книги / Электрические аппараты. Общий курс

Подробный вывод выражения (24-4) приведен в [Л.24-1]. Погрешность по углу состоит также из двух ча­ стей: первой, определяемой током холостого хода, и вто­ рой, зависящей от тока нагрузки.

Из уравнения (24-4) следует, что реактивное сопро­ тивление обмоток вносит отрицательную угловую погреш­ ность, а активное — положительную. Зависимость угло­ вой погрешности от мощности нагрузки Р при различном коэффициенте мощности приведена на рис. 24-4, б.

В режиме холостого хода угловая погрешность поло­ жительна. При чисто активной нагрузке (cos ф2= 1 ) с ростом мощности погрешность изменяет знак и становит­ ся отрицательной. При cos ф2= 0 ,5 угловая погрешность линейно растет с мощностью и остается все время поло­ жительной. Следует отметить, что характер нагрузки (coscp2) оказывает большее влияние на угловую погреш­ ность, чем на погрешность по напряжению (ср. рис. 24-4, а и б ) .

К о м п е н с а ц и ю п о г р е ш н о с т и по н а п р я ­ ж е н и ю легко получить путем уменьшения числа вит­ ков первичной обмотки. Если уменьшить число витков первичной обмотки, то коэффициент трансформации ста­ новится меньше номинального и вторичное напряжение возрастает. При этом мы вводим положительную погреш­ ность, которая компенсирует отрицательную. Обычно вводится такая коррекция, что при холостом ходе транс­ форматор имеет максимально допустимую для данного класса точности положительную погрешность.

Результирующая погрешность по напряжению при

На угловую погрешность витковая поправка не вли­ яет.

Угловую погрешность в трехфазных трансформаторах напряжения можно компенсировать. В этом случае не­ обходимая компенсация достигается путем применения специальных компенсирующих обмоток [Л.24-1]. При ак-

тивной нагрузке вносится положительная поправка. При индуктивной нагрузке применяется другая схема соеди­ нений, которая дает отрицательную поправку [Л.24-1].

24-2, Конструкция трансформаторов напряжения

При напряжении до 35 кВ конструкция трансформаторов напря­ жения сходна с конструкцией силовых трансформаторов.

Индукция в сердечниках значительно меньше, чем у силовых трансформаторов, Это снижает погрешность, позволяет в некоторых

ной изоляцией. Оба вывода первичной обмотки изолированы от кор­ пуса.

Перспективным направлением является применение в качестве изоляции пластмасс, отказ от масляной изоляции. Наряду с резким сокращением массы и габаритов упрощается эксплуатация, делается ненужным уход за маслом. Трансформаторы с литой изоляцией по­

литой изоляцией типа НОК-6 на те же параметры, что и расположен­ ный рядом масляный. В настоящее время отечественная промышлен­ ность выпускает трансформаторы с литой изоляцией на напряжение до 35 кВ.

Габариты трансформаторов в значительной степени определяют­ ся изоляцией аппарата. В связи с этим там, где это возможно, трансформатор выполняется для измерения напряжения между фа­ зой и землей. В этом случае отпадает необходимость в изоляции вто­ рого вывода первичной обмотки, который заземляется. Линейное на­ пряжение получается путем соединения в звезду вторичных обмоток таких трансформаторов. При этом, однако, погрешность измерения

возрастает, так как суммируются1' погрешности двух трансформато­ ров. Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и удешевить трансформатор напряжения.

Возможные схемы включения однофазных трансформаторов нор­ мального исполнения показаны на рис. 24-6. В случае рис. 24-6, а применяются два однофазных трансформатора, у которых первичная обмотка имеет изолированные выводы. Эта схема называется схемой

Рис. 24-6. Схемы включения трансформаторов напряжения в трех­ фазных цепях.

открытого треугольника. Такая схема очень удобна для измерения мощности и энергии. В этой схеме к каждому из трансформаторов может подключаться нагрузка вплоть до номинальной.

Схема позволяет получить и напряжение Оа с = — (Uab+Ubc) (приборы подключаются между точками а и с). Однако такое вклю­ чение нагрузки не рекомендуется, так как создаются дополнитель­ ные погрешности за счет тока приборов, проходящего через обе вто­ ричные обмотки.

В случае рис. 24-6, б могут применяться трансформаторы, у ко­ торых один из выводов первичной обмотки заземлен. Каждая из об­ моток подключена к фазному напряжению, поэтому номинальное на­

пряжение трансформатора должно равняться UJ V 3. Вторичная нагрузка приключается по схеме звезды или треугольника. Номиналь­

ное напряжение вторичной обмотки равно 100/ \ 3.

