trafo masura

27
CAPITOLUL 3 TRANSFORMATOARE DE MĂSURĂ ÎN INSTALAŢIILE DE PROTECŢII PRIN RELEE 3.1. SCOPUL ŞI IMPORTANŢA TRANSFORMATOARELOR DE MĂSURĂ Pentru supravegherea funcţionării unei instalaţii electrice este necesar să se poată controla oricare din parametrii caracteristici: tensiunea, curentul, puterea, impedanţa, frecvenţa şi unghiul de fază. În instalaţiile de joasă tensiune sau în circuitele în care curenţii sunt de ordinul zecilor de amperi, funcţionarea poate fi supravegheată măsurându-se direct tensiunile, curenţii, etc. ai circuitului controlat. În instalaţiile de curent alternativ de înaltă tensiune, sau la care curenţii depăşesc zeci de amperi, parametrii caracteristici nu pot fi măsuraţi direct, ci prin intermediul transformatoarelor de măsură. În tehnica protecţiei prin relee, transformatoarele de măsură au rolul de a alimenta cu tensiune, respectiv cu curent, schemele de protecţie prin relee [8]. Transformatoarele de măsură îndeplinesc următoarele funcţiuni: transformă valoarea tensiunii şi a curentului alternativ din instalaţiile de forţă, la valorile

Upload: cata882004

Post on 31-Oct-2014

230 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Transformatoare de masura

TRANSCRIPT

Page 1: Trafo Masura

CAPITOLUL 3

TRANSFORMATOARE DE MĂSURĂ ÎN INSTALAŢIILE DE PROTECŢII PRIN RELEE

3.1. SCOPUL ŞI IMPORTANŢA TRANSFORMATOARELOR DE MĂSURĂ

Pentru supravegherea funcţionării unei instalaţii electrice este necesar să se poată controla oricare din parametrii caracteristici: tensiunea, curentul, puterea, impedanţa, frecvenţa şi unghiul de fază.

În instalaţiile de joasă tensiune sau în circuitele în care curenţii sunt de ordinul zecilor de amperi, funcţionarea poate fi supravegheată măsurându-se direct tensiunile, curenţii, etc. ai circuitului controlat.

În instalaţiile de curent alternativ de înaltă tensiune, sau la care curenţii depăşesc zeci de amperi, parametrii caracteristici nu pot fi măsuraţi direct, ci prin intermediul transformatoarelor de măsură.

În tehnica protecţiei prin relee, transformatoarele de măsură au rolul de a alimenta cu tensiune, respectiv cu curent, schemele de protecţie prin relee [8].

Transformatoarele de măsură îndeplinesc următoarele funcţiuni: transformă valoarea tensiunii şi a curentului alternativ din instalaţiile de

forţă, la valorile standard corespunzătoare pentru alimentarea bobinelor aparatelor de măsură şi a releelor (100 V, 100/ V, sau 100/3 V respectiv 5 sau 1A);

izolează aparatele de măsură, dispozitivele de protecţie şi personalul de exploatare de tensiunea înaltă a circuitelor primare;

scot aparatele de măsură şi de protecţie din zona de acţiune a câmpurilor magnetice şi electrice puternice ale sistemului electroenergetic, eliminându-se în acest fel, acţiunea perturbatoare a acestor câmpuri asupra preciziei de măsurare şi asupra funcţionării corecte a dispozitivelor de protecţie;

permit combinarea, în anumite moduri, a mărimilor transformate în prealabil pentru a obţine o mărime care să ilustreze cel mai potrivit o anumită stare de defect sau de funcţionare anormală;

Page 2: Trafo Masura

protejează aparatele de măsură şi protecţie împotriva efectelor electrodinamice şi termice ale curenţilor de scurtcircuit în cazul avariilor care au loc în sistemul electroenergetic [8, 23].

Pe măsura dezvoltării sistemului electroenergetic şi a creşterii gradului său de complexitate, cerinţele pe care trebuie să le îndeplinească instalaţiile de protecţie, referitoare la selectivitate, sensibilitate şi rapiditate devin tot mai severe. În acest sens transformatoarele de măsură clasice, ce constituie organele de legătură ale protecţiei cu instalaţia protejată, furnizează mărimile caracteristice în timpul duratei regimului tranzitoriu, aceasta făcându-se cu importante inconveniente, mai ales pentru transformatoarele de curent [44].

