Предназначение и принцип деяния трансформатора напряжения

Измерительный трансформатор напряжения служит для снижения высочайшего напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для конкретного включения на высочайшее напряжение потребовались бы очень массивные приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовка и применение таковой аппаратуры фактически невыполнимо, в особенности при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высочайшем напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные выполнения.

Не считая того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высочайшего напряжения, по этому обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения обширно используются в электроустановках высочайшего напряжения, от их работы зависит точность электронных измерений и учета электроэнергии, также надежность деяния релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из железного сердечника, набранного из пластинок листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной либо 2-ух вторичных обмоток.

На рис. 1,а показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высочайшее напряжение U1, а на напряжение вторичной обмотки U2 включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены знаками А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.

Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению именуется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения Кн = U1ном / U2ном

Рис. 1. Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а — схема, б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений

При работе трансформа тора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе, как показано на рис. 1,6, и отношение их величин равно Kн. При коэффициенте трансформации Kн=1 напряжение U2=U1 (рис. 1,в).

Измерительные трансформаторы напряжения с 2-мя вторичными обмотками

Трансформаторы напряжения с 2-мя вторичными обмотками, не считая питания измерительных устройств и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью либо на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.

Схема трансформатора напряжения с 2-мя вторичными обмотками показана на рис. 2,а. Выводы 2-ой (дополнительной) обмотки, применяемой для сигнализации либо защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд.

На рис. 2,6 приведена схема включения 3-х таких трансформаторов напряжения в трехфазной сети. Первичные и главные вторичные обмотки соединены в звезду. Нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и реле от главных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От их на устройства сигнализации либо защиты подается сумма фазных напряжений всех 3-х фаз.

При обычной работе сети, в какой включен трансформатор напряжения, эта векторная сумма равна нулю. Это видно из векторных диаграмм рис. 2,в, где Uа, Vв и Uc — векторы фазных напряжений, приложенных к первичным обмоткам, a Uaд, Уbд и Ucд — векторы напряжений первичной н вторичной дополнительной обмотки. напряжений на вторичных дополнительных обмотках, совпадающие по направлению с векторами на соответственных первичных обмотках (так же, как на рис. 1,в).

Рис. 2. Трансформатор напряжения с 2-мя вторичными обмотками. а — схема; б — включение в трехфазную цепь; в — векторная диаграмма

Сумма векторов Uaд, Ubд и Ucд получена методом их совмещения соответственно схеме соединения дополнительных обмоток, при всем этом принималось, что стрелки векторов как первичных, так и вторичных напряжений соответствуют началам обмоток трансформатора.

Результирующее напряжение 3U0 меж концом обмотки фазы С и началом обмотки фазы А па диаграмме равно нулю.

В реальных критериях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно маленькое напряжение небаланса, не превышающее 2 — 3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися малозначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и маленьким отклонением формы их кривой от синусоиды.

Напряжение, обеспечивающее надежную работу реле, приключаемых к цепи разомкнутого треугольника, появляется только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Потому что замыкания на землю связаны с прохождением тока через нейтраль, появляющееся при всем этом напряжение на выходе разомкнутого треугольника согласно способу симметричных составляющих именуют напряжением нулевой последовательности и обозначают 3U0. В этом обозначении цифра 3 показывает, что напряжение в данной цепи является суммарным для 3-х фаз. Обозначение 3U0 применяется также и для выходной цепи разомкнутого треугольника, подаваемой на реле сигнализации либо защиты (рис. 2,6).

Рис. 3. Векторные диаграммы напряжений первичной и вторичной дополнительной обмоток при однофазовом замыкании на землю: а — в сети с заземленной нейтралью, б — в сети с изолированной нейтралью.

Наибольшее значение напряжение 3U0 имеет при однофазовом замыкании на землю. При всем этом следует подразумевать, что наибольшая величина напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью существенно, больше, чем в сети с заземленной нейтралью.

Всераспространенные схемы включения измерительных трансформаторов напряжения

Простая схема с внедрением 1-го однофазового трансформатора напряжения, показанная на рис. 1,а, применяется в пусковых шкафах движков и на переключательных пт 6 — 10 кВ для включения вольтметра и реле напряжения устройства АВР.

На рис.4 приведены схемы включения однофазовых трансформаторов напряжения с одной обмоткой для питания трехфазных вторичных цепей. Группа из 3-х соединенных по схеме звезда — звезда однофазовых трансформаторов, показанная на рис. 4,а, применяется для питания измерительных устройств, счетчиков и вольтметров контроля изоляции в электроустановках 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью и неразветвленной сетью, где не требуется сигнализация появления однофазовых замыканий на землю.

Для обнаружения «земли» по этим вольтметрам они должны демонстрировать величины первичных напряжений меж фазами и землей (см. векторную диаграмму на рис. 3,6). Для этого нуль обмоток ВН заземляется и вольтметры врубаются на вторичные фазные напряжения.

Потому что при однофазовых замыканиях на землю трансформаторы напряжения могут продолжительно находиться под линейным напряжением, их номинальное напряжение должно соответствовать первичному междуфазному напряжению. Вследствие этого в обычном режиме при работе под фазным напряжением мощность каждого трансформатора, а как следует, и всей группы снижается в √3 раз.Так как в схеме заземлен нуль вторичных обмоток, предохранители во вторичной цепи установлены во всех 3-х фазах.

Рис. 4. Схемы включения однофазовых измерительных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой: а — схема звезда — звезда для электроустановок 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью, б — схема открытого треугольника для электроустановок 0,38 — 10 кВ, в — то же для электроустановок 6 — 35 кВ, г — включение трансформаторов напряжения 6 -18 кВ по схеме треугольник — звезда для питания устройств АРВ синхронных машин.

На рис. 4,6 и в трансформаторы напряжения, созданные для питания измерительных устройств, счетчиков и реле, включаемых на междуфазные напряжения, включены по схеме открытого треугольника. Эта схема обеспечивает симметричные междуфазные напряжения Uab, Ubc, Uca при работе трансформаторов напряжения в любом классе точности.

Особенность схемы открытого треугольника это недоиспользование мощности трансформаторов, потому что мощность таковой группы из 2-ух трансформаторов меньше мощности группы из 3-х соединенных в полный треугольник трансформаторов не в 1,5 раза, а в √3 раз.

Схема рис.4,б применяется для питания неразветвленных цепей напряжения электроустановок 0,38 -10 кВ, что позволяет устанавливать заземление вторичных цепей конкретно у трансформатора напряжения.

Во вторичных цепях схемы, показанной на рис. 4,в, заместо предохранителей установлен двухполюсный автомат, при срабатывании которого блок-контакт замыкает цепь сигнала «обрыв напряжения«. Заземление вторичных обмоток выполнено на щите в фазе B, которая дополнительно заземлена конкретно у трансформатора напряжения через пробивной предохранитель. Рубильник обеспечивает отключение вторичных цепей от трансформатора напряжения с видимым разрывом. Эта схема применяется в электроустановках 6 — 35 кв при питании разветвленных вторичных цепей от 2-ух и поболее трансформаторов напряжения.

На рис. 4,г трансформаторы напряжения включены по схеме треугольник — звезда, обеспечивающей вторичное линейное напряжение U = 173 В, что нужно для питания устройств автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов. С целью увеличения надежности работы АРВ предохранители во вторичных цепях не инсталлируются, что допускается ПУЭ для неразветвленных цепей напряжения.