Вопрос 8

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Из мерительным трансформато­ром напряжения называют транс­форматор, предназначенный для преобразования напряжения до зна­чения, удобного для измерения, и выполненный так, что вторичное напряжение трансформатора, уве­личенное в К_ном раз, соответствует с требуемой точностью первичному напряжению (при изменении пос­леднего в определенных пределах) как по модулю, так и по фазе. Множитель К_ном представляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформа­тора напряжения.

Применение трансформаторов напряжения обеспечивает безопас­ность для людей, соприкасающихся с измерительными приборами и ре­ле, поскольку цепи высшего и низ­шего напряжения разделены; поз­воляет унифицировать конструкции измерительных приборов, обмоток реле для номинального напряже­ния 100 В, что упрощает производ­ство и снижает стоимость.

Номинальный коэффициент

трансформации равен отношению номинального первичного и номи­нального вторичного напряжений:

В отличие от силовых трансфор­маторов " номинальный коэффици­ент трансформации трансформатора напряжения несколько отличается от отношения чисел витков n = w₁/w₂ (подробнее см. § 15-2). - Номинальные первичные напря­жения трансформаторов стандар­тизованы в соответствии со шкалой номинальных линейных напряжений сетей. Исключение составляют од­нофазные трансформаторы, пред­назначенные для включения в звез­ду с заземленной нейтралью пер­вичной обмотки, для которых в качестве номинальных первичных напряжений приняты фазные напря­жения сетей, например

илиВ.

Номинальные вторичные напря­жения основных вторичных обмо­ток трансформаторов напряжения установлены равными 100 или В. Номинальные напря­жения дополнительных обмоток ука­заны ниже.

Напряжение U₁, измеряемое с помощью трансформатора напря­жения, определяют умножением вторичного напряжения U₂ на но­минальный коэффициент трансфор­мации:

U₁ = U₂K_ном. (15-2)

Шкалы измерительных приборов предназначенных для присо­единения к трансформатору на­пряжения с номинальным коэффи­циентом трансформации К_ном, надписывают в значениях первич­ного напряжения, т.е. U₂К_ном.

Погрешности трансформаторов напряжения. Вторичное напряже­ние трансформатора, увеличенное в К_ном раз по (15-2), несколько от­личается от первичного напряжения как по модулю, так и по фазе вследствие потерь мощности в трансформаторе. Разность этих на­пряжений, отнесенная к первично­му напряжению, представляет со­бой погрешность в напряжении:

Погрешность, в напряжении по­ложительна, если U₂K_ном>U₁ . По­грешность трансформатора может быть выражена в процентах. Для этого в выражение (15-3) следует ввести множитель 100.

Угол δ между векторами пер­вичного и вторичного напряжений представляет угловую погрешность трансформатора. Последнюю счи­тают положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения. Угловую погрешность принято вы­ражать в минутах.

Вторичная нагрузка трансфор­матора напряжения — условное понятие, а именно: кажущаяся мощность внешней вторичной цепи, В∙А, найденная в предположении, что напряжение у вторичных зажи­мов равно номинальному:

- полное (кажущееся) сопротивление внешней цепи, присоединенной к вторичным зажимам, Ом.

Вместе со значением S₂ должен быть указан коэффициент мощно­сти внешней цепи. Эти две величи­ны S₂ и cos φ ₂ полностью определяют сопротивление внешней цепи и, следовательно, вторичную нагрузку трансформатора. Так, например, если нагрузка трансформатора ука­зана равной 20 В∙А при cos φ ₂=0,8 зто означает, что кажущееся сопро­тивление внешней цепи Z=U₂² _ном/S₂=100²/20=500 Ом, активное сопротивление r=Z cos φ₂=500∙0,8=400 Ом, индуктивное сопро­тивление х= Z sin φ ₂=500 ∙ 0,6= =300 Ом.

По мере увеличения числа приборов, присоединенных к трансформатору напряжения, сопротивление вторичной цепи уменьшается (по­скольку приборы включены парал­лельно), однако нагрузка транс­форматора увеличивается.

Под номинальной нагруз­кой трансформатора напряжения понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешности не выхо­дят за допускаемые пределы, уста­новленные для трансформаторов рассматриваемого класса.

