Трансформаторы напряжения

Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же, для приведения величины напряжения к уровню удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). ТН работают в режиме близком к холостому ходу.

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 1, трансформатор напряжения TV состоит из стального сердечника (магнитопровода) С, собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Рис. 1 Устройство и схема включения трансформатора напряжения

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – а_д, конец – х_д (рис. 2).

Однофазный трансформатор (рис. 3, а) первичной обмоткой включен на линейное напряжение между двумя любыми фазами. Если его вторичная обмотка разомкнута, то под действием приложенного к первичной обмотке напряжения по ней протекает ток намагничивания, создающий в магнитопроводе магнитный поток. Этот поток Ф наводит в первичной обмотке с числом витков э.д.с. и во вторичной с числом витков э.д.с. , где - частота. В режиме холостого хода во вторичной обмотке тока нет, а ток намагничивания в первичной мал. Поэтому напряжения и на первичной и вторичной обмотках можно считать равными соответствующим э.д.с.

Рис. 2. Маркировка (обозначение) выводов обмоток трансформатора

напряжения

Рис. 3. Схемы включения трансформаторов напряжения и реле

Коэффициент трансформации:

. (1)

Если же ко вторичной обмотке подключить нагрузку, то в ней по явится ток, увеличится ток также к в первичной обмотке. Эти токи создают в сопротивлениях обмоток падения напряжения. Чем больше токи в обмотках, тем больше падения напряжения и тем больше напряжения на обмотках отличаются от э.д.с. В связи с этим нарушается пропорциональность между вторичным и первичным напряжениями. Угловая погрешность невелика (менее 1%). Погрешность по напряжению:

. (2)

Для уменьшения погрешностей следует стремиться к режиму, близкому к холостому ходу. По этой погрешности ГОСТом установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Каждому классу точности соответствует своя номинальная мощность.

Схема, приведенная на рис. 3, а, применяется в тех случаях, когда необходимо измерять одно линейное напряжение между какими-либо двумя фазами. Схема соединения трансформаторов напряжения в от крытый треугольник (рис. 3, б) позволяет измерять все три между фазных напряжения, а схема соединения трех трансформаторов в звезду (рис. 3, в) — все линейные и все фазные напряжения.

Защита трансформаторов напряжения от внутренних повреждений осуществляется предохранителями, которые устанавливают на каждом из выводов первичной обмотки. Однако эти предохранители не защищают вторичные цепи от перегрузок и коротких замыканий. Поэтому все незаземленные провода присоединяются к выводам вторичных обмоток транс форматоров напряжения через предохранители или автоматические выключатели. По условиям безопасности вторичная обмотка должна быть заземлена. Провод, подключенный к вторичной обмотке в точке ее заземления. предохранителем или автоматическим выключателем не оборудуется.

Если перегорание предохранителей или отключение автоматических выключателей, при которых исчезает вторичное напряжение, может при вести к неверному действию защиты, то такие защиты должны снабжаться специальными органам автоматически выводят эти защиты из работы.

Для напряжений 500 кВ и выше электромагнитные трансформаторы напряжения получаются громоздкими и дорогими. В таких условиях при меняют емкостные преобразователи напряжения (рис. 4), в которых используются емкостные делители напряжения и электромагнитные трансформаторы напряжения. Напряжение на конденсаторе С2 равно

. (3)

Рис. 4. Емкостной измерительный преобразователь напряжения

Это напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Т, со вторичной обмотки которого снимается напряжение . Номинальное напряжение =100 В.

Реактор LR совместное индуктивностью рассеяния трансформатора Т компенсирует падение напряжения в делителе, вызванное токами на грузки. Разрядник трансформатор Т от перенапряжений. В качестве может использоваться батарея последовательно соединенных конденсаторов. В качестве С1 может использоваться батарея последовательно соединенных конденсаторов.

Емкостные измерительные преобразователи напряжения могут при меняться и в сетях более низкого напряжения. Распространены схемы, в которых в качестве емкости С1 используются конденсаторные обкладки вводов 110—500 кВ трансформаторов и выключателей. Однако, точность их ниже, чем электромагнитных трансформаторов напряжения.

Погрешности трансформаторов напряжения

Точность работы трансформаторов напряжения оценивается погрешностями:

1) погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации), под которой понимается отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального;

2) погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вторичного напряжения относительно первичного.

В зависимости от предельно допустимых погрешностей, ТН подразделяются на классы точности. Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности. Поэтому, в каталогах и паспортах на ТН указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при которой ТН может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-6 с коэффициентом трансформации 6000/100 для класса точности 1% номинальная мощность составляет 50 ВА, а предельная – 300 ВА. Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникающих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу релейной защиты и точность измерений влияют так же дополнительные погрешности от падения напряжения в кабелях от ТН до места установки панелей защиты или измерений. Поэтому, согласно требованиям ПУЭ, сечение жил кабелей должно выбираться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 3 % – для релейной защиты; 2 % -для фиксирующих измерительных приборов; 1,5 % - для щитовых измерительных приборов; 0,25–0,5 % - для счетчиков. Следует заметить, что заземленные точки обмоток ТН, соединенных в звезду и разомкнутый треугольник, должны выводиться разными жилами. Потери напряжения определяются по известным сопротивлениям жил контрольных кабелей и значениям проходящих по ним токов нагрузки:

(4)

где – коэффициенты для пересчета фазного падения напряжения на междуфазное (при питании нагрузки по трем фазам , а при питании по двум жилам нагрузки, включенной на междуфазное напряжение ).