Transformateurs de courant de mesure dans les circuits de protection de relais et d'automatisation

L'équipement électrique des sous-stations électriques est divisé de manière organisationnelle en deux types d'appareils:

1. circuits de puissance à travers lesquels toute la puissance de l'énergie transportée est transmise ;

2. dispositifs secondaires qui vous permettent de contrôler les processus se déroulant dans la boucle primaire et de les contrôler.

L'équipement électrique est situé dans des zones ouvertes ou dans un appareillage fermé, et l'équipement secondaire est situé sur des panneaux de relais, dans des armoires spéciales ou des cellules séparées.

La connexion intermédiaire qui remplit la fonction de transmission d'informations entre l'unité de puissance et les organes de mesure, de gestion, de protection et de contrôle sont des transformateurs de mesure. Comme tous ces appareils, ils ont deux côtés avec des valeurs de tension différentes :

1. haute tension, qui correspond aux paramètres de la première boucle ;

2.basse tension, permettant de réduire le risque d'impact des équipements énergétiques sur le personnel de service et le coût des matériaux pour la création d'appareils de contrôle et de surveillance.

L'adjectif "mesure" reflète le but de ces appareils électriques, car ils simulent très précisément tous les processus se déroulant sur les équipements électriques et sont divisés en transformateurs :

1. courant (TC);

2. tension (VT).

Ils fonctionnent selon les principes physiques généraux de transformation, mais ont des conceptions et des méthodes d'inclusion différentes dans le circuit primaire.

Comment les transformateurs de courant sont fabriqués et fonctionnent

Principes de fonctionnement et appareils

En conception transformateur de courant de mesure la conversion des valeurs vectorielles des courants de grandes valeurs circulant dans le circuit primaire en amplitude proportionnellement réduite, et de la même manière les directions des vecteurs dans les circuits secondaires sont déterminées.

Dispositif de circuit magnétique

Structurellement, les transformateurs de courant, comme tout autre transformateur, se composent de deux enroulements isolés situés autour d'un circuit magnétique commun. Il est fabriqué avec des plaques de métal laminées qui sont fondues à l'aide de types spéciaux d'aciers électriques. Ceci est fait pour réduire la résistance magnétique dans le chemin des flux magnétiques circulant en boucle fermée autour des bobines et pour réduire les pertes à travers courants de Foucault.

Un transformateur de courant pour les schémas de protection et d'automatisation des relais peut avoir non pas un noyau magnétique, mais deux, différant par le nombre de plaques et le volume total de fer utilisé. Ceci est fait pour créer deux types de bobines qui peuvent fonctionner de manière fiable lorsque :

1. Conditions de travail nominales ;

2.ou à des surcharges importantes causées par des courants de court-circuit.

La première conception est utilisée pour effectuer des mesures, et la seconde est utilisée pour connecter des protections qui désactivent les modes anormaux émergents.

Disposition des bobines et des bornes de connexion

Les enroulements des transformateurs de courant, conçus et fabriqués pour un fonctionnement permanent dans le circuit de l'installation électrique, répondent aux exigences de sécurité du passage du courant et de son effet thermique. Par conséquent, ils sont en cuivre, en acier ou en aluminium avec une section transversale qui exclut un chauffage accru.

Étant donné que le courant primaire est toujours supérieur au secondaire, son enroulement se distingue considérablement par sa taille, comme le montre la photo ci-dessous pour le bon transformateur.

Les structures de gauche et du milieu n'ont aucun pouvoir. Au lieu de cela, une ouverture est prévue dans le boîtier à travers laquelle passe un fil d'alimentation ou un bus fixe. De tels modèles sont généralement utilisés dans les installations électriques jusqu'à 1000 volts.

Sur les bornes des enroulements du transformateur, il y a toujours un dispositif fixe pour connecter les barres omnibus et les fils de connexion à l'aide de boulons et de colliers à vis. C'est l'un des endroits critiques où le contact électrique peut être rompu, ce qui peut causer des dommages ou perturber le fonctionnement précis du système de mesure. La qualité de son bridage dans les circuits primaire et secondaire fait toujours l'objet d'une attention particulière lors des contrôles de fonctionnement.

Les bornes du transformateur de courant sont marquées en usine lors de la fabrication et sont marquées :

• L1 et L2 pour l'entrée et la sortie du courant primaire ;

• I1 et I2 — secondaire.

Ces indices signifient le sens d'enroulement des spires les unes par rapport aux autres et affectent la connexion correcte des circuits de puissance et simulés, la caractéristique de la répartition des vecteurs de courant le long du circuit. Ils font l'objet d'une attention lors de l'installation initiale des transformateurs ou du remplacement des appareils défectueux, et sont même examinés par diverses méthodes de vérifications électriques à la fois avant l'assemblage des appareils et après l'installation.