Для контроля изоляции и питания защиты, срабатывающей при коротком замыкании на землю, трансформаторы имеют дополнитель­ ные обмотки, которые включаются по схеме разомкнутого треуголь-

Рис. 24-7. Трансформатор напряжения с пятистержневым сердечни­ ком.

ника. При симметричном режиме сумма э.д.с., наводимых в этих обмотках, равна нулю. Если один из проводов заземляется, то равно­ весие э.д.с. нарушается и напряжение на концах разомкнутого тре­ угольника подается на реле или сигнализацию.

Возможны два режима работы схемы рис. 24-6, б. Если нейтраль сети изолирована или заземлена через дугогасящую катушку, то заземление одной из фаз, например С, не ведет к короткому замы­ канию. Установка может оставаться длительное время в работе. При этом напряжение на трансформаторе С падает до нуля, а напряже­ ние на трансформаторах А и В увеличивается до линейного. В свя­ зи с этим индукция в сердечниках трансформаторов А и В увеличи­

вается в У 3 раз. Во избежание увеличения нагрева сердечников и резкого возрастания погрешности этих трансформаторов сердечни­ ки не должны насыщаться при таком увеличении индукции.

В установках с заземленной нейтралью заземление одной из фаз вызывает короткое замыкание. Релейная защита быстро отключает поврежденный участок. Напряжение на «здоровых» фазах при ко­ ротком замыкании не поднимается выше (1,2—1,3) Uф.

Уменьшение габаритов и снижение стоимости трансформаторов напряжения может быть достигнуто путем объединения трех отдель­ ных измерительных трансформаторов в один трехфазный трансфор­ матор. Применяются трехстержневые и пятистержневые магнитопроводы.

Трехфазные тр ех стер ж н ев ы е тр ан сф о р м ато р ы де­ лаются с изолированной нулевой точкой на стороне высокого напря­ жения. Это объясняется тем. что при работе в сетях с изолированной нейтралью возникает аварийный режим работы трансформатора при заземлении одной фазы сети, если нулевая точка в трансформаторе заземлена [Л. 24-1].

Для контроля изоляции в системе с изолированным нулем приме­ няются трехфазные п яти стер ж н ев ы е тр ан сф о р м ато р ы (рис. 24-7). В этом случае при заземлении одной из фаз потоки «здо­ ровых» фаз замыкаются по крайним стержням, имеющим малое магнитное сопротивление. Трансформатор имеет обмотку, соединен­ ную в открытый треугольник а\Хи которая используется для сигна­ лизации и релейной защиты. При симметричном режиме на выходе этой обмотки никакого напряжения не появляется.

При напряжениях выше 35 кВ ввиду резкого возрастания габа­ ритов и стоимости трансформатора нормальной конструкции приме­

на половинное напряжение фазы. Один конец этой обмотки соединен

питания реле. Обмотка связи св\ расположена на магнитопроводе /, а обмотка связи св2 — на магнитопроводе II.

При отсутствии обмоток связи, если нагрузка не включена к вы­ ходным обмоткам, напряжение разделится поровну между обмотка­ ми ВН, так как их индуктивные сопротивления холостого хода оди­ наковы.

При включении нагрузки вторичный ток размагничивает магни­ топровод I и поток в нем уменьшается. Реактивное сопротивление ступени I также уменьшается. Это ведет к тому, что напряжение между ступенями поделится неравномерно, причем большая часть ляжет на ступень II.

Обмотки связи служат для выравнивания распределения напря­ жения между обмотками при включении нагрузки. При холостом ходе э. д. с. в этих обмотках одинаковы, так как равны потоки в магнитопроводах / и II. Обмотки включены навстречу друг другу, так что уравнительный ток равен нулю. При включении нагрузки поток в магнитопроводе 1 падает. Электродвижущая сила обмотки cb2 ста­ новится больше, чем э. д'. с. обмотки св\. В результате в этих обмот­ ках протекает уравнительный ток, который размагничивает магнито­ провод II и подмагничивает магнитопровод I. Этот ток таков, что верхний элемент воспринимает на себя половину нагрузки, включен­

Сверху размещается обмотка ВН, рассчитанная на напряжение Uф/2. Один конец ее соединен с магнитопроводом, второй изолиро­ ван от него на напряжение £/ф/2. На нижнем стержне размещаются обмотки в следующем порядке: обмотка связи Я, обмотка высокого напряжения и сверху размещаются выходные обмотки низкого на­ пряжения.

Трансформаторы для сети ПО кВ подвергаются воздействию атмосферных перенапряжений. Поэтому принимаются меры для по­ лучения равномерного распределения напряжения по катушкам об­ мотки ВН. С этой целью поверх обмоток ВН располагаются экраны

Рис. 24-8. Расположение и схемы обмоток каскадного трансформато­ ра напряжения.

