Kaip PT jungiklių įranga palaiko įtampų stebėjimą ir apsaugą?

Šiuolaikinėse elektros energijos skirstymo tinkluose tikslūs įtampos matavimai ir patikima apsauga yra ne pasirinktiniai, o būtini saugiam ir efektyviam veikimui. Įtampos transformatorių jungiamoji įranga šiame procese vaidina pagrindinį vaidmenį, tarnaudama kaip sąsaja tarp aukštosios įtampos pirminės grandinės ir žemosios įtampos matavimo prietaisų, relės apsaugos įrenginių bei valdymo sistemų, kurie stebi ir apsaugo elektros infrastruktūrą. Supratimas, kaip įtampos transformatorių jungiamoji įranga palaiko įtampos stebėjimą ir apsaugą, padeda inžinieriams, objektų valdytojams ir pirkimų specialistams priimti geriausius sprendimus dėl savo elektros sistemos projektavimo.

PT jungiamoji įranga — kur PT reiškia potencialo transformatorių, taip pat vadinamą įtampų transformatoriumi — yra specialiai sukurtas įrenginys, skirtas sumažinti aukštąsias įtampas iki standartizuotų, matuojamų lygių, išlaikant elektrinę izoliaciją tarp aukštųjų įtampų grandinės ir matavimo įrangos. Ši dviguba funkcija — tikslaus signalo atkūrimas ir galvaninė izoliacija — daro PT jungiamąją įrangą neatsiejama dalis transformatorinių stotelių, pramoninių jungiamųjų skydų bei vidutinės ir aukštosios įtampos skirstomųjų skydų. Toliau pateiktuose skyriuose aptariami mechanizmai, taikymo sritys ir apsaugos funkcijos, kurios apibrėžia PT jungiamosios įrangos veikimą visoje įtampų stebėjimo ir apsaugos sistemoje.

PT jungiamosios įrangos pagrindinė funkcija įtampų stebėjime

Kaip potencialo transformatoriai skaluoja įtampą matavimams

PT jungiamosios įrangos pagrindinė paskirtis – atkurti aukštos įtampos grandinės įtampos bangos formą proporcingai sumažintu lygiu, kuris yra saugus ir suderinamas su standartiniais matavimo prietaisais. Jungiamosios įrangos rinkinyje esantis potencialo transformatorius žemina įtampas – kurios gali būti nuo kelių kilovoltų iki dešimčių kilovoltų – iki standartinės antrinės išvesties, paprastai 100 V arba 110 V, priklausomai nuo regioninio standarto ir taikymo reikalavimų.

Šis mastelio keitimas pasiekiamas tiksliai suvyniotu transformatoriaus šerdimi su nustatytu vijų santykiu. Šio santykio tikslumas yra kritinis, nes bet koks nuokrypis tiesiogiai veikia įtampos rodmenų patikimumą, naudojamų matavimui, sąskaitų išrašymui ir apsaugos relėms konfigūruoti. Matavimams skirta PT jungiamoji įranga klasifikuojama pagal tikslumo klases: pajamų matavimui reikalingos griežtesnės klasės, o bendram stebėjimui leidžiamos šiek tiek palengvintos klasės.

Praktikoje PT jungiklių įranga turi išlaikyti šį tikslumą esant įvairioms apkrovos sąlygoms — tai reiškia, kad prie antrinės apvijos prijungtos apkrovos reikšmė turi likti ribose, nustatytose nominaliai apkrovai, kad būtų išsaugota matavimų tikslumas.

Izoliacija ir signalo vientisumas aukštos įtampos aplinkoje

Be įtampos mastelio keitimo, PT jungiklių įranga užtikrina būtiną elektrinę izoliaciją tarp aukštos įtampos pirminės grandinės ir žemos įtampos antrinės matavimo įrangos. Ši izoliacija apsaugo operatorius, matavimo prietaisus ir valdymo sistemas nuo pavojingų aukštos įtampos impulsų bei gedimo sąlygų, kurios kitu atveju galėtų patekti į elektros energijos sistemos matavimo ir valdymo lygmenį.