Классы точности трансформато­ров напряжения. В соответствии со значением допускаемой погрешно­сти при определенных условиях ра­боты трансформаторы напряжения разделены на классы точности (табл. 15-1). Наименование класса соответствует наибольшей допус­каемой погрешности в напряжении, выраженной в процентах. Пределы погрешности в напряжении и угле отнесены к частоте 50 Гц, первич­ному напряжению в пределах от 0,8 до 1,2 номинального, нагрузке в пределах от 0,25 до 1,0 номиналь­ной и коэффициенту мощности 0,8. Трансформаторы напряжения класса точности 0,2 применяют в качестве образцовых, а также для точных измерений в лабораториях. Трансформаторы, предназначенные для присоединения счетчиков, дол­жны отвечать классу 0,5. Для при­соединения щитовых измеритель­ных приборов используют транс­форматоры классов 1,0 и 3,0. Тре­бования, предъявляемые к транс­форматорам для релейной защиты, зависят от вида защиты. Здесь ис­пользуют трансформаторы классов 0,5; 1,0 и 3,0.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Погрешности трансформатора напряжения зависят от размеров магнитопровода, магнитных свойств стали, конструкции обмотки, сече­ния проводов, а также от присо­единенной нагрузки и первичного напряжения. Чтобы уменьшить по­грешности трансформаторов напря­жения, выбирают меньшую плот­ность тока в обмотках и меньшую магнитную индукцию в Магнитопроводе по сравнению с соответст­вующими значениями для силовых трансформаторов, Магнитное рас­сеяние у трансформаторов напряжения значительно меньше, чем у силовых трансформаторов: на­пряжение к. з. составляет только 0,4—1,0%.

Погрешности однофазных транс­форматоров напряжения могут быть определены аналитически из схемы замещения трансформатора

(рис. 15-1). Сопротивления вторич­ной обмотки трансформатора х₂ и r₂. сопротивления внешней цепи х и r, вторичный ток I_э и вторичное напряжение U₂ должны быть при­ведены к числу витков первичной об­мотки согласно выражениям

Погрешности трансформатора напряжения при некотором напря­жении Ú`<sub>2</sub> и токе нагрузки İ`₂ могут быть определены по значениям па­дения напряжения от тока İ`<sub>2</sub> в со­противлении Z`₂= r`<sub>2</sub> + ix`₂ и от тока

İ = İ ₀ + İ ₂ в сопротивлении Z₁ = =r+ix₁, а именно:

где İ ₀ — намагничивающий ток, со­ответствующий первичному напря­жению U.

После подстановки комплексных выражений для сопротивлений я токов

Действительная часть этого комплекса, взятая с обратным зна­ком и отнесенная к напряжению U₁, равна погрешности в напряжении, соответственно мнимая часть — по­грешности в угле.

Из выражений (15-5) следует, что погрешности трансформатора напряжения слагаются из двух час­тей. Первая составляющая (см. первые два члена) соответствует погрешности ненагруженного транс­форматора. Вторая составляющая (см. третий и четвертый члены) оп­ределяется током нагрузки.

Погрешности могут быть также определены и наглядно представле­ны с помощью векторной диаграм­мы (рис. 15-2). Последняя не от­личается от диаграммы силового трансформатора. Однако, чтобы проследить зависимость погрешно­сти от нагрузки, целесообразно вы­делить особо треугольники паде­ния напряжений от тока намагни­чивания и тока нагрузки. Исходной величиной при построении вектор­ной диаграммы является вектор вторичного напряжения Ú`<sub>2</sub> • направ­ленный вертикально. Вектор вто­ричного тока İ`₂ сдвинут относи­тельно вектора напряжения на угол φ₂. Вектор магнитного потока Ф направлен по горизонтальной оси, если пренебречь угловым сдвигом между векторами вторичного на­пряжения и э. д. с. Вектор намагни­чивающего тока İ₀ пережает век­тор магнитного потока на угол φ. Треугольник ABC определяет паде­ние напряжения в сопротивлении первичной обмотки от намагничива­ющего тока. Если трансформатор не нагружен, конец вектора Ú ₁ на­ходится в точке С. Треугольник CDE определяет падение напряже­ния в сопротивлениях первичной и вторичной обмоток от тока нагруз­ки. Вектор ЕО представляет пер­вичное напряжение нагруженного трансформатора.

