Измерительные трансформаторы напряжения - ­­­Электрическая часть электростанций

В электроэнергетических установках трансформаторы напряжения применяются для включения в их вторичную цепь параллельных обмоток приборов контрольно-измерительных систем, устройств синхронизации, релейной защиты, автоматики, для контроля изоляции и других целей.. Подключаемые приборы различаются назначением, потребляемой мощностью, коэффициентом мощности, местом установки, требованиями к надежности и точности измерений. Поэтому для разных участков главной схемы электрических соединений — генераторов, трансформаторов, сборных шин и т. п. — в зависимости от условий и назначения выбираются включаемые по разным схемам один или несколько однофазных или трехфазных трансформаторов напряжения. На небольших подстанциях трансформаторы напряжения иногда служат для питания осветительной сети. В принципе трансформатор напряжения — это небольшой силовой трансформатор, работающий в режиме, близком к режиму холостого хода. Для идеального трансформатора напряжения (без потерь и погрешностей) коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков поэтому Номинальное вторичное напряжение обычно равно 100 В или 100/v3 В. Шкалы подключаемых приборов градуируются по первичному напряжению. У реальных ИТН возникают погрешности измерения из-за потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи Рис. 6-2. Векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (ИТН). При построении диаграммы приняты следующие условности: векторы 1Ц и 1'2 изображены повернутыми на 180°, величины со штрихом, а именно: приведены к первичной обмотке и из-за нагрева обмоток; эти погрешности снижают точность измерений. Погрешность напряжения (в процентах) определяется выражением (6-3) Угловая погрешность определяется углом б между векторами первичного и повернутого на 180° вторичного напряжения. Для анализа режимов работы и исследования погрешностей строятся векторные диаграммы трансформатора напряжения (рис. 6-2). Для снижения погрешностей применяются сердечники с возможно меньшим магнитным сопротивлением, уменьшается индукция в магнитопроводах, магнитное рассеяние, плотность тока в обмотках. Группировка трансформаторов напряжения по классу точности согласно ГОСТ 1983—77 приведена в табл. 6-1. ИТН класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований при наладочных работах, приемных испытаниях оборудования, для подключения вычислительных машин, приборов автоматического регулирования частоты, градуировки эксплуатационных приборов и т. п., ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций. ИТН классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах. Они служат для подключения щитовых приборов, расчетных и контрольных счетчиков и прочих измерительных Таблица 6-1 устройств, у которых погрешность в напряжении не должна превышать 0,5 или 1 %. Для подключения расчетных счетчиков обязательно применение трансформаторов напряжения класса 0,5. ИТН класса 3 и грубее используются в релейных защитах, устройствах автоматики, для питания сигнальных ламп и т. п., где допустима погрешность измерения больше 3 %. Класс точности существенно зависит от вторичной нагрузки трансформаторов напряжения, при увеличении которой он снижается. Нагрузка (мощность) однофазного трансформатора напряжения (в вольт-амперах) определяется выражением S = U2/z С увеличением числа включенных приборов сопротивление вторичной цепи уменьшается, а нагрузка трансформатора напряжения увеличивается. Номинальной мощностью трансформатора напряжения называют наибольшую мощность подключаемых ко вторичной обмотке приборов, при которой гарантируется нормированный высший класс точности. Превышение поминальной мощности вызовет увеличение погрешностей и переход трансформатора напряжения в более низкий класс точности. Нагружать трансформатор напряжения в принципе можно вплоть до его максимальной мощности, т. е. предельной, допустимой по условиям нагрева конструкции. Максимальная мощность трансформатора напряжения примерно в 8—9 раз больше его номинальной мощности в высшем классе точности. Нагрузка трансформатора напряжения до максимальной мощности применяется, например, для подключения катушек реле и автоматов, сигнальных ламп, осветительных приборов и т. п., в которых точность измерений не имеет значения. В электроэнергетических установках применяется большое разнообразие схем