В релейной защите измерительные трансформаторы напряжения предназначены:
Для передачи информации о величине напряжения на защищаемом элементе электрической сети в измерительные органы РЗ;
Для понижения первичного напряжения сети до величин, приемлемых для нормального функционирования цепей напряжения измерительных органов устройств РЗ;
Для изолирования низковольтных цепей устройств РЗ от высоковольтных цепей защищаемых элементов.
Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) имеют ряд исполнений, основными из которых являются:
Электромагнитные ТН;
- ёмкостные ТН;
Измерительные ТН каскадного типа.
Электромагнитные ТН по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам. Трансформатор напряжения состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух обмоток – первичной W 1 и вторичной W 2 , изолированных друг от друга и от магнитопровода. Сердечник ТН набирается из тонких пластин трансформаторной стали. Первичная обмотка W 1 имеет большое число витков (несколько тысяч). Вторичная обмотка W 2 имеет значительно меньшее число витков. К первичной обмотке ТН подводится измеряемое (контролируемое) фазное или междуфазное напряжение U 1 от защищаемого элемента. Вторичное напряжение U 2 , пропорциональное первичному, подаётся в устройство РЗ или на измерительные приборы (вольтметры, ваттметры).
Первичная обмотка W 1 включается непосредственно в сеть высокого напряжения. На станциях и подстанциях трансформатор напряжения своей первичной обмоткой (W 1) подключается к шинам подстанции (станции) или к иным тоководам. Ко вторичной обмотке W 2 трансформатора напряжения подключается сеть низкого переменного напряжения, с помощью которой вторичное напряжение U 2 подаётся на входные зажимы различных реле.
Под действием напряжения сети U 1 по первичной обмотке ТН проходит ток I 1 , создающий в сердечнике магнитный поток Ф 1 . Поток Ф 1 , пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС Е 2 . При
Рисунок 1.1 Общее устройство и схема включения измерительного ТН. Маркировка вводов однофазного двухобмоточного ТН
разомкнутой вторичной цепи (режим работы ТН – холостой ход) значение напряжения на зажимах ах U 2 xx равно значению ЭДС Е 2 . В свою очередь, действующее значение ЭДС Е 2 определяют по формуле
, (1.1)
где - магнитный поток намагничивания сердечника в случае холостого хода, когда I 2 = 0, .
Врежиме ХХ значение первичного токаI 1 , а следовательно и Ф 1 , ограничивается полным сопротивлением первичной обмотки Z 1 . Поскольку число витков первичной обмотки велико, то активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки ТН также велики. Полное сопротивление Z 1 первичной обмотки определяется из треугольника сопротивлений.
(1.2)
Из сказанного выше можно сделать вывод: трансформатор напряжения, работающий в режиме ХХ, не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.
В нагрузочном режиме, когда ко вторичной обмотке ТН подключены реле и протекает ток I 2 , в сердечнике возникает магнитный поток Ф 2 , пропорциональный току I 2 и встречный потоку Ф 1 . В установившемся режиме (при наличии нагрузки) в результате геометрического сложения потоков Ф 1 и Ф 2 в сердечнике ТН устанавливается единый магнитный поток намагничивания Ф нам. В нагрузочном режиме значение тока I 1 несколько больше, чем в режиме ХХ. Однако, и в этом режиме (когда к ТН подключены реле) трансформатор напряжения не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.
В режиме ХХ напряжение U 2хх во столько раз меньше первичного, во сколько раз число витков первичной обмотки больше числа витков вторичной обмотки, т.е.
Отношение чисел витков первичной и вторичной обмоток называется витковым коэффициентом трансформации
Учитывая последнее выражение, можно записать:
Если ко вторичной обмотке ТН подключены реле и (или) измерительные приборы, то напряжение на её зажимах ах U 2 будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Это падение напряжения невелико, и в расчётах не учитывается. Поэтому принимают
(1.6)
На сегодняшний день правительство проводит и придерживается политики энергосбережения. Теперь каждый пользователь обязательно должен вести учет всей потребляемой энергии. Существующие приборы учета электричества просто не могут работать с высоким напряжением. Поэтому здесь вам на помощь придут устройства, которые могут преобразовывать электричество с высокого напряжения в низкое. Эти устройства называются измерительные трансформаторы.
Измерительные трансформаторы тока
Измерительные трансформаторы тока способны изолировать цепь электрических приборов от высокого напряжения к низкому. Их конструкция значительно упрощается, так как они могут работать с меньшим напряжением и током. Измерительные трансформаторы также способны преобразовывать большое напряжение в ток незначительной величины. Благодаря этому у пользователей появляется возможность применять стандартные измерительные приборы для замера тока.
По своей конструкции измерительные трансформаторы могут быть нескольких видов. К основным видам относят:
- Встроенный – это устройство, у которого вместо первичной обмотки имеется ввод электричества.
- Опорный – это прибор, который устанавливается на опоре.
- Проходной – это трансформатор, который используется в качестве входа.
- Шинный – это прибор, которому первичной обмоткой служит одна или несколько шин.
- Разъемный – устройство, цепь которого будет размыкаться, и замыкаться вокруг проводника.
- Трансформатор Тесла.
Измерительный трансформатор напряжения может иметь следующие основные показатели:
- Показатель коэффициента трансформации.
- Диапазон рабочей частоты.
- Класс точности измерения трансформаторов.
- Максимальный первичный ток.
- Значения погрешности.
Отличия измерительных трансформаторов от других приборов
Измерительные трансформаторы значительно отличаются от других приборов. измерительного может немного отличаться от других устройств. Основное отличие заключается в том, что он включается первичной обмоткой в измеряемую цепь. Вторичная обмотка полностью будет пропорциональна первичному току, который будет измеряться. Обычно вторичную обмотку в этих приорах рассчитывают под ток в 5 А. К ней могут подключаться:
- Амперметры.
- Ваттметры.