Определим с помощью вектор­ной диаграммы погрешность транс­форматора напряжения, у которого отношение чисел витков равно но­минальному коэффициенту транс­формации. При этом условии по­грешность в напряжении равна:

Отрезок ЕО заменен его проек­цией на вертикальную ось, что не вносит заметной ошибки, поскольку угол δ мал. Погрешность в напря­жении отрицательна, так как

U₂n< U При определении угловой по­грешности угол δ, рад, можно при­равнять его синусу, что не внесет заметной ошибки, поскольку угол δ мал, т. е.

Угловая погрешность также от­рицательна, поскольку вектор Ú`₂ отстает от вектора Ú ₁.

Зависимость погрешности транс­форматора напряжения от нагрузки легко проследить с помощью век­торной диаграммы на рис. 15-3, со­ответствующей верхней части диа­граммы рис. 15-2 и выполненной в большем масштабе. При n=K_ном погрешность в напряжении должна быть отсчитана по вертикальной оси от точки А до точки F — проек­ции конца вектора Ú₁ на эту ось. Поскольку напряжение U'₂ меньше напряжения U₁, погрешность отри­цательна. На диаграмме слева дана шкала, позволяющая определить погрешность в процентах.

Угловая погрешность должна быть отсчитана по горизонтальной оси от точки А до точки G — проек­ции конца вектора Ú ₁ на эту ось. На диаграмме снизу дана шкала, позволяющая определить угловую погрешность в минутах.

Треугольник CDE соответствует номинальной нагрузке трансформа­тора с cosф=0,8. При нагрузке, меньшей номинальной, стороны треугольника должны быть пропор­ционально уменьшены; при этом

конец вектора U₁ переместится по отрезку ЕС вниз. Соответственно

уменьшится погрешность. На диа­грамме показаны окружности, со­ответствующие нагрузкам, равным 1,0; 0.75, 0.5 и 0,25 номинальной.

При коэффициенте мощности, отличном от 0,8, треугольник CDE должен быть повернут около точки С. На диаграмме показаны его положения для коэффициентов мощности 1,0 и 0,5. Соответственно изменяются и погрешности.

Таким образом, по диаграмме легко проследить зависимости по­грешности в напряжении от нагруз­ки при различных коэффициентах мощности. Эти зависимости показа­ны на рис. 15-4, а пунктирными ли­ниями. Как видно из диаграммы. характеристики представляют наклонные прямые, проведенные из общей точки, соответствующей по­грешности при холостом ходе. На­клон характеристик определяется коэффициентом мощности нагрузки и углом ф_н из выражения

При коэффициенте мощности, равном единице, наклон характери­стики наименьший. Наибольший наклон характеристики имеет место при ф₂=ф_к (рассматривается толь­ко индуктивная нагрузка трансфор­матора).

Характеристики угловой погреш­ности (рис. 15-4,б) имеют также вид наклонных прямых. При холос­том ходе угловая погрешность по­ложительна. При ф₂=ф_к характе­ристика погрешности горизонталь­на, т.е. погрешность не зависит от нагрузки. При ф₂<ф_к характерис­тика угловой погрешности имеет наклон вниз, а при ф>ф_к — наклон вверх.

Витковая коррекция трансфор­матора напряжения. Из выражений (15-5) следует, что при индуктив­ной и активной нагрузках и К_ном=п погрешность в напряжении всегда отрицательна, т. е. вторичное напряжение несколько приумень­шено. Чтобы увеличить точность измерений, отношение чисел витков выбирают несколько меньшим но­минального коэффициента транс­формации. Для этого уменьшают число витков первичной обмотки по отношению к значению, соответ­ствующему равенству U_1,ном/U_2,ном =w₁/w₂. Характеристики

погрешности трансформатора пере­мещаются при этом вверх парал­лельна себе (см. сплошные линии на рис. 15-4, а). На угловую по­грешность коррекция витков влия­ния не оказывает.

Векторная диаграмма транс­форматора напряжения, выполнен­ного с витковой коррекцией (n<К_ном), строится как обычно. Со­противления вторичной цепи долж­ны быть приведены к числу витков первичной обмотки умножением на n², вторичный ток — делением на п и вторичное напряжение — умноже­нием на п. Однако отсчет погреш­ности в напряжении должен теперь производиться не от конца вектора U`₂ = U₂n (точка А на рис. 15-3), а от точки А', соответствующей кон­цу вектора U₂K_ном>U₂.Расстоя­ние между точками А и А' соответ­ствует витковой коррекции

На диаграмме рис. 15-3 справа дана шкала для отсчета погрешно­сти в напряжении в процентах с учетом витковой коррекции. На диаграмме показан также (пунк­тирными линиями) прямоугольник, определяющий зоны погрешностей, соответствующих классу точности 0,5. Как видно из диаграммы, конец вектора U₁ (точка Е) при измене­нии нагрузки в пределах от 0,25S₂,_ном до S₂,_ном и cosф=0,8 не выходит за пределы прямоуголь­ника.

