Какие трансформаторы служат только для измерения междуфазных напряжений

Измерительные трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/3 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, п отребляемый ими, не велик.

Рис.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

Так же как и трансформаторах тока , вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180 0 . 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  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.

Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

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.

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/3 В, дополнительная обмотка – на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2,в.

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

Рис. 4. Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20 в комплектном токопроводе.

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной 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 токопроводе 1, 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.

Трансформатор напряжения на переднем торце трансформатора НОЛ.08-6.

и закрыты крышкой.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, 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 распределения 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.

При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и 1150 кВ применяется трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150.

Рис. 6 трансформатор напряжения НДЕ:

б) установка НДЕ-500-72:

1. делитель
2. разъединитель
3. трансформатор напряжения и дроссель
4. заградитель высокочастотный
5. разрядник
6. привод

Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются:

— по напряжению установки

— по конструкции и схеме соединения обмоток;

— по классу точности;

— по вторичной нагрузке

где S_ном— номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника — удвоенную мощность одного трансформатора;

S_2 — нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, ВА.

Для упрощения расчетов нагрузку можно не разделять по фазам, тогда

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяются по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не более 1.5% при нормальной нагрузке.

Трансформатором тока (ТТ), являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правиль­ном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыка­ется на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на транс­форматоры тока для измерений и трансформаторы тока для за­щиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавли­ваются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т. е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ватт­метров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, транс­форматор тока для измерений обеспечивает:

1) преобразование переменного тока любого значения в пере­менный, ток, приемлемый для непосредственного измерения с по­мощью стандартных измерительных приборов;

2) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты предназначаются для пе­редачи измерительной информации в устройства защиты и управ­ления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обе­спечивает:

1) преобразование переменного тока любого значения в пере­менный ток,

приемлемый для питания устройств релейной за­щиты;

2) изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживаю­щий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

Классификация трансформаторов тока

В зависимости от рода тока ИПТ разделяются на ИП переменного и ИП постоянного тока. В работе будут рассматриваться ИПТ переменного тока для уста­новок и сетей с номинальной частотой тока 50 Гц.

Все трансформаторы тока можно классифицировать по следующим основным признакам:

По роду установки: трансформаторы тока для работы на от­крытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69); для работы в закрытых помещениях (по ГОСТ 151504-69); для встраивания в полости электрооборудования; для специальных установок (в шахтах, на судах, электровозах и т. д.).

По способу установки: проходные трансформаторы тока, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах стен, потолков или в металлических конструкциях; опорные, предназначенные для установки на опорной плоскости; встраиваемые, т. е. предназначенные для установки в полости электрооборудования.

По числу коэффициентов трансформации: с одним коэффици­ентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансфор­мации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки, или обеих обмоток, или применением не­скольких вторичных обмоток с различным числом витков, соот­ветствующим различному номинальному вторичному току.

По числу ступеней трансформации: одноступенчатые; кас­кадные (многоступенчатые), т. е. с несколькими ступенями транс­формации тока.

По выполнению первичной обмотки: одновитковые; многовитковые.

Одновитковые ТТ (рис. 1) имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с собственной первичной обмоткой. Одновитковые ТТ, не имеющие собственной первичной обмотки, выполняются встроенными, шинными или разъемными.

Встроенный трансформатор тока 1 представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной обмоткой. Он не имеет, собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной и вто­ричной обмотками.

Их роль выполняет изоляция проходного изо­лятора.

Рис. 1. Схема трансформатора тока;

В шинном трансформаторе тока роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин распределительного устрой­ства, пропускаемые при монтаже сквозь полость проходного изоля­тора. Последний изолирует такую первичную обмотку от вто­ричной.

Разъемный трансформатор тока 2 тоже не имеет собственной первичной обмотки.

Его магнитопровод состоит из двух частей, стягиваемых болтами. Он может размыкаться и смыкаться вокруг проводника с током, являющимся первичной обмоткой этого ТТ. Изоляция между первичной и вторичной обмотками наложена на магнитопровод со вторичной обмоткой.

Одновитковые ТТ, имеющие собственную первичною обмотку, выполняются со стержневой первичной обмоткой или с U-образной.

Трансформатор тока 3 имеет первичную обмотку в виде стержня круглого или прямоугольного сечения, закрепленного в проход­ном изоляторе.

Трансформатор тока 4 имеет U-образную первичную обмотку, выполненную таким образом, что на нее наложена почти вся внутренняя изоляция ТТ.

Многовитковые трансформаторы тока (рис. 1) изготовляются с катушечной первичной обмоткой надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой 5, состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первич­ной и вторичной обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи; с рымовидной первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансфор­матора тока нанесена в основном только на первичную обмотку, имеющую форму рыма.

По роду изоляции между первичной и вторичной обмотками ТТ изготовляются с твердой (фарфор, литая изоляция, прессован­ная изоляция и т, д.); с вязкой (заливочные компаунды); с ком­бинированной (бумажно-масляная, конденсаторного типа) или газообразной (воздух, элегаз) изоляцией.

По принципу преобразования тока ТТ делятся на электромаг­нитные и оптико-электронные.

Принципиальная схема трансформатора тока

Принципиальная схема одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схема замещения приведены на рис. 2. Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока участвующими в преобразо­вании тока, являются пер­вичная 1 и вторичная 2 об­мотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включа­ется последовательно (в рас­сечку токопровода высокого напряжения 4, т. е. обтекается током линии I_j. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При ра­боте трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Рис. 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.

Перейдем к рассмотрению принципов действия трансформатора тока (рис. 2). По первичной обмотке 1 трансформатора тока про­ходит ток I₁, называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается перемен­ный магнитный поток Ф₁ изменяющийся с той же частотой, что и ток I₁. Магнитный поток Ф₁ охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф₁ при своем изменении индуцирует в ней элект­родвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некото­рую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе «вторичная обмотка — вторичная цепь» под действием индуцируемой э. д. с. Будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное на­правлению первичного тока I_i. Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₂, который направлен встречно магнитному потоку Ф₁. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ в магнито­проводе устанавливается результирующий магнитный поток:

составляющий несколько процентов магнитного по­тока Ф₁. Поток Ф₀ и является тем передаточным «звеном, посред­ством которого осуществляется передача энергий от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф₀, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-Э.Д.С. E₁, а во вторичной обмотке — э. д. с. E₂. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если прене­бречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же Э.Д.С. Под воздействием Э. Д. С. E₂ во вторичной обмотке протекает ток I₂, называемый вторичным током.

