Измерительные трансформаторы напряжения

Они служат для преобразования высокого напряжения в низ- кое напряжение стандартной величины, удобное для измерения. Обычно за номинальное вторичное напряжение принято 100 В или 100 √3 В. Это позволяет для измерения любого напряжения применять одни и те же стандартные измерительные приборы.

Реле зашиты, реагирующие на напряжение, также изготовля- ются на стандартное напряжение независимо от напряжения установки.

Первичная обмотка трансформатора изолируется от вторич- ной соответственно классу напряжения установки. Для безопас- ности обслуживания один вывод вторичной обмотки обязательно заземляется. Таким образом, трансформатор напряжения изоли- рует измерительные приборы и реле от цепи высокого напряже- ния и делаетбезопаснымих обслуживание.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения дана на рис. 2.15. Первичная обмотка 1 присоединена к цепи вы- сокого напряжения через предохранители 3. Вторичная обмотка 2 питает нагрузкув виде обмоток измерительныхприборов или реле зашиты через предохранители 4.

В трансформаторах напряжения нормальной конструкции за- земляются и вторичная обмотка 2, и сердечник 5. Предохраните- ли 4 служат для зашиты трансформатора напряжения от коротких замыканий в цепи вторичной нагрузки. Предохранители 3, уста- новленные на высоковольтной стороне, служат для зашиты сети от короткого замыкания в трансформаторе. Для облегчения от- ключения желательна установка токоограничивающих предохра- нителей типа ПКТ или стреляющих, с ограничивающим сопро- тивлением.

С В А

3 3

¹ 5

^А Х

а х

2

4 4

V

Рис. 2.15. Схема включения однофазного трансформатора напряжения: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка;

3, 4–предохранители; 5 – сердечник

Вследствие высокого сопротивления самого трансформатора при возникновении короткого замыкания во вторичной цепи ток в первичной цепи мал (порядка нескольких ампер) и его величина недостаточна для срабатывания предохранителей 3.

Основными параметрами трансформатора напряжения

являются:

• номинальное напряжение обмоток – напряжение на первич- ной и вторичной обмотках, указанное на щитке трансформатора. Номинальное напряжение трансформатора равно номинальному напряжению первичной обмотки;

• номинальный коэффициент трансформации – отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторич- ному напряжению:

^kном ^U1ном ^{/ U}2ном ^;

• погрешность по напряжению, %, которая определяется уравнением:

U ^{kномU 2 U1} 100 , (2.37)

U₁

где U₁ – напряжение, поданное на первичную обмотку; U₂ – напряжение, измеренное на зажимах вторичной обмотки.

Если U₁/ U₂=k_ном, то погрешность всегдабудет равна нулю.

За угловую погрешность принимается угол в минутах между первичным напряжением и повернутым на 180° вторичным. Если вторичное напряжение U₂ опережает первичное напряжение U₁, то погрешность по углу считается положительной. Допустимая погрешностьтрансформаторапонапряжению в процентахпри номинальных условиях численно равнаклассу точности.

Погрешности трансформатора не должны превышать таблич- ные данные при колебании первичного напряжения в пределах 90...110% и при колебании мощности на вторичных зажимах в пределах 25...100 % от номинальных значений;

• номинальная вторичная нагрузка – ток во вторичной обмот- ке I₂ определяется сопротивлением нагрузки:

I₂ U₂ / Z₂ ^,

а вторичная мощностьР₂ соответственно:

2

P₂ U

2 ^I2

^U2 .

Z

2

При уменьшении сопротивления Z₂ мощность, отдаваемая трансформатором напряжения, увеличивается и соответственно увеличивается погрешность;

• номинальная мощность трансформатора – наибольшая мощность(при номинальном коэффициенте мощности, равном 0,8), которая может быть снята с трансформатора при условии, что его погрешность не выйдет за пределы, определенные клас- сом точности. Требования к трансформаторам напряжения опре- деляются ГОСТ 1983-67.

Для того чтобы уменьшить погрешность по напряжению, снижают активное и реактивное сопротивления обмоток. Для по- лучения малого активного сопротивления берутся малые плотно- сти токов в обмотках (около 0,3 А/мм²), благодаря чему эти трансформаторы слабо нагружены в тепловом отношении. Для снижения индуктивного сопротивления обмоток уменьшают рас- стояние между первичной и вторичной обмотками.

Компенсацию погрешности по напряжению легко получить путем уменьшения числа витков первичной обмотки. Если уменьшить число витков первичной обмотки, то коэффициент трансформации становится меньше номинального и вторичное напряжение возрастает. Приэтом вводится положительнаяпо- грешность, которая компенсирует отрицательную. Обычно вво- дится такая коррекция, чтобы при холостом ходе трансформатор

имел максимально допустимую для данного класса точности по- ложительную погрешность.

На погрешность трансформатора влияет коэффициент мощно- сти нагрузки cos φ₂, и с его уменьшением погрешность увеличи- вается. Причем характер нагрузки оказывает большее влияние на угловую погрешность,чем на погрешность по напряжению.

На угловую погрешность витковая поправка не влияет. Угло- вую погрешность в трехфазных трансформаторах напряжения можно компенсировать. В этом случае необходимая компенсация достигается путем применения специальных компенсирующих обмоток. При активной нагрузке вносится положительная по- правка.