Зависимость погрешности от напряжения. Векторная диаграм­ма на рис. 15-3 построена для пер­вичного напряжения, равного номи­нальному. При построении анало­гичной диаграммы для первичного напряжения, отличного от номи­нального, следует принять во вни­мание следующее. При заданной нагрузке трансформатора вторич­ный ток, а также абсолютные зна­чения падений напряжения в со­противлениях трансформатора от тока нагрузки приблизительно про­порциональны первичному напря­жению. Однако относительные зна­чения падений напряжения (отне­сенные к U₁) не зависят от первич­ного напряжения. Следовательно, чтобы сохранить размеры треуголь­ников падений напряжения от тока нагрузки и шкалы погрешностей, необходимо изменить масштаб на­пряжения обратно пропорциональ­но первичному напряжению. Так, например, если при U₁ = U_1,ном 1 мм соответствовал 1 В, то для построения диаграммы при U₁= =0,8 U_1,ном следует принять мас­штаб 1 мм=0,8 В.

Треугольник холостого хода должен быть построен заново, по­скольку при изменении первичного напряжения изменяются индукция в стали и намагничивающий ток. Активная и реактивная составляю­щие намагничивающего тока могут быть определены с помощью кривой намагничивания и кривой удельных потерь мощности в стали. Масштаб должен быть также изменен в соот­ветствии со сказанным выше. В ре­зультате размеры, соотношение сторон и положение треугольника холостого хода окажутся иными. Соответственно переместится точка С. При первичном напряжении, меньшем номинального, треуголь­ник ABC уменьшится и точка С переместится вниз и влево. При первичном напряжении, превыша­ющем номинальное, точка С пере­местится вверх и вправо. Следова­тельно, изменяется и положение треугольника нагрузки, и погреш­ность трансформатора.

Поскольку составляющая по­грешности, зависящая от намагни­чивающего тока, значительно мень­ше составляющей от тока нагрузки, изменение напряжения в широких пределах вниз от номинального мало отражается на полной по­грешности трансформатора напря­жения. При увеличении напряже­ния выше номинального погреш­ность может сильно возрасти, если индукция, соответствующая номи­нальному напряжению, выбрана относительно высокой.

НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИЗМЕРЕНИЮ, И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

В трехфазной системе измере­нию подлежат: 1) линейные напря­жения; 2) напряжения проводов относительно земли; 3) напряжение нулевой последовательности, появ­ляющееся при замыкании на зем­лю. Линейные напряжения подводят к соответствующим обмоткам измерительных приборов и реле.

Напряжения проводов относитель­но земли и напряжение нулевой последовательности используют для релейной зашиты, а также для сиг­нализации об однофазных замыка­ниях в сетях, где повреждения это­го вида не подлежат автоматичес-

кому отключению и могут иметь место длительно (сети незаземленные и компенсированные). Для из­мерения перечисленных напряжений применяют однофазные и трехфаз­ные трансформаторы напряжения, включаемые соответствующим об­разом.

