7 Трансформаторы напряжения

Назначение

Трансформаторы напряжения (ТН) служат для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное напряжение, удобное для измерения. И изоляции измерительных цепей от высоковольтной части.

Обычно за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение 100 В или В. Это позволяет для измерения любого высокого напряжения применять одни и те же измерительные приборы. Реле защиты также выпускаются на те же стандартные напряжения независимо от номинального напряжения защищаемой уста­новки.

Особенности конструкции

Первичная обмотка ТН изолируется от вторичной соответственно классу напряжения установки. Для безопасности обслуживания один вывод вторичной обмотки заземляется.

Первичная обмотка присоединена к цепи высокого напряжения через предохранители. Вторичная обмотка питает нагрузку в виде обмоток измерительных приборов или реле защиты через предохранители. В нормальной конструкции заземляются и вторичная обмотка, и магнитопровод.

Предохранители на высоковольтной стороне служат для защиты сети от КЗ в ТН. Целесообразно применение токоограничивающих предо­хранителей типа ПКТ или стреляющих с ограничивающим резистором. Вследствие высокого сопротивления обмоток самого ТН при КЗ во вторичной цепи ток в первичной цепи мал (порядка нескольких ампер) и недостаточен для срабатывания предохранителей. Этим объясняется установка предохранителей во вторичной цепи.

При напряжении до 35 кВ конструкции ТН и силовых трансформа­торов аналогичны. Индукция в магнитопроводе значительно меньше, чем у силовых трансформаторов. Это снижает погрешность, позволяет в некоторых случаях проводить испытания индуцированным напряжением.

Для напряжений до 35 кВ выпускаются однофазные ТН, у кото­рых оба или один из выводов обмотки высокого напряжения изолированы от земли (второй вывод заземлен).

Кроме масляных применяются литые ТН корпус которых выполнен из эпоксидного компаунда. Наряду с резким сокращением массы и габаритов упрощается эксплуатация, делается ненужным уход за маслом.

Для контроля сопротивления изоляции и питания защиты, срабатывающей при КЗ на землю, имеются дополнительные обмотки, которые включаются по схеме разомкнутого треугольника. При симметричном режиме сумма ЭДС, наводимых в этих обмотках, равна нулю. Если один из проводов заземляется, то равновесие ЭДС нарушается и на выводах разомкнутого треугольника возникает напряжение.

Габариты и стоимость ТН могут быть уменьшены путем объединения трех однофазных ТН в один трехфазный. Применяются трехстержневые и пятистержневые ТН.

Основными параметрами ТН являются:

номинальное напряжение первичной и вторичной обмоток, указанное на щитке. Номинальное напряжение ТН равно номинальному напряжению первичной обмотки;

номинальный коэффициент трансформа­ции — отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному;

погрешность по напряжению, %.

Погрешности ТН не должны превышать значений, предусмотренных классом точности при колебании первичного напряжения в пределах 0,9 – 1,1U_ном и колебаний мощности вторичной цепи в пределах 25-100% номинальной.

Номинальная вторичная нагрузка. ТН включаются так же, как силовые трансформаторы.

Номинальная мощность ТН представляет собой наибольшее значение вторичной мощности, при которой погрешность ТН не выходит за пределы, определенные классом точности.

Особенности конструкции каскадных трансформаторов напряжения

При напряжениях выше 35 кВ ввиду резкого возрастания габаритов и стоимости ТН нормальной конструкции применяются каскадные ТН. В двухкаскадном ТН на напряжение 110 кВ каждый каскад имеет свой магнитопровод. Обмотки высокого напряжения ВН каждого каскада рассчитаны на 50 % фазного напряжения. Один из выводов каждой обмотки ВН соединен с магнитопроводом. На стороне низкого напряжения НН выходные обмотки предназначены для питания измерительных приборов и реле в схеме защиты. Обмотка связи верхнего каскада расположена на магнитопроводе верхнего каскада, а обмотка свя­зи нижнего каскада — на магнитопроводе нижнего каскада.

При отсутствии обмоток связи, или если нагрузка не подключена к выходным обмоткам, напряжение разделится поровну между обмотками ВН, так как их индуктивные сопротивления холостого хода одинаковы.

При включении нагрузки вторичный ток размагничивает магнитопровод верхнего каскада и поток в нем уменьшается. Реактивное сопротивление верхней ступени также уменьшается. Это ведет к тому, что напряжение между ступенями поделится неравномерно, причем большая часть ляжет на нижнюю ступень.

В трансформаторах на напряжение 110 кВ для снижения атмосферных перенапряжений необходимо равномерное распределение на­пряжения по катушкам обмотки ВН. С этой целью поверх обмоток ВН располагаются экраны, которые электрически соединяются с послед­ними витками этих обмоток. Магнитопровод с обмотками крепится на изоляционных стойках, устанавливается в фарфоровый кожух и заливается маслом.

ТН на напряжение 220 кВ собирается из двух ТН на 110 кВ. Ана­логично выполняются ТН на напряжения до 500 кВ. Для выравнивания напряжения между каскадами применяют охранные кольца. Изоляция верхних элементов, подвергающихся большей электрической нагрузке, соответственно усиливается.

Результирующее активное и индуктивное сопротивление обмоток каскадных ТН значительно больше, чем у ТН нормального исполнения. Поэтому для получения высокого класса точности приходится снижать нагрузку.

Выбор трансформаторов напряжения.

Условия выбора трансформаторов напряжения:

- конструкция;

- схема соединения;

- по первичному напряжению.

,

где - номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения;

- номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

- класс точности;

- по мощности вторичных цепей

,

где - расчетная мощность, потребляемая вторичной цепью;

- номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности.

Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, в качестве необходимо взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме неполного треугольника - удвоенную мощность одного трансформатора.

Выбор типа трансформатора определяется его назначением. Если от ТН получают питание расчетные счетчики, то целесообразно использовать на напряжениях 6, 10, 35 кВ два однофазных трансформатора типа НОМ или НОЛ, соединенных по схеме открытого неполного треугольника. Два однофазных ТН обладают большей мощностью, чем один трехфазный, а по стоимости на напряжения 6 и 10 кВ они примерно равноценны. Если одновременно с измерением необходимо производить контроль изоляции в сетях 6-10 кВ, то устанавливают трехфазные трехобмоточные пятистержневые трансформаторы напряжения серии НТМИ или группу из трех однофазных трансформаторов серии ЗНОМ или ЗНОУТ, если мощность НТМИ недостаточна. При использовании трех однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, нейтральная точка обмотки высокого напряжения ТН должна быть заземлена для правильной работы приборов контроля изоляции.

Для напряжения 110 кВ и выше применяют каскадные трансформаторы НКФ.