Учебники 80375

ния числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

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.

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 (рис.3.19, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.3.19, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y0/Y0, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НАМИ -10 (рис.3.19, 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, ЗНОЛ, ЗНОГ и каскадные трансформаторы НКФ.

Рис.3.19 . Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы напряжения. Трехфазные применяются при напряжении до 35 кВ, однофазные – на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы напряжения могут быть сухими, масляными, элегазовыми и с литой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов напряжения выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до1000 В (НОС – 0,5 – трансформатор напряжения однофазный, сухой, на напряжение 0,5 кВ).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжения 6 – 1150 кВ. Наиболее современная серия таких трансформаторов НАМИ (Н – трансформатор напряжения; А - антирезонансный, М- естественное масляное охлаждение, И- индуктивный). На напряжения 6 - 35 кВ трансформаторы данной серии выпускаются трехфазными, на более высокие напряжения однофазными. Внешний вид трансформатора напряжения НАМИ – 110 показан на рис. 3. 20.

71

Рис. 3.20. Трансформатор напряжения НАМИ-110

Трансформаторы напряжения с элегазовой изоляцией все шире находят применение в установках на напряжение 35 кВ и выше. Конструкцию таких трансформаторов напряжения рассмотрим на примере серии ЗНОГ (рис.3.21).

а

б

Рис.3.21. Трансформатор напряжения ЗНОГ:

а – схема; б – конструкция: 1 – вентиль; 2 – подъёмная косынка; 3 – транспортная крышка; 4 – ввод; 5 – элегаз; 6 – кожух; 7 – предохранительная пластна; 8 – магнитопровод; 9

– обмотка; 10 – выводы вторичных обмоток; 11 – крышка; 12 - днище

72

Трансформатор напряжения состоит из обмоток (первичной A–X и двух вторичных – основной a-x и дополнительной aД - xД) (рис.3.21, а), магнитопровода, кожуха, ввода "элегазэлегаз" и ряда экранов. Трансформатор заполняется техническим элегазом, служащим изолирующей и теплоотводящей средой, через сильфонный вентиль. Первичная обмотка многослоевая цилиндрическая, выполнена из тонкого круглого провода. Межслоевая изоляция обмотки - из пленки. С помощью специальных экранов и соответствующего расположения витков обмотки по слоям достигается достаточно равномерное распределение напряжения грозовых импульсов вдоль обмотки, а также создается слабо-неоднородное поле снаружи обмотки. Магнитопровод трансформатора бронестержневого типа, шихтованный из отдельных пластин электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Кожух трансформатора стальной, цилиндрической формы с эллиптическим днищем, со сварным соединением частей. Предохранительное устройство исключает возможность повышения давления элегаза в трансформаторах выше 0,7 МПа. Устройство представляет собой пластину, закрывающую отверстие в кожухе. При увеличении давления до величины срабатывания пластина разрушается, освобождая отверстие достаточной величины для истечения газа, при этом поток газа направлен вдоль кожуха трансформатора. При необходимости направление потока элегаза можно изменить. На кожухе трансформатора предусмотрены бобышка и болт заземления. Возле них прикреплена табличка со знаком заземления. Специальные косынки позволяют осуществлять строповку трансформатора при подъеме. Высокое напряжение подается через ввод "элегаз-элегаз", к которому присоединена первичная обмотка с выводом А. Низкое напряжение отводится с выводов, к которым присоединены вторичные обмотки.

Электротехническая промышленность за последние годы значительно расширила номенклатуру трансформаторов напряжения с литой изоляцией. Наиболее массовой является серия заземляемых трансформаторов напряжения ЗНОЛ.06 в неё входят семь исполнений по номинальному напряжению: 6, 10, 15, 20, 24, 27 и 35 кВ рассчитанных как для внутренней, так и для наружной установки. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С - образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, взрыво – пожаробезопасны. Трансформаторы ЗНОЛ.06 предназначены для установки в КРУ и комплектных токопроводах вместо масляных трансформаторов НТМИ и ЗНОМ, а трансформаторы серии НОЛ.08 – для замены НОМ – 6 и НОМ – 10. Внешний вид трансформатора напряжения ЗНОЛ – СЭЩ 35 (заземляемый трансформатор напряжения однофазный с литой изоляцией товарный знак - самарский электрощит напряжение 35 кВ) показан на рис.3.22.