Izoliacinė sistema PT jungiklių įrenginyje — nepriklausomai nuo to, ar ji yra alyva impregnuota, liejama dėl rezino ar sausojo tipo — suprojektuota taip, kad atlaikytų tiek nuolatinę eksploatacinę įtampą, tiek impulsinę įtampą, kuri kyla per jungimo įvykius arba perkrovos dėl žaibo.

Signalų vientisumas taip pat yra labai svarbus. PT jungiklių įrenginiai turi atkurti įtampos bangos formą su minimaliu fazės poslinkiu ir santykio klaida, nes apsaugos relės, kurios remiasi tikslia fazės kampo informacija — pavyzdžiui, kryptinės pernagrinėjamosios srovės relės ir atstumo relės — neteisingai veiks, jei įtampos signalas bus iškraipytas arba fazės poslinkis viršys leistinus ribų.

PT jungiklių įrenginių užtikrinamos apsaugos funkcijos

Per didelės ir per mažos įtampos apsaugą

Viena iš tiesiogiausių apsaugos funkcijų, kurią palaiko PT jungiklių įranga, yra pernaujimo ir nepakankamo įtampos aptikimas. Tolygiai tiekdama tikslų, atitinkamai mastelio nustatytą įtampą apsaugos relėms, PT jungiklių įranga leidžia šioms relėms aptikti, kai sistemos įtampa pakyla virš arba nukrenta žemiau nustatytų ribų. Per didelė įtampa gali pažeisti izoliaciją, sukelti transformatorių apvijoms įtampą ir sutrumpinti prijungtos įrangos tarnavimo laiką, o per maža įtampa gali sukelti variklių sustabdymą, sumažinti sukimo momentą ir sutrikdyti technologinius procesus.

Prie PT jungiklių įrangos antrinės išvesties prijungtos apsaugos relės gali būti sukonfigūruotos su laiko uždelstomis arba akimirkinėmis išjungimo charakteristikomis, priklausomai įtampos nuokrypio rimtumo ir trukmės. Naudojant elektros energijos tiekimo sistemose, šios relės nustatymai koordinuojami keliuose įtampos lygiuose, kad būtų užtikrintas selektyvus išjungimas – izoliuojant tik pažeistą tinklo dalį, tuo tarpu likusią sistemą paliekant veikiančią.

Šios apsaugos grandinės patikimumas visiškai priklauso nuo įtampų signalo tikslumo ir prieinamumo iš įtampų transformatorių (PT) jungiamųjų įrenginių. Sugenda arba prastėja potencialo transformatorius gali sukelti apsaugos relės neteisingą įtampų matavimą, dėl ko gali būti arba nepakankamas išsijungimas esant tikrai avarinei situacijai, arba netikėtas išsijungimas normalios veiklos metu. Todėl įtampų transformatorių (PT) jungiamieji įrenginiai įtraukiami į periodinio bandymo ir kalibravimo programas kaip dalis pastotės techninės priežiūros.

Žemės trumpojo jungimo ir likutinės įtampos aptikimas

Trišakėse elektros energijos sistemose žemės trumpojo jungimo aptikimui naudojami įtampų transformatorių (PT) jungiamieji įrenginiai, sujungti atviruoju trikampiu arba pertrūkusiu trikampiu antrinės grandinės jungimu, kurie matuoja likutinę įtampą – trijų fazės įtampų vektorinę sumą. Subalansuotomis ir sveikomis sąlygomis ši likutinė įtampa yra arti nulio. Kai įvyksta vienos fazės žemės trumpasis jungimas, likutinė įtampa žymiai pakyla, suteikdama aiškų signalą žemės trumpojo jungimo apsaugos relėms.

Ši taikymo sritis yra ypač svarbi vidutinės įtampos tinkluose, veikiančiuose su izoliuota arba rezonansiškai užžeminta neutralia sistema, kuriose žemės trumpojo jungimo gedimai nedelsiant nekelia didelių gedimo srovių, bet gali išlikti ir vystytis į rimtesnius gedimus, jei jie nepastebimi laiku. Šiam tikslui pritaikyti įtampų transformatorių (PT) jungikliai turi turėti trečiąją apviją arba specialiai skirtą atvirąjį delta antrinę apviją, kurios nominalioji vertė nustatyta likutinės įtampos matavimui.