Также достаточно часто измерительные трансформаторы используются в качестве релейной защиты. Релейная защита предназначается для защиты электрических систем от короткого замыкания. Информация о повышении напряжения поступает от измерительного трансформатора и реле.
Во вторичную обмотку измерительных трансформаторов достаточно легко можно подключить несколько разных приборов. Их ограничение будет зависеть от величины общего сопротивления. Это число не должно превышать 2 Ома. Если это число будет выше, тогда значительно может снизиться точность измерения. Даже незначительное увеличение сопротивления может привести к изменению класса точности. При размыкании вторичной цепи у вас также возрастет ЭДС на конце обмотки. Если ЭДС возрастет, тогда может произойти пробой изоляции. При размыкании электрической сети ток будет равным нулю. В первичной обмотке он меняться не будет, а во вторичной обмотке это может привести к увеличению ЭДС.
Как правило, в трехфазных сетях измерительные трансформаторы можно устанавливать как в двух, так и в трех фазах. Если вы его установите в двух фазах, тогда вторичная обмотка будет соединена в виде «неполной звезды». Если напряжение сети будет составлять выше 35 кВт, тогда измерительные трансформаторы тока будут установлены во всех трех фазах. Если трансформаторы использовать для дифференциальной защиты, тогда вторичную обмотку необходимо соединить в виде «треугольника».
Измерительные трансформаторы напряжения.
а)Общие сведения и схемы соединения
Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/Ö3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а ко вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик.
Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения:
1- первичная обмотка;
2- магнитопровод;
3- вторичная обмотка; Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:
где U1ном, U2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.
Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения
´100
Так же как и трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 1800. Это определяет угловую погрешность.
В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.
Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.
Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле,
подключенных ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.
В зависимости от назначения могут применятся ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2,б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y0/Y0, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.
Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.
б) 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/Ö3 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 немагнитний стали.
На рисунке 3 показана установка такого трансформатора в комплектном токопроводе. Трансформатор с помощью ножевого контакта 3, расположенного на вводеВН, присоединяется к пружинящим контактам, закреплённым на токопроводе1, закрытом экраном 2. К патрубку 5 со смотровыми люками 4 болтами 6 прикреплена крышка трансформатора. Таким образом, ввод ВН трансформатора находится в закрытом отростке экрана токопровода. Зажимы обмоток НН выведены на боковую стенку бака и закрываются отдельным кожухом.
Трехфазные масляные трансформаторы типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод и три обмотки, соединенные по схеме, показанной на рисунке 2, в. Такие трансформаторы предназначены для присоединения приборов контроля изоляции.
Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения ЗНОЛ-06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10,15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны. Трансформаторы ЗНОЛ-06 предназначены для установки в КРУ и комплектных токопроводах вместо масляных трансформаторов НТМИ и ЗНОМ, а трансформаторы серии НОЛ.08 – для замены НОМ-6 и НОМ-10.
На рис. 5. показан однофазный двухобмоточный трансформатор с незаземленными выводами типа НОЛ.08-6 на 6 кВ. Трансформатор представляет собой литой блок, в который залиты обмотки и магнитопровод. Выводы первичной обмотки А,Х, выводы вторичной обмотки расположены Рис. 5. 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 магнитопрводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис.6) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанные на Uф/2.
Т.к. общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом Uф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на Uф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распоределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом. Трансформаторы напряжения (TV) на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на Uф/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.
К измерительным трансформаторам, устанавливаемым в РУ всех напряжений ПС, относятся трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН). Эти трансформаторы предназначены для питания вторичных цепей ПС, к которым подключаются приборы контроля, учета, релейной защиты и автоматики (РЗА).
Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования первичного тока (тока основной сети) до значения, которое будет соответствовать номинальным значениям тока приборов и аппаратов вторичных цепей, т.е. служат для питания цепей измерения, автоматики, сигнализации и защиты в электрических установках переменного тока. Его первичная обмотка подключается последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичная обмотка надежно изолируется от первичной, находящейся под высоким напряжением. Это гарантирует безопасность обслуживания вторичных цепей и подключаемых к ним приборов.
Рабочий режим ТТ близок к режиму короткого замыкания во вторичной цепи. Поэтому сопротивление токовых обмоток подключаемых приборов должно быть невелико, а размыкание вторичной обмотки не допускается, поскольку приводит к прекращению размагничивающего действия вторичного тока. Магнитный поток в сердечнике ТТ при этом будет формироваться током первичной обмотки, что приведет к его резкому увеличению и, соответственно, к росту активных потерь в стали и ее перегреву («пожару в сердечнике»). Это может привести к обгоранию изоляции и повреждению ТТ. Кроме того увеличение магнитного потока может дать наведение во вторичной обмотке значительной ЭДС, т.е. напряжение на вторичной обмотке может увеличиться до нескольких киловольт, что неприемлемо для изоляции вторичных цепей, а также опасно для обслуживающего персонала. Поэтому в случае необходимости выполнения переключений во вторичных цепях ТТ, предварительно должна устанавливаться шунтирующая перемычка между зажимами вторичной обмотки.
По принципу конструкции различают ТТ: опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные. По числу витков первичной обмотки различают одновитковые и многовитковые ТТ. Одновитковые в свою очередь подразделяются на стержневые, шинные и встроенные ТТ. Стержневые применяются для напряжений 6 – 10 – 35 кВ для подключения щитовых измерительных приборов и цепей защиты. Цепи учета не подключаются, т.к. погрешность этих ТТ не соответствует классу точности 0,5. Встроенные ТТ устанавливаются во вводах 35 кВ и выше силовых трансформаторов. Служат для подключения цепей релейных защит (дифференциальная защита трансформаторов не подключается). Шинные ТТ изготавливаются на токи до 24 кА, в качестве первичной обмотки служит шина или пакет шин, поэтому не имеют контактных присоединений. На рисунке 2.1 представлен внешний вид некоторых ТТ.