Le nombre de spires dans le circuit primaire W1 et secondaire W2 n'est pas le même, mais très différent. Les transformateurs de courant haute tension n'ont généralement qu'un seul bus droit à travers le circuit magnétique qui agit comme enroulement d'alimentation. L'enroulement secondaire a un plus grand nombre de tours, ce qui affecte le rapport de transformation. Pour faciliter l'utilisation, il est écrit sous la forme d'une expression fractionnaire des valeurs nominales des courants dans les deux enroulements.

Par exemple, l'inscription 600/5 sur la plaque signalétique du boîtier signifie que le transformateur est destiné à être connecté à un équipement haute tension avec un courant nominal de 600 ampères, et seulement 5 seront transformés dans le circuit secondaire.

Chaque transformateur de courant de mesure est connecté à sa propre phase du réseau primaire. Le nombre d'enroulements secondaires pour les dispositifs de protection et d'automatisation des relais est généralement augmenté pour une utilisation séparée dans les noyaux des circuits de courant pour :

• Outils de mesure;

• protection générale;

• pneu et protection des pneus.

Cette méthode élimine l'influence des circuits moins critiques sur les plus importants, simplifie leur maintenance et leurs tests sur les équipements de travail à la tension de fonctionnement.

Aux fins de repérage des bornes de ces enroulements secondaires, la désignation 1I1, 1I2, 1I3 est utilisée pour le début et 2I1, 2I2, 2I3 pour les extrémités.

Dispositif d'isolement

Chaque modèle de transformateur de courant est conçu pour fonctionner avec une certaine quantité de haute tension sur l'enroulement primaire. La couche d'isolation située entre les enroulements et le boîtier doit résister longtemps au potentiel du réseau électrique de sa classe.

À l'extérieur de l'isolation des transformateurs de courant haute tension, selon le but, les éléments suivants peuvent être utilisés :

• nappe en porcelaine;

• résines époxy compactées;

• certains types de plastiques.

Les mêmes matériaux peuvent être complétés par du papier ou de l'huile de transformateur pour isoler les croisements de fils internes sur les enroulements et éliminer les défauts entre spires.

Classe de précision TT

Idéalement, un transformateur devrait théoriquement fonctionner avec précision sans introduire d'erreurs. Dans les structures réelles, cependant, l'énergie est perdue pour chauffer en interne les fils, surmonter la résistance magnétique et former des courants de Foucault.

Pour cette raison, au moins un peu, mais le processus de transformation est perturbé, ce qui affecte la précision de la reproduction à l'échelle des vecteurs de courant primaires à partir de leurs valeurs secondaires avec des écarts d'orientation dans l'espace. Tous les transformateurs de courant ont une certaine erreur de mesure, qui est normalisée en pourcentage du rapport de l'erreur absolue à la valeur nominale en amplitude et en angle.

Classe de précision les transformateurs de courant sont exprimés par les valeurs numériques « 0,2 », « 0,5 », « 1 », « 3 », « 5 », « 10 ».

Les transformateurs de classe 0,2 fonctionnent pour les mesures critiques en laboratoire.La classe 0,5 est destinée à la mesure précise des courants utilisés par les compteurs de niveau 1 à des fins commerciales.

Les mesures de courant pour le fonctionnement des relais et les comptes de contrôle du 2ème niveau sont effectuées en classe 1. Les bobines d'actionnement des variateurs sont connectées aux transformateurs de courant de la 10ème classe de précision. Ils fonctionnent exactement en mode court-circuit du réseau primaire.

Circuits de commutation TT

Dans l'industrie de l'énergie, les lignes électriques à trois ou quatre fils sont principalement utilisées. Afin de contrôler les courants qui les traversent, différents schémas sont utilisés pour connecter des transformateurs de mesure.

1. Équipement électrique

La photo montre une variante de mesure des courants d'un circuit de puissance à trois fils de 10 kilovolts à l'aide de deux transformateurs de courant.

Ici, on peut voir que les barres omnibus de connexion des phases primaires A et C sont boulonnées aux bornes des transformateurs de courant et que les circuits secondaires sont cachés derrière une clôture et conduits à partir d'un faisceau de câbles séparé dans un tube de protection qui est acheminé vers le compartiment de relais pour le raccordement des circuits aux borniers.

Le même principe d'installation s'applique dans d'autres schémas. matériel haute tensioncomme indiqué sur l'image pour le réseau 110 kV.

Ici, les enveloppes des transformateurs de mesure sont montées en hauteur à l'aide d'une plate-forme en béton armé mise à la terre, ce qui est requis par les règles de sécurité. La connexion des enroulements primaires aux fils d'alimentation se fait dans une coupe, et tous les circuits secondaires sont sortis dans une boîte à proximité avec une jonction terminale.

