar as correntes que passam por eles, vários esquemas são usados ​​para conectar transformadores de medição.

1. Equipamento elétrico

A foto mostra uma variante de medição das correntes de um circuito de força de três fios de 10 quilovolts usando dois transformadores de corrente.

Aqui pode ser visto que os barramentos de conexão de fase primária A e C são aparafusados ​​aos terminais dos transformadores de corrente e os circuitos secundários estão escondidos atrás de uma cerca e conduzidos de um chicote de cabos separado para um tubo de proteção que é direcionado para o compartimento do relé para conexão de circuitos aos blocos terminais.

O mesmo princípio de instalação se aplica a outros esquemas. equipamento de alta tensãocomo mostrado na figura para rede de 110 kV.

Aqui, os invólucros dos transformadores de instrumentos são montados em altura usando uma plataforma de concreto armado aterrada, o que é exigido pelos regulamentos de segurança. A conexão dos enrolamentos primários aos fios de alimentação é feita em corte, e todos os circuitos secundários são retirados em uma caixa próxima com uma junção terminal.

As conexões dos cabos dos circuitos de corrente secundários são protegidas contra impactos mecânicos externos acidentais por tampas metálicas e placas de concreto.

2.Enrolamentos secundários

Conforme observado acima, os condutores de saída dos transformadores de corrente são reunidos para operação com dispositivos de medição ou dispositivos de proteção. Isso afeta a montagem do circuito.

Se for necessário controlar a corrente de carga em cada fase usando amperímetros, é usada a opção de conexão clássica - um circuito em estrela completo.

Neste caso, cada dispositivo mostra o valor atual de sua fase, levando em consideração o ângulo entre eles. O uso de registradores automáticos neste modo permite que você exiba a forma de senoides e construa diagramas vetoriais de distribuição de carga com base neles.

Freqüentemente, em alimentadores de saída 6 ÷ 10 kV, para economizar, não três, mas dois transformadores de corrente de medição são instalados, sem usar uma fase B. Este caso é mostrado na foto acima. Permite conectar amperímetros em um circuito estrela incompleto.

Devido à redistribuição das correntes do dispositivo adicional, verifica-se que é exibida a soma vetorial das fases A e C, que é oposta ao vetor da fase B no modo de carga simétrica da rede.

O caso de ligar dois transformadores de corrente de medição para monitorar a corrente de linha com um relé é mostrado na foto abaixo.

O esquema permite o controle total da carga balanceada e dos curtos-circuitos trifásicos. Quando ocorre um curto-circuito bifásico, especialmente AB ou BC, a sensibilidade desse filtro é muito subestimada.

Um esquema comum para monitorar correntes de seqüência zero é criado conectando transformadores de corrente de medição em um circuito estrela completo e o enrolamento de um relé de controle a um fio neutro combinado.

A corrente que flui através da bobina é criada adicionando os três vetores de fase. No modo simétrico, ele é balanceado e, durante a ocorrência de curtos-circuitos monofásicos ou bifásicos, o componente desbalanceado é liberado no relé.

Características de desempenho de transformadores de corrente de medição e seus circuitos secundários

comutação operacional

Durante a operação do transformador de corrente, é criado um equilíbrio de fluxos magnéticos, formado por correntes nos enrolamentos primário e secundário. Como resultado, eles são equilibrados em magnitude, direcionados de forma oposta e compensam a influência do EMF gerado em circuitos fechados .

Se o enrolamento primário estiver aberto, a corrente deixará de fluir através dele e todos os circuitos secundários serão simplesmente desconectados. Mas o circuito secundário não pode ser aberto quando a corrente passa pelo primário, caso contrário, sob a ação do fluxo magnético no enrolamento secundário, é gerada uma força eletromotriz, que não é gasta no fluxo de corrente em um circuito fechado com baixa resistência , mas é usado no modo de espera.

Isso leva ao aparecimento de um alto potencial dos contatos abertos, que chega a vários quilovolts e é capaz de quebrar o isolamento dos circuitos secundários, interromper o funcionamento do equipamento e causar danos elétricos ao pessoal de serviço.

Por esta razão, todas as manobras nos circuitos secundários dos transformadores de corrente são realizadas de acordo com uma tecnologia estritamente definida e sempre sob a supervisão de supervisores, sem interromper os circuitos de corrente. Para fazer isso, use:

• tipos especiais de blocos de terminais que permitem instalar um curto-circuito adicional durante a interrupção da seção retirada de serviço;

• testar blocos de corrente com jumpers curtos;

• projeto chave especial.

Gravadores para processos de emergência

Os dispositivos de medição são divididos de acordo com o tipo de parâmetros de fixação para:

• condições nominais de trabalho;

• a ocorrência de sobrecorrente no sistema.

Os elementos sensíveis dos dispositivos de gravação percebem diretamente proporcionalmente o sinal de entrada e também o exibem. Se o valor atual for inserido em sua entrada com distorção, esse erro será introduzido nas leituras.

Por esta razão, dispositivos projetados para medir correntes de emergência, ao invés de nominais, são conectados ao núcleo da proteção de um transformador de corrente, e não a medições.

Leia sobre o dispositivo e os princípios de operação dos transformadores de tensão de medição aqui: Medição de transformadores de tensão em circuitos para proteção de relés e automação