Номинальным первичным током ТТ является ток, на который он рассчитан. Номинальным вторичным током является ток, соответствующий току приборов и устройств, присоединяемых к вторичной обмотке ТТ. как правило, это токи 1, 2 и 5А. Значения номинальных токов ТТ приведены в табл.3.2. Номинальный коэффициент трансформации ТТ – это отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному:
Таблица 3.2 – Параметры трансформаторов тока
Отношение числа витков вторичной и первичной обмоток ТТ принимают несколько меньше номинального коэффициента трансформации:
n тт = w 2 / w 1 < К тт ном
это позволяет компенсировать ток намагничивания и повысить точность измерения. Токовая погрешность определяется по выражению, %
(3.7)
Класс точности ТТ соответствует предельной токовой погрешности при первичном токе, равном 100-120% номинального.
Соответствующие значения номинальной вторичной нагрузки Z 2ном, определяют по формуле
(3.8)
где R и Х – суммарные активное и индуктивное сопротивления проводов, контактов и приборов, включенных в цепь вторичной обмотки. Величины Z 2 или S 2ном для ТТ задаються паспортными данными для обмоток соответствующего класса точности.
В зависимости от вида вторичной нагрузки предъявляются различные требования к классу точности ТТ:
0,1 и 0,2 используются для лабораторных ТТ при необходимости выполнения точных измерений;
0,2S и 0,5S – для коммерческого учета (устанавливаются по согласованию сторон);
0,2, 0,5– для технического учета, 1, 3, 5 - для щитовых приборов;
5, 10З; 5Р, 10Р – для подключения устройств РЗА.
ТТ характеризуются также динамической и термической стойкостью.
Коэффициент динамической стойкости К дин = i дин. /(√2·I 1ном), где i дин. – ток динамической стойкости, кА, который должен быть больше расчетного ударного тока i уд.
. К дин √2·I 1ном ≥ i уд (3.9)
По термической стойкости
где В – интеграл Джоуля (см. раздел 1.4).
В зависимости от схем подключения измерительных приборов и устройств РЗА трансформаторы тока могут устанавливаться в одной, двух или трех фазах присоединения.
Измерительный трансформатор напряжения (ТН) – это трансформатор, предназначенный для преобразования первичного напряжения до величины, удобной для измерения и подключения средств защиты и автоматики. В трехфазной системе должны измеряться:
а) линейные напряжения;
б) напряжения фаз относительно земли;
в) напряжение нулевой последовательности, которое появляется в сети при замыкании одной фазы на землю.
По принципу устройства, схеме включения и режиму различают электромагнитные ТН и емкостные делители. Последние используются в сетях 500кВ и выше, которые для СЭС промышленных предприятий не используются. Электромагнитные ТН аналогичны силовым трансформаторам, но мощность их значительно ниже - десятки или сотни ВА. Режим работы ТН близок к режиму холостого хода, поэтому размыкание вторичной обмотки не приводит к опасным последствиям. Включение и отключение ТН производится разъединителями. Для защиты от КЗ во вторичных цепях устанавливают, как правило, автоматические выключатели максимального тока (например, серии АП-50 или ВА с электромагнитным расцепителем).
Номинальные первичные напряжения соответствуют шкале стандартных напряжений. Для однофазных ТН, первичные обмотки которых соединяются в звезду с заземленной нейтралью, в качестве первичных номинальных приняты фазные напряжения сети, например, 35/ или 110/ кВ. Номинальные вторичные напряжения основных вторичных обмоток установлены 100 и 100 В.
Номинальный коэффициент трансформации ТН
(2.8)
Как и для ТТ, n
TH = w 1 / w 2 отличается от 
. Первичное напряжение определяют как 
· = U
1ном.
ТН изготавливаются в однофазном и трехфазном исполнениях. Трехфазные используются в сетях напряжением до 20 кВ включительно, для контроля состояния изоляции имеют обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник. Схема такого трансформатора представлена на рис. 2.6. При возникновении в сети замыкания фазы на землю (пробой изоляции), в цепи обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник и замкнутой на реле сигнализации появляется ток нулевой последовательности. Реле срабатывает и замыкает контакт в цепи сигнализации.
| + |
| 0 Щ |
| 0 |
Курсовая работа
Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Введение
Измерительные трансформаторы тока
Испытание трансформаторов тока
2 Изменение формы вторичного тока трансформатора тока при возрастании нагрузки
6 Контроль вторичных цепей трансформаторов тока
Порядок изучения трансформатора тока
Измерительные трансформаторы напряжения
Испытание трансформаторов напряжения
2 Контроль состояния изоляции трансформаторов напряжения
Порядок изучения трансформатора напряжения
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ
В энергосистемах и на предприятиях необходим постоянный контроль режимов работы электрооборудования. Такой контроль производится для учёта электроэнергии, для ведения режимов работы электростанций и сетей и для защиты электрооборудования при авариях. С этой целью устанавливаются измерительные трансформаторы тока и напряжения.
1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
1 Назначение и режим работы трансформатора тока
Измерительный трансформатор тока представляет собой аппарат, предназначенный для подключения токовых измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики .
В электроустановках трансформаторы тока выполняют три функции:
) преобразование переменного тока к стандартным значениям 5 А или 1 А;
) изолирование вторичных токовых цепей от высокого напряжения первичной цепи;
) защиту вторичных устройств и персонала от высокого напряжения.
Вторичные токовые цепи трансформаторов тока заземляются в одной точке. Это предотвращает появление высокого напряжения во вторичных цепях при повреждении изоляции.
Трансформатор тока состоит из первичной обмотки 1 и вторичной обмотки 2, которые расположены на магнитопроводе 3 (рис.1.1, а). Обозначения трансформаторов тока приведены на рис.1.1, б и в табл. 1.1 .
Таблица 1.1 Обозначение выводов обмоток трансформатора тока
Первичная обмотка трансформатора тока последовательно включается в силовую цепь. К вторичной обмотке последовательно подключаются амперметры, токовые обмотки варметров, ваттметров, счётчиков активной и реактивной энергии, токовые цепи релейной защиты и автоматики.