Šiuose tinkluose žemės trumpojo jungimo aptikimo jautrumas tiesiogiai priklauso nuo įtampų transformatorių (PT) jungiklių kokybės ir tikslumo. Įtampų transformatorių santykio klaidos ar fazės poslinkio klaidos gali užmaskuoti ar iškreipti likutinės įtampos signalą, sumažindamos apsaugos schemos veiksmingumą. Todėl pasirinkti įtampų transformatorių (PT) jungiklius su tinkama tikslumo klase apsaugai – paprastai IEC standartų nustatyta 3P arba 6P klasė – yra būtinas projektavimo sprendimas.

Įtampų transformatorių (PT) jungikliai transformatorinėse ir pramoninėse sistemose

Integracija su skaitiklių ir SCADA sistemomis

Šiuolaikinės transformatorinės pastotės ir pramoniniai elektros energijos tiekimo sistemos remiasi SCADA (priežiūros valdymo ir duomenų rinkimo) platformomis, kad būtų stebimi įtampų lygiai, aptinkamos neteisybės ir palaikoma nuotolinė veikla. Įtampos transformatorių (PT) jungiamoji įranga yra pagrindinis šių sistemų įtampos duomenų šaltinis, o jos antrinės išvestys prijungiamos prie energijos skaitiklių, galios kokybės analizatorių ir nuotolinių terminalinių vienetų (RTU).

Mokėjimams skirtose matavimo programose PT jungiamoji įranga turi atitikti griežtus tikslumo reikalavimus — paprastai klasės 0.2 arba 0.5 pagal IEC 61869-3 standartą — kad būtų užtikrinta, jog sąskaitoms išrašyti naudojami energijos matavimai būtų teisiškai įrodomi ir komerciškai tikslūs. Tikslaus PT jungiamosios įrangos ir kalibruotų energijos skaitiklių derinys sudaro matavimo sistemos pagrindą, kuria remiasi tiek elektros energijos tiekimo įmonės, tiek didieji pramoniniai vartotojai finansinėms apskaitos operacijoms.

SCADA-integruotose aplinkose PT jungiklių įrenginių išėjimai taip pat naudojami galios koeficiento apskaičiavimui, harmonikų iškraipymo aptikimui ir įtampos nesimetriškumo stebėjimui tarp fazių. Šie parametrai yra būtini elektros energijos kokybės palaikymui sutartiniais ribomis bei įrangos susidėvėjimo nustatymui dar prieš tai sukeliant gedimą. PT jungiklių įrenginiai, kurie tiekia nuolatinius, mažos klaidos įtampos signalus, leidžia gauti patikimesnius analitinius duomenis ir greičiau diagnozuoti gedimus.

Jungiklių skydo projektavimas ir potencialo transformatorių montavimo konfigūracijos

PT jungiklių įrenginiai paprastai montuojami metalinėse uždaruose jungiklių skyduose arba žiedinėse pagrindinėse vienetinėse sistemose, kur jie prijungiami prie pirminės magistralės arba maitinimo kabelio per aukštos įtampos saugiklius arba atjungiamuosius įtaisus. Saugikliai atlieka dvigubą funkciją: jie apsaugo potencialo transformatorių nuo pirminėje pusėje kilusių gedimo srovių ir leidžia izoliuoti PT jungiklių įrenginį techninėms priežiūroms atlikti be viso skydo išjungimo.

PT jungiklių įranga skydelyje turi būti suprojektuota taip, kad būtų užtikrinti atitinkami izoliacijos nuotoliai (peršokimo ir oro tarpai) pagal nominaliąją įtampą, taip pat atsižvelgta į šiluminę aplinką viduje.

Lauko arba sunkiose eksploatacijos sąlygose PT jungiklių įranga gali būti montuojama sandariuose nuo lietaus apsaugotuose korpusuose arba projektuojama su pagerinta izoliacija, kad būtų atspari drėgmei, teršalams ir UV spinduliavimui. Tinkamos PT jungiklių įrangos konstrukcijos parinkimas diegimo aplinkai yra ne mažiau svarbus nei elektrinių parametrų nustatymas, nes izoliacijos aplinkos sąlygomis blogėjimas yra viena dažniausių PT jungiklių įrangos eksploatacijoje gedimų priežasčių.