Три однофазных трансформато­ра напряжения, включенные в звезду с заземленной нейтралью высшего напряжения. Эта схема {рис. 15-5) получила широкое рас­пространение вследствие ее универ­сальности, в особенности в уста­новках 35 кВ и выше. Обмотки од­нофазных трансформаторов могут быть изолированы на полное на­пряжение с одного конца. Второй конец обмоток подлежит заземле­нию. Это упрощает конструкцию трансформатора и снижает его стоимость. Схема позволяет изме­рить напряжения трех проводов относительно земли U_A,3, U_B,З. U_c,З, а также три линейных напряжения U_ав, U_bc, U_са. Последние получаются как разности соответствующих напряжений относительно земли. Напряжение нулевой последова­тельности может быть измерено с помощью дополнительных вторич­ных обмоток, подлежащих включе­нию в разомкнутый треугольник (рис. 15-5);'. При нормальном состо­янии сети" напряжение у зажимов а_дх_д разомкнутого треугольника равно нулю, так как сумма трех фазных э. д. с.,, индуктируемых в дополнительных обмотках, равна нулю. При однофазном замыкании в сети у зажимов разомкнутого треугольника появляется напряже­ние, соответствующее тройному на­пряжению нулевой последователь­ности, значение которого зависит от способа рабочего заземления сети (относительное значение на­пряжения нулевой последователь­ности зависит от отношения ре­зультирующего напряжения нуле­вой последовательности к резуль­тирующему напряжению прямой последовательности до места замы­кания). Число витков на фазу до­полнительной обмотки выбирают с таким расчетом, чтобы при замы­кании в сети напряжение у зажи­мов разомкнутого треугольника со­ставляло около 100 В. Трансформа­торы напряжения, предназначенные для незаземленных или компенси­рованных сетей, где. напряжение нулевой последовательности дости­гает фазного напряжения сети, име­ют дополнительные обмотки с но­минальным напряжением 100/3 В (на фазу). Трансформаторы, пред­назначенные для эффективно-за­земленных сетей, имеют дополни­тельные обмотки с номинальным напряжением 100 В на фазу, по­скольку ожидаемое напряжение ну­левой последовательности здесь меньше.

Условия работы однофазных трансформаторов, включенных в звезду с заземленной нейтралью высшего напряжения, неодинаковы в незаземленной или компенсиро­ванной сети и сети эффективно за­земленной. В первом случае при однофазном замыкании напряжения неповрежденных проводов от­носительно земли повышаются в пределе до линейного напряжения, причем такой режим может быть длительным. Трансформаторы, включенные между неповрежденны­ми проводами и землей, оказывают­ся под напряжением, превышаю­щим номинальное в раз. Соответственно увеличиваются индукция в магнитопроводе, ток намагничи­вания и выделение тепла. Во избе­жание нагревания, опасного для изоляции, такие трансформаторы выполняют с индукцией (соответст­вующей номинальному напряже­нию) ниже обычной.

В эффективно-заземленных се­тях напряжения неповрежденных проводов относительно земли при однофазном замыкании не выходят за пределы 1,2—1,4 фазного на­пряжения сети, причем анормаль­ное состояние сети не может быть длительным, поскольку поврежден­ный участок подлежит автомати­ческому отключению. Поэтому трансформаторы не могут оказаться в условиях, описанных выше применительно к незаземленным или компенсированным сетям.

Погрешности при измерении ли­нейных напряжений в рассматрива­емой схеме [15-1] определяются погрешностями двух трансформаторов:

Аналогично могут быть написа­ны выражения для погрешностей при измерении линейных напряже­ний U_bc и U_Ca.

При симметричной нагрузке трансформаторов f_A = f_B = f_c и δа=δ_в=δ_с, следовательно, погреш­ность при измерении линейных на­пряжений равна погрешности одно­фазного трансформатора, например f_ав=fа=fв И δав = δа=δв. При несимметричной нагрузке погреш­ность при измерении линейных на­пряжений может заметно отличать­ся от погрешности однофазного трансформатора. Для определения этой погрешности необходимо опре­делить нагрузки и фазовые углы для каждого трансформатора, а также соответствующие погрешно­сти в напряжении и угле. После этого могут быть определены по­грешности f_ab, f_BC, f_CA и δ_ав, δ_вс, δб_са с помощью выражений (15-7). Эта работа достаточно сложна.

Трехфазные трансформаторы на­пряжения получили применение в установках напряжением до 20 кВ включительно. При этих напряже­ниях они заменяют описанные выше группы из трех однофазных транс­форматоров, соединенных в звезду, при меньшей стоимости.

Трехфазные трансформаторы имеют пятистержиевые магнитопроводы броневого типа, обеспечиваю­щие замыкание в них магнитных потоков нулевой последовательно­сти, соответствующих системе на­пряжений и токов нулевой последо­вательности, возникающих при за­мыканиях на землю. С помощью трансформатора этого типа могут быть измерены напряжения прово­дов относительно земли, линейные напряжения и напряжение нулевой последовательности в незаземленных и компенсированных сетях. Основные обмотки трансформатора имеют группу соединений Y₀/Y₀*12 с заземленной нейтралью обмотки высшего напряжения. Дополни­тельные обмотки соединены в ра­зомкнутый треугольник. Схема на рис. 15-5 справедлива в рассматри­ваемом случае.