Трансформатор тока является источником тока, следовательно, вторичная обмотка выполняется с большим внутренним сопротивлением. Сопротивление приборов, подключённых к вторичной обмотке трансформатора тока должно быть небольшое. Если сопротивление подсоединённых приборов больше допустимой величины, то оно значительно повлияет на величину вторичного тока. Трансформатор тока не будет работать в заданном классе точности.
Остановимся подробно на режиме работы трансформатора тока. Протекающий по первичной обмотке ток I1 создаёт в сердечнике магнитный поток Ф1. Наводимая во вторичной обмотке электродвижущая сила (ЭДС) взаимоиндукции, вызывает ток I2, который создаёт свой магнитный поток Ф2, направленный встречно потоку Ф1. Величина сопротивления вторичной нагрузки небольшая, поэтому потери энергии во вторичной нагрузке незначительны. Следовательно, поток Ф2 немного меньше потока Ф1, а результирующий магнитный поток
Ф0 = Ф1 - Ф2 (1.1)
составляет всего несколько процентов от магнитного потока Ф1. Для такого магнитного потока не требуется магнитопровод большого сечения. Кроме того, в этом случае трансформатор тока обладает незначительным индуктивным сопротивлением, то есть не влияет на величину тока, протекающего в силовой цепи.
При размыкании вторичной обмотки исчезает ток I2, а, следовательно, и поток Ф2.Результирующий поток Ф0 в соответствии с выражением (1.1) возрастает до первичного потока Ф1. Из-за небольшого сечения магнитопровода, выбранного по потоку Ф0, происходит насыщение магнитопровода. Форма магнитного потока из синусоидальной Ф0 (рис. 1.2) становится трапециидальной Ф0ХХ.
Величина напряжения на выводах вторичной обмотки пропорциональна скорости изменения магнитного потока ФО (ФОХХ)
Отсюда при размыкании вторичной обмотки форма напряжения на её выводах становится пикообразной. Значение напряжения на разомкнутой вторичной обмотке при большом рабочем токе может достигать нескольких киловольт.
Запрещается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока под нагрузкой. Высокое напряжение опасно для персонала и, кроме того, может привести к повреждению изоляции трансформатора тока. Из-за насыщения сердечника большим магнитным потоком происходит его перегрев. Повреждение трансформатора тока может вызвать замыкание в первичной цепи. При необходимости произвести переключения в схеме под током предварительно закорачивают вторичную обмотку трансформатора тока.
2 Погрешности трансформатора тока
Коэффициент трансформации трансформатора тока определяется следующим образом. Под воздействием протекающих по обмоткам токов, в первичной обмотке действует магнитодвижущая сила
1 = I1·W1, (1.3)
а во вторичной обмотке -
2 = I2·W2. (1.4)
В случае идеального трансформатора тока при отсутствии потерь энергии в трансформаторе и в нагрузке магнитодвижущие силы F1 и F2 равны между собой. В этом случае
1·W1 = I2·W2, (1.5)
отсюда коэффициент трансформации равен:
На векторной диаграмме (рис.1.3) показаны токи I1 и I0, а также I2ПР., повёрнутый на 1800 и приведённый по величине с учётом коэффициента трансформации к первичному току. Ток намагничивания I0 определяет потери энергии в сердечнике трансформатора тока, то есть его погрешность.
Различают два вида погрешности: а) токовую; б) угловую.
Токовая погрешность - это выраженное в процентах отношение разности между приведённым вторичным током и первичным током к первичному току
Угловая погрешность - это угол? между первичным током I1 и повёрнутым на 1800 вектором I2. Угловая погрешность считается положительной, если вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока.
На величину токовой и угловой погрешности трансформатора тока влияют:
а) материал и размеры сердечника;
б) число первичных ампер-витков;
в) сопротивление вторичной обмотки
г) величина первичного тока.
Качество материала магнитопровода определяется потерями на вихревые токи и гистерезис на единицу объема материала. Качество материала магнитопровода характеризует кривая намагничивания (рис.1.4.а). В точке М магнитная проницаемость µ имеет наибольшее значение. Следовательно, при напряжённости магнитного поля Н, соответствующего точке М, в магнитопроводе будут наименьшие потери и наибольшая точность трансформатора тока. Величина напряжённости магнитного поля зависит от первичного тока I1. Магнитопровод изготавливается из электротехнической холоднокатанной стали, пермаллоя или аморфного железа.
На рис 1.4.б показаны зависимости токовой f и угловой погрешности? от величины первичного тока I1 и вторичной нагрузки Z2.
При возрастании величины вторичной нагрузки (Z2.2 > Z2.1) происходит увеличение токовой и угловой погрешностей.
Способы уменьшения погрешностей:
а) увеличение первичных ампер-витков;
б) увеличение сечения сердечника;
в) уменьшение средней длины магнитопровода;
г) улучшение магнитных свойств сердечника;
д) уменьшение сопротивления вторичной нагрузки;
е) подгонка витков.
Полное уравнение магнитодвижущих сил трансформатора тока имеет вид
1·W1 = I2·W2 + I0·W1. (1.8)
Из этой формулы следует, что
1·W1 > I2·W2. (1.9)
Следовательно, ток I2 необходимо увеличить для корректировки потерь в трансформаторе тока. В трансформаторе тока выполняется приближённое равенство магнитодвижущих сил I1·W1 ? I2·W2. При уменьшении числа витков вторичной обмотки W2 увеличивается вторичный ток I2. Это называется подгонка числа витков трансформатора тока с целью повышения его точности. Токовая и угловая погрешности в отличие от графиков на рис. 1.4, б уменьшаться и будут находиться в допускаемой области погрешностей, показанной на рис. 1.5 . Характерная форма токовой и угловой погрешности показана пунктирной линией.
Классы точности трансформатора тока: 0,2S; 0,2; 0,5S; 0,5; 1; 3; 5Р; 10Р. Как видно из табл. 1.2 , наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока.
