30 Трансформаторы напряжения. Основные понятия и схемы соединения

Измерительные трансформаторы напряжения (ТV) предназначены:

1) для изоляции цепей напряжения измерительных ор­ганов от высокого напряжения;

2) для получения, независимо от номи­нального первичного напряжения U_1,HOM, стандартного значения вторич­ного напряжения U_2,НОМ.

Трансформаторы напряжения имеют стандарт­ное номинальное вторичное напряжение U_2,НОМ = 100 В или 100/ В.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения яв­ляется режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Схема включения однофазного трансформа­тора напряжения показана на рисунке 7.1, первичная обмотка вклю­чена на напряжение сети U₁ а ко вторичной обмотке (напряже­ние U₂) присоединены параллельно катушки измерительных при­боров и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторич­ной обмотки заземлен.

1  первичная обмотка

2  магнитопровод

3  вторичная обмотка

Рисунок 7.1  Схема включения трансформатора напряжения

Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков w₁ включается на напряжение сети U₁. Под действием напряжения по обмотке w₁ проходит ток намагничива­ния I_НАМ, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф.

Магнитный поток Ф наводит в первичной w₁ и вторичной w₂ обмотках ЭДС с дейст­вующими значениями со­ответственно E₁ = 4,44f w₁Ф, E₂ = 4,44fw₂Ф, где f  частота сети.

E₁/E₂ = w₁/w₂. (7.1)

Отношение w₁/w₂ на­зывается коэффициентом трансформации и обозна­чается К_U. В режиме холостого хода ток I₂ = 0, а ток в первичной обмотке I₁ = I_HAM. При этом U₂ = E₂ и напряжение U₁ незначительно отличается от ЭДС Е₁. Поэтому

К_U = w₁/w₂ = U₁/U₂. (7.2)

Рисунок 7.2  Схема замещения трансформатора напряжения

Работа трансформатора с нагрузкой Z_H (в виде, например, ре­ле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I₂ и уве­личением (по сравнению с холостым ходом) тока I₁' (рисунок 7.2).

Эти токи создают падение напряжения U в первичной и вторич­ной обмотках, вследствие чего U₂ = U₁'  U. Вторичное напряжение U₂ отли­чается от приведенного первичного U₁' по значению на U и по фазе на угол . Поэтому трансформатор имеет две погрешности:

1) погрешность напряжения f_U = (U/U₁')100, или вследствие незна­чительного угла 

f_U = [(K_UU₂ U₁)/U₁]100; (7.3)

2) угловую погрешность, которая определяется углом  между век­торами напряжений U₁' и U₂.

Значения погрешностей трансформатора напряжения опреде­ляются падением напряжения U, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (тока I₂). Вместе с ним возрастают и погреш­ности, поэтому нормальным режимом работы трансформатора на­пряжения является режим, близкий к холостому ходу.

Погрешность трансформатора напряжения зависит от конструкции магнитопровода, магнит­ной проницаемости стали и от cos вторичной нагрузки. В конст­рукции трансформаторов напряжения предусматривается компен­сация погрешности по напряжению путем некоторого уменьше­ния числа витков первичной обмотки, а также компенсация угло­вой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

В условиях эксплуатации трансформатор напряжения может работать с различными погрешностями. В зависимости от погрешностей установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3 соответственно погрешностям напряжения f_U в про­центах. Номинальная мощность трансформатора отнесена к определенному классу точности. Однако по условию нагрева он мо­жет допускать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного класса точности.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора на­пряжения, не должно превышать номинальную мощность транс­форматора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

Начала и концы обмоток трансформа­тора напряжения принято обозначать: А  начало первичной обмотки, а  начало вторичной обмотки; X  конец первичной обмотки, х  конец вторичной обмотки.

При этом напряжения U₁ и U₂, направленные одинаково от одно­именных концов обмоток, совпадают по фазе, если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора напряжения.

Буквенная часть трансформаторов напряжения означает:

Н  напряжения;

О  однофазный;

Т  трехфазный;

С  с естественным воздушным охлаждением (сухой);

Л  с литой изоляцией;

Г  с газовой изоляцией;

М  с естественным масляным охлаждением;

Ф  в фарфоровой покрышке;

З  с заземленным выводом первичной обмотки;

И  с обмоткой для контроля изоляции;

А  антирезонансный;

Цифровая часть в большинстве случаев означает:

а) первое число  класс напряжения;

б) второе число (если есть)  год разработки.

В серии литых трансформаторов (например, НОЛ.08-6) первая группа цифр (08) означает порядковый номер или шифр разработки, а вторая  класс напряжения. Буква (буквы) и цифра в конце означает климатическое исполнение и класс размещения.

В зависимости от назначения могут применяться трансформа­торы напряжения с различными схемами соединения обмоток.

Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рисунок 7.3,а), а так­же трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рисунок 7.3,б).

Для измерения напря­жения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y₀/Y₀), или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рисунок 7.3,в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присое­динения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в ра­зомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыка­ний на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяют­ся однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

Рисунок 7.3  Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения