Измерительные трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/√3В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Первичная обмотка ТН включена на напряжение сети, а ко вторичной обмотке подключены катушки измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки ТН, а также ТТ заземлён. ТН в отличие от ТТ работает в режиме близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик. По принципу устройства, схеме включения и особенностям работы электромагнитные трансформаторы напряжения мало чем отли­чаются от силовых трансформаторов. Однако по сравнению с послед­ними мощность их не превышает десятков или сотен вольт-ампер.
Номинальный коэффициент трансформации определяется по формуле: : KU =U1НОМ / U2НОМ » W1 / W2, где W2, W1 – число витков вторичной и первичной обмоток.

Рассеяние магнитного потока и потери в магнитопроводе приводят к погрешности по напряжению:
Вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения на угол близкий к 180°. Угол между векторами U1 и U2 определяет угловую погрешность ТН.

В зависимости от погрешности ТН различают классы точности 0.2, 0.5, 1, 3. Погрешность зависит от конструкции сердечника, магнитной проницаемости стали и cosj вторичной нагрузки. В конструкции ТН предусматривается компенсация погрешности по напряжению путём небольшого уменьшения числа витков первичной обмотки W1, а также компенсация угловой погрешности с помощью компенсирующих обмоток.

Конструкции трансформаторов напряжения.
По конструкции различают трёхфазные и однофазные трансформаторы напряжения (ТН). Трёхфазные ТН используются при напряжении до 18кВ, однофазные на все ступени напряжения. По типу изоляции ТН могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией. ТН с масляной изоляцией применяются на напряжения 6-1150кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. Масло в них служит для изоляции и охлаждения. Для внутренних установок используют следующие типы трансформаторов напряжения: НОМ, НОСК,НОЛ, ЗНОМ, ЗНОЛ, ЗОМ, НТМК, НТМИ. Здесь Н – трансформатор напряжения, О – однофазный, М – масляный, С – сухой, К – компенсированный, Л – с литой изоляцией, З – с первичной заземлённой обмоткой, Т – трёхфазный, И – с дополнительной обмоткой для контроля изоляции.

ТН типа ЗНОМ – 15, ЗНОМ – 20, ЗНОМ – 24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной стали.
Трёхфазные масляные ТН типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод с тремя обмотками. ТН с литой изоляцией типа ЗНОЛ имеют пять исполнений по напряжению 6, 10, 15, 20, 24кВ. Такие ТН имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.

На подстанциях 110 - 500 кВ применяются каскадные трансформа­торы напряжения серии НКФ. В каскадном трансформаторе напряжения обмотка ВН делится на части, размещаемые на разных стержнях одного или нескольких магнитопроводов, что облегчает ее изоля­цию. Так, у трансформатора на­пряжения типа НКФ-110 обмотка ВН разделена на две части (сту­пени), каждая из которых разме­щается на противоположных стержнях двухстержневого магнитопровода .Магнитопровод соединен с серединой об­мотки ВН и находится по отно­шению к земле под потенциалом Uф/2, благодаря чему обмотка ВН изолируется от магнитопровода только на Uф/2, что существенно уменьшает размеры и массу трансформатора.

Ступенчатое исполнение усложняет конструкцию трансформатора. Появляется необходимость в дополнительных обмотках. Показанная на рис. 4.1 выравнивающая обмотка П предназначена для равномерного распределения мощности, потребляемой вторичными обмотками, по обеим ступеням.
Каскадные трансформаторы напряжения на 220 кВ и выше имеют два и более магнитопровода (рис. 4.1,б). Число магнитопроводов обыч­но вдвое меньше числа ступеней каскада. Для передачи мощности с об­моток одного магнитопровода на обмотки другого служат связующие обмотки Р. Вторичные обмотки у трансформаторов напряжения серии НКФ располагаются вблизи заземляемого конца Х обмотки ВН, имею­щего наименьший потенциал относительно земли.

Наряду с обычными электромагнитными трансформаторами напря­жения для питания измерительных приборов и релейной защиты приме­няются емкостные делители напряжения. Они получили распростра­нение на линиях электропередачи напряжением 500 кВ и выше. Принципиальная схема емкостного делителя напряжения типа НДЕ-500 приведена на рис. 4.2. Напряжение между конденсаторами распреде­ляется обратно пропорционально емкостям U1/U2 = C2/C1, где C1 и С2 — емкости конденсаторов; U1 и U2 — напряжения на них. Подбором емкостей добиваются получения на нижнем конденсаторе С2 некоторой требуемой доли общего напряжения Uф. Если теперь к конденсатору С2 подключить понижающий трансформатор Т, то последний будет вы­полнять те же функции, что и обычный трансформатор напряжения.