Если обозначить число витков первичной обмотки, через ω₁, а вторичной обмотки — через ω₂, то при протекании по ним соот­ветственно токов I₁ и I₂ в первичной обмотке создается магнито­движущая сила

называемая первичной маг­нитодвижущей силой (М. Д. С.), а во вторичной обмотке — магнитодвижущая сила

называемая вто­ричной М. Д. С. Магнитодвижущая сила измеряется в ам­перах.

При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F₁ и F₂ должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.

Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется идеаль­ным. Для идеального трансформатора тока справедливо следую­щее векторное равенство:

Из равенства (2) следует, что

Т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному (I₁/I₂) или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки (ω₁/ω₂) называется коэффициентом трансформации n идеального трансформатора тока. Учитывая равенство (3), можно написать

т. е. первичный ток I₁ равен вторичному току I₂, умноженному на коэффициент трансформации трансформатора тока n.

В реальных ТТ преобразование тока сопровождается потерями энергии, расходуемой на создание магнитного потока в магнитопроводе, на нагрев и перемагничивание магнитопровода, а также на нагрев проводов вторичной обмотки и вторичной цепи.

Эти потери энергии нарушают установленные выше равенства для абсолютных значений М. Д. С. F₁ и F₂. В реальном трансформа­торе первичная М. Д. С. должна обеспечить создание необходимой вторичной М. Д. С., а также дополнительной М. Д. С., расходуе­мой на намагничивание магнитопровода и покрытие других по­терь энергии. Следовательно, для реального трансформатора урав­нение (1) будет иметь следующий вид:

где F₀ — полная М. Д. С. намагничивания, затрачиваемая на про­ведение магнитного потока Ф₀ по магнитопроводу, на нагрев и перемагничивание его.

В соответствии с этим равенство (2) примет вид

где I₀ — ток намагничивания, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф₀ и являющийся частью первичного тока I₁. Разделив все члены уравнения (6) на ω₁ получим:

При первичном токе, не превышающем номинальный ток ТТ, ток намагничивания обычно составляет не более 1÷3 % первич­ного тока и им можно пренебречь. Тогда (7) будет иметь такой же вид, как (4), т. е.

Таким образом, вторичный ток трансформатора пропорциона­лен первичному току.

Из выражений (4) и (7) следует, что для понижения измеряемого тока необходимо, чтобы число витков вторичной обмотки было больше числа витков первичной обмотки.

Сравнивая формулы (2) и (5), видим, что они отличаются друг от друга членом F₀ (или I₀ω₁). Следовательно, реальный трансформатор тока несколько искажает результаты измерений, т. е. имеет погрешности.

Иногда пользуются так называемым приведением тока к пер­вичной или вторичной обмотке. Так, например, если разделить первичный ток на коэффициент трансформации, то получим пер­вичный ток, приведенный ко вторичной обмотке: I ’ ₀ = I₁/n. Ана­логично приведенный ток намагничивания будет I ’ ₀ = I₀/n. Тогда получим:

Путем такого приведения трансформатор тока заменяется эквивалентным ТТ с коэффициентом трансформации, равным еди­нице.

Из полученного равенства (8) следует, что часть приведенного первичного тока I ’ ₁ идет на намагничивание магнитопровода, а остальная часть трансформируется во вторичную цепь, т. е. первичный ток I ’ как бы разветвляется по двум параллельным цепям: по цепи нагрузки и цепи намагничивания. Этому соответ­ствует схема замещения, приведенная на рис. 2, где в цепь ветви намагничивания z₀ от тока I ’ ₁ ответвляется ток I ’ ₀. Остальная часть тока I ’ проходит по вторичной цепи, представляя собой вторичный ток I₂

Сопротивление первичной обмотки ТТ на схеме замещения не показано, так как оно не оказывает влияния на работу трансформатора.

1. Для правильного выбора измерительного трансформатора тока, помимо основных электрических параметров и габаритов, необходимо учитывать потери во вторичной (измерительной) цепи трансформатора, которые влияют на точность измерения. Предельные величины этих потерь, соответствующие классу точности прибора (0,5-1 или приведены в технических характеристиках.

1. также Выбор трансформаторов тока производится:

• по напряжению

• по первичному току

• по конструкции и классу точности
• по электродинамической стойкости i_у (k_дин I₁ ном)

• по вторичной нагрузке Z₂ ( Z_{2 ном}) [5А; 1А, по заказу 2;2,5А]
• по термической стойкости

1. В настоящее время выбор измерительных трансформаторов в основном сводится к подбору из серийно выпускаемых тех, которые по своим номинальным параметрам лежат наиболее близко к требуемым. Такой подход достаточно прост, однако не всегда позволяет произвести правильно выбор и очень часто может приводить к увеличению погрешности измерений. Рассмотрим и проанализируем некоторые подобные случаи:

Случай 1. Для коммерческого учета требуется опорный трансформатор тока на малый первичный ток (напр. 50А) с высоким значением тока термической стойкости (31,6 КА).

Среди серийно выпускаемых трансформаторов тока подобных нет, поскольку обычные опорные трансформаторы на малые первичные токи имеют такие малые значения токов термической стойкости.

Как поступают на практике проектировщики? Они выбирают из серийных трансформаторов тот, который обеспечивает необходимый ток термической стойкости и имеет при этом минимальный первичный ток. В частности, для нашего примера — это трансформатор тока на 300А с классом точности 0,5.

Согласно ГОСТ, этот трансформатор должен обеспечивать точность измерений в пределах от 5% и до 120% номинального первичного тока, т.е. от 15А и до 360А, и следовательно его можно использовать для измерений на 50А. Так ли это?