Эк, которые электрически соединяются с последним витком обмотки (рис. 24-8, в).

Собранный магнитопровод с обмотками крепится к основанию трансформатора на изоляционных стойках (рис. 24-8, г). После это­ го устанавливается фарфоровый кожух и заливается маслом. Транс­ форматор на 220 кВ собирается путем установки сверху еще одного

пропорционально величинам емкостей. Емкость конден­ сатора С2 на порядок больше, чем Сь и сквозной ток, текущий по цепочке, определяется конденсатором С\. Емкость конденсатора С2 выбирается так, чтобы напря­ жение на ней находилось в пределах 4000— 12 000 В.

Для дальнейшего понижения напряжения применя­ ется дешевый трансформатор напряжения нормального исполнения. Напряжение Uc2, полученное на нижней

ступени, через реактор Р подается на этот трансформатор. Нагрузка, имеющая номинальное напряжение 100 В, включается на вторичную обмотку трансформатора напряжения.

Если трансформатор подключить к конденсатору С2 без реактора Р, то с ростом нагрузки уменьшается вход­ ное сопротивление трансформатора и напряжение на нижней ступени начинает падать. В результате и напря­ жение на нагрузке в значительной степени зависит от ее величины. Если включить реактор, который настроен в

Если пренебречь током холостого хода трансформато­ ра напряжения, то схема рис. 24-9 может быть преобра­ зована в схему рис. 24-10. Для выявления основных свойств делителя примем, что трансформатор напряже­

Для решения задачи воспользуемся методом наложе­ ния. Разомкнем цепь в точке А и определим напряжение на разрыве:

Cl

U'c2 = Ui Ci + С2

Теперь замкнем источник питания и в разрыве вклю­

форматором Т.

Необходимо отметить, что с ростом тока 1'2 напряже­ ние LJ2 практически остается постоянным, в то время как напряжение на реакторе 1'2 Хр пропорционально растет.

В результате на конденсаторе нижней ступени возможно появление опасных для его работы напряжений.

пробою этого конденсатора. Для ограничения этих пере­ напряжений параллельно нижней ступени ставится раз­ рядник. Для устранения этого опасного режима во вторичной цепи трансформатора рекомендуется ставить отключающий аппарат, который отключает ток корот­ кого замыкания в цепи нагрузки.

До последнего времени в качестве емкостного делите­ ля использовались конденсаторы, образуемые обкладка­

ми конденсаторной бумажно-масляной или барьерной изоляции. Из-за малой емкости верхней ступени (Ci) выходная мощность установки мала (15 В-А при изоля­ торе на напряжение 110 кВ). Погрешность по напряжению достигает 5%, а угловая погрешность доходит до 5°.

В связи с широким применением высокочастотной связи по проводам высокого напряжения и использова­ нием защит, работающих на высокой частоте, начали применять делители, созданные специальными конденса­ торами с относительно большой емкостью. Это позволило значительно увеличить мощность, снимаемую с делите­ лей. При высоких напряжениях эта мощность может достигать 1000 В-А.

Для развязки цепей высокой частоты и промышлен­ ной частоты последовательно с реактором Р включается заградитель 3, который не пропускает токов высокой частоты в трансформатор (рис. 24-9):

В СССР выпускаются делители на мощности до 300 В-А первого класса точности. Исследования показа­ ли, что возможно создание делителей класса точности 0,2.

Ввиду того что конденсаторы связи, используемые для создания делителей, имеют допуски на величину емкости, в реальных установках и реактор и трансформа­ тор напряжения имеют возможность подгонки своих параметров. Индуктивность реактора изменяется за счет величины воздушного зазора в стыках сердечника и за счет отпаек обмотки реактора. Трансформатор напряже­ ния имеет также регулировку коэффициента трансфор­ мации с помощью отпаек.

Внастоящее время создаются делители для питания потребителей небольшой мощности. При высоких напря­ жениях (220 кВ и выше) и малой мощности потребителя создание обычных понизительных подстанций нерента­ бельно.

Вэтих случаях удается осуществить отбор мощности

спомощью делителей. Конденсатор Ci образуется путем подвеса параллельно проводу фазы другого проводника, изолированного от земли. Длина этого проводника берет­ ся равной нескольким километрам. Напряжение с допол­ нительного провода подается на нижнюю ступень делите­ ля. От нижней ступени делителя напряжение через реактор подводится к понизительному трасформатору. Таким путем удается снимать мощность до нескольких киловольт-ампер.