Как видно из второго столбца табл. 1.2 трансформаторы тока с классом точности с буквой S имеют нижний предел измерения первичного тока с допускаемой погрешностью 1 % от номинальной величины первичного тока. Трансформаторы тока c классом точности без буквы S имеют нижний предел 5 %. Пределы допускаемых погрешностей трансформатора тока зависят от вторичной нагрузки трансформатора тока и от величины первичного тока.
Таблица 1.2 Пределы допускаемых погрешностей для классов точности 0,2 и 0,5
Класс точностиПервичный ток, % номинального значенияПредел допускаемой погрешностиПредел нагрузки, % номинального значениятоковой, %угловой0,25 20 100-120±0,75 ±0,35 ±0,2±30" ±15" ±10"25-1000,2S1 5 20 100 120±0,75 ±0,35 ±0,2 ±0,2 ±0,2±30" ±15" ±10" ±10" ±10"25-1000,55 20 100-120±1,5 ±0,75 ±0,5±90" ±45" ±30"25-1000,5S1 5 20 100 120±0,15 ±0,75 ±0,5 ±0,5 ±0,5±90" ±45" ±30 ±30" ±30"25-100
Рассмотрим 2 столбец табл. 1.2. В классах точности 0,2S и 0,5S трансформатор тока находится в заданном классе точности 0,2 или 0,5 в интервале первичного тока от 20 % до 120 %. Трансформаторы тока с классами точности 0,2 и 0,5 находятся в заданном классе точности при первичном токе в пределах 100 - 120 %.
Величина вторичной нагрузки трансформатора тока должна быть в пределах от 25 до 100 % номинального значения для работы в классе точности (см. столбец 5 табл. 1.2.).
3 Конструкции трансформаторов тока
Классификация трансформаторов тока :
Род установки:
б) наружный, для установки вне помещения;
в) встроенный (В) устанавливается внутри корпуса силовых трансформаторов или выключателей, внутри экранов токопроводов, в элегазовом оборудовании.
Способ установки:
а) проходной (П), используется для прохождения токоведущей части через перегородки;
б) опорный (О), применяется для крепления токоведущей части, выполняя функцию опорного изолятора.
Конструкция первичной обмотки:
а) одновитковая - шинная (Ш), земляная (З), не -имеющие собственной первичной обмотки, её функцию выполняет шина или трёх жильный кабель;
б) одновитковая - стержневая, с первичной обмоткой в виде прямолинейного стержня;
в) двух витковая, т.е. обмотка состоит из трубы и стержня, которые могут соединяться параллельно или последовательно;
г) многовитковая;
д) звеньевого типа (З), т.е. первичная обмотка состоит из нескольких секций. Секции соединяются последовательно или параллельно;
е) разъёмная (Р);
ё) каскадная (К).
Вид изоляции:
а) с фарфоровой покрышкой (Ф);
б) газонаполненный (Г);
в) литая (Л);
г) маслонаполненный (М);
д) в пластмассовом корпусе (П).
Принцип работы:
а) трансформатор с магнитопроводом;
б) воздушный трансформатор
в) оптический трансформатор.
В трансформаторах тока с литой и элегазовой изоляцией для изменения коэффициента трансформации переключения производятся в первичной обмотке, которая выполнена двух виткового типа (рис. 1.5). Первичная обмотка состоит из трубы и стержня. Для создания одного витка они включаются параллельно. На рис. 1.5, а показан вид сбоку трансформатора тока. Пунктиром условно показан корпус трансформатора тока. Для создания двух витков труба и стержень соединяются последовательно с помощью внешнего полукольца. На рис. 1.5, б показан вид сверху трансформатора тока.
Трансформаторы тока с магнитопроводом имеют бóльшую номинальную мощность, но из-за нелинейности кривой намагничивания ухудшается класс точности при небольших рабочих токах и при токах превышающих номинальное значение.
Воздушный трансформатор тока выполняется без магнитопровода. Следовательно, производится линейное преобразование первичного тока во вторичный.
В оптическом трансформаторе тока вокруг токоведущей части 1 располагается круговой поляризатор 2. Электронно-оптический блок посылает по световодам два световых сигнала. Эти сигналы, направленные встречно по отношению друг к другу, проходят в поляризаторе 2 несколько раз вокруг токоведущей части. Магнитное поле, создаваемое током протекающим в проводнике, изменяет скорость распространения света в световоде поляризатора. При этом замедляется один световой сигнал и ускоряется другой в зависимости от направления магнитного поля по отношению к световому сигналу (эффект Фарадея). Как только линейно поляризованные сигналы завершают свой путь вокруг проводника, они отражаются в зеркале 3 и идут обратно по оптоволокну 4 к электронно-оптическому блоку 5. Затем подача сигнала в поляризатор повторяется. Таким образом, при отсутствии тока через проводник два световых сигнала синхронизированы по фазе (рис. 1.6, б). Когда ток проходит через проводник магнитное поле сдвигает световые сигналы в противоположных направлениях (рис. 1.6, в). В электронно-оптическом блоке 5 производится измерение разности фаз? двух световых сигналов. Преимуществами оптического трансформатора тока являются высокая точность и цифровой выходной сигнал.
Рассмотрим несколько примеров обозначений трансформаторов тока.
ТЛ-0,66 - трансформатор тока, с литой изоляцией, номинальное напряжение 0,66 кВ.
ТШЛ-0,66 - трансформатор тока, шинный, с литой изоляцией, номинальное напряжение 0,66 кВ.
ТОЛ-10 - трансформатор тока, опорный, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.
ТЛО-10 - трансформатор тока, с литой изоляцией, опорный, номинальное напряжение 10 кВ.
ТЛП-10 - трансформатор тока, проходной, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.
ТЗЛ-10 - трансформатор тока, для защиты от замыканий на землю, с литой изоляцией, номинальное напряжение 10 кВ.
ТВГ-24 - трансформатор тока, встроенный, генераторный, номинальное напряжение 24 кВ.