Во-первых, трансформатор тока на 300А при 50А первичного тока по ГОСТ допускает ошибку от ±0,75% до ±1,5%, что значительно выше, чем ошибка, которая допускается для трансформатора тока с номинальным значением первичного тока 50А — это ±0,5%.

Во-вторых, для трансформатора тока на 50А нижний предел первичного тока равен 2,5А вместо 15А для трансформатора на 300А.

Таким образом, используя трансформатор тока на 300А, мы увеличили погрешность измерений и повысили допускаемый нижний предел первичного тока.

Случай 2. Для защиты, требуется трансформатор тока с определенной предельной кратностью вторичного тока.

Чтобы иметь возможность использовать серийный трансформатор, проектировщики требуют для него кривые зависимости предельной кратности вторичного тока от вторичной нагрузки .

С помощью этих кривых, определяется максимальное значение вторичной нагрузки при нужных значениях предельной кратности.

Если вторичная нагрузка оказывается меньше требуемой по проекту, то с помощью варьирования сечения и длины соединяющих проводов, проектировщики добиваются необходимых значений вторичной нагрузки.

Таким образом, технически проблема решена, однако часто это решение оказывается экономически невыгодным из-за необходимости увеличения сечения проводов и уменьшения расстояния, за счет переноса релейных шкафов.

Случай 3. Нужен измерительный трансформатор тока с определенным коэффициентом безопасности прибора, чтобы одновременно с измерением обеспечить защиту измерительных приборов в случае короткого замыкания в первичной цепи.

На практике требуемые значения коэффициента безопасности прибора обычно равно 5 или 10, а серийные трансформаторы часто имеют значения 20, 30 и более. При таких значениях говорить о защите измерительных приборов бессмысленно и поэтому придется устанавливать дополнительную защиту.

Серийные трансформаторы тока не позволяют в полной мере использовать преимущества трансформаторов тока с заданными значениями коэффициента безопасности прибора.

Можно привести еще целый ряд других случаев, когда использование серийных трансформаторов с определенными, уже заранее установленными номинальными параметрами, приводит как к увеличению погрешности измерений, так и значительному удорожанию всей системы измерения и защиты.

Как быть в таком случае?

Решение проблемы достаточно просто — нужно иметь возможность заказывать производителям трансформаторов изготавливать трансформаторы на те номинальные параметры, которые нужны заказчику. Такой подход давно практикуется на фирме KWK Messwandler. Сегодня это совершенно реально и не требует специальной дорогостоящей разработки.

С помощью компьютерной техники в течение нескольких минут рассчитывается нужный трансформатор, а с помощью современных методов производства их можно изготовить также быстро и дешево, как и серийные трансформаторы.

Заказчик, заказывая на фирме измерительный трансформатор, указывает технические требования, которые ему необходимы, а фирма такой трансформатор проектирует и изготавливает.

Для трансформаторов тока обычно указывают следующие параметры:

• номинальный первичный и вторичный токи;
• номинальная вторичная нагрузка;
• номинальное напряжение;
• число обмоток;
• класс точности каждой обмотки
• для измерений — коэффициент безопасности приборов,
• для защиты — предельную кратность вторичного тока
• ток термической и динамической стойкости;
• номинальная частота и т.д.

На основании этих данных производитель изготавливает нужный заказчику измерительный трансформатор тока.

Таким образом, такой подход к выбору трансформаторов позволяет обеспечить качественный учет электроэнергии, правильную работу защиты и минимизировать затраты.

Измерительные трансформаторы напряжения

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

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

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

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

На рис. 1,а показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение U1, а на напряжение вторичной обмотки U2 включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами 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 называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения Кн = U1 ном / U2 ном

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

При работе трансформатора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе и отношение их величин равно K н. При коэффициенте трансформации K н=1 напряжение U 2 =U 1 (рис. 1,в).

Условные обозначения: З — один вывод заземляется; О — однофазный; Т — трехфазный; К — каскадный или с компенсационной обмоткой; Ф — с фарфоровой наружной изоляцией; М — масляный; С — сухой (с воздушной изоляцией); Е — емкостный; Д — делитель.

Выводы первичной обмотки (ВН) имеют обозначения А, Х для однофазных и A, B, С, N для трехфазных трансформаторов. Выводы основной вторичной обмотки (НН) имеют соответственно обозначения a, x и a, b, c, N, выводы вторичной дополнительной обмотки — а_д и х_д.

Начала первичных и вторичных обмоток присоединяются соответственно к выводам А, В, С и а, b, с. Основные вторичные обмотки соединяются обычно в звезду (группа соединения 0), дополнительные — по схеме разомкнутого треугольника. Как известно, в нормальном режиме работы сети напряжение на зажимах дополнительной обмотки близко к нулю (напряжение небаланса Uнб = 1 — 3 В), а при замыканиях на землю равно утроенному значению 3U_О напряжения нулевой последовательности U_О фазы.

В сети с заземленной нейтралью максимальное значение 3U₀ равно фазному напряжению, с изолированной — утроенному фазному напряжению. Соответственно дополнительные обмотки выполняются на номинальное напряжение Uном = 100 В и 100/3 В.

Номинальным напряжением ТV называется номинальное напряжение его первичной обмотки; это значение может отличаться от класса изоляции. Номинальное напряжение вторичной обмотки принимается равным 100, 100/3 и 100/3 В. Как правило, трансформаторы напряжения работают в режиме холостого хода.

Измерительные трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками

Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, кроме питания измерительных приборов и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.

Схема трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками показана на рис. 2,а. Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд.

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

При нормальной работе сети, в которой 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, У b д и Ucд — векторы напряжений первичной н вторичной дополнительной обмотки. напряжений на вторичных дополнительных обмотках, совпадающие по направлению с векторами на соответствующих первичных обмотках (так же, как на рис. 1,в).

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

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

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

В действительных условиях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно малое напряжение небаланса, не превышающее 2 — 3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и небольшим отклонением формы их кривой от синусоиды.