Погрешность трехфазных транс­форматоров напряжения больше погрешности однофазных трансфор­маторов соответствующей конструкции вследствие

несимметрии маг­нитной системы. При несимметрич­ной нагрузке погрешность, в соот­ветствии со сказанным выше, увеличивается еще больше. В пе­риоды работы сети с замкнутым на землю проводом трансформатор находится длительно в анормаль­ных условиях. Погрешность его рез­ко увеличивается вследствие увеличения

магнитной индукции. По указанным причинам присоединение счетчиков к трехфазному трансфор­матору напряжения не может быть рекомендовано. Для этой цели же­лательно иметь особую группу из двух однофазных трансформато­ров, соединенных в неполный тре­угольник.

Два однофазных трансформато­ра напряжения, включенных в не­полный треугольник. Эта схема (рис. 15-6, а) позволяет непосредст­венно измерить два линейных на­пряжения U_AB и U_bc- Она целесо­образна во всех случаях, когда ос­новную нагрузку трансформаторов составляют счетчики и ваттметры. Как известно, в трехфазной трехпроводной системе применяют счет­чики и ваттметры с двумя измери­тельными системами. Токовые об­мотки этих приборов принято при­соединять к трансформаторам тока, включенным в фазы А и С. При атом обмотки напряжения должны быть присоединены к зажимам трансформаторов напряжения аb и bc.

Такое единообразие в присо­единении измерительных приборов облегчает монтаж и проверку вто­ричных цепей и является общепринятым. Если к трансформаторам напряжения присоединены только счетчики и ваттметры, они нагруже­ны одинаково. Векторы токов 1_а и /_с сдвинуты на угол 120° (рис. 15-6,б). Нагрузки и соответ­ствующие погрешности могут быть легко определены. Необходимость в третьем трансформаторе отпа­дает.

Рассматриваемая схема позво­ляет получить и третье линейное

напряжение U_ca=-(U _ab+U_вс). Однако при включении приборов к зажимам ас нагружаются оба трансформатора. При этом угловые сдвиги тока по отношению к соот­ветствующим напряжениям неоди­наковы, что вызывает увеличение погрешности. Поэтому присоеди­нения приборов к зажимам ас сле­дует избегать.

Номинальное первичное напря­жение трансформаторов должно со­ответствовать линейному напряже­нию сети, а вторичное напряжение должно равняться 100 В. Первич­ные обмотки должны быть изолиро­ваны на полное напряжение с обо­их концов. Отечественные за­воды аппаратостроения выпускают трансформаторы напряжения рас­сматриваемого типа для номиналь­ных напряжений до 35 кВ включи­тельно.

Защитное заземление вторичных обмоток трансформаторов напря­жения обеспечивает безопасность людей, соприкасающихся с прибо­рами, в случае пробоя изоляция с обмотки высшего напряжения на обмотку низшего напряжения. При наличии нескольких электрически связанных обмоток достаточно за­землить одну из них, безразлично какую. В трехфазных схемах, как правило, заземляют нейтраль {рис. 15-5). При соединении одно­фазных трансформаторов в непол­ный треугольник (рис. 15-6) зазем­ляют средний (фазный) провод. На работу измерительных приборов и реле защитное заземление не влияет.

3ащита плавкими предохрани­телями. Для защиты трансформаторов напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях предусматривают плавкие предо­хранители на стороне низшего напряжения в незаземленных про­водах (рис. 15-6).

Трансформаторы напряжения до 35 кВ включительно снабжают так­же плавкими предохранителями со стороны высшего напряжения — для защиты установки от повреж­дений в трансформаторах. Приме­нение получили токоограничивающие предохранители с кварцем (см. § 12-3). Чем. выше напряжение сети и чем больше ожидаемый ток к. з., тем сложнее конструкция плавких предохранителей. Для напряжений 110 кВ и выше плавкие предохра­нители с необходимой отключаю­щей способностью отсутствуют. При этих напряжениях ограничиваются установкой на стороне высшего на­пряжения разъединителей.