ТШВ-20 - трансформатор тока, шинный, встраиваемый в токопроводы, номинальное напряжение 10 кВ.
ТБМО-35 - трансформатор тока, баковый, маслонаполненный, одноступенчатый, номинальное напряжение 35 кВ.
ТГФ-110 - трансформатор тока, элегазовый, с фарфоровой покрышкой, номинальное напряжение 110 кВ.
ТФЗМ-220 - трансформатор тока, с фарфоровой покрышкой, с обмотками звеньевого типа, номинальное напряжение 220 кВ.
Первичная обмотка состоит из нескольких секций, которые соединяются последовательно или параллельно.
4 Схемы соединений трансформаторов тока
Питание измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики производится по различным схемам соединений вторичных обмоток трансформаторов тока.
При большой вторичной нагрузке трансформатора тока может не обеспечиваться требуемый класс точности. В этом случае последовательно включаются первичные и вторичные обмотки двух трансформаторов тока, установленные на одной фазе. Величина вторичного тока остаётся неизменной (рис.1.7).
При параллельном согласном соединении вторичных обмоток трансформаторов величина тока в нагрузке (А3) равна сумме токов в каждом трансформаторе (А1) и (А2) (рис. 1.8). Например, эта схема соединений применяется на распределительном устройстве при подключении присоединений через два выключателя для измерения тока в присоединении.
На рис.1.9 показана схема соединений вторичных обмоток трансформаторов тока в звезду с нулевым проводом. В нулевом проводе ток равен геометрической сумме токов в фазах.
При соединении вторичных обмоток трансформаторов тока в неполную звезду (рис.1.10) ток в нулевом проводе равен их геометрической сумме с обратным знаком
0 = -(?а + ?С). (1.10)
Следовательно, в симметричном режиме работы первичной сети
0 = - ?в. (1.11)
Достаточно устанавливать трансформаторы тока в двух фазах для измерения трёх фазных токов в нормальном режиме работы сети. В сетях с изолированной нейтралью не бывает однофазных коротких замыканий, поэтому для релейной защиты не требуется установка трансформаторов тока в трёх фазах.
Схема соединений вторичных обмоток трансформаторов тока в треугольник, а приборов в звезду показана на рис.1.11. В приборе А1 протекает ток, равный геометрической разности токов в фазах А и В.
Рассмотрим схему соединения вторичных обмоток на разность токов двух фаз (рис.1.12). Ток через прибор равен
А - ?с. (1.12)
При симметричном первичном токе ток во вторичной цепи можно определить из векторной диаграммы трёхфазной сети. Он будет в раз больше фазного тока.
Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора тока образует фильтр тока нулевой последовательности (рис.1.13). Ток через прибор А0 равен току замыкания на землю.
2. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
1 Проверка погрешности трансформатора тока
Производится изучение токовой погрешности трансформатора тока. Последовательно с испытуемым трансформатором тока соединён образцовый трансформатор (рис.2.1).
Показания амперметра во вторичной обмотке образцового трансформатора тока принимаются за точные значения.
Проверка погрешности трансформатора тока производится совместно с изучением формы вторичного тока в пункте 2.2.
Определяется зависимость вторичного тока от величины первичного тока. К вторичной обмотке испытуемого трансформатора тока подключается только амперметр. С помощью автотрансформаторов АТ1 и АТ2 изменяется ток во вторичной цепи от 0,1 А до номинального значения 5 А. По полученным данным производится расчёт токовой погрешности в зависимости от величины первичного тока в относительных единицах.
Снимается зависимость величины вторичного тока в цепи испытуемого трансформатора тока от величины вторичной нагрузки. С помощью автотрансформаторов АТ1 и АТ2 поддерживается постоянное значение показаний амперметра, подключённого к образцовому трансформатору тока. В качестве нагрузки поочерёдно используется амперметр, активные сопротивления R1-R3 и вторичная обмотка одного из трансформаторов тока, расположенного в центре стенда. Переключения производятся перемычками, как показано на рис. 2.1. По полученным данным рассчитывается токовая погрешность по отношению к показаниям амперметра на образцовом трансформаторе тока и строится график погрешности в функции сопротивления нагрузки. С помощью экстраполяции определяется сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока и сравнивается с допустимым сопротивлением нагрузки в классе точности 10Р равным 1 Ом. Подключение вторичной обмотки трансформатора тока проводятся с учебной целью для определения соотношения между сопротивлением вторичной обмотки трансформатора тока и величиной допустимой вторичной нагрузки.
2.2 Изменение формы вторичного тока трансформатора тока при возрастании нагрузки
Отклонение формы кривой вторичного тока от синусоидальной формы вносит дополнительную токовую погрешность. Для контроля искажения формы кривой вторичного тока, происходящего из-за насыщения магнитопровода, в схеме на рис. 2.1 используется осциллограф. Для каждого значения нагрузки по осциллографу фиксируется форма кривой вторичного тока. Определяется величина нагрузки, при которой начинается искажение формы кривой вторичного тока.
3 Проверка коэффициента трансформации трансформатора тока
Проверка коэффициента трансформации в условиях эксплуатации при небольших первичных токах производится с применением амперметров по схеме рис.2.1. Зная коэффициент трансформации образцового трансформатора тока, проверяют коэффициент трансформации испытуемого трансформатора тока. У трансформаторов тока с большим первичным номинальным током проверку удобно производить с использованием вольтметров (рис.2.2) . Необходимо использовать высокоомный вольтметр V2, так как первичная обмотка трансформатора тока имеет очень низкое сопротивление. Коэффициент трансформации равен отношению показаний вольтметров V1 к V2. При этом, перемычка, показанная на рис. 2.2, не устанавливается.
