Трансформаторы напряжения и схемы их вторичных соединений.
5.1.Назначение трансформаторов напряжения (ТН).
При напряжении свыше 1000 В, непосредственное включение приборов недопустимо как по условию изоляции, так и безопасности обслуживающего персонала. В связи с этим при высоких напряжениях измерительные приборы включаются через промежуточные измерительные трансформаторы, называемые трансформаторами напряжения (ТН).
ТН предназначены как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания автоматики, синхронизации и релейной защиты ЛЭП от замыканий на землю.[1].
5.2.Расшифруйте обозначения некоторых тн, наиболее используемых в электроустановках ?;
НОМ – ТН. Однофазный, масляный;
ЗНОМ – заземляемый ввод ВН, напряжения, однофазный, масляный;
НТМИ – напряжения, трехфазный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;
НАМИ – напряжения, антирезонансный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;
НКФ – напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке;
СР – серия трансформаторов напряжения: измерительный, однофазный, емкостной напряжением 110-500 кВ.
НОЛ.11-6.05; НОЛ.0.8; НОЛ.12; НОЛ – незаземляемые трансформаторы напряжения 3-6-10 кВ;
ЗНОЛ.06; ЗНОЛЭ-35; ЗНОЛ – заземляемые ТН;
ЗхЗНОЛ; ЗхЗНОЛП – трехфазные антирезонансные группы ТН;
ЗНОЛП; НОЛП – заземляемые и незаземляемые ТН со встроенными защитными предохранительными устройствами. В трансформаторах этих серий высоковольтные выводы первичной обмотки выполнены со встроенными защитными предохранительными устройствами (ЗПУ), которые, также как и магнитопровод с обмоткамаи. Залиты изоляционным компаудом, образуя монолитный блок. ЗПУ выполнено в виде разборной конструкции с плавкой вставкой, представляющей собой металлодиэлектрический резистор, подобранный для каждого типа трансформаторов. Это устройство срабатывает при токах менее 1 А, время отключения от 5 до 10 секунд. После срабатывания ЗПУ подлежит перезарядке. Которая производится персоналом предприятия. Эксплуатирующего трансформатор.
5.3.Какое напряжение принято во вторичной обмотки тн ?
Для основной вторичной обмотки ТН с номинальным напряжением, соответствующим линейному напряжению сети, установлено напряжение 100 В. Соответственно для ТН с фазным номинальным напряжением основной вторичной обмотки 100 / В при включении их по схеме звезда-звезда вторичное линейное напряжение, соответствующее номинальному, будет тоже 100 В. Номинальное напряжение дополнительных вторичных обмоток устанавливается таким образом, чтобы максимальное значение напряжения 3Uо (на разомкнутом треугольнике) при однофазном замыкании на землю в сети, когда линейное напряжение соответствует номинальному напряжению ТН, было 100 В. Поэтому для дополнительных обмоток ТН, предназначенных для сети с заземленной нейтралью, установлено Uном = 100 В, а всети с изолированной нейтралью Uном=100/3 В.[44].
5.4.В каких случаях обеспечивается требуемый класс точности для тн ?
Погрешности ТН, соответствующие классам, обеспечиваются при частоте 50 Гц, первичных напряжениях от 0,8 до 1,2 Uн, индуктивной нагрузке вторичной обмотки с коэффициентом мощности 0,8 и вторичной нагрузке в пределах (0,25-1,0) Рн (номинальная мощность) при номинальном первичном напряжении. Для обеспечения работы ТН в соответствующем классе при малой нагрузке по вторичным обмоткам присоединяют балластные резисторы. Для снижения погрешностей ТН их мощность выбирается значительно выше мощности вторичной нагрузки, так как наименьшие погрешности у ТН бывают при работе на холостом ходу. [44].
Пояснить в чем заключается отличие схем соединения «открытый треугольник» и «разомкнутый треугольник» ?