3.2. TRANSFORMATOARE DE CURENT

3.2.1. Caracteristicile de bază ale transformatoarelor de curent

Transformatoarele de curent (TC) se folosesc pentru conectarea înfăşurărilor de curent ale releelor sau a intrărilor de curent ale protecţiilor la circuitul echipamentului protejat (EP). Înfăşurarea primară a TC cu Wp spire, este legată în serie cu circuitul al cărui curent trebuie măsurat, fiind parcursă de curentul primar Ip. La bornele înfăşurării secundare, cu Ws spire, se conectează bobinele de curent ale dispozitivelor de protecţie şi ale aparatele de măsură legate de asemenea în serie în circuitul înfăşurării secundare, prin care circulă curentul Is (fig. 3.1) [5, 8, 29].

(a)

Înfăşurările secundare ale transformatoarelor de curent au curentul nominal de 5 sau 1 A, iar înfăşurările primare se construiesc pentru valorile de curenţi, începând de la 5 A până la câteva mii de amperi.

Bornele înfăşurării primare ale TC sunt marcate cu literele L1 şi L2 sau P1 şi P2, iar bornele înfăşurării secundare cu literele l1 şi l2 sau S1 şi S2.

Legarea în schemă a unui TC este astfel stabilită încât sensul curentului secundar Is prin releu să fie acelaşi cu cel al curentului primar Ip.

31

I >

L1

L2

11

11

IS

IPTC

WP WS

l1

l1

L1

L2

TC TC

a) b) c)

Fig.3.1 Schema de principiu a TC (a) şi modalităţi de reprezentare (b) şi (c)

I I

Page 3: Trafo Masura

Schema echivalentă în T a unui TC este reprezentată în fig. 3.2 în care am notat cu impedanţele primare şi de magnetizare raportate la secundar, cu

impedanţele secundare şi de ieşire, iar cu curenţii primar şi de magnetizare raportaţi la secundar.

Între forţele magnetomotoare din circuitul unui TC există relaţia

IpWp = ImWp + IsWs (3.1)

Împărţind relaţia (3.1) prin Ws se obţine

(3.2)

sau utilizând valorile raportate la secundar

(3.3)Raportul Ws/Wp = nTC reprezintă raportul de transformare al TC.Pentru un transformator ideal Im = 0, relaţia (3.2) devine

(3.4)şi prin urmare raportul de transformare se poate scrie

(3.5)Rezultă că numărul de spire al înfăşurării secundare este mult mai mare decât

numărul de spire al înfăşurării primare, între ele existând acelaşi raport ca şi între curenţii primar şi secundar. În realitate curentul Im nu poate fi neglijat, acest curent fiind proporţional cu căderea de tensiune de la bornele înfăşurării secundare, care la rândul ei depinde de numărul aparatelor conectate la secundar, adică de sarcina secundară.

32

'pZ Zs

Ze

L1

L2

'pI

'mI

sI

UsEs

Fig. 3.2 Schema echivalentă a unui TC

'mZ

Page 4: Trafo Masura

În funcţionarea unui transformator de curent se deosebesc două regimuri de funcţionare extreme: cu înfăşurarea secundară legată în scurtcircuit şi cu înfăşurarea secundară în gol.

În cazul funcţionării cu înfăşurarea secundară legată în scurtcircuit, căderea de tensiune în TC este datorită numai rezistenţei şi reactanţei inductive a înfăşurărilor primară şi secundară, ceea ce are ca efect un curent de magnetizare minim. Acest regim de funcţionare, reprezintă un regim foarte apropiat de o funcţionare ideală.

În cazul funcţionării cu înfăşurarea secundară deschisă, curentul Is=0, ceea ce înseamnă că Ip=Im întregul curent primar serveşte pentru magnetizarea miezului.Acest lucru are ca efect formarea unui flux foarte mare în miezul de fier, încălzirea acestuia peste limita admisibilă şi deteriorarea transformatorului. În acelaşi timp la bornele secundare apare o tensiune care poate atinge valori periculoase atât pentru aparate cât şi pentru personalul de exploatare.

Din analiza acestor regimuri rezultă că înfăşurările secundare ale TC nu trebuie lăsate în gol. În cazul în care la o înfăşurare secundară nu se conectează nici un aparat, aceasta trebuie legată în scurtcircuit.

