Transformatoare de curent si de tensiune

Capitolul I. Generalitati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Capitolul II. Transformatoare de curent . . . . . . . . . . .

Capitolul III. Transformatoare de tensiune

Capitolul IV. . . .

Capitolul V. Anexe . . .

Capitolul VI. Bibliografie

Capitolul I

Generalitati

Pentru exploatarea in bune conditii a instalatiilor electroenergetice este necesar ca in permanenta sa existe posibilitatea de a se masura o serie de parametri ce pot caracteriza:

incarcarea circuitelor (curent, putere);

cantitatea de energie electrica vehiculata;

calitatea energiei electrice (frecventa, tensiune);

starea echipamentului electric (grad de incalzire, starea izolatiei).

Pentru masurarea acestor marimi instalatiile electrice sunt dotate cu aparate electrice de masurat, cum ar fi: ampermetre, voltmetre, contoare de energie, frecventmetre etc, de asemenea pentru supravegherea functionarii si protectia instalatiilor se monteaza o serie de relee.

Construirea de relee si aparate de masurat pentru tensiunile si curentii efectiv existentii in instalatiile electrice de energie nu este rationala deoarece aceasta ar duce la solutii scumpe, greoaie si periculoase in exploatare. De aceea, in instalatiile electrice a caror tensiune nominala este mai mare de 500 V si al caror curent nominal depaseste 50 100 A, aparatele de masura si releele de protectie nu se conecteaza direct la retea, ci prin intermediul transformatoarelor de masura.

Transformatorul de masura este un aparat static, care transforma parametrii energiei electrice de curent alternativ (tensiunea, curentul) reducand valoarea acestora de un anumit numar de ori. Functionarea transformatoarelor de masura se bazeaza pe principiul inductiei electromagnetice dintre doua circuite (infasurari) electrice cuplate electromagnetic, in cazul transformatoarelor inductive, si pe principiul divizorului capacitiv, in cazul transformatoarelor de tensiune capacitive

Prin definitie rolul transformatorul de masura este reprezentat prin:

posibilitatea de masurare cu aparate de curent alternativ construite pentru tensiuni si intensitati de valori reduse;

alimentarea circuitelor de protectie prin relee cu tensiuni si intensitati de valori reduse;

reducerea tensiunii in circuitele secundare pentru scaderea solicitarii izolatiei acestor circuite si a aparatelor montate in aceste circuite, precum si pentru protejarea personalului de exploatare.

Clasificarea transformatoarelor de masura :

Transformatoare de curent (simbol C) la care infasurarea primara se leaga in serie cu circuitul primar si a caror infasurare secundara alimenteaza infasurarile de curent ale releelor si aparatelor de masura.

Transformatoare de tensiune (simbol T) la care infasurarea primara se leaga in paralel cu circuitul primar, iar infasurarea secundara alimenteaza infasurarile de tensiune ale releelor si aparatelor de masura.

Capitolul II

Transformatoare de curent

Clasificarea transformatoarelor de curent

a)    Din punct de vedere constructiv:

Tip suport, cu infasurarea primara monospirala sau multispirala. In cazul transformatoarelor multispirale, acestea pot fi cu infasurare primara necomutabila sau comutabila in doua sau mai multe trepte.

Tip de trecere, cu infasurarea primara tip bara, facand parte integrata din transformatorul de curent, sau fara infasurare primara proprie, transformatorul de curent fiind format numai din infasurarea (infasurarile) secundara, care se monteaza direct pe barele de inalta tensiune ale instalatiei sau pe trecerea izolata a transformatoarelor de putere.

b)Din punct de vedere al conditiilor de functionare :

de exterior;

de interior;

imersate in uleiul electroizolant al transformatoarelor de putere.

c) Din punct de vedere al izolatiei de baza :

transformatoare uscate, la cere intreaga constructie, sau partial numai infasurarea de inalta tensiune, sunt inglobate in rasina epoxidica sau in portelan;

transformatoare in ulei, la care partea activa a transformatorului este inclusa in ulei electroizolant.

d) Dupa numarul infasurarilor secundare :

Transformatoare cu o singura infasurare secundara destinata masurii (clasa 0,5 sau 1) sau protectiei (clasa 5P sau 10P);

Transformatoare cu doua sau mai multe infasurari secundare, in care una din infasurari este utilizata pentru masura, iar restul pentru protectie.

e) Dupa curentul nominal al infasurarilor secundare:

Transformatoare pentru curent secundar de 1 A;

Transformatoare pentru curent secundar de 5 A.