Напряжение, обеспечивающее надежную работу реле, приключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Так как замыкания на землю связаны с прохождением тока через нейтраль, появляющееся при этом напряжение на выходе разомкнутого треугольника согласно методу симметричных составляющих называют напряжением нулевой последовательности и обозначают 3U0. В этом обозначении цифра 3 указывает, что напряжение в данной цепи является суммарным для трех фаз. Обозначение 3U0 применяется также и для выходной цепи разомкнутого треугольника, подаваемой на реле сигнализации или защиты (рис. 2,6).

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

Наибольшее значение напряжение 3U0 имеет при однофазном замыкании на землю. При этом следует иметь в виду, что максимальная величина напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью значительно, больше, чем в сети с заземленной нейтралью.

Распространенные схемы включения измерительных трансформаторов напряжения

Простейшая схема с использованием одного однофазного трансформатора напряжения, показанная на рис. 1,а, применяется в пусковых шкафах двигателей и на переключательных пунктах 6 — 10 кВ для включения вольтметра и реле напряжения устройства АВР.

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

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

Так как при однофазных замыканиях на землю трансформаторы напряжения могут длительно находиться под линейным напряжением, их номинальное напряжение должно соответствовать первичному междуфазному напряжению. Вследствие этого в нормальном режиме при работе под фазным напряжением мощность каждого трансформатора, а следовательно, и всей группы понижается в √ 3 раз . Поскольку в схеме заземлен нуль вторичных обмоток, предохранители во вторичной цепи установлены во всех трех фазах.

Рис. 4. Схемы включения однофазных 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, предназначенные для питания измерительных приборов, счетчиков и реле, включаемых на междуфазные напряжения, включены по схеме открытого треугольника. Эта схема обеспечивает симметричные междуфазные напряжения Uab , Ubc, U c a при работе трансформаторов напряжения в любом классе точности.

Особенность схемы открытого треугольника это недоиспользование мощности трансформаторов, так как мощность такой группы из двух трансформаторов меньше мощности группы из трех 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 к В , что позволяет устанавливать заземление вторичных цепей непосредственно у трансформатора напряжения.

Во вторичных цепях схемы, показанной на рис. 4,в, вместо 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 непосредственно 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 двух и более трансформаторов напряжения.

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

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Устройство измерительных трансформаторов напряжения

Приборы, которые применяются в электросетях (Рис. 1) – счетчики, реле, ваттметры, амперметры, вольтметры рассчитаны на небольшие значения токов и напряжений. Это связано с целесообразностью изготовления этих приборов с малой изоляцией (габариты, стоимость). Однако рост мощности электрических станций влечет за собой увеличение тока и напряжения в первичных сетях. Для измерения параметров электрических сетей используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Они могут применяться как самостоятельные комплектующие в электросетях, а также на электрических и испытательных станциях и в распределительных устройствах.

Рис. 1. Измерительные приборы

Измерительные трансформаторы напряжения

Для изолирования цепей высокого (от 6, 10 кВ и выше) от низкого напряжения вторичных обмоток (как правило, 100 В) используют измерительный трансформатор напряжения (ТН) рис. 2. Первичное и вторичное напряжение в нем соотносятся друг с другом.

Рис. 2. Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) УХЛ2

Как подключить в сеть трансформатор напряжения

Если в цепи переменного тока напряжение выше 220 В, необходимо использовать трансформаторы напряжения. Способ подключения устройства будет зависеть от конструкции трансформатора. Так, на линейное напряжение подключается однофазный незаземляемый трансформатор в трехфазной сети, как показано на рис. 3, а на фазное – заземляемый.

Рис. 3. Схема включения трансформатора напряжения в сеть, где U₁ – междуфазное (линейное) напряжение первичной обмотки 1; U₂ – напряжение вторичной обмотки 2; 3 – магнитопровод трансформатора; F – предохранители трансформатора; A, X и а, х – выводы первичной и вторичной обмотки соответственно (вывод «х» необходимо заземлить); w₁ и w₂ – количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно; V – вольтметр; W – ваттметр; KV – реле напряжения (устройство защиты)

Принцип работы

Принцип работы всех трансформаторов основан на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток первичной обмотки создаёт изменяющееся во времени магнитное поле.
• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

От внешнего источника на первичную обмотку подается напряжение. По ней же протекает переменный ток I₁ намагничивания. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток за счет электромагнитной индукции, которая создаёт электродвижущую силу (ЭДС) индукции в обмотке. ЭДС индукции во вторичной обмотке приводит к протеканию тока I₂ в ней.

Рис. 4. Условная схема трансформатора

Класс точности измерительных трансформаторов

В реальных трансформаторах преобразование тока сопровождается потерями энергии. Эта энергия расходуется на создание магнитного потока в магнитопроводе, на его нагрев и перемагничивание, а также нагрев проводов обмоток и вторичной цепи. Это создает погрешности в работе трансформаторов.

Класс точности – обобщенная характеристика трансформатора напряжения, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы. Чтобы обозначить класс точности вторичной обмотки, надо знать ее назначение.

Значения классов точности обмоток трансформатора напряжения:

• 0,2, 0,5, 1, 3 – для измерений,
• 3Р, 6Р – для защиты.

Конструкция измерительных трансформаторов напряжения

Активная часть

Основной узел трансформаторов тока и напряжения – это сборка медных обмоток и магнитопровода. Технические параметры будущего трансформатора будут зависеть именно от нее. В активную часть устройств входят также литая изоляция, различные контакты и втулки, картонные прокладки и шайбы и т.п.

Магнитопровод

В трансформаторах напряжения применяются С-образные ленточные магнитопроводы рис. 5, которые получаются путем распила овальных магнитопроводов на две части.

Рис. 5. Магнитопровод трансформатора напряжения

Первичная и вторичная обмотки трансформатора напряжения

Они мотаются концентрически друг на друга, сначала вторичные, затем первичная. Обмотки трансформаторов напряжения изолируются друг от друга прокладками из электроизоляционного картона. Первичная обмотка состоит из нескольких тысяч витков тонкого провода диаметром 0,14-0,16 мм, намотанных виток к витку слой за слоем. Межслоевая изоляция – пленка.

Сборка заливочной формы

Готовая активная часть устанавливается в заливочную форму, для дальнейшего залития компаундом. Компаунд представляет собой смесь нескольких веществ: эпоксидная смола, отвердитель, ускоритель, пластификатор и кварцевый песок, смешанных в нужных пропорциях. Готовый компаунд обладает отличными электроизоляционными и механическими свойствами. Является корпусом трансформатора.