3.2.2. Parametrii principali ai TC

Transformatoarele de curent se caracterizează prin următorii parametrii:a) curentul nominal primar, Ipn, este standardizat la valori începând cu 5 A

până la câteva mii de amperi;b) curentul nominal secundar, Isn este de asemenea standardizat la 5 A, sau

1A;c) raportul de transformare nominal are expresia conform relaţiei (3.5)

(3.6)

d) eroarea de curent, definită prin relaţia

în care: - raportul de transformare nominal, iar Is, Ip sunt curenţii secundari şi primari efectivi al TC;

e) eroarea de unghi δi care reprezintă defazajul dintre curentul primar şi curentul secundar rotit cu 1800, sensul acestora fiind astfel ales încât acest unghi să fie nul pentru un transformator ideal.

f) eroarea compusă εc – utilizată pentru TC destinate alimentării releelor şi

33

Page 5: Trafo Masura

este definită ca valoarea eficace a diferenţei dintre valorile instantanee ale curentului primar Ipi şi produsul dintre raportul de transformare nTC şi valorile instantanee ale curentului secundar Isi exprimată în procente din valoarea eficace a curentului primar

Ip, prin formula

unde T este perioada curentului. Această eroare cumulează atât influenţa erorii de curent cât şi a celei de unghi.

g) sarcina nominală reprezintă valoarea maximă a impedanţei secundare Zspentru care erorile nu depăşesc valorile tolerate. Puterea nominală secundară a unui TC se defineşte cu formula

(3.9)h) clasa de precizie a TC reprezintă eroarea de curent admisă în condiţii

nominale de funcţionare (la sarcina nominală, până la limita superioară a domeniului lor de măsură). Pentru măsurări sunt normalizate următoarele clase de precizie

Clasa de precizie 0,1 0,2 0,5 1 3 5

Eroarea de curent i 0,1%

0,2%

0,5%

1% 3% 5%

Eroarea de unghi i 5’ 10’ 30’ 60’ - -

Pentru protecţii clasele de precizie sunt următoarele

Clasa de precizie 5P 10PEroarea de curent i 5% 10%Eroarea de unghi i - 70

Dacă sarcina secundară depăşeşte valoarea nominală, erorile de măsurare cresc, transformatorul respectiv corespunzând unei alte clase de precizie mai slabe.

Firmele constructoare precizează sarcina nominală secundară până la care erorile de măsură nu depăşesc limitele corespunzătoare clasei de precizie pentru înfăşurarea secundară respectivă. Impedanţa de sarcină nominală se poate calcula din (3.9) cu relaţia:

Unde Sn este puterea nominală secundară, iar Isn este curentul secundar nominal [5, 8].

34

Page 6: Trafo Masura

3.2.3. Alegerea TC considerând regimul staţionar

În afară de erorile datorate curentului de magnetizare, dependente de valoarea impedanţei de sarcină, în funcţionarea TC se manifestă şi erori determinate de saturaţia circuitului magnetic dependente de valoarea curentului primar Ip.

Caracteristicile de funcţionare (intrare - ieşire) ale unui TC sunt reprezentate în fig. 3.3 în care, în ordonată se consideră curentul secundar dar în abscisă nu se consideră curentul primar Ip ci raportul m = Ip/Ipn unde m este denumit multiplu al curentului primar nominal, sau coeficient de saturaţie al TC.

Această curbă care are aceeaşi formă ca şi caracteristica de magnetizare, se numeşte caracteristică de supracurent şi este valabilă pentru o anumită valoare a

sarcinii secundare. Un transformator de curent ideal pentru protecţie ar trebui să aibă caracteristica 1; în realitate caracteristica este curba 2, pe care, peste o anumită valoare a raportului Ip/Ipn, curentul secundar Is se abate de la valoarea rezultată din raportul Ip/nTC. Această abatere reprezintă tocmai eroarea de curent, care creşte brusc în zona de saturaţie a miezului transformatorului.

Din analiza caracteristicii ce observă că cu cât curentul primar al TC, respectiv m este mai mare, cu atât caracteristica reală se abate într-o măsură mai pronunţată de la caracteristica ideală 1, datorită saturaţiei circuitului magnetic. Pentru valori mici ale lui m (m = 3÷5), caracteristica reală 2 se

suprapune cu caracteristica ideală 1, deci TC funcţionează fără erori determinate de saturaţie.