Рис.3.22. Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СЭЩ 35

73

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается её изоляция. Трансформатор НКФ – 110 (рис. 3.23) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на Uф/2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом Uф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на Uф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.

Трансформаторы напряжения на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на Uф/4. Трансформаторы НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, т.е. шесть и восемь ступеней обмотки ВН.

Рис. 3.23. Трансформатор напряжения НКФ-110:

а – схема; б – конструкция: 1 – ввод высокого напряжения; 2 – маслорасширитель; 3 – фарфоровая рубашка; 3 – основание; 5 – коробка вводов НН

Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивления, возрастают погрешности, и поэтому трансформаторы НКФ – 330, НКФ – 500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с ёмкостным отбором мощности, присоединённые к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис. 3.24, а). Напряжение, снимаемое с С2 (10 - 15 кВ), подаётся на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ, ЗНОГ, ЗНОЛ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включён дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты. Такое устройство получило название ёмкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис. 3.24, б показана установка НДЕ -500-72. При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше.

74

Рис.3.24. Трансформатор напряжения НДЕ:

а– схема; б – установка НДЕ – 500-72: 1 – делитель напряжения; 2 – разъединитель; 3

–трансформатор напряжения и дроссель; 4 – заградитель высокочастотный; 5 – ОПН; 6 – привод разъединителя

КОМБИНИРОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

По мимо рассмотренных выше измерительных трансформаторов тока и напряжения электротехнические заводы предлагают комбинированные измерительные трансформаторы (преобразователи). В ряде таких конструкций объединены «традиционные» измерительные трансформаторы тока и напряжения — это серии комбинированных измерительных трансформаторов европейских производителей VAU, ABB. В качестве примера рассмотрим конструкцию комбинированного измерительного трансформатора VAU-123 (рис.8.25). Трансформатор состоит из трансформатора тока и трансформатора напряжения индуктивного типа, размещенных в одном корпусе. Трансформатор тока состоит из одного или нескольких сердечников со своими вторичными обмотками. Активные части трансформатора тока размещены в герметичном алюминиевом корпусе наверху, а у трансформатора напряжения - в средней части изолятора, заполненного маслом. Изоляция обмоток бумажно-маслянная. Число вторичных обмоток у трансформатора тока - до шести штук, у трансформатора напряжения - до трех штук. Выводы вторичных обмоток трансформатора тока и подводы к первичной обмотке трансформатора напряжения заключены в трубки, проходящие внутри фарфорового или композитного изолятора. Выводы вторичных обмоток подведены к контактным коробкам, помещенным на основании. Трансформатор VAU-123 предназначен для наружной установки в сетях напряжением 123 кВ.

75

Рис.3.25. Комбинированный измерительный трансформатор VAU-123:

1 – колпак мембраны; 2 – индикатор положения мембраны; 3 – болт и уплотнение мембраны; 4 – мембрана; 5 – главная изоляция; 6 – вторичная обмотка; 7 – зажимы первичной обмотки; 8 – сердечник; 9 – вторичная обмотка; 10 – первичная обмотка; 11 – голова трансформатора; 12 – изолятор; 13 – корпус; 14 – пробка; 15 – коробка зажимов вторичных обмоток; 16 – зажимы вторичных обмоток

В качестве комбинированных предлагаются и оптико-электронные измерительные трансформаторы. Такую конструкцию реализовала уже упоминаемая фирма NxtPhase T&D Corporation в серии NXVCT (рис. 3.26).