Проверяется выполнение всех изоляционных расстояний. Собираются оставшиеся элементы заливочной формы (установочные втулки, заглушки). Форма отправляется на заливку, а затем в печь для дальнейшей полимеризации – процесс образования литой изоляции.

Конструктивные и технологические особенности

К конструктивным и технологическим особенностям измерительных трансформаторов напряжения относится:

1. Изготовление трансформаторов напряжения со съемным предохранительным устройством, которое не имеет аналогов в мире, а его действие основывается на электромагнитном принципе действия СПУЭ, собственного производства, на стороне высокого напряжения.
2. Возможность изготовления трансформатора напряжения с тремя вторичными обмотками. Переключаемые трансформаторы напряжения – возможность переключения номинального первичного напряжения. Являются аналогами зарубежных производителей, не имеют аналогов в России.
3. Применение глубокой вакуумизации исключает воздушные включения и раковины в литой изоляции. Влияет на надежность конструкции и срок службы трансформаторов.
4. Применение магнитопроводов различной формы, для возможности изготовлений трансформаторов необходимых габаритов по требованию заказчика.

Применяемые материалы и изделия

Группа СВЭЛ очень трепетно относится к выбору поставщиков и материалов, так как от их качества зависит надежность трансформаторов и сроки поставки готовой продукции. Материал первичной и вторичных обмоток измерительных трансформаторов – медь, обеспечивающая минимальные активные потери в трансформаторе. Детали для основных узлов измерительных трансформаторов с ростом и возможностью собственного производства изготавливаются на площадках группы СВЭЛ, что позволяет снижать себестоимость и быть конкурентоспособными на рынке трансформаторостроения.

Реализация защиты трансформатора

Высококачественная литая изоляция без воздушных включений и строгое соблюдение всех изоляционных расстояний при сборке активной части в заливочную форму, применение качественных электроизоляционных материалов гарантирует долгосрочную службу и повышенную надежность устройств производства СВЭЛ-ИТ.

На трансформаторах напряжения на первичную обмотку устанавливается защитный экран, который защищает трансформатор при перенапряжениях в результате грозовых импульсов. Конструкция трансформаторов напряжения СВЭЛ антиферрорезонансная. Феррорезонанс – это неблагоприятные явления в сети, термически разрушающие первичную обмотку. Как правило, однофазные замыкания на землю дают такой результат. Возникновение феррорезонанса зависит от параметров сети, когда емкости и индуктивности при определенных условиях уравниваю друг друга. Емкость — это параметр сети. Один из основных параметров трансформатора – индуктивность. Из-за насыщения магнитопровода имеет нельнейный характер. Чтобы бороться с феррорезанансом, мы используем заниженную индукцию в нашем трансформаторе. Устройство не уходит в насыщение в случае короткого замыкания, индуктивность при этом линейная, и феррорезонанс не возникает. А при возникновении гасится потерями в резисторах, которые мы рекомендуем устанавливать.

«Ноу хау» нашей компании — съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия (СПУЭ) рис. 6. Устанавливается на устройства типа ЗНОЛ-СВЭЛ-6(10). По назначению аналогичен предохранителям с плавкой вставкой (перегорающий проводник), однако преимуществом его использования – удобство в эксплуатации и возможность многоразового использования.

Рис. 6. Съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия

Классификация трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения делятся по следующим признакам согласно ГОСТ 1983-2001:

1. По категории размещения и климатическому исполнению.
2. По виду изоляции.
3. По принципу действия.
4. По количеству фаз: однофазные или трехфазные.
5. По особенностям конструктивного исполнения.
6. По числу ступеней трансформации.
7. По наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки.
8. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.

Категория размещения и климатическое исполнение по ГОСТ 15150

Буквенная часть категории размещения обозначает климатическую зону:

У — умеренный климат;
ХЛ — холодный климат;
УХЛ — умеренный и холодный климат;
Т — тропический климат;
М — морской умеренно-холодный климат;
О — общеклиматическое исполнение (кроме морского);
ОМ — общеклиматическое морское исполнение;
В — всеклиматическое исполнение.

Категория размещения (цифровая часть, которая следует за буквенной):

1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации, атмосферных осадков;
3 — в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4 — в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление);
5 — в помещениях с повышенной влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Основные параметры трансформаторов напряжения согласно ГОСТ 1983-2001:

Название параметра	Обозначение
Класс точности	0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 3Р; 6Р
Номинальное напряжение первичной обмотки U1ном, кВ	3; 3√3; 6; 6/3 и т.п.
Номинальное напряжение вторичной основной обмотки U2ном, кВ	100;100/√3
Номинальное напряжение вторичной дополнительной обмотки U2доп, ВА	100; 100/3
Номинальная мощность (нагрузка) основной (дополнительной) обмотки Sном (Sдоп), ВА	10; 15; 20; 25; 30; 45; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200
Предельная мощность вне класса точности Smax, ВА	160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500
Номинальная частота сети f, Гц	50, 60

Взаимосвязь технических характеристик и конструктивных особенностей.

Габариты и материал магнитопровода трансформаторов напряжения заданы изначально. Поэтому почти все параметры устройства являются постоянными. Это отличает трансформаторы напряжения от трансформаторов тока.

Номинальные первичные и вторичные напряжения указаны в ГОСТ 1983-2001. Это важно: при указании фазных напряжений (в случае ЗНОЛ) необходимо деление на корень из трех. При указании линейного напряжения (НОЛ или 3хЗНОЛ) это не требуется.

Номинальная мощность и класс точности напрямую определяют друг друга: чем больше мощность, тем больше погрешность в устройстве, а значит ниже класс точности.

Предельная мощность так же задана и определяется сечением провода вторичной обмотки. При указании параметров трехфазной группы 3хЗНОЛ значения номинальной и предельной мощности следует умножить на 3.