4 Контроль витковой изоляции трансформатора тока и повреждений в стали магнитопровода
Для определения виткового замыкания в трансформаторе тока и повреждений в стали магнитопровода снимают вольтамперную характеристику трансформатора тока. Она представляет собой зависимость тока намагничивания I0 от величины приложенного напряжения к обмотке. Вольтамперная характеристика снимается при разомкнутой первичной обмотке (рис. 2.2). При витковом замыкании или повреждении в стали магнитопровода, будут протекать токи, магнитное поле которых размагничивает магнитопровод. Это отражается на вольтамперной характеристике. На производстве оценка исправности трансформатора тока производится путём сравнения вольтамперной характеристики, снятой при испытаниях, с типовой характеристикой для данного типа трансформатора тока. Допускается отклонение кривой намагничивания от типовой характеристики не более чем на 10 % .
Вольтамперная характеристика (кривая намагничивания) снимается при снятой перемычке, т.е. разомкнутой первичной обмотке. Затем снимается характеристика при замкнутой перемычкой первичной обмотке. Этим моделируется неисправность в виде короткозамкнутого витка. Строятся две вольтамперные характеристики, и определяется отклонение характеристик между собой.
5 Проверка полярности обмоток трансформатора тока
Под полярностью обмоток понимается определение начала и конца первичных и вторичных обмоток у встроенных трансформатора тока, а так же проверка маркировок обмоток трансформаторов тока. Проверка полярности необходима для правильного подключения счётчиков электроэнергии, ваттметров, варметров, направленных устройств релейной защиты и автоматики, то есть приборов и устройств, контролируемый параметр которых зависит от угла между током и напряжением. Маркировка проверяется у всех трансформаторов тока, даже не имеющих первичную обмотку.
Для проверки полярности обмоток необходим источник постоянного тока и гальванометр (рис. 2.3). Во время подключения источника постоянного тока во вторичной обмотке трансформируется импульс тока, который приводит к кратковременному отклонению стрелки гальванометра. При правильной полярности обмоток в соответствие с маркировкой во время кратковременного включения ключа К стрелка гальванометра отклоняется вправо, а при размыкании ключа К - влево.
2.6 Контроль вторичных цепей трансформаторов тока
Нарушение контактов или обрывы проводников во вторичных цепях приводят к изменению величины тока во вторичных цепях трансформатора тока. В зависимости от места и вида повреждения, а также от режима работы первичной сети можно выявить причину отказа релейной защиты и автоматики.
Для диагностики вторичных цепей собирается одна из схем соединений вторичных обмоток трансформаторов тока (рис. 1.8 - 1.12).
В качестве примера на рис. 2.4 показаны режимы для схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в неполную звезду. Перемычками П1 - П4 создаются различные режимы работы первичной и вторичной цепи. В первичной цепи рассматриваются трёхфазный и два двухфазных режима работы. Во вторичной цепи - размыкание нулевого проводника. Записываются показания амперметров и анализируются пути протекания вторичных токов.
3. ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
Проверка погрешности трансформатора тока.
Испытания проводятся совместно с пунктом 2.
Снимается зависимость вторичного тока трансформатора тока от первичного тока в диапазоне от 0,1 I1НОМ до I1НОМ. Производится не менее пяти измерений. За точные значения принимаются показания образцового трансформатора тока. Рассчитывается величина токовой погрешности. Строится зависимость токовой погрешности от величины первичного тока, который берётся в относительных единицах.
Снимается зависимость вторичного тока от величины сопротивления вторичной нагрузки и при неизменной величине первичного тока и одновременно фиксируется форма кривой вторичного тока на осциллографе (пункт 2). Строится зависимость токовой погрешности от величины нагрузки. Путём экстраполяции определяется величина сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока.
Изменение формы вторичного тока при возрастании нагрузки.
Для каждого из значений нагрузки по пункту 1 по осциллографу фиксируется форма кривой вторичного тока. Определяется величина сопротивления нагрузки, при которой появляется несинусоидальность формы кривой вторичного тока.
Проверка коэффициента трансформации трансформатора тока.
Произвольно выставляется величина тока в первичной цепи. С помощью метода двух вольтметров определяется коэффициент трансформации.
Контроль витковой изоляции трансформатора тока и повреждений в стали магнитопровода.
Снимаются две вольтамперные характеристики с разомкнутыми выводами первичной обмотки и с перемычкой между выводами Л1 и Л2. Строятся две характеристики и рассчитываются отклонения между ними во всех измеренных точках. Определяется возможность выявления виткового замыкания по вольтамперной характеристике.
Проверка полярности обмоток трансформатора тока.
Собирается схема проверки полярности испытуемого трансформатора тока. При кратковременном нажатии кнопки К фиксируется направление отклонения стрелки гальванометра. Определяется правильность маркировки обмоток трансформаторов тока.
Изучение схем соединений трансформаторов тока и контроль вторичных токовых цепей.
По заданию преподавателя собираются несколько схем соединений вторичных обмоток трансформаторов тока (пункт 1.4). Для одной из схем записываются показания амперметров при симметричных и несимметричных режимах первичной и вторичной сети. Определяются пути протекания тока и возможность отказов релейной защиты при резком изменении величины тока.
4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
1 Назначение, принцип действия и погрешности трансформатора напряжения
Трансформаторы напряжения применяются в электроустановках на напряжение выше 1000 В и предназначены:
) для преобразования переменного первичного напряжения в стандартное вторичное напряжение 100, 100/, 100:3 В;
) для защиты персонала и приборов от высокого напряжения первичной цепи.
) для питания оперативных цепей на подстанциях с выпрямленным и переменным оперативным током.
Трансформатор напряжения работает в режиме близком к холостому ходу.
Коэффициент трансформации равен:
где U1НОМ - номинальное первичное напряжение, U2НОМ - номинальное вторичное напряжение. Вторичное напряжение трансформатора, увеличенное в KНОМ раз, отличается от первичного напряжения, как по модулю, так и по фазе вследствие потерь напряжения в трансформаторе.
Обозначения трансформатора напряжения приведены в табл. 4.1.
Погрешность по напряжению - это отношение разности между приведённым вторичным напряжением и первичным к первичному напряжению
Угловая погрешность - это угол? между векторами первичного и вторичного напряжений. Погрешность считается положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения.