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ/ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор напряжения во многом похож на силовой транс­форматор небольшой мощности для той же ступени напряжения. Однако имеются и отличия, вытекающие из назначения и условий работы этих аппаратов. Так, например, си­ловой трансформатор должен быть рассчитан на отвод значительного количества тепла, выделяющегося при работе. Это находят отражение в конструкции обмоток, количестве масла, устройстве кожуха и др. В трансформаторе напряжения ко­личество выделяющейся энергии ничтожно мало. Поэтому требова­ние отвода тепла не определяет' конструкцию трансформатора на­пряжения. Основные задачи, кото­рые должны быть решены при кон­струировании трансформатора на­пряжения, помимо точности измере­ния заключаются в создании надежной изоляции, способной противостоять перенапряжениям, обес­печении минимальных размеров и

массы, безаварийной работы с ми­нимальным уходом.

Трансформаторы для номиналь­ного напряжения 6—35 кВ до по­следнего времени выполняли с бу­мажной изоляцией, погруженной в масло. В кaчeстве примера тpaнсформаторов такого типа можно указать на трансформатор НОМ-10 (трансформатор напряжения одно­фазный масляный, 10 кВ, рис. 15-7). Он имеет значительные размеры и массу: его высота составляет 495 мм и масса 36 кг. По мере по­вышения напряжения размеры, масса и стоимость трансформаторов такой конструкции быстро увеличи­ваются. Чтобы устранить эти недо­статки, необходимо изменить метод изоляции трансформаторов.

Известно, что при двухслойной изоляции, например из бумаги и масла, напряженность электричес­кого поля распределяется обратно пропорционально диэлектрической проницаемости сред. Поскольку диэлектрическая проницаемость бумаги приблизительно в 2 раза больше диэлектрической проницаемости масла, твердая изоляция ис­пользуется слабо. В новейших кон­струкциях принимают однородную изоляцию из бумаги, пропитанной маслом, похожую на изоляцию маслонаполненного кабеля. Масляные каналы устранены.

Это позволило резко уменьшить изоляционные рас­стояния, размеры магнитопровода и кожуха. Изоляция вводов являет­ся продолжением изоляции обмотки и входит в фарфор изоляторов. Масло в изоляторах сообщается с маслом в кожухе. Воздушное про­странство под крышкой отсутствует. Количество масла резко уменьшено. На рис. 15-8, а показан внешний вид однофазного трансформатора напряжения новейшей конструкции типа НОМ-35, 35000/100 В, предна­значенного для измерения линейно­го напряжения, а на рис. 15-8,6 — трансформатора типа ЗНОМ-35,

В,

предназначенного для измерения напряжения между проводом и землей. Транс­форматор имеет один ввод, изоли­рованный на полное напряжение. Конец обмотки присоединен к за­земленному кожуху.

Однофазные трансформаторы напряжения до 24 кВ изготовляют также с литой изоляцией на основе метакриловых смол и кварца типа НОЛ (рис. 15-9). Они имеют не­большие размеры и предназначены для комплектных РУ.

Трансформаторы напряжения 110 кВ и выше изготовляют кас­кадного типа. Они состоят из не­скольких ступеней (трансформато­ров), изолированных друг от друга (рис. 15-10,а). Число ступеней оп­ределяется номинальным напряжением, из расчета приблизительно 50 кВ на каждую ступень. -

Каждый трансформатор каскада изолирован на 1/N часть напряжения сети, где N — число ступеней. Первичные об­мотки изолированы с одного конца и соединены последовательно. На­чало первичной обмотки верхней ступени присоединяют к проводу, напряжение которого должно быть измерено. Концы первичных обмо­ток ступеней присоединены к со­ответствующим магнитопроводам.

При таком выполнении напряжение между любыми соседними частями трансформатора не выходит за пре­делы U_ном/N.

Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения сети

между ступенями нагруженного каскада, предусмотрены связующие обмотки—по две для каждой сту­пени, кроме верхней и нижней. Последние имеют по одной связу­ющей обмотке. Связующие обмотки соседних ступеней включены встреч­но. Они участвуют в передаче мощ­ности, получаемой из сети, ко вто­ричной обмотке, расположенной на нижней ступени. Изоляция связую­щих обмоток неодинакова. Одна из них (в каждой ступени) изолирова­на так же, как первичная обмотка. Другая, расположенная ближе к магнитопроводу, имеет более сла­бую изоляцию.

