Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения

         

    Рисунок 2

    Принципиальная   схема трансформатора тока и его схема замещения.

    Первичную обмотку совместно с цепью  высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получающую измерительную информацию от вторичной обмотки трансформатора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной обмоткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичного тока.

    Из  принципиальной схемы трансформатора видно, что между первичной и  вторичной обмотками не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напряжение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоединение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, приложенного к первичной обмотке, на обслуживающий персонал. Так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.

    На  рис. 2 изображены только те элементы трансформатора тока, которые участвуют в преобразовании тока. Конечно, ТТ имеет много других элементов, обеспечивающих требуемый уровень изоляции, защиту от атмосферных воздействий надлежащие монтажные и эксплуатационные характеристики.

    2.4 Условия работы трансформатора тока

    Трансформаторам тока приходится работать в различных режимах, имеющих место в электрической цепи, а именно в установившемся и переходном режимах.

    Установившимся  называют режим работы ТТ, при котором  токи в первичной и вторичной обмотках ТТ не содержат затухающих свободных апериодических и периодических составляющих. Одним из видов установившегося режима является нормальный режим работы ТТ, при котором первичный и вторичный токи, погрешности различных видов и напряжения между обмотками ТТ не превышают длительно допустимых при заданных условиях эксплуатации. К установившимся режимам относится также трансформация тока короткого замыкания или другого тока; отличающегося от нормального рабочего тока установки, после затухания свободных составляющих.

    Переходным  режимом работы ТТ называют электромагнитный процесс, возникающий при переходе от одного режима к другому вследствие резкого изменения параметров первичного тока или нагрузки ТТ (например, при коротком замыкании или коммутациях в первичной цепи либо при внезапном замыкании накоротко ветви вторичного тока). При переходном режиме по первичной и вторичной обмоткам ТТ проходят свободные затухающие составляющие токов.

    При правильном выборе ТТ токи в его обмотках ни при установившихся, ни при переходных режимах не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости. При этом погрешности различных видов также не должны быть больше допустимых в этих режимах погрешностей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3 Измерительные трансформаторы напряжения.

        3.1 Общие сведения и схемы соединения

    Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/Ö3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1; первичная обмотка включена на напряжение сети U₁, а ко вторичной обмотке (напряжение U₂) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик.

       

       Рисунок 1

       Схема включения трансформатора напряжения:

1. первичная обмотка;

2. магнитопровод;

3. вторичная обмотка;

 

    Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

    

    где U_1ном , U_2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

    Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

     ´100

    Так же как и трансформаторах тока , вектор вторичного напряжения сдвинут  относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180⁰. Это определяет угловую погрешность.

    В зависимости от номинальной погрешности  различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

    Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали  и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения 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 ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

    В зависимости от назначения могут  применятся ТН 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. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2,б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y₀/Y₀, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2, 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 и каскадные трансформаторы НКФ. 

 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2

    Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

    3.2  Конструкции трансформаторов напряжения

    По  конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются  при напряжении до 18 кВ, однофазные – на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

    Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ а изоляцией между обмотками служит элетрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5- трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кВ).

    Трансформаторы  напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ закрытых и открытых РУ. В таких трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения. Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных  ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3

Трансформаторы  напряжения однофазные масляные: а- НОМ-35;       б- ЗНОМ-35; 1- ввод ВН; 2- коробка вводов НН; 3- бак. 

Рисунок 4

Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20 в  комплектном токопроводе 

    Схема обмоток первых показана на рис.3,а. Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис.3,б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН – на боковой стенке. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка   НН – на100/Ö3 В, дополнительная обмотка – на 100/3 В. Такие трансформаторы  называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2,в.

    Трансформаторы  типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются  в комплектных шинопроводах мощных генераторов.Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитний стали.

    На  рисунке 3 показана установка такого трансформатора в комплектном токопроводе. Трансформатор с помощью ножевого контакта 3, расположенного на вводе ВН, присоединяется к пружинящим контактам, закреплённым на токопроводе1, закрытом экраном 2. К патрубку 5 со смотровыми люками 4 болтами 6 прикреплена крышка трансформатора. Таким образом, ввод ВН трансформатора находится в закрытом отростке экрана токопровода. Зажимы обмоток НН выведены на боковую стенку бака и закрываются отдельным кожухом.

    Трехфазные  масляные трансформаторы типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод и три обмотки, соединенные по схеме, показанной на рисунке 2, в. Такие трансформаторы предназначены для присоединения приборов контроля изоляции.

    Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения ЗНОЛ-06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10,15, 20 и 24 кВ. 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, 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.

    На  рис. 5 показан однофазный двухобмоточный  трансформатор с незаземленными выводами типа НОЛ.08-6 на 6 кВ. Трансформатор представляет собой литой блок, в который залиты обмотки и магнитопровод. Выводы первичной обмотки А,Х, выводы вторичной обмотки расположены на переднем торце трансформатора и закрыты крышкой.

      
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 5

    Трансформатор напряжения НОЛ.08-6.

    В установках 110 кВ и выше применяются  трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопрводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис.6) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанные на U_ф/2. Т.к. общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U_ф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U_ф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распоределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.                                   

    Трансформаторы  напряжения (TV) 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 U_ф/4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют четыре блока, т.е. 6 и 8 ступеней обмотки ВН. Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивление, возрастают погрешности и поэтому трансформаторы НКФ 330 и 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 емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис.6).  Напряжение, снимаемое с С2 (10-15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен 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 емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис 6,б показана установка НДЕ-500-72.