Datorită faptului că TC din instalaţiile de protecţie funcţionează la valorile curenţilor de scurtcircuit (m = 30 ÷ 50), din motive economice şi pentru reducerea dimensiunilor acestora, se admit erori mai mari decât pentru TC din măsurări. În aceste condiţii, pentru alegerea TC pentru protecţii, nu se ia în considerare clasa de precizie a acestora, ci valoarea maximă a curentului primar sau multiplu curentului primar nominal pentru care eroarea de curent nu depăşeşte 10% iar δi este sub 70.

Metoda de alegere a TC bazată pe limitarea erorii la 10% se numeşte regula celor zece procente [8].

3.2.4. Scheme de conexiuni ale transformatoarelor de curent

35

Page 7: Trafo Masura

Pentru conectarea releelor şi aparatelor de măsurat, înfăşurările secundare ale TC se pot lega între ele în diferite moduri [8].

În fig. 3.4a este prezentată schema de conectare în stea atât a TC cât şi a releelor. Prin bobinele releelor înseriate pe cele trei conductoare de fază circulă curenţii secundari pe fază IsR = IpR/nTC , etc., iar prin bobina releului înserat pe conductorul de nul circulă triplul curentului de secvenţă homopolară

Releele conectate pe faze sunt sensibile la toate tipurile de defecte, iar cel de pe conductorul de nul, numai la scurtcircuite monofazate. Schema se foloseşte în reţelele cu neutrul legat direct la pământ, unde sunt posibile toate tipurile de scurtcircuite.

În fig. 3.4b este prezentată schema de conectare în stea incompletă a TC şi a releelor numai pe două faze, cu două relee parcurse de curenţii de fază şi al treilea conectat între steaua TC şi steaua celor două relee. Prin acest releu, în regim simetric al circuitului primar, circulă curentul

adică curentul fazei S, egal cu IpS/nTc.În această schemă releele legate pe conductoarele de fază sunt sensibile la toate

scurtcircuitele polifazate, precum şi la cele monofazate pe fazele respective, iar releul conectat pe conductorul de întoarcere este sensibil numai la scurtcircuite bifazate RS, ST. Schema se utilizează de regulă în reţelele cu neutrul izolat sau compensat.

În fig. 3.4c este reprezentată schema de conectare în triunghi a secundarelor TC şi a releelor în stea, care prezintă următoarele caracteristici în funcţionare:

- releele sunt parcurse de diferenţa curenţilor de fază şi deci acţionează la orice fel de scurtcircuit;

- relaţia dintre curenţii secundari pe fază şi curenţii prin relee depinde de felul scurtcircuitelor, de exemplu, în cazul unui scurtcircuit trifazat, curenţii prin relee sunt de ori mai mari decât curenţii pe fază şi defazaţi faţă de aceştia cu 300;

- curenţii de secvenţă homopolară se închid în înfăşurările legate în triunghi şi deci nu trec prin relee, astfel că la scurtcircuite monofazate, prin relee circulă numai componenta de secvenţă directă şi inversă ale curentului de scurtcircuit.

În fig. 3.4d este prezentată schema cu două TC şi un releu parcurs de diferenţa curenţilor secundari pe două faze. Schema se utilizează în protecţii împotriva scurtcircuitelor polifazate.

Curentul prin releu este

36

Page 8: Trafo Masura

În regim normal sau în cazul scurtcircuitelor trifazate, diferenţa geometrică este de ori mai mare decât curentul pe fază. În cazul scurtcircuitelor bifazate, curentul prin releu depinde de fazele defectate, astfel:

- la scurtcircuit R –T,

Fig, 3.4 Schemele de conexiuni ale secundarelor TC: (a) stea completă, (b) stea incompletă, (c) triunghi, (d) diferenţială.

- la scurtcircuit R – S sau S – T, Ir =ISR =IST (3.15)

37

IpR IpS IpT

IsR

IsS

IsT

3I0/nTC

IpR IpS IpT

IsR

IsT

IsS

IpR IpS IpT

IsR

IsS

IsT

IpR IpS IpT

IsR - IsT

a) b)

d)c)

Page 9: Trafo Masura

În cazul scurtcircuitelor monofazate pe fazele R sau T, curentul prin releu depinde de curentul de scurtcircuit primar, iar la defect pe faza S, protecţia nu poate sesiza curentul de defect.