Principiul de functionare

Schema de principiu a unui transformator de curent

Transformatorul de curent din figura are un bobinaj primar cu un numar mic de spire n₁ si cu sectiune mare; acest bobinaj este parcurs de curentul de sarcina I₁, absorbit de consumator (in acest caz lampi electrice), iar bobinajul secundar are un numar mare de spire, n₂ si sectiune redusa: la bobinajul secundar se conecteaza ampermetrele si bobinele de curent ale wattmetrelor si contoarelor sau ale releelor. Numarul de spire n₂ din secundar se alege astfel incat sa se obtina raportul de transformare dorit K_In:

K_In=I_1n/I_2n=n₂/n₁.

Deoarece la bornele bobinajului secundar se conecteaza aparate a caror impedanta este relativ mica, transformatorul de curent functioneaza ca un transformator cu secundarul in scurtcircuit.

Curentul I₁, trecand prin primar, produce un flux in circuitul magnetic proportional cu numarul de amperspire I₁n₁; ca urmare, in circuitul secundar ia nastere un curent I₂ de sens opus lui I₁ si care creeaza un flux contrar ca sens fluxului primar (proportional cu I₂n₂). Fluxul magnetic rezultat este determinat de diferenta celor doua fluxuri, fiind proportional cu asa numitele amperspire de mers in gol I₀n₁; acestea reprezinta 0,5-10% din valoarea lui I₁n₁. Ca urmare, circuitul magnetic este parcurs de un flux magnetic relativ mic. Fluxul produce o tensiune electromotoare U₂ a carei valoare este de asemenea mica.

Tipuri constructive

Transformatoare de curent de joasa tensiune

Simbolurile sunt prezentate in tabelul ce urmeaza:

os

Varianta

De trecere

T

C

M

k

i

Varianta

Varianta

Varianta

De trecere

Izolatie in ulei

Varianta

T

i

U

Izolatie in rasina

Tip trecere

Tip suport

R

T

S

Acestea sunt de tipul CIS, CIT, CIRS, CIRT, CITi, CITu, CITo, CIBo, pentru tensiuni de pana la 0,5 Kv.

Literele mici au urmatoarea semnificatie:

u- montaj direct pe cablu de forta;

o- montaj tip saiba in circuitul primar cu bare rigide plate;

i-montaj direct in circuitul primar cu bare dreptunghiulare.

Transformatoarele se compun din urmatoarele parti principale:

circuit magnetic;

infasurare secundara;

infasurare primara, la unele tipuri ca : CIS, CIRS, CIBo;

carcasa electroizolanta;

Transformatoare de curent de medie tensiune

Transformatoarele se compun din cate doua infasurari secundare, fiecare pe cate un miez magnetic si o infasurare primara. Aceste transformatoare au izolatia dintre infasurari precum si cea dintre infasurari si piesele legate la masa din rasina turnata. Dar izolatia mai poate fi din portelan CIPT, sau ulei.

Ca transformatoare cu izolatie in rasina electroizolanta turnata amintim tipurile: CIRS. CIRTo, CIRTos, CIRTi, CIRT, unde literele mici au urmatoarea semnificatie:

o- monospiral cu bara de trecere rotunda si flansa mediana de fixare;

os- monospiral cu bara de trecere rotunda si picior suport median;

i- monospiral cu bara de trecere dreptunghiulara.

Transformatoare de curent de inalta tensiune, tip CESU-110KV

Este un transformator cu izolatie in ulei. Pe partea de inalta tensiune izolatia este realizata din hartie electroizolanta, este uscata si impregnata sub vid, apoi este cufundata impreuna cu izolatia de joasa tensiune in ulei electroizolant. Infasurarea primara este comutabila in raportul de 1:2 pentru o gama a curentilor de 50..600 A, iar pentru curentul primar de 1250 A infasurarea este necomutabila.

Transformatorul se compune dintr-un izolator de portelan care constituie si cuva transformatorului. Infasurarea primara impreuna cu miezurile magnetice si infasurarile secundare au forma cifrei opt. Transformatorul este umplut cu ulei electroizolant. Pe capacul metalic se afla bornele primare scoase in exteriorul transformatorului cu ajutorul izolatoarelor de trecere. Tot pe capac se mai afla indicatorul de nivel al uleiului. In interiorul corpului se gaseste un dispozitiv de comutatie al infasurarii primare, care permite conectarea in serie sau in paralel a sectiunilor infasurarii primare. Dispozitivul de comutare este realizat prin placute (eclise) care fac legatura intre bornele primare. Bornele secundare se afla amplasate intr-o cutie dispusa pe peretele lateral al caruciorului, acesta aflandu-se la partea inferioara a transformatorului.