Структура условного обозначения трансформаторов напряжения

Таблица 1 – Условное обозначение типов трансформаторов по различным признакам
Конструктивное исполнение	Условное обозначение
Заземляемый	З
Незаземляемый	—
Однофазный	О
Трехфазный	Т
Электромагнитный	—
Электромагнитный каскадный	К
С емкостным делителем	ДЕ
Двухобмоточный	—
Трехобмоточный	—
С дополнительной обмоткой для контроля изоляции сети	И
С компенсационной обмоткой	К
Защищенное исполнение	З
Водозащищенное исполнение	В
Герметичное исполнение	Г
С встроенным предохранителем	П
Антиферрорезонансная конструкция	А

Таблица 2 – Условное обозначение типа трансформатора по виду изоляции
Вид изоляции	Условное обозначение
Воздушно-бумажная	С
Литая	Л
Битумный компаунд	К
С фарфоровой покрышкой	Ф
Масляная	М
Газовая	Г

Например: ЗНОЛП – СВЭЛ – 10 – УХЛ 2

Номенклатура измерительных трансформаторов напряжения «СВЭЛ»

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10	1ЭТ.752.001	Однофазный трансформатор напряжения с заземляемым выводом первичной обмотки. Класс напряжения – 10 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-20	1ЭТ.752.004	Однофазный. Класс напряжения – 20 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-35 + ЗНОЛ-СВЭЛ-35 (III)	1ЭТ.752.005 + 1ЭТ.752.011	Однофазный. Класс напряжения – 35 кВ.
3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10	1ЭТ.753.001	Трехфазная антирезонансная группа. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-10	1ЭТ.752.002	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-20	1ЭТ.752.006	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 20 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-35	1ЭТ.752.007	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 35 кВ,

НОЛ-СВЭЛ-6(10)

НОЛ-СВЭЛ-6(10) – незаземляемый двухполюсный двухобмоточный трансформатор напряжения. Номинальное напряжение первичной обмотки составляет 6 или 10 кВ. Климатическое исполнение возможно в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Устройство устанавливается в комплектном распределительном устройстве и служит для измерения параметров электрической сети. Трансформатор может применяться как силовое устройство без указания гарантированного класса точности. Мы можем предложить исполнение трансформатора с нестандартной нагрузкой по вашему заказу (см. каталог). Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение 1/1-0.

Рис. 7. Трансформатор напряжения НОЛ-СВЭЛ-10

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35)

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35) – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения. Изготавливается со стандартным номинальным напряжением 6/√3, 10/√3, 35/√3 кВ. в климатическом исполнении в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Основная вторичная обмотка (звезда с нулем) предназначена для измерения, а для контроля изоляции сети – дополнительная (разомкнутый треугольник). По вашему заказу мы можем изготовить устройство с 2 основными вторичными обмотками: первая — класса 0,2 для коммерческого учета и вторая — класса 0,5 для технического учета. Группа СВЭЛ производит трансформаторы с переключением первичного напряжения (отпайки во вторичной обмотке), т.е. номинальное напряжение (6/√3)-(10/√3) кВ в зависит от подключения к панели контактов. Группа СВЭЛ изготовит по вашему заказу не имеющее аналогов оборудование с предохранителем СПУЭ, разработанным на нашем предприятии. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение: 1/1/1-0-0, или 1/1/1/1-0-0-0 (для четырех обмоточных трансформаторов).

Рис. 8. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-10

Рис. 9. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-35

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения (Рис. 10). Имеет класс напряжения 35 кВ и климатическое исполнение в двух вариантах: УХЛ 1 или Т по ГОСТ 15150-69. То есть это устройство наружного (уличного) исполнения. Оно используется на открытых распределительных устройствах.

Рис. 10. Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10)

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10) – 3-фазная антиферрорезонансная группа трансформаторов напряжения. Устойчива к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в случае замыкания одной из фаз сети на землю. Возможно климатическое исполнение: УХЛ 2 или Т. Устройство имеет номинальное напряжение 6 или 10 кВ. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение Y/Y/п-0, когда дополнительные вторичные обмотки трансформаторов соединяются в открытый треугольник.

Также есть группа трансформаторов 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) со СПУЭ уменьшенных габаритов внутри литого корпуса трансформатора (Рис. 11).

Рис. 11. Трехфазная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-10

Габаритный чертеж

Габаритный чертеж – документ, содержащий изображение изделия (трансформатора) с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Для этого необходимо знать наибольшие длину, высоту и ширину трансформатора, то есть габаритный размер.

Для определения установочных и присоединительных размеров потребуются значения расстояния между отверстиями крепления, диаметров отверстий под болты, присоединительные размеры резьбы и другие данные, позволяющие измерить величины элементов. Это поможет установить трансформатор или присоединить его к другому оборудованию.

По габаритным чертежам не изготавливают изделия, в них не отражены данные для изготовления и сборки. Он максимально прост и только схематично указывает на характеристики устройства.

Чтобы присоединить трансформатор к другому устройству. Нужно обозначить установочные и присоединительные размеры с предельными отклонениями.

Техническая спецификация

Спецификация — перечисление специфических особенностей чего-либо, необходимый набор параметров и требований к конкретному объекту.

Техническая спецификация (ТС) на измерительные трансформаторы является частью договора поставки оборудования. Ошибки в этом документе недопустимы и могут привести к несоответствию запрашиваемой и произведенной продукции. Следует крайне внимательно отнестись к заполнению всех технических характеристик.

Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) (Рис. 12) хорошо иллюстрирует схемы соединения устройств. Условно обозначается следующим образом — Как видно из схемы, первичная и основная вторичная обмотки соединяются по схеме звезда с нейтралью, а дополнительная вторичная соединяется по схеме открытого треугольника.

Рис. 12. Принципиальная схема соединения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10)

Нормативная документация

Технические условия

Технические условия (ТУ) — это документ, устанавливающий технические требования, которым должны удовлетворять конкретное изделие, материал, вещество и пр. или их группа. Кроме того, в них должны быть указаны процедуры, с помощью которых можно установить, соблюдены ли данные требования.

Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта конструкторской или другой технической документации на продукцию.

Требования, установленные техническими условиями, не должны противоречить обязательным требованиям государственных или межгосударственных стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

Руководство по эксплуатации

Руководство по эксплуатации входит в состав конструкторской документации на готовое изделие (трансформатор).