3.2.5. Filtre de curent de componente simetrice

Scurtcircuitele nesimetrice sunt însoţite de apariţia componentelor de secvenţă inversă iar în cazul scurtcircuitelor monofazate şi a punerilor la pământ apar componente de secvenţă homopolară. Protecţiile bazate pe controlul componentelor simetrice prezintă avantajul sensibilităţii ridicate în raport cu protecţiile care supraveghează mărimile de fază [5].

Filtrele de curent de secvenţă homopolară se bazează pe sumarea fazorială a curenţilor secundari de pe cele trei faze (fig. 3.5a) sau pe sumarea fluxurilor proporţionali cu curenţii primari (fig. 3.5b şi c).

Filtrul de curent de secvenţă homopolară (FCSH) din fig. 3.5a se realizează prin conectarea în dublă stea a secundarelor TC de pe cele trei faze, într-un montaj Holmgreen. Prin bobina releului de curent circulă suma fazorială a curenţilor secundari,

adică un curent proporţional cu curentul homopolar primar.

(a) (b) (c)

Utilizând pentru fiecare TC al filtrului schema echivalentă în T(fig. 3.6) şi notând curenţii primari raportaţi la secundar cu I1pR, I1pS, I1pT, curenţii de magnetizare raportaţi la secundar cu I1mR, I1mS, I1mT, se obţin următoarele expresii ale curenţilor secundari IsR, IsS, IsT: IsR = I1pR – I1mR; IsS = I1pS – I1mS; IsT = I1pT – I1mT (3.17)

38

ф

II

IpR IpS IpT

Ir = 3I0 /nTC

fFCSH

II

IpR IpT

IpS

IIT

TSH

TSH

Fig. 3.5 Schema FCSH (a), schema TSH (b) şi reprezentarea TSH (c)

Page 10: Trafo Masura

Însumând cele trei relaţii, rezultă valoarea curentului prin releu Ir

Ir = IsR +IsS +IsT = (I1pR +I1pS +I1pT) – (I1mR +I1mS +I1mT) (3.18)

Fig. 3.6 Schema echivalentă în T a unui transformator de curent

Întrucât

(3.19)

se obţine

unde nTC este raportul de transformare al TC care formează FCSH.În regim normal de funcţionare sau la un scurtcircuit exterior fără punere la

pământ, I0=0 şi deci prin releu va circula numai curentul de dezechilibru

Ir = - (I1mR +I1mS +I1mT) = IdezFCSH (3.21)

Curentul de dezechilibru IdezFCSH este egal cu suma fazorială a curenţilor de magnetizare ale celor trei TC. Prezenţa curentului de dezechilibru se datorează îndeosebi faptului că defazajele dintre curenţii de magnetizare şi curenţii primari nu sunt egale la cele trei transformatoare de curent care formează FCSH, fiind astfel diferită de zero suma fazorială a celor trei curenţi de magnetizare, chiar atunci când suma fazorială a curenţilor primari este nulă. Practic, în regim normal de funcţionare curentul de dezechilibru al FCSH este de ordinul 0,01…0,03 A pentru TC de curent de înaltă precizie, iar pentru celelalte transformatoare este de ordinul 0,1 A [5, 8, 13].

Transformatorul de secvenţă homopolară TSH (fig. 3.5b,c) este format dintr-un circuit magnetic toroidal prin interiorul căruia trec conductoarele tuturor celor trei faze, acestea formând circuitul primar al TSH. Bobinajul secundar este înfăşurat cât mai uniform pe miezul magnetic, iar la bornele lui se conectează releul de curent al protecţiei. Funcţionarea TSH se bazează pe faptul că în regim normal de funcţionare cât şi în cazul scurtcircuitelor bi – şi trifazate fără contact cu pământul, inductanţele

39

ZSZ1P

Z1mI1P

I1m

IS

Page 11: Trafo Masura

mutuale dintre conductoarele primare şi înfăşurarea secundară sunt egale pe cele trei faze (MR = MS = MT), fluxul rezultant în miezul TSH, reprezentând suma fazorială a fluxurilor datorate curenţilor din cele trei faze, fiind nul, întrucât şi suma fazorială a curenţilor primari este nulă.

IpR + IpS + IpT =0 (3.22)

Ca urmare în bobinajul secundar al TSH nu se va induce teoretic nici o t.e.m., curentul prin releu fiind nul şi deci protecţia nu va acţiona.