включения трансформатора напряжения (рис. 6-3). Самая простая схема — включение одного однофазного трансформатора напряжения (рис. 6-3, а) — применяется для получения одного междуфазного напряжения. Схема на рис. 6-3, б предусматривает включение открытым (неполным) треугольником двух однофазных трансформаторов напряжения и дает все три междуфазных напряжения. Эта схема дешевле трехтрансформаторной, состоящей из трех однофазных трансформаторов, собранных в нужную группу; она рекомендуется для подключения измерительных приборов и реле защит в сетях с изолированной нейтралью. Соответствующее включение обмоток трехфазных ваттметров, счетчиков и других приборов между двумя фазами позволяет равномерно распределять и просто подсчитывать нагрузку, а также легко судить о точности измерений. Рис. 6-3. Схемы подключения измерительных трансформаторов напряжения: а — одного однофазного; 6 — двух однофазных по схеме открытого (неполного) треугольника; в — трех однофазных, схема звезды; г — одного трехфазного трехстержневого; д — трехфазного компенсированного (НТМК); е — трехфазного пятистержневого (НТМИ)

При этой схеме включение приборов между фазами Л и С не рекомендуется. Схема включения трех однофазных (рис. 6-3, в) или одного трехфазного (рис. 6-3, г) трансформатора напряжения по схеме звезда—звезда с заземленной нейтралью со стороны как первичного, так и вторичного напряжения позволяет получать и измерять все междуфазные и фазные напряжения. Эта схема является универсальной. При выборе и применении трансформаторов напряжения на электрических установках надо иметь в виду следующее: Устройства различного назначения, например измерительные приборы и реле, рекомендуется включать на разные ИТН. Для схем автоматики выбираются специальные трансформаторы напряжения, которые могут отличаться схемами включения и параметрами от обычных трансформаторов напряжения. При подключении измерительных приборов для требуемой точности измерений необходимо, чтобы подведенное первичное напряжение не отличалось более чем на 10 % от номинального напряжения обмоток. Заземление нейтрали первичной обмотки трехфазного трехстержневого трансформатора при замыкании фазы на землю в системе с изолированной нейтралью привело бы к перегреву и выходу из строя трансформатора, поэтому нейтраль первичной обмотки у трехфазных трехстержневых трансформаторов не выводится на крышку и не заземляется. Для снижения угловой погрешности применяются компенсированные трансформаторы напряжения типа НТМК (рис. 6-3, д), у которых последовательно к основным обмоткам высокого напряжения подключаются компенсационные обмотки, располагаемые на стержнях других фаз; при сложении векторов напряжений основной и компенсационной обмоток суммарный вектор напряжения первичной обмотки смещается на угол компенсации до совпадения с вектором напряжения вторичной обмотки. На время включения нагрузки приборов синхронизации подключенная мощность может превышать номинальную мощность трансформатора напряжения. Во всех схемах для исключения перенапряжений в цепях приборов нейтраль на стороне низкого напряжения должна быть заземлена наглухо; предохранители и автоматы на заземленных проводниках ставить нельзя. При использовании в схемах электроустановок для цепей измерений и защиты трехфазных трехстержневых трансформаторов напряжения первичная обмотка фаз выбирается по фазному напряжению, но нейтральная точка не выводится и не заземляется. Если заземлять нейтраль, то при замыкании фазы на землю в стальных стержнях магнитопровода появились бы совпадающие по фазе магнитные потоки нулевой последовательности, которые замыкались бы через кожух, стяжные болты, воздух и другие пути с большим магнитным сопротивлением, что привело бы к снижению точности измерений, перегреву конструкции трансформатора и выходу его из строя. Промышленностью выпускаются и трехфазные пятистержневые трансформаторы напряжения типа НТМИ (см. рис. 6-3, е), у которых магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются по крайним стержням магнитопровода броневого типа. Такие трансформаторы напряжения пригодны как для подключения цепей измерительных приборов, так и для контроля изоляции. Дополнительно на стержнях каждой фазы предусматривается другая вторичная обмотка, которая соединяется в разомкнутый треугольник и включается на реле напряжения; кроме того, параллельно, через кнопку, подключают вольтметр.