Два однофазных ТН, соединенные в схему «открытого треугольника», могут быть применены для включения измерительных приборов и регуляторов напряжения. Схема «открытого треугольника» состоит из двух присоединенных к трехфазной системе однофазных ТН, как это показано на рисунке 5.1.:
Рис. 5.1. Схемы соединения в «открытый треугольник».
В отличие от схемы треугольника, векторная диаграмма схемы «открытого треугольника» представляет собой лишь две стороны правильного треугольника. Для этой схемы характерно то, что при симметричной нагрузке трех фаз общая мощность обоих ТН равна мощности одного ТН умноженной на т. е. на 13% меньше суммы их мощностей.
Дополнительные вторичные обмотки трех однофазных трехобмоточных трансформаторов, соединенные в «разомкнутый треугольник», служат для включения реле защиты от замыканий на землю. Схема «разомкнутого треугольника» является фильтром напряжения нулевой последовательности 3Uо, смотрите рисунок 5.2. В нормальном режиме сети при симметричных напряжениях Uа, Uв, Uс на выводах этой обмотки и на реле КV напряжение практически отсутствует. Имеется только напряжение небаланса, значение которого обычно не превышает 1-3 В. Наличие этого напряжения свидетельствует об исправности ТН, отсутствии обрывов и замыканий в его вторичных цепях.
Рис. 5.2. Схемы соединения в «разомкнутый треугольник».[1]
Назовите особенности каскадных ТН ?
Особенностью каскадных ТН, представляющих несколько трансформаторов с последовательно соединенными первичными обмотками. Выравнивание мощности по элементам каскада достигают применением выравнивающих и связывающих обмоток, передающих мощность с обмоток одного элемента на другой.
Благодаря связывающим обмоткам нагрузка и напряжение распределяются поровну между двумя трансформаторами каскада. Половина нагрузки трансформируется в обмотку НН из обмотки ВН, а вторая половина из связывающей обмотки.
Назначение выравнивающих обмоток сводится к уменьшению ЭДС рассеяния трансформатора, с учетом того, что вторичные обмотки находятся на одном нижнем стержне магнитопровода, а первичная на обоих.
Начала первичных и выравнивающих обмоток обоих стержней соединены вместе и присоединены к магнитопроводу. При этом выравнивающие обмотки и магнитопровод получают потенциал, равный половине фазного напряжения.[1,7].
Укажите требования к заземлению первичной обмотки ТН ?
У ТН типов НКФ, ЗНОМ следует тщательно проконтролировать надежность присоединения к «заземлению» заземляемых выводов, а также наличие отдельного заземления корпуса ТН. Напряжение вывода «К» относительно «земли» должно быть равно нулю, а вывод «Н» напряжению небаланса 1-3 В. Для обеспечения действия реле сигнализации и защиты от замыканий на землю, включаемых на напряжение 3Uо, нулевая точка первичных обмоток должна быть заземлена.[7].
Для чего заземляются вторичные обмотки ТН ?
Для безопасности обслуживания вторичных цепей в случае пробоя изоляции и попадания высокого напряжения на вторичную обмотку один из зажимов вторичной обмотки или нулевая точка присоединяется к заземлению. В схемах соединения вторичных обмоток в «звезду» чаще всего заземляется не нулевая точка, а начало обмотки фазы В. Это объясняется стремление сократить на одну треть число переключающих контактов во вторичных цепях т. к. заземленная фаза может подаваться на реле помимо рубильников, переключателей и вспомогательных контактов разъединителей.[18].
5.9.Как правильно заземлить вторичные обмотки ТН ?
Заземление должно устанавливаться по возможности ближе к ТН. Однако следует учитывать, что при этом объединение заземленных проводов двух или более ТН недопустимо, так как может послужить причиной неправильной работе релейной защиты.
Следует, однако учитывать, что цепи напряжения, как правило, должны выполняться без общей заземленной шины. При этом заземление вторичных цепей каждого ТН должно устанавливаться на ближайшей к нему сборке зажимов и объединение каких-либо проводов заземленных или незаземленных вторичных цепей разных ТН не допускается даже кратковременно. С этой целью переключение нагрузки с одного ТН на другой производится только с разрывом цепи, а при включении устройств синхронизации сразу на два ТН обеспечивается электрическое разделение их вторичных цепей (например, с помощью разделительных трансформаторов).