În cazul unei puneri la pământ, apare componenta de secvenţă homopolară, suma curenţilor primari, precum şi fluxul rezultant în circuitul magnetic nu mai sunt nule, iar în înfăşurarea secundară se induce o t.e.m. proporţională cu curentul homopolar primar şi protecţia va acţiona.

Şi în cazul TSH apare un curent de dezechilibru mai redus decât în cazul FCSH, întrucât acelaşi transformator prelucrează cei trei curenţi primari [13].

Filtrul de curent de secvenţă inversă (FCSI) se poate realiza în mai multe moduri. Schema de principiu a unui FCSI cu două braţe, formate din rezistenţe şi capacităţi, cu sarcină ,conectată este reprezentată în fig. 3.7. Filtru se realizează cu două braţe independente, în care repartiţia curenţilor, în cazul în care bornele de ieşire (a,b) sunt scurtcircuitate, depinde numai de curentul adus în braţul respectiv şi de raportul dintre componentele braţului.

Fig. 3.7 Schema FCSI (a) şi diagrama fazorială de funcţionare (b)

Diagrama fazorială a curenţilor, atunci când la bornele filtrului se aplică numai curenţii de secvenţă directă este prezentată în fig. 3.7b (cu linie continuă). Din condiţia Iab= 0 (necesară eliminării componentei de secvenţă directă, a1b1 =0), rezultă rapoartele reactanţelor capacitive şi a rezistenţelor din braţele filtrului.

40

CTRT CR RR

a

b

(a)

IZT ZR

IT’IT” IR’

IR”

IT IS IR

S1

300

300

T1

R1

I1R’

I1R

I1T’

I1R”

I2R’

I2R”

I1T”

I1T

a1

a2

b2

I2T’I2T”

I1S

b1

(b)

Page 12: Trafo Masura

În cazul în care există şi componenta de secvenţă inversă, diagrama fazorială, (cu linie întreruptă), evidenţiază existenţa unei mărimi de ieşire, proporţională cu segmentul a2b2 şi cu componenta de secvenţă inversă a curentului [8].

3.3. TRANSFORMATOARE DE TENSIUNE

Transformatoarele de tensiune (TT) sunt utilizate în instalaţiile electrice pentru alimentarea circuitelor de tensiune ale aparatelor de măsură, de protecţie şi de reglare. Înfăşurarea lor primară, este conectată în paralel în circuitele de tensiune, asigurând izolarea galvanică a circuitelor secundare de cele primare.

Transformatoarele de tensiune se aleg astfel încât să fie respectată condiţia:0,25 Ssn ≤ Ss ≤ Ssn

în care:Ssn – puterea secundară nominală, în VA;Ss – puterea secundară consumată, în VA.În instalaţiile de protecţie se folosesc două tipuri de TT: inductive şi capacitive.

3.3.1. Transformatoarele de tensiune inductive

Principiul de funcţionare al unui transformator de tensiune inductiv (TT) este asemănător cu acela al unui transformator de forţă însă, spre deosebire de acesta, regimul său normal de funcţionare este apropiat de cel de mers în gol. Înfăşurarea primară cu Wp spire, marcate cu U, V (sau A,X) este legată în derivaţie la circuitul de înaltă tensiune a cărei tensiune Up trebuie controlată, iar înfăşurarea secundară cu Ws

spire marcate cu u, v (sau a,x), alimentează aparatele de măsură şi de protecţie, legate de asemenea în derivaţie (fig.3.8).

Fig.3.8. Schema de conectare a TT (a) şi modalităţi de reprezentare (b) şi (c)

Înfăşurarea primară determină curentul primar Ip, respectiv curentul de magnetizare Im care la rândul său, determină fluxul în circuitul magnetic; în înfăşurarea primară şi în cea secundară, se induc t.e.m. ale căror valori efective sunt:

41

U< >

v

uIS

IP

T T

WP WS

ф

U

V

Up

US

RST

U

U

T T

T TRS T

(a)

(b)

(c)

R

S

T

R

U

U

Page 13: Trafo Masura

Ep= 4,44f Wpф ; Es= 4,44f Wsф (3.24)

Din aceste relaţii, rezultă raportul de transformare al TT:

Din această cauză, numărul de spire Wp al înfăşurării primare este foarte mare (de ordinul miilor), această înfăşurare fiind confecţionată din sârmă foarte subţire, în timp ce înfăşurarea secundară are un număr redus de spire Ws (de ordinul zecilor).