На схеме видно, что напряжение между конденсаторами распределяется обратно пропорционально емкостям:
U 1/U 2 = С 2 /C 1, (5.1)
где С 1 и С 2 — емкости конденсаторов;
U 1 и U 2 — напряжения на них.
Подбором емкостей обеспечивается получение на нижнем конденсаторе С 2 требуемой доли общего напряжения U ф. Если к конденсатору С 2 подключить понижающий трансформатор Т (рассчитан на напряжение до 15 кВ), то он будет выполнять те же функции, что и обычный ТН.
Емкостной делитель напряжения на рис. 5.1 состоит из трех конденсаторов связи типа СМР-166/√3–0,014 и одного конденсатора отбора мощности типа 0МР-15-0,017.
Первичная обмотка трансформатора Т имеет восемь ответвлений для регулирования напряжения. Заградитель L препятствует ответвлению токов высокой частоты в трансформатор Т во время работы высокочастотной связи, аппаратура которой подключена к конденсаторам через фильтр ФП. Реактор LR улучшает электрические свойства схемы при росте нагрузки. Балластный фильтр в виде резистора R служит для гашения феррорезонансных колебаний во вторичной цепи при внезапном отключении нагрузки.
Контроль исправности вторичных цепей основной обмотки ТН обычно производится при помощи трех реле минимального напряжения. При отключении автоматического выключателя или сгорании предохранителя эти реле подают сигнал о разрыве цепи.

В зависимости от назначения могут применяться ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трёх междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединённых по схеме открытого треугольника (схема а)

также трёхфазный двухобмоточный ТН типа НТМК, обмотки которого соединены в звезду (схема б)

Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных ТН, соединённых по схеме Y0/Y0, или трёхфазный трёхобмоточный ТН типа НТМИ (схема в) в этом трансформаторе обмотка, соединенная в звезду, используется для подключения приборов, а к обмотке, соединённой в разомкнутый треугольник подключают реле защиты от замыканий фазы на землю. Таким же образом в трёхфазную группу соединяются однофазные трёхобмоточные ТН типа ЗНОМ и каскадные ТН типа НКФ (К – каскадный, Ф – фарфоровый).

Обслуживание трансформаторов напряжения и их вторичных цепей
Трансформаторы напряжения 6 - 35 кВ с небольшим объемом масла не имеют расширителей и маслоуказателей. Масло в них не доливается до крышки на 20 - 30 мм. И это пространство над поверхностью масла выполняет роль расширителя. Обнаружение следов вытекания масла из таких транс­форматоров напряжения требует срочного вывода их из работы, проверки уровня масла и устранения течи.

При осмотрах проверяют состояние уплотнений дверей шкафов вторичных соединений и отсутствие щелей, через которые может про­никнуть снег, пыль и влага; осматриваются рубильники, предохраните­ли и автоматические выключатели, а также ряды зажимов.
В эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы плавкие вставки предохранителей были правильно выбраны. Надежность действия пред­охранителей обеспечивается в том случае, если номинальный ток плав­кой вставки меньше в 3 - 4 раза тока к.з. в наиболее отдаленной от трансформатора напряжения точке вторичных цепей. Ток к.з. должен измеряться при включении трансформатора напряжения в работу или определяться расчетом. Набор предохранителей на соответствующие токи должен всегда храниться в шкафах вторичных соединений.

В эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы плавкие вставки предохранителей были правильно выбраны. Надежность действия пред­охранителей обеспечивается в том случае, если номинальный ток плав­кой вставки меньше в 3 - 4 раза тока к.з. в наиболее отдаленной от трансформатора напряжения точке вторичных цепей. Ток к.з. должен измеряться при включении трансформатора напряжения в работу или определяться расчетом. Набор предохранителей на соответствующие токи должен всегда храниться в шкафах вторичных соединений.

В случае исчезновения вторичного напряжения вследствие перегора­ния предохранителей НН их следует заменить, а отключившиеся авто­матические выключатели — включить, причем первыми должны восста­навливаться цепи основной обмотки, а потом — дополнительной. Если эти операции окажутся неуспешными, должны приниматься меры к бы­стрейшему восстановлению питания защит и автоматики от другого трансформатора напряжения согласно указаниям местной инструкции.

К замене перегоревших предохранителей ВН приступают после вы­полнения необходимых в этом случае операций с устройствами тех за­щит, которые могут сработать на отключение электрической цепи. Без выяснения и устранения причины перегорания предохранителей ВН установка новых предохранителей не рекомендуется.