Еще один вариант электрического аппарата совмещающего функции измерительных трансформаторов тока и напряжения разработан голландской фирмой Altea B.V. в виде высоковольтных преобразователей тока и напряжения CVS-O. Принцип действия преобразователей CVS-O для масштабного преобразования силы электрического тока основан на работе катушки (пояса) Роговского, а для масштабного преобразования напряжения электрического тока основан на базе емкостного делителя напряжения. Комбинированный преобразователь CVS-O выполнен в виде опорной конструкции (рис.3.27). Корпус преобразователя состоит измерительного модуля, опорного изолятора и основания с электронным модулем. Внутренняя изоляция измерительного модуля выполнена из эпоксидного компаунда. Внешняя изоляция из кремнийорганического полимера обеспечивает защиту от климатических воздействий. Стеклопластиковый стержень в конструкции опорного изолятора обеспечивает стойкость к механическим воздействиям. Высоковольтные выводы расположены на верхней части преобразователя. Вывод измерительного сигнала располагаются в нижней части преобразователя. Преобразователь имеет болт заземления, который расположен на основании. Электронный модуль преобразователя расположен в основании в металлическом корпусе, защищающем электронные компоненты от внешних электромагнитных помех.

76

а б

Рис. 3.26. Комбинированный оптико-электронный измерительный трансформатор NXVCT: а – принцип конструктивного выполнения; б – внешний вид трансформатора

Рис.3.27. Высоковольтный преобразователь тока и напряжения CVS-O:

1 – измерительный модуль с датчиками тока (катушка Роговского) и напряжения (ёмкостной делитель напряжения); 2 – первичная шина; 3 – внешняя кремнийорганическая изоляция; 4 – стеклопластиковый стержень; 5 – основание с электронным модулем; 6 – комбинированный интерфейс; 7 – вторичный преобразователь трёхфазный комбинированный

77

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторы тока выбирают:

по напряжению установки Uном ≥ Uсет.ном;

току I1ном≥Iпрод.расч; I1ном≥Iпрод.расч.

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей;

конструкции и классу точности; электродинамической стойкости:

kэд 2I1ном ≥ iуд; iдин ≥ iуд,

где iуд — ударный ток КЗ по расчету; kэд — кратность электродинамической стойкости по каталогу; I1ном — номинальный первичный ток трансформатора тока; iдин — ток электродинамической стойкости по каталогу.

Электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительного устройства, вследствие этого такие трансформаторы по этому условию не проверяются;

по термической стойкости

(kт I1ном)2 tтер ≥ Вк; I2терtтер ≥ Вк,

где kт — кратность термической стойкости по каталогу; tтер — время термической стойкости по каталогу; Вк — интеграл Джоуля (тепловой импульс) по расчету; Iтер — ток термической стойкости;

вторичной нагрузке: Z2 ≤ Z2ном,

где Z2 — вторичная нагрузка трансформатора тока; Z2ном — номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.

Рассмотрим подробнее выбор трансформаторов тока по вторичной нагрузке. Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому Z2 ≈ r2. Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

r2 = rприб + rпр + rк.

Сопротивление приборов определяется по выражению:

rприб = Sприб / I22,

где Sприб — мощность, потребляемая приборами; I2 — вторичный номинальный ток прибора. Сопротивление контактов принимается 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов. Сопротивление соединительных проводов зависит от их длины и сечения. Чтобы трансформатор тока работал в выбранном классе точности, необходимо

выдержать условие:

rприб + rпр + rк ≤ Z2ном,

откуда

rпр = Z2ном - rприб - rк.

Зная rпр, можно определить сечение соединительных проводов

q=ρlрасч,

rпр

где ρ — удельное сопротивление материала провода. Провода с медными жилами (ρ = 0,0175 Ом·мм2/м) применяются во вторичных цепях основного и вспомогательного оборудования мощных электростанций с агрегатами 100 МВт и более, а также на подстанциях с высшим напряжением 220 кВ и выше. В остальных случаях во вторичных цепях применяются провода с алюминиевыми жилами (ρ = 0,0283 Ом·мм2/м); lрасч — расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока (рис.3.28).