Curentul de magnetizare al transformatorului de tensiune (TT) depinde de tensiunea reţelei şi de calitatea fierului, fiind independent de sarcina înfăşurării secundare.

Parametrii principali ai TT sunt:a) tensiunea nominală primară Upn este începând cu 0,4 kV până la 110/

kV, inclusiv pentru TT cu circuit magnetic şi 110/ ; 220/ ; 400/ şi 750/ kV pentru TT capacitive.

b) tensiunea nominală secundară Usn este 100; 100/ ; 100/3 V.c) raportul de transformare efectiv:

(3.26)

d) raportul de transformare nominal;

(3.27)

d) puterea nominală:

(3.28)

e) eroarea de tensiune care se defineşte prin relaţia

în care: nnTT este raportul de transformare nominal Up/Us; Up,Us– tensiunile primară şi secundară măsurate;f) eroarea de unghi δU care reprezintă unghiul de defazaj dintre vectorul

tensiunii primare şi vectorul tensiunii secundare, rotit cu 1800.Din relaţia de mai sus se observă că eroarea este proporţională cu diferenţa

nnTTUs– Up. Micşorarea erorii se obţine prin reducerea impedanţelor înfăşurărilor şi a curentului de magnetizare (procedee constructive) şi prin funcţionarea transformatorului cu o sarcină cât mai redusă.

Eroarea de tensiune εU reprezintă clasa de precizie a TT. Pentru TT sunt normalizate următoarele clase de precizie:

42

Page 14: Trafo Masura

Clasa de precizie 0,2 0,5 1 3Eroarea de tensiune εU% ±0,2% ±0,5% ±1% ±3%Eroarea de unghi δU ±10’ ±20’ ±40’ -

Primele două clase sunt destinate în special măsurărilor, în timp ce clasele 1 şi

3 se folosesc pentru protecţie.În ceea ce priveşte funcţionarea TT în regim permanent, se pot afirma

următoarele: întrucât acesta funcţionează în regim normal – nesaturat, cu atât mai mult în regimul de scurtcircuit primar când tensiunea remanentă este mai mică decât cea nominală vor funcţiona cu o bună precizie.

În regim tranzitoriu, la reducerea bruscă a tensiunii primare în momentul scurtcircuitului, datorită constantelor mici ale TT inductive, durata regimului tranzitoriu al tensiunii secundare este redusă şi nu ridică probleme deosebite privind precizia şi rapiditatea instalaţiilor de protecţie [5, 8].

3.3.2. Transformatoare de tensiune capacitive

Pentru tensiuni superioare valorii de 110 kV, s-au impus în ultimii ani transformatoare de tensiune capacitive. Acestea sunt divizoare de tensiune capacitive de la care se preia, printr-un transformator de tensiune inductiv, o tensiune medie (fig. 3.9).

Acestea au faţă de transformatoarele inductive următoarele avantaje tehnico-economice principale:

- un acelaşi aparat poate servi atât pentru măsură şi protecţie, cât şi ca element de cuplaj la linia de înaltă tensiune a unei instalaţii de telecomunicaţii de înaltă frecvenţă;

- au o bună rezistenţă la unda de şoc datorită repartiţiei foarte uniforme a tensiunii în lungul divizorului de tensiune capacitive [8].

Divizorul capacitiv este format din 1-3 unităţi de condensatoare suprapuse, a căror număr este în funcţie de tensiunea nominală a transformatorului. Între priza mediană a acestui divizor şi pământ este conectat circuitul inductiv, alcătuit dintr-un transformator inductiv de măsură T, o bobină de autoinducţie L0 şi un circuit de protecţie antirezonant (l1, l2, c1, r1). Eclatorul F şi inductanţa L sunt elemente de protecţie împotriva supratensiunilor.

43

C

l1 l2

c1

r1

ua

xa

ub

xb

e

n

U

L0

F

L

C

C

X

Bornă de înaltă tensiune

T

Fig. 3.9 Schema de principiu a unui transformator de tensiune capacitiv

Page 15: Trafo Masura

Parametrii principali ai TT capacitive sunt aceeaşi, prezentaţi în paragraful anterior, cu observaţia că un transformator de tensiune capacitiv se construieşte numai în execuţie monopolară, tensiunile nominale primare fiind la transformatoarele construite în ţară, de 110/ , 220/ , 400/ kV. Bornele înfăşurării primare sunt marcate cu litere mari U (pentru borna de înaltă tensiune) şi X (pentru borna legată la pământ), bornele înfăşurărilor secundare principale sunt marcate cu litere mici u şi x însoţite de indicii a şi b, iar bornele înfăşurării secundare auxiliare cu litere mici e şi n.