В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников, переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и др.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм² (по меди).[44,48].
Почему не разрешается выполнять разделение вторичных цепей ТН по разным кабелям ?
Выводящиеся от основных или дополнительных вторичных обмоток ТН трех или четырех проводные цепи должны подаваться на цепи в одном кабеле. Двух проводная цепь от концов одной обмотки однофазного ТН или от дополнительных обмоток, соединенных по схеме «разомкнутого треугольника» (цепь 3Uо), также должны выводиться на щит в одном кабеле. Это необходимо во избежание значительного увеличения индуктивного сопротивления вторичных цепей и недопустимого возрастания потери напряжения в них.
При полном объединении электрической цепи в одном кабеле создаваемые токами в близко расположенных друг к другу жилах этого кабеля магнитные потоки будут почти полностью взаимно уничтожаться, так как геометрическая (векторная) сумма токов одной цепи всегда равна нулю. Поэтому индуктивное сопротивление такой цепи будет относительно малым. При разделении той же цепи по разным кабелям равновесие токов и магнитных потоков нарушается и индуктивное сопротивление цепи резко возрастает.
Вторичные цепи ТН, установленных на открытом РУ, должны выводиться на щит кабелями с металлической оболочкой или броней.
Для снижения продольных ЭДС, наводящихся в жилах этих кабелей токами КЗ, проводящими по заземляющему контуру, металлическую оболочку или броню рекомендуется заземлять с обеих сторон.[44].
Какое напряжение возникает на дополнительной обмотке при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ?
При однофазном КЗ на землю, например фазы А, напряжение этой фазы относительно земли становится равным нулю, напряжение неповрежденных фаз В и С больше в 1,73 раза, а их геометрическая сумма становится равной утроенному значению фазного напряжения. Для того чтобы напряжение на реле в «разомкнутом треугольнике» КV в этих случаях не превышало стандартного номинального значения 100 В ТН с обмотками, соединенными по схеме «разомкнутый треугольник» имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например для сети 10 кВ :
Nтн = 10000 / 100:3 = 300
В качестве реле КV применяется реле типа РН-53/ 60Д с минимальной уставкой 15 В [2].
Какое напряжение возникает на дополнительной обмотке ТН при замыкании на землю в сети с заземленной нейтралью ?
В случае замыкания на землю в сети с заземленной нейтралью, например фазы А на землю фаза А-О ТН оказывается замкнутой накоротко и напряжение на обмотках этой фазы и, в частности на дополнительной обмотке, исчезает. Приведем диаграммы вторичных напряжений:
Как видно из диаграммы «разомкнутого треугольника», на выводах ад-хд появится напряжение, равное геометрической сумме напряжений действующих фаз В и С, т. е. равное фазному напряжению «разомкнутого треугольника».
Так как напряжение на вводах ад-хд при замыкании на землю должно быть равно 100 В, то и обмотки при системе с заземленной нейтралью должно быть равным 100 В. Поэтому коэффициент трансформации для дополнительной обмотки будет равен :
Nтн = 110 000 / 100 = 1100
Это ошибка, в действительности коэффициент трансформации ТН равен :
Nтн = 110 000 : / 100 = 632
Аналогично и для других напряжений свыше 110 кВ. Данный коэффициент и применяется при определении величины первичного значения 3Uо в сети при однофазных замыканиях на землю.[1].
Объяснить что произойдет во вторичных цепях ТН типа НТМИ при перегорании предохранителя на стороне ВН ?
При питании цепей напряжения от трехфазного пятистержневого ТН в случае перегорания предохранителя в одной из фаз со стороны ВН магнитные потоки двух других фаз, замыкаясь через крайние стержни и стержни оборванной фазы, восстанавливают в последней напряжение. Значительно уменьшая несимметрию вторичных напряжений.