Руководство по эксплуатации предназначено для двух видов деятельности:

• целевое применение трансформатора;
• техническое обслуживание трансформатора.

Задача руководства по эксплуатации — обеспечить необходимой технической информацией, как для применения, так и для обслуживания оборудования.

В руководстве по эксплуатации оборудования должны быть описаны:

Описание и работа оборудования; эксплуатация оборудования; поверка оборудования; техническое обслуживание; хранение оборудования; транспортирование оборудования и другое.

Фактически, это разделы руководства по эксплуатации.

Испытания измерительных трансформаторов напряжения

Любой трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ. Чтобы это подтвердить, проводят испытания. следует проводить испытания: для утверждения типа, на соответствие утвержденному типу, квалификационные, приемосдаточные, периодические, типовые. Самые основные описаны ниже.

Квалификационные испытания проводятся для нового типа оборудования. Данные испытания включают в себя весь перечень испытания согласно требованиям ГОСТ.

Типовым испытаниям должен быть подвергнут каждый новый тип электрооборудования. Так же типовые испытания проводят при изменении конструкции, применяемых материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать влияние на характеристики или параметры трансформаторов. В отличии от квалификационных, в типовые входят только те испытания, на которые могли бы повлиять изменения конструкции и т.п.

Приемосдаточные испытания проводятся для каждого трансформатора службой технического контроля или другой уполномоченной на это службой предприятия-изготовителя. СВЭЛ имеет собственную лицензированную испытательную станцию, которая может осуществлять весь перечень необходимых приемосдаточных испытаний, таких как: испытание электрической прочности изоляции; измерением тока холостого хода для ТН; проверка полярности; метрологические испытания на соответствие заявленному классу точности и т.п. Испытания на уровень частичных разрядов допускается не проводить для трансформаторов с изоляцией уровня «б».

Сертификаты

Чтобы сертифицировать средства измерений (СИ), их проверяют на безопасность, отслеживают электромагнитную совместимость, а тип устройства вносят в соответствующий государственный реестр. Исходя из этого, необходимо получить два сертификата соответствия для большинства средств измерения:

• сертификат утверждения типа средств измерения;
• сертификат соответствия в системе обязательной сертификации ГОСТ Р или декларации о соответствии ГОСТ Р.

Свидетельство об утверждении типа удостоверяет, что устройство прошло требуемые для данного типа испытания образцов, показало положительные результаты, тип устройства средства измерений был утвержден, прошел официальную государственную регистрацию в соответствующем реестре, ему присвоен уникальный регистрационный номер в реестре, СИ разрешено к использованию для измерений на территории РФ.

Измерительные трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты и автоматики

О том, как токи огромных величин высоковольтного оборудования энергетики моделируются с большой точностью для безопасного использования в цепях РЗА написано в этой статье — Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики. Здесь же рассказывается о способах преобразования напряжений величиной в десятки и сотни киловольт для управления работой устройств релейных защит и автоматики на основе двух принципов:

1. трансформации электроэнергии;

2. емкостного разделения. Первый способ позволяет более точно отображать вектора первичных величин и за счет этого широко распространен. Второй метод используется для контроля определенной фазы напряжения сети 110 кВ схем с обходной системой шин и в некоторых других случаях. Но, за последнее время он находит все большее применение. Как изготовлены и работают измерительные трансформаторы напряжения Основное принципиальное отличие измерительных трансформаторов напряжения (ТН) от трансформаторов тока (ТТ) состоит в том, что они, как и все силовые модели, рассчитаны на обычную работу без закороченной вторичной обмотки. В то же время, если силовые трансформаторы предназначены для передачи транспортируемой мощности с минимальными потерями, то измерительные трансформаторы напряжения конструируются с целью высокоточного повторения в масштабе векторов первичного напряжения. Принципы работы и устройства Конструкцию трансформатора напряжения, как и трансформатора тока, можно представить магнитопроводом с намотанными вокруг него двумя обмотками:

• первичной;
• вторичной.

Специальные сорта стали для магнитопровода, а также металл их обмоток и слой изоляции подбираются для максимально точного преобразования напряжения с наименьшими потерями. Число витков первичной и вторичной катушек рассчитывается таким образом, чтобы номинальное значение высоковольтного линейного напряжения сети, подаваемое на первичную обмотку, всегда воспроизводилось вторичной величиной 100 вольт с тем же направлением вектора для систем, собранных с заземленной нейтралью. Если же первичная схема передачи энергии создана с изолированной нейтралью, то на выходе измерительной обмотки будет присутствовать 100/√3 вольт. Для создания разных способов моделирования первичных напряжений на магнитопроводе может располагаться не одна, а несколько вторичных обмоток. Схемы включения ТН Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

• проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
• шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

Важным элементом безопасности измерительных трансформаторов напряжения является заземление их корпуса и вторичной обмотки. На него обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование. Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