Spre deosebire de transformatoarele inductive, transformatoarele capacitive sunt influenţate de regimurile tranzitorii apărute în cazul unor perturbaţii pe partea primară (scurtcircuite, puneri la pământ etc.) sau pe partea secundară (scurtcircuite sau variaţii bruşte de sarcină). În timpul acestor regimuri tranzitorii, apar în circuitul de măsură inductiv, armonici de ordinul 3 sau 5 datorită oscilaţiilor de ferorezonanţă

3.3.3. Executarea circuitelor transformatoarelor de tensiune

Înfăşurările primare ale transformatoarelor de tensiune până la 20 kV se conectează la reţea prin siguranţe. Pentru protecţia înfăşurărilor transformatoarelor de tensiune, în circuitele înfăşurărilor secundare se prevăd siguranţe sau întrerupătoare automate cu contacte auxiliare pentru semnalizare. Aşezarea siguranţelor în circuitele înfăşurărilor primare şi secundare este arătată în fig. 3.10.

Aparatele de protecţie şi de automatizare pot fi alimentate cu tensiune alternativă în mai multe moduri, în funcţie de schema circuitelor primare ale staţiei şi de necesităţile protecţiei sau automatizării respective (fig.3.12 ).

44

TT

S

T

a

b

r s t h 0

R

Fig. 3.10 Schemele de conexiune ale transformatoarelor de tensiune monofazate

Page 16: Trafo Masura

Arderea unei siguranţe, o întrerupere sau orice altă defecţiune care apare în circuitele secundare ale unui TT are ca efect, dispariţia tensiunii care alimentează protecţia elementului respectiv.

Pentru a se evita posibilitatea unei acţionări greşite a protecţiei sau a automatizării în astfel de cazuri, în circuitele secundare de tensiune se prevăd semnalizări speciale prin care se controlează integritatea circuitelor respective şi chiar blocaje speciale ale protecţiilor sau automatizărilor [8].

3.3.4. Filtre de tensiune de componente simetrice

Filtrele de tensiune de secvenţă homopolară (FTSH) se realizează prin conectarea în triunghi deschis a înfăşurărilor secundare ale TT (fig.3.13) [5].

45

Protecţie Protecţie Protecţie Protecţie

L1 L2 L3(a) (b)

Fig. 3.12 Schemele de alimentare ale releelor de la transformatoarele de tensiune (a)- cu transformator propriu; (b)- cu transformator comun la un sistem simplu de bare

U>

Ur=3U0/nTT

TT

a b

R

S

T

Fig. 3.13 Conexiunea înfăşurărilor secundare ale TT în triunghi deschis – FTSH

Page 17: Trafo Masura

Tensiunea între punctele a şi b aplicată releului are valoarea

deci este egală cu tensiunea de secvenţă homopolară primară, raportată la secundar.

Filtrele de tensiune de secvenţă inversă (FTSI) sunt conectate de obicei la tensiunile dintre faze, care nu conţin componente de secvenţă homopolară. În aceste condiţii FTSI trebuie să elimine din sistemul trifazat de tensiuni numai componenta de secvenţă directă. Schema unui astfel de filtru format din două braţe RC este prezentată în fig. 3.14.

Diagrama fazorială a tensiunilor de secvenţă directă (cu linie continuă), fig.3.14b evidenţiază posibilitatea ca tensiunea de ieşire Uab între punctele a1b1 să fie zero, dacă

46

S1

U

XRRR XT RT

a b

R

S

T

300 300

T1R1

I1’XR I1”RT

I1”XTI1’RR

I2’XR

I2’RR I2”XT

I2”RT

a1 b1

a2 b2

(a) (b)

Fig. 3.14 Schema electrică a FTSI şi diagrama fazorială de funcţionare

Page 18: Trafo Masura

In cazul în care UR, US, UT conţin şi o componentă de secvenţă inversă, la bornele de ieşire se obţine o mărime proporţională cu segmentul a2b2 dependentă de tensiunea de secvenţă inversă (diagrama cu linie întreruptă) [5, 8].

47