Caracteristici constructive

Capitolul III

Transformatoare de tensiune

Clasificarea transformatoarelor de tensiune

a)    Din punct de vedere al principiului de functionare :

transformatoare inductive, avand infasurarea primara si secundara bobinate pe acelasi miez magnetic;

transformatoare capacitive (mai corect capacitiv-inductive) in care transformatorul este format dintr-un divizor capacitiv, la a carui priza intermediara este racordat un transformator inductiv de medie tensiune.

b)    Din punct de vedere al conditiilor de mediu :

de exterior;

de interior.

c)    Din punct de vedere al izolatiei de baza :

transformatoare uscate, la cere intreaga constructie, sau partial numai infasurarea de inalta tensiune, sunt inglobate in rasina epoxidica;

transformatoare in ulei, la cere partea activa a transformatorului este inclusa in ulei electroizolant.

d)    Dupa numarul infasurarilor secundare :

Transformatoare cu o singura infasurare secundara destinata masurii si protectiei;

Transformatoare cu doua infasurari secundare, unde o infasurare este destinata masurii si protectiei, iar cealalta este conectata in triunghi deschis si este destinata alimentarii protectiei homopolare;

Transformatoare cu trei infasurari secundare, pentru masura, protectie si protectie homopolara.

Principiul de functionare

Schema de principiu a unui transformator de tensiune:

U2

Spre transformatorul de curent

Ca principiu de functionare se aseamana cu transformatorul de putere, avand insa o putere mult mai mica, o tensiune de scurtcircuit redusa si un raport de transformare mult mai exact.

Functionarea transformatorului se bazeaza pe legea inductiei electromagnetice si anume a inductantei mutuale dintre doua circuite(infasurari) imobile unul fata de celalalt. Daca la bornele de inalta tensiune se aplica o tensiune U₁ a unei surse variabile in timp, infasurarea primara n₁, va absorbi un curent , care va produce un camp magnetic ale carui linii de camp se vor inlantui si cu infasurarea secundara n₂. Spirele infasurarii secundare vor fi strabatute de un flux fascicular creat de curentul primar, iar in spirele infasurarii secundare va lua nastere o tensiune electromotoare. Daca la bornele infasurarii secundare este legat un consumator, atunci circuitul secundar este inchis si sub actiunea tensiune electromotoare induse, infasurarea secundara n₂va fi strabatuta curent. Iar la bornele receptorului apare tensiunea secundara U₂.

Tipuri constructive

Schema formarii simbolurilor la transformatoarele de tensiune:

Transformatoare de tensiune de joasa tensiune

Aceste transformatoare sunt de tipul TIB si se compun din urmatoarele parti principale :

Miezul magnetic

Infasurarea primara

Infasurarea secundara

Carcasa de bachelita

Transformatoare de tensiune de medie tensiune

Aceste transformatoare pot fi cu izolatie in rasina sau in ulei. Transformatoarele cu izolatie din rasina sunt de tipul TIRMo si TIRBo.

Transformatoarele se compun din urmatoarele parti principale :

Miezul magnetic

Infasurarea primara

Infasurarea secundara

Soclul cu cutia de borne

Carcasa din rasina turnata

Transformatoarele de tipul TIRMo izolatia infasurarii primare este degresiva, sfarsitul infasurarii fiind legat direct la carcasa metalica, in schimb la transformatoarele de tipul TIRBo izolatia infasurarii primare este plina, ambele borne ale infasurarii fiind izolate corespunzator tensiunii nominale a transformatorului.

Transformatoarele cu izolatie din ulei sunt de tipul TEMU, TEBU.

Transformatoare de tensiune de inalta tensiune de tip

TEMU 110 Kv

Transformatorul se compune din urmatoarele parti principale:

Miezul magnetic

Infasurarea primara

Infasurarea secundara

Soclul cu cutia de borne

Izolator de portelan care formeaza cuva transformatorului

Filtru cu silicagel

Cutie de borne

Transformatoarele de tensiune inductive se monteaza pe barele statiilor, pe fiecare faza in parte, in circuitul generatorului si cate o data pe liniile de inalta tensiune. Conectarea lor in instalatiile interioare de 6-20 Kv se executa prin separatoare si sigurante fuzibile. In instalatiile de 110 Kv sa mai mult ele sunt conectate prin intermediul separatoarelor.