Les raccordements câblés des circuits de courant secondaires sont protégés des chocs mécaniques externes accidentels par des capots métalliques et des plaques en béton.

2.Enroulements secondaires

Comme indiqué ci-dessus, les conducteurs de sortie des transformateurs de courant sont réunis pour fonctionner avec des appareils de mesure ou des dispositifs de protection. Cela affecte l'assemblage du circuit.

S'il est nécessaire de contrôler le courant de charge dans chaque phase à l'aide d'ampèremètres, l'option de connexion classique est utilisée - un circuit en étoile complet.

Dans ce cas, chaque appareil affiche la valeur actuelle de sa phase, en tenant compte de l'angle entre eux. L'utilisation d'enregistreurs automatiques dans ce mode vous permet le plus facilement d'afficher la forme des sinusoïdes et de créer des diagrammes vectoriels de répartition de charge basés sur eux.

Souvent, sur les départs sortants 6 ÷ 10 kV, afin d'économiser, non pas trois, mais deux transformateurs de courant de mesure sont installés, sans utiliser une phase B. Ce cas est illustré sur la photo ci-dessus. Permet de brancher des ampèremètres sur un circuit en étoile incomplet.

En raison de la redistribution des courants du dispositif supplémentaire, il s'avère que la somme vectorielle des phases A et C est affichée, qui est dirigée à l'opposé du vecteur de la phase B dans le mode de charge symétrique du réseau.

Le cas de la mise sous tension de deux transformateurs de courant de mesure pour surveiller le courant de ligne avec un relais est illustré sur la photo ci-dessous.

Le schéma permet un contrôle total de la charge équilibrée et des courts-circuits triphasés. Lorsqu'un court-circuit diphasé se produit, notamment AB ou BC, la sensibilité d'un tel filtre est fortement sous-estimée.

Un schéma commun de surveillance des courants homopolaires est créé en connectant des transformateurs de courant de mesure dans un circuit en étoile complet et l'enroulement d'un relais de commande à un fil neutre combiné.

Le courant traversant la bobine est créé en ajoutant les trois vecteurs de phase. En mode symétrique, il est équilibré et lors de l'apparition de courts-circuits monophasés ou biphasés, la composante de déséquilibre est libérée dans le relais.

Caractéristiques de performance des transformateurs de courant de mesure et de leurs circuits secondaires

Commutation opérationnelle

Pendant le fonctionnement du transformateur de courant, un équilibre des flux magnétiques est créé, formé par les courants dans les enroulements primaire et secondaire.En conséquence, ils sont équilibrés en amplitude, dirigés de manière opposée et compensent l'influence de la FEM générée dans les circuits fermés .

Si l'enroulement primaire est ouvert, le courant cessera de le traverser et tous les circuits secondaires seront simplement déconnectés. Mais le circuit secondaire ne peut pas être ouvert lorsque le courant traverse le primaire, sinon, sous l'action du flux magnétique dans l'enroulement secondaire, une force électromotrice est générée, qui n'est pas dépensée pour le flux de courant dans une boucle fermée à faible résistance , mais est utilisé en mode Veille.

Cela conduit à l'apparition d'un potentiel élevé des contacts ouverts, qui atteint plusieurs kilovolts et est capable de rompre l'isolation des circuits secondaires, de perturber le fonctionnement de l'équipement et de provoquer des blessures électriques au personnel de service.

Pour cette raison, toutes les commutations dans les circuits secondaires des transformateurs de courant sont effectuées selon une technologie strictement définie et toujours sous la supervision de superviseurs, sans interrompre les circuits de courant. Pour ce faire, utilisez :

• types spéciaux de borniers permettant d'installer un court-circuit supplémentaire pendant la durée de l'interruption de la section mise hors service;

• tester les blocs actuels avec des cavaliers courts ;

• conception de clé spéciale.

Enregistreurs pour processus d'urgence

Les appareils de mesure sont divisés selon le type de paramètres de fixation pour :

• conditions de travail nominales ;

• l'apparition d'une surintensité dans le système.

Les éléments sensibles des appareils d'enregistrement perçoivent directement proportionnellement le signal entrant et l'affichent également. Si la valeur actuelle est entrée à leur entrée avec distorsion, cette erreur sera introduite dans les lectures.

Pour cette raison, les appareils destinés à mesurer les courants de secours, plutôt que les courants nominaux, sont connectés au noyau de la protection d'un transformateur de courant, et non aux mesures.

Lisez à propos de l'appareil et des principes de fonctionnement des transformateurs de tension de mesure ici: Transformateurs de tension de mesure dans les circuits de protection de relais et d'automatisation