При индуктивной нагрузке применяется другая схема соеди- нений, которая дает отрицательную поправку. При напряжении до 35 кВ конструкция трансформаторов напряжения сходна с конструкцией силовых трансформаторов.

Индукция в сердечниках значительно меньше, чем у силовых трансформаторов. Это снижает погрешность, позволяет в некото- рых случаях проводитьиспытания индуцированным напряжением. Для испытания трансформатора на выводы вторичной обмот-

ки подается удвоенное напряжение частотой 50 Гц. На первичной обмотке появляется также удвоенное напряжение. Индукция не должна превышать индукцию насыщения.

При эксплуатации возможны случаи, когда первичная обмот- ка, рассчитанная на работу при фазном напряжении, попадает под линейное напряжение вместо фазного. При этом сердечник не должен насыщаться.

На напряжение до 35 кВ выпускаются однофазные трансфор- маторы, у которых либо оба вывода обмотки высокого напряже- ния изолированы от корпуса (рис. 2.16, а), либо изолирован толь- ко один, а второй вывод заземлен.

Применение в качестве изоляции пластмасс и отказ от масля- ной изоляции позволяет сократить массу и габаритные размеры трансформаторов, упрощается их эксплуатация, делается ненуж- ным уход за маслом. Трансформаторы с литой изоляцией пожа- робезопасны, удобны для эксплуатации в различных передвиж- ных установках. На рис. 2.16, б представлен трансформатор напряжения с литой изоляцией типа НОК-6 на те же параметры, чтои масляный. Отечественная промышленностьвыпускает трансформаторы с литойизоляцией на напряжениедо 35 кВ.

а б

Рис. 2.16. Внешний вид однофазных трансформаторов напряжения с масляной (а) и литой изоляцией (б)

Габаритные размеры трансформаторов в значительной степе- ни определяются изоляцией аппарата. В связи с этим там, где это возможно, трансформатор выполняется для измерения напряже- ния между фазой и землей. В этом случае отпадает необходи- мость в изоляции второго вывода первичной обмотки, который заземляется. Линейное напряжение получается путем соединения в звезду вторичных обмоток таких трансформаторов. При этом, однако, погрешность измерения возрастает, так как суммируются погрешности двух трансформаторов. Такая конструкция позволя-

ет уменьшить габаритные размеры и удешевить трансформатор напряжения. Возможные схемы включения однофазных транс- форматоров нормального исполнения в трехфазных сетях показа- ны на рис. 2.17.

A BC

a

A

A BC

A a

_X x

A a

_X x

B

C

b ⁰

c

c

0

Звуковой сигнал

a

б

^а б

Рис. 2.17. Схемы включения трансформаторов напряжения в трехфазных се- тях с использованием двух (а) и трех (б) однофазных трансформаторов

В случае, представленном на рис. 2.17 а, применяются два од- нофазных трансформатора, у которых первичная обмотка имеет изолированные выводы. Эта схема называется схемой открытого треугольника.

Такая схема очень удобна для измерения мощности и энергии. В этой схеме к каждому из трансформаторов может подключать- ся нагрузка вплоть до номинальной.

Схема позволяет получить и напряжение U_AC=-(U_AB+ U_BС) (приборы подключаются между точками а и с). Однако такое включение нагрузки не рекомендуется, так как создаются допол- нительные погрешности за счет тока приборов, проходящего че- рез обе вторичные обмотки.

При включении по схеме, представленной на рис. 2.17, б, мо- гут применяться трансформаторы,у которых один из выводов первичной обмотки заземлен. Каждая из обмоток подключена к фазному напряжению, поэтому номинальное напряжение транс- форматора должно равняться U_ф/√3. Вторичная нагрузка подклю- чается по схеме звезды или треугольника. Номинальное напря- жение вторичной обмотки равно 100/√3.

Для контроля изоляции и питания защиты, срабатывающей при коротком замыкании на землю, трансформаторы имеют дополни- тельные обмотки, которые включаются по схеме разомкнутого треугольника. При симметричном режиме сумма ЭДС, наводимых в этих обмотках, равна нулю. Если один из проводов заземляется, то равновесие ЭДС нарушается и напряжение на концах разомкну- того треугольника подается на реле или сигнализацию.

Возможны два режима работы схемы, представленной на рис.2.17б. Если нейтраль сети изолирована или заземлена через дугогасящую катушку, то заземление одной из фаз, например фа- зы С, не ведет к короткому замыканию. Установка может оста- ваться длительное время в работе. При этом напряжение на трансформаторе С падает до нуля, а напряжение на трансформа- торах А и В увеличивается до линейного. В связи с этим индук- ция в сердечниках трансформаторов А и В увеличивается в √3 раз. Во избежание увеличения нагрева сердечников и резкого возрастания погрешности этих трансформаторов сердечники не должны насыщаться притаком увеличении индукции.

В установках с заземленной нейтралью заземление одной из фаз вызывает короткое замыкание. Релейная зашита быстро от- ключает поврежденный участок. Напряжение на «здоровых» фа- зах при коротком замыкании не поднимается выше (1,2... 1,3) U_ф.

Уменьшение габаритных размеров и снижение стоимости трансформаторов напряжения может быть достигнуто путем объ-

единения трех отдельных измерительных трансформаторов в один трехфазный трансформатор. Применяются трехстержневые и пятистержневые магнитопроводы.

Трехфазные трехстержневые трансформаторы делаются с изо- лированной нулевой точкой на стороне высокого напряжения. 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 трансфор- маторе заземлена.