Transformatoarele de tensiune capacitive au o serie de avantaje fata de transformatoarele de tensiune inductive:

Permit cuplarea la linia electrica de inalta tensiune a unei instalatii de telecomunicatii de inalta frecventa;

Prezinta o rezistenta buna la undele de soc, datorita repartitiei uniforme a tensiunii in lungul divizorului capacitiv de tensiune.

Transformatoarele de tensiune capacitive au o serie de dezavantaje:

Precizia masurarii este mult influentata de regimurile tranzitorii care apar in cazul avariilor in instalatiile electrice;

Puterea secundara a acestor transformatoare este mai mica decat a transformatoarelor inductive.

Schema electrica de principiu a unui transformator de tensiune capacitiv.

Transformatoarele de tensiune capacitive se compun dintr-un divizor de tensiune capacitiv C₁ si C₂ ti dintr-un circuit inductiv de medie tensiune conectat intre priza mediana a divizorului capacitiv si pamant. In functie de valoarea tensiunii nominale, divizorul de tensiune capacitiv contine unul sau mai multe condensatoare suprapuse. Circuitul inductiv de masura se compune dintr-un transformator T si o bobina de fier L, care mareste inductanta transformatorului coborator T.

Caracteristici constructive

Capitolul IV

Norme de exploatare tehnica transformatoarelor de masura

Conditii de utilizare

Datele tehnice, normale de mediu si conditiile de montaj se dau in normele tehnice sau in cartea produsului.

In cazul in care lipsesc indicatiile fabricii constructoare, se va tine seama de urmatoarele:

a)    Conditii de mediu

Conditii normale de mediu pentru functionarea transformatoarelor de masura:

Temperatura mediului ambiant

maxima +40⁰ C

media zilnica, cel mult +30⁰ C

minima in cazul transformatoarelor

pentru montaj interior -5⁰C( -15⁰C

pentru cele

fabricate din 1982)

minima in cazul transformatoarelor

pentru montaj exterior -30⁰C

Conditii de mediu pentru transformatoarele de curent montate pe trecerile izolante ale transformatoarelor de putere sunt:

Temperaturi limita ale mediului ambiant:

Maxima     +40⁰ C

Minima     -35⁰ C

Media zilnica     +30⁰ C

Temperatura mediului de imersie(ulei electroizolant TR-30, STAS 811):

Maxima    +100⁰ C

Medie pe o perioada de 24h + 90⁰ C

b)    Conditii de montaj

Conditiile de montaj ale transformatoarelor de masura sunt prevazute in carte tehnica a produsului.

c)    Alte conditii

Transformatoarele de masura cu ulei de 110-400 Kv trebuie sa fie dotate cu vizor pentru controlul nivelului de ulei , vizibil de la sol. Pe vizor trebuie sa se indice nivelul maxim si minim al uleiului corespunzator variatiilor de temperatura. La transformatoarele care nu sunt prevazute cu vizor, nivelul de ulei va fi mentinut la 15-18 mm sub dopul de umplere.

Transformatoarele de masura vor fi prevazute cu surub de legare la pamant a pieselor metalice care in functionare normala nu sunt sub tensiune. Pentru tensiuni egale sau mai mari de 110 Kv toate piesele metalice aflate in campul electric vor fi potentializate.

Infasurarile secundare ale transformatoarelor de masura vor avea asigurata o legatura la pamant de protectie in toate cazurile de functionare. Exceptie fac transformatoarele de curent din retelele de joasa tensiune, pentru care nu este obligatoriu legarea la pamant a infasurarii secundare. In aceste cazuri, la executarea de lucrarii in circuitele secundare fara scoaterea de sub tensiune a infasurarii primare, se vor lua masurile corespunzatoare privind lucrul sub tensiune in instalatiile de joasa tensiune.

Transformatoarele de masura vor fi prevazute cu marca de stat aplicata de organele de metrologie.

Transformatoarele de curent nu vor fi puse sub tensiune sau lasate in exploatare cu infasurarea secundara deschisa.

Transformatoarele de tensiune nu vor fi puse sub tensiune sau lasate in exploatare cu infasurarile secundare in scurtcircuit.