При этом напряжение оборванной фазы составляет Uв = 0,5 Uф, а линейные напряжения Uав = Uвс ≈ 0,75 Uном . В этом случае чувствительность контроля напряжения во вторичных цепях выполненного на устройстве обрыва фаз или реле минимального напряжения, включаемые на линейные напряжения, окажется недостаточной.
Требуемая чувствительность может быть достигнута при применении реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1 с минимальной уставкой обратной последовательности 6 В и в сочетании с реле минимального напряжения с уставкой 75 В.[44].
Назвать мероприятия предотвращающие неправильные действия РЗА из-за наводок продольных ЭДС во вторичных цепях ТН .
Для предотвращения неправильных действий защиты из-за наводок продольных ЭДС во вторичных цепях ТН следует :
- переключение цепей напряжения присоединений РУ с ТН одной системы шин на ТН другой системы шин блок-контактами разъединителей применять только в распределительных устройствах 6-35 кВ. В РУ 110 кВ и выше должны применяться схемы с реле повторителями положения разъединителей либо переключатели;
в РУ 110 кВ и выше применять во вторичных цепях ТН только кабели в металлической оболочке и заземлять оболочку с обоих концов каждого кабеля. Использование изолированной металлической оболочки в качестве одного из проводов вторичной цепи напряжения по соображениям надежности не допускается;
кабели в цепях основных и дополнительных обмоток ТН от шкафа ТН до щита по всей длине прокладывать рядом.[48].
Назовите косвенные признаки повреждения ТН типа НКФ 110-500 кВ .
К косвенным признакам повреждения ТН типа НКФ 110-500 кВ относятся :
- срабатывание фиксирующих (ФИП, ЛИФП и др.) и регистрирующих цифровых
приборов и осциллографов (3Uо) ВЛ;
появление сигнала о неисправности во вторичных цепях ТН;
запуск осциллографов, цифровых регистраторов пускающихся от ТН по напряжению;
срабатывание противоаварийной автоматики (АВ реактора, АПН ВЛ) при нормальном напряжении на ТН других присоединений и (или) увеличение фазного напряжения на 15% и более (линейных напряжений на 10% и более), определяемого по щитовым приборам путем переключения ключа выбора фаз или замерами во вторичных цепях, и сопровождающегося резким увеличением небаланса в «разомкнутом треугольнике» ТН (определяется по прибору замера небаланса, либо специальным замером), без увеличения напряжения на других фазах (одного линейного напряжения) данного ТН.
При появлении одного или нескольких косвенных признаков оперативный персонал выводит ТН из работы в срок не более 15 минут. С целью исключения несчастных случаев, при появлении вышеуказанных признаков виткового замыкания ТН, нахождение персонала на ОРУ с дефектным ТН до снятия с него напряжения запрещается. Работающие бригады с данного ОРУ должны быть немедленно удалены. Запрещается производить замер вторичных напряжений в местном шкафу ТН как релейным, так и оперативным персоналом при увеличенном фазном напряжении на данном ТН по сравнению с напряжением соответствующих фаз других ТН.[18]
В каких случаях устанавливается автоматический выключатель во вторичных цепях «разомкнутого треугольника» ТН ?
Допускается не устанавливать автоматические выключатели в цепи 3Uо ТН шин и ТН стороны низшего напряжения автотрансформаторов (трансформаторов), установленных в шкафах КРУ-6-10 кВ. В сетях с большим током замыкания на землю во вторичных цепях ТН, соединенных в «разомкнутый треугольник», автоматические выключатели также не предусматривается, так как при возникновении повреждений в таких сетях поврежденные участки быстро отключаются защитами сети и соответственно быстро снижается напряжение 3Uо. Поэтому в цепях, идущих от выводов Н и К ТН АТ, ВЛ и шин 500 кВ автоматических выключателей нет.
Наоборот, в цепях с малым током замыкания на землю между выводами Н и К может длительно существовать 3Uо при замыкании на землю в первичной цепи и при КЗ во вторичных цепях ТН он может повредиться.
Для защиты цепей напряжения, прокладываемых от неразомкнутых вершин треугольника (U, F), предусматривается отдельный автоматический выключатель.[59].