PT jungiklių įrangos parinkimas įtampų stebėjimui ir apsaugai

Pagrindiniai nurodytini elektriniai parametrai

Nustatant PT jungiamąją įrangą įtampų stebėjimui ir apsaugai, būtina tiksliai nustatyti kelis elektros parametrus. Nominalioji pirminė įtampa turi atitikti įtampos reikšmę sistemoje tame taške, kuriame įranga montuojama, įskaitant bet kokį viršįtampių koeficientą, kuris atsižvelgia į laikinąsias viršįtampes avarijos sąlygomis. Nominalioji antrinė įtampa – dažniausiai 100 V arba 110 V – turi būti suderinama su prijungtais prietaisais ir relėmis.

Tikslumo klasė turi būti pasirinkta pagal taikymo sritį: 0,2 arba 0,5 klasė – matavimams, 1 arba 3 klasė – bendram stebėjimui ir 3P arba 6P klasė – apsaugos funkcijoms. Nominalioji apkrova – išreiškiama voltamperais – turi būti lygi arba didesnė už visų prijungtų įrenginių (įskaitant laidus) bendrą antrinę apkrovą. Per maža apkrovos vertė lemia padidėjusią santykio klaidą ir sumažėjusią matavimų tikslumą.

Nominalioji įtampa nurodo maksimalią nuolatinę perįtampą, kurią gali išlaikyti PT jungiamoji įranga be pažeidimų. Izoliuotoms arba rezonansinės žemės neutralėms skirtose sistemose reikalingas didesnis įtampos koeficientas – paprastai 1,9 valandai arba 1,5 nuolat – kad būtų užtikrinta, jog PT jungiamoji įranga išgyvens žemės trumpojo jungimo sąlygas be izoliacijos prabrovimo. Šis parametras dažnai praleidžiamas, tačiau jis yra esminis ilgalaikiam patikimumui.

Atitiktis standartams ir bandymų reikalavimai

PT jungiamoji įranga, skirta naudoti elektros energijos sistemose, turi atitikti taikomus tarptautinius standartus, ypač IEC 61869-1 (bendrieji matavimo transformatorių reikalavimai) ir IEC 61869-3 (indukcinėms įtampoms skirti specialieji reikalavimai). Šių standartų laikymasis užtikrina, kad PT jungiamoji įranga būtų suprojektuota, pagaminta ir išbandyta pagal apibrėžtus našumo kriterijus, apimančius tikslumą, izoliaciją, šiluminę našumą ir trumpojo jungimo atlaikymo gebėjimą.

Tipiniai bandymai — įskaitant žaibo impulsų atlaikymo, maitinimo dažnio atlaikymo, temperatūros kilimo ir tikslumo patvirtinimo bandymus — atliekami atstovaujančiuose pavyzdžiuose, kad būtų patvirtintas projektavimas. Kiekvienas vienetas prieš išsiuntimą yra tikrinamas atlikus rutininius bandymus, kad būtų patikrinta izoliacijos vientisumas ir santykio tikslumas. Pirkimo techninėse sąlygose dėl įtampų transformatorių (PT) jungiklių įrangos turėtų būti reikalaujama pateikti bandymų sertifikatus ir, kur taikytina, nepriklausomų trečiųjų šalių sertifikatus iš pripažintų bandymų laboratorijų.

Be gamykloje atliekamų bandymų, įtampų transformatorių (PT) jungiklių įranga po montavimo turi būti išbandyta paleidimo metu, kad būtų patikrinta teisinga poliarizacija, santykis ir apkrova prieš įjungiant apsaugos sistemą. Klaidos, nustatomos paleidimo metu, yra daug mažiau brangios taisyti nei apsaugos netinkamo veikimo klaidos, nustatomos avarinės situacijos metu. Todėl struktūruotas įtampų transformatorių (PT) jungiklių įrangos paleidimo protokolas yra būtina bet kurio transformatorinės pastotės ar jungiamosios skydelio įrengimo projekto dalis.

Dažniausiai užduodami klausimai

Koks yra skirtumas tarp matavimams naudojamos PT jungiamosios įrangos ir apsaugai naudojamos PT jungiamosios įrangos?