Трансформаторы каскадного ти­па имеют меньшую массу и стои­мость по сравнению с одноступен­чатыми трансформаторами обыч­ной конструкции, однако их по­грешность больше погрешности одноступенчатых: каскадные транс­форматоры соответствуют классам точности 1 и 3. Трансформаторные заводы выпускают каскадные тран­сформаторы для напряжений ПО, 220, 330 и 500 кВ с числом ступе­ней, соответственно равным 2, 4, б, 10. Трансформаторы ступеней по­мещают по два в фарфоро­вый кожух, наполненный маслом. На рис. 15-10,б показан внешний вид трансформатора напряжения

В.

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

При проектировании электриче­ской установки выбирают типы трансформаторов напряжения в соответствии с измерительными приборами и реле, подлежащими присоединению к ним. Далее под­считывают ожидаемую нагрузку трансформаторов и проверяют по­грешности.

В нормальном режиме нагрузка трансформатора определяется по­треблением присоединенных изме­рительных приборов и реле. По этой нагрузке и соответствующим завод­ским характеристикам можно су­дить, в каком классе (с какой по­грешностью) будет работать наме­ченный к установке трансформатор и, следовательно, о пригодности его для питания присоединенных при­боров и реле. Как указано выше, для щитовых измерительных при­боров допускают погрешности, со­ответствующие классам точности 1 и 3; для счетчиков — классу 0,5. Для большинства реле допускают погрешности 3—5%.

При определении вторичной на­грузки сопротивление проводов от трансформатора напряжения до приборов, установленных на соот­ветствующих панелях щита управ­ления, не учитывают, поскольку это сопротивление относительно ма­ло (сравнительно с сопротивлением приборов) и незначительно влияет на вторичный ток. Однако сопро­тивление проводов создает дополнительную потерю напряжения;

напряжение у зажимов измеритель­ных приборов уменьшается и по­грешность измерения увеличивает­ся. Согласно ПУЭ потеря напряже­ния в проводах к счетчикам не дол­жна превышать 0,5%, а в проводах к щитовым измерительным прибо­рам — 3%. Обычно потеря напря­жения значительно меньше. При определении потерь напряжения в проводах учитывают только их ак­тивное сопротивление, поскольку индуктивное сопротивление относи­тельно мало. Из условия механиче­ской прочности сечение проводов не должно быть меньше 1,5 мм² для медных проводов и 2,5 мм² — для алюминиевых.

Пример 15-1. Определить нагрузку и проверить погрешность трансформаторов напряжения в ветви генератора 6 кВ, пред­назначенных для питания щитовых измери­тельных приборов и учета энергии. Опре­делить также сечение вторичных проводов.

К трансформаторам должны быть при­соединены измерительные приборы, приве­денные ниже:

Коэффициент мощности перечисленных приборов близок к единице, Расстояние от трансформаторов, установленных в РУ, до щита управления составляет 50 м. Вторич­ные провода алюминиевые. Поскольку большая часть приборов име­ет две обмотки напряжения, подлежащие присоединению к фазам АВ и ВС, целесооб­разно установить два однофазных транс­форматора напряжения типа НОМ-6, 6000/100 В и включить их по схеме непол­ного треугольника (см. рис 15-6).

Характеристики погрешности трансфор­маторов НОМ-6 приведены на рис. 15-1.4. Погрешности трансформаторов не выходят за пределы, установленные для класса 0,5, при нагрузке до 50 В-А. При нагрузке 75 ВА погрешность трансформаторов соот­ветствует классу 1.0, а при нагрузке 200 ВА — классу 3. Предельная мощность трансформаторов составляет 400 ВА.

Нагрузка может быть распределена между фазами АВ и ВС почти равномерно:

Из характеристик погрешности транс­форматоров на рис. 15-14 видно, что при указанной нагрузке погрешность в напряже­нии составляет приблизительно — 0,4%. Угловая погрешность составляет +11 мин, что не выходит за пределы, установленные для класса точности 0,5.

Для определения потери напряжения в проводах определим соответствующие токи:

Принимая для упрощения расчета 1_а=I_c = 0,325 А, можно определить ток в сред­нем проводе. Как видно из векторной диа­граммы (см. рис. 15-6,6), векторы токов İ_а и İ_с сдвинуты на угол 120 градусов. Следовательно, ток I_b = 0,325 А.

Выбираем минимальное сечение прово­дов 2,5 мм², Потеря напряжения а прово­де а и в обратном проводе b может быть определена из следующего выражения:

что соответствует требованиям ПУЭ