78

Длину соединительных проводов от трансформатора тока до приборов (в один конец) можно принять для разных присоединений приблизительно равной, м:

Рис.3.28. Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и приборов:

а — включение в одну фазу; б — включение в неполную звезду; в — включение в полную звезду

Для подстанций указанные длины снижают на 15 — 20 %.

Вкачестве соединительных проводов применяют многожильные контрольные кабели

сбумажной, резиновой, полихлорвиниловой или полиэтиленовой изоляцией в свинцовой,

резиновой, полихлорвиниловой или специальной теплостойкой оболочке. Согласно ПУЭ по условию прочности сечение не должно быть меньше 4 мм2 для алюминиевых жил и 2,5 мм2 для медных жил. Сечение больше 6 мм2 обычно не применяется.

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформаторы напряжения выбираются: по напряжению установки Uном ≥ Uсет.ном; конструкции и схеме соединения обмоток; классу точности;

вторичной нагрузке Sном ≥ S2Σ,

где Sном — номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в ввиду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника — удвоенную мощность одного трансформатора; S2Σ — нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В∙А.

Для упрощения расчетов нагрузку приборов можно не разделять по фазам, тогда

79

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяется по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не более 0,5%, а до щитовых измерительных приборов — не более 1,5 % при нормальной нагрузке.

Для упрощения расчетов при учебном проектировании можно принимать сечение проводов по условию механической прочности 1,5 мм2 для медных и 2,5 мм2 для алюминиевых жил.

3.3. Измерения на электростанциях и подстанциях

Управление работой электростанции (при любом уровне автоматизации) требует непрерывного контроля за ее режимом, включающего в себя контроль за параметрами основного и вспомогательного оборудования (осуществляется измерительной подсистемой) и контроль за состоянием этого оборудования (осуществляется подсистемой сигнализации).

Измерениями должны быть охвачены все параметры основного и вспомогательного оборудования, которые определяют режим управляемого объекта — электрической станции или подстанции. Особенно велик необходимый объем измерений на ТЭС и АЭС: теплотехнические, механические и электрические измерения. К теплотехническим относятся измерения технологических параметров — давления, температуры, расхода, уровня — рабочих тел (вода, пар, пароводяная среда, топливо и др.). К механическим—измерения перемещений, частоты вращения, вибрации, шумов и др. Электрические измерения — это измерения тока, напряжения, частоты, активной и реактивной мощности и энергии. Кроме того, специфическими измерениями являются: на АЭС — дозиметрический контроль, на ГЭС — измерения уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, напора, стока воды и др.

Структурная схема системы измерения в общем случае включает в себя: первичный измерительный прибор, преобразователи, канал связи и вторичный измерительный прибор. Проектирование измерительной подсистемы включает в себя определение необходимого объема измерений, способа измерения, местоположения, типа (и класса) вторичных и первичных приборов, всех остальных элементов системы измерения.

На электрических станциях и подстанциях используются измерительные приборы четырех типов:

1)показывающие аналоговые и цифровые приборы — для визуального наблюдения за параметрами режима;

2)регистрирующие (самопишущие) приборы — для непрерывной графической или цифровой записи параметров в нормальном режиме;

3)интегрирующие приборы (счетчики) — для суммирования показаний во времени;

4)фиксирующие приборы (самопишущие приборы с ускоренной записью, осциллографы, специальные регистраторы событий и др.) — для графической записи параметров в аварийных условиях.

Для особо важных параметров предусматриваются индивидуальные показывающие приборы, позволяющие оператору осуществлять непрерывный контроль за параметром. Для измерения менее ответственных параметров применяют принцип «по вызову», который позволяет оператору осуществлять периодический контроль. Для электрических измерений,

окоторых пойдет речь дальше, применяются, как правило, индивидуальные измерительные приборы.

Приборы могут устанавливаться на главном щите управления (ГЩУ), блочном щите управления (БЩУ) и центральном щите (ЦЩУ) на электростанциях с блоками генератор – трансформатор и на местных щитах. На подстанциях с постоянным дежурным персоналом

80