Matavimams naudojama PT jungiamoji įranga suprojektuota taip, kad būtų išlaikoma aukšta tikslumo klasė esant normalioms eksploatacijos įtampoms; tikslumo klasės, tokios kaip 0,2 arba 0,5, užtikrina minimalius santykio ir fazės klaidų dydžius pajamų klasės matavimams. Apsaugai naudojama PT jungiamoji įranga, kita vertus, suprojektuota taip, kad būtų išlaikoma priimtina tikslumo klasė gedimo sąlygomis, kai įtampa gali būti žymiai iškraipyta arba sumažėjusi; čia naudojamos tikslumo klasės, tokios kaip 3P arba 6P. Kai kurie PT jungiamosios įrangos vienetai turi dvigubą sertifikavimą – jie turi atskirus antrines apvijas tiek matavimams, tiek apsaugai vienu metu.

Kaip PT jungiamoji įranga prisideda prie lankinės iškrovos ir personalo saugos?

PT jungiklių įranga padeda užtikrinti lankinės iškrovos saugą, leisdama tiksliai stebėti įtampą, o tai skatina greitesnį ir selektyvesnį apsaugos relės veikimą. Kai apsaugos relės gauna tikslų įtampos signalą iš PT jungiklių įrangos, jos gali greičiau aptikti gedimo sąlygas ir išjungti atitinkamą grandinės pertraukiklį dar prieš tai, kai gedimo energija pasiektų lankinės iškrovos lygį. Be to, PT jungiklių įrangos užtikrinama elektrinė izoliacija garantuoja, kad techninės priežiūros personalas, dirbantis su antrinėmis matavimo grandinėmis, nebūtų veikiamas pirminės aukštosios įtampos, taip žymiai sumažinant elektros šoko riziką.

Ar PT jungiklių įranga gali būti naudojama tiek patalpose, tiek lauke?

Taip, PT jungiamosios įrangos įrenginiai yra prieinami konfigūracijose, tinkamose tiek vidiniams, tiek išoriniams montavimams. Vidinės patalpos PT jungiamosios įrangos įrenginiai dažniausiai naudoja sausąją liejamosios dėžės izoliaciją iš epoksidinės dėžės, kuri yra kompaktiška, nereikalaujanti techninės priežiūros ir tinkama metalinėms uždarytoms jungiamosios įrangos skydelių konstrukcijoms. Išorės PT jungiamosios įrangos įrenginiai gali naudoti porcelianines arba polimerines izoliatorines dalis su alyvos ar SF6 izoliacija aukštesniems įtampų lygiams, o jie taip pat yra suprojektuoti atlaikyti aplinkos poveikį, įskaitant lietų, ultravioletinę spinduliuotę, teršalus bei ekstremalias temperatūras. Vidinės ar išorės PT jungiamosios įrangos įrenginių pasirinkimas turėtų remtis montavimo aplinka, įtampų lygiu ir taikomaisiais standartais.

Kokia techninė priežiūra reikalinga veikiančiai PT jungiamosios įrangos įrangai?

PT jungiamųjų įrenginių, esančių eksploatacijoje, reikalauja periodinės patikros ir bandymų, kad būtų patvirtinta jų toliau veikianti tikslumas ir izoliacijos vientisumas. Įprasti techninės priežiūros veiksmai apima vizualinę patikrą dėl fizinio pažeidimo ar užterštumo, izoliacijos varžos matavimą, santykio ir poliarumo patikrinimą bei apkrovos matavimą, kad būtų patvirtinta, jog antrinė apkrova lieka ribose, nustatytose gamintojo. Techninės priežiūros dažnumas priklauso nuo įrengimo aplinkos ir taikymo kritiškumo, tačiau komunalinėse ir pramoninėse transformatorinėse stotyse dažnai taikomi kasmetiniai arba kas antri metai vykdomi patikrinimai. Visi PT jungiamieji įrenginiai, kurių izoliacijos varža yra sumažėjusi arba kurių santykio paklaida viršija leistinas ribas, turi būti nedelsiant pakeisti, kad būtų išsaugota įtampų stebėjimo ir apsaugos sistemos vientisumas.