1. Силовое оборудование

Пример подключения измерительного трансформатора напряжения в сети 110 киловольт показан на фотографии. Здесь выделено, что силовой провод каждой фазы подключен ответвлением к выводу первичной обмотки своего трансформатора, размещенного на общей заземленной железобетонной опоре, поднятой на безопасную для электротехнического персонала высоту. Корпус каждого измерительного ТН со вторым выводом первичной обмотки заземляется прямо на этой платформе. Вывода вторичных обмоток собраны в клеммной коробке, расположенной в нижней части каждого ТН. К ним подключаются провода кабелей, собираемых в распределительном силовом ящике, расположенном рядом на высоте, удобной для обслуживания с земли. В нем не только осуществляется коммутация схемы, но и устанавливаются автоматические выключатели вторичных цепей напряжения и рубильники или блоки для выполнения оперативных переключений и проведения безопасного обслуживания оборудования. Собранные здесь шинки напряжения подводятся к устройствам релейных защит и автоматики специальным силовым кабелем, к которому предъявляются повышенные требования по снижению потерь напряжения. Кабельные трассы измерительных ТН также защищаются металлическими коробами или железобетонными плитами от случайного механического повреждения, как и ТТ. Еще один вариант подключения измерительного трансформатора напряжения типа НАМИ, размещенного в ячейке сети 10 кВ, показан на картинке ниже. Трансформатор напряжения на стороне высоковольтного напряжения защищается стеклянными предохранителями в каждой фазе и может отделяться приводом с ручным управлением от силовой схемы для выполнения эксплуатационных проверок. Каждая фаза первичной сети подключается на соответствующий ввод силовой обмотки. Провода вторичных цепей выводятся отдельным кабелем к своему клеммнику. 2. Вторичные обмотки и их цепи Простая схема включения одного трансформатора на линейное напряжение силовой схемы показана ниже. Эта конструкция может встретиться в цепях до 10 кВ включительно. Она на каждой стороне имеет защиту предохранителями соответствующих номиналов. В сети 110 кВ подобный трансформатор напряжения может устанавливаться на одну фазу обходной системы шин для обеспечения контроля синхронизма цепей подключаемого присоединения и ОСШ. На вторичной стороне используются две обмотки: основная и дополнительная, обеспечивающие выполнение синхронного режима при управлении выключателями с блочного щита. Для включения трансформатора напряжения на две фазы обходной системы шин при управлении выключателями с главного щита применяется следующая схема. Здесь ко вторичному вектору «кф», образованному предыдущей схемой, добавляется вектор «ик». Следующая схема получила название «открытого треугольника» или неполной звезды. Она позволяет смоделировать систему из двух или трех междуфазных напряжений. Наибольшими же возможностями обладает подключение трех трансформаторов напряжения по схеме полной звезды. В этом случае можно получить как все фазные, так и линейные напряжения во вторичных цепях. За счет этой возможности этот вариант используется на всех ответственных подстанциях, а вторичные цепи для таких ТН создаются с двумя видами обмоток, включаемыми по схемам звезды и треугольника. Приведенные схемы включения обмоток являются наиболее типовыми и далеко не единственными. Современные измерительные трансформаторы обладают различными возможностями и под них вводятся определенные корректировки в конструкцию и схему подключения. Классы точности измерительных трансформаторов напряжения Для определения погрешностей при метрологических измерениях ТН руководствуются схемой замещения и векторной диаграммой. Этот довольно сложный технический метод позволяет определить погрешности каждого измерительного ТН по амплитуде и углу отклонения вторичного напряжения от первичного и назначить класс точности для каждого поверяемого трансформатора. Все параметры замеряются при номинальных нагрузках во вторичных цепях, на которые создан ТН. Если их превысить при эксплуатации или поверке, то погрешность выйдет за значение номинальной величины. Измерительным трансформаторам напряжения присваиваются 4 класса точности. Класс №3 используется в моделях, работающих в устройствах РЗА, не требующих высокой точности, например, — для срабатывания элементов сигнализации о возникновении неисправных режимов в схемах питания. Самой высокой точностью 0,2 обладают приборы, используемые для ответственных высокоточных измерений при наладках сложных устройств, проведения испытаний при приемке, настройках автоматики регулирования частоты и других подобных работах. ТН с классами точности 0,5 и 1,0 чаще всего устанавливаются на высоковольтном оборудовании для передачи вторичных напряжений на щитовые приборы, контрольные и расчетные счетчики, релейные комплекты блокировок, защит, синхронизации цепей. Способ емкостного отбора напряжения Принцип этого метода заключается в обратно пропорциональном выделении напряжения на цепочке последовательно включенных обкладок конденсаторов разной емкости. Рассчитав и подобрав номиналы емкостей, включенных последовательно с фазным напряжением шин либо линии Uф1, удается получить на конечном конденсаторе С3 вторичную величину Uф2, которая снимается прямо с емкости или через подключенное для облегчения настроек трансформаторное устройство с регулируемым числом обмоток. Особенности эксплуатации измерительных трансформаторов напряжения и их вторичных цепей Требования к монтажу В целях безопасности все вторичные цепи ТН должны быть защищены автоматическим выключателями типа АП-50 и заземлены медным проводом с сечением не менее 4 мм кв. Если на подстанции используется двойная система шин, то цепи каждого измерительного трансформатора должны подключаться через схему реле повторителей положения разъединителей, которая исключает одновременную подачу напряжения на одно устройство РЗА от разных ТН. Все вторичные цепи от клеммной сборки ТН до устройств РЗА должны выполняться одним силовым кабелем так, чтобы сумма токов всех жил была равна нулю. Для этого запрещено:

• отдельно выводить шинки «В» и «К» и объединять их для совместного заземления;
• подключать шинку «В» к устройствам синхронизации через контакты ключей, переключателей, реле;
• переключать шинку «В» на счетчиках контактами РПР.

Оперативные переключения

Все работы с действующим оборудованием производятся специально подготовленным для этого персоналом под контролем должностных лиц и по бланкам переключений. Для этого в цепях трансформаторов напряжения установлены рубильники, предохранители, автоматические выключатели.

При выводе из работы определенного участка цепей напряжения обязательно указывается способ проверки выполненного мероприятия.

Периодическое техническое обслуживание

Вторичные и первичные цепи трансформаторов при эксплуатации подвергаются разным срокам проверок, которые привязаны ко времени, прошедшему после ввода устройства в эксплуатацию и включают в себя различный объем выполнения электротехнических замеров и чисток оборудования специально обученным ремонтным персоналом.

Основная неисправность, которая может проявиться в цепях напряжения при их эксплуатации — возникновение токов коротких замыканий между обмотками. Чаще всего это происходит при невнимательной работе специалистов электриков в действующих цепях напряжения.

При случайном закорачивании обмоток отключаются защитные автоматические выключатели, расположенные в клеммном ящике на измерительном ТН, и пропадают цепи напряжения, питающие реле мощности, комплекты блокировок, синхронизма, дистанционные защиты и другие устройства.

В этом случае возможно ложное срабатывание действующих защит или отказ их работы при возникновении неисправностей в первичной схеме. Такие замыкания необходимо не только быстро устранять, но и включать все автоматически отключенные устройства.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения являются обязательным элементом на любой электрической подстанции. Они необходимы для надежной работы устройств релейной защиты и автоматики.