Для уменьшения погрешности по напряжению применяется витковая коррекция трансформатора напряжения, так как вторичное напряжение несколько меньше из-за потерь в трансформаторе. Отношение числа витков выбирают меньше номинального коэффициента трансформации. Для этого уменьшают число витков первичной обмотки.
Таблица 4.1 Обозначение обмоток трансформаторов напряжения
Погрешности зависят от cos ? и величины нагрузки трансформатора напряжения (рис.4.1). Следовательно, для работы трансформатора напряжения с минимальной погрешностью необходима определённая величина вторичной нагрузки. Рекомендованные характеристики процентного изменения вторичного напряжения трансформатора, соответствующие cos ?= =0,8 вторичной нагрузки, приведены на рис. 4.2 . Верхняя характеристика соответствует приложенному первичному напряжению 0,8 UНОМ; нижняя - напряжению 1,2 UНОМ. Характеристики приведены для трансформатора, имеющего высший класс точности 0,2. Прямоугольник АВСD характеризует предельно допускаемую зону погрешности трансформатора напряжения при изменении вторичной нагрузки от 0,25 до номинального значения. Пределы активно-индуктивной нагрузки для работы трансформатора напряжения в классе точности при cos ? = 0,8 определяется от
где SНОМ -- номинальная мощность трансформатора в данном классе точности, В·А;1НОМ - номинальное первичное напряжение трансформатора, В;1 - значение первичного напряжения, подведённого к трансформатору, которое должно находится в диапазоне 0,8 - 1,2 UНОМ, В.
Величина номинальной мощности SНОМ зависит от класса точности. Например, для класса точности 1 она примерно в четыре раза больше чем для класса точности 0,2 (см. рис. 4.2).
Трансформаторы напряжения имеют 4 класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3.
2 Конструкции трансформаторов напряжения
Классификация трансформаторов напряжения .
Род установки:
а) внутренний, для установки в помещении;
б) наружный, для установки вне помещения,
в) встроенные, для установки внутри КРУЭ.
По числу фаз:
а) однофазный (О);
б) трёхфазный (Т).
По наличию или отсутствию заземления вывода «Х» первичной обмотки:
а) заземляемый (з);
б) незаземляемый.
По принципу действия:
а) электромагнитный;
б) с ёмкостным делитель;
в) оптический.
По числу ступеней трансформации:
а) электромагнитный однокаскадный;
б) электромагнитный каскадный (К).
По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети:
а) трёх фазный с дополнительными обмотками для контроля изоляции сети (И);
б) трёх фазный с компенсационными обмотками (К).
По виду изоляции:
а) воздушно-бумажная (С);
б) литая (Л);
в) залитая битумным компаундом (К);
г) с фарфоровой покрышкой (Ф);
д) масляная (М);
г) газовая (Г).
По особенностям конструктивного исполнения:
а) защищённое исполнение (З);
б) водозащищённое исполнение (В);
в) герметичное исполнение (Г);
г) с встроенным предохранителем (П);
д) антирезонансная конструкция (А).
Примеры обозначений трансформаторов напряжения.
НТС-6 - трансформатор напряжения, трёхфазный, с сухой изоляцией, номинальное напряжение 6 кВ.
НОМ - трансформатор напряжения, однофазный, маслонаполненный.
ЗНОМ - один из выводов первичной обмотки заземлён, трансформатор напряжения, однофазный, маслонаполненный.
НОЛ- трансформатор напряжения, однофазный, с литой изоляцией.
ЗНОЛ - один из выводов первичной обмотки заземлён, трансформатор напряжения, однофазный, с литой изоляцией.
НАМИ - трансформатор напряжения, антирезонансный, маслонаполненный, для контроля изоляции.
Параметры антирезонансных трансформаторов напряжения НАМИ не позволяют возникнуть резонансным колебаниям в сети. У этих трансформаторов напряжения в 3-4 раза снижена номинальная индукция в магнитопроводе и соответственно увеличено число витков первичной обмотки. Это обеспечило устойчивость трансформатора к повышению фазных напряжений до (3-4)UНОМ, возникающих при феррорезонансе ёмкости сети с индуктивностью трансформаторов. Антирезонансные свойства НАМИ в основном обеспечиваются компенсационной обмоткой, соединённой в треугольник и замкнутой накоротко. При однофазных замыканиях на землю напряжение нулевой последовательности на ёмкостях сети разряжается через компенсационную обмотку .
НДЕ - трансформатор напряжения с ёмкостным делителем напряжения.
Ёмкостный делитель напряжения состоит из конденсаторов С1 и С2. Напряжение на конденсаторе С2 порядка 10-15 кВ (рис. 4.3). Заградитель не пропускает токи высокой частоты каналов связи, телемеханики и релейной защиты во вторичные цепи трансформатора напряжения. Для уменьшения угловой погрешности, вызванной наличием в цепи конденсаторов, применяется индуктивный реактор. Для предупреждения феррорезонанса во вторичной обмотке устанавливается демпфирующее устройство.
НКФ - трансформатор напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке.
Первичная обмотка в целях уменьшения изоляции имеет несколько каскадов (частей) и столько же магнитопроводов (рис. 4.4). Число каскадов определяется классом напряжения трансформатора. Каждый трансформатор каскада имеет изоляцию на 1/N часть напряжения сети, где N - число ступеней. Концы пер-вичных обмоток каждого каскада присоединены к соответствующим магнитопроводам. Для равномерного распределения нагрузки между первичными обмотками служат дополнительные обмотки 2.
измерительный трансформатор ток напряжение
В оптическом трансформаторе напряжения, представленном на рис. 4.5, электроннооптический блок 5 посылает световые сигналы через оптическое волокно 4 в поляризатор 2. Световой сигнал, поднимаясь вверх, проходит через кристаллы (ячейки Поккельса) 3, расположенные в трёх точках внутри высоковольтной изоляции. Когда световой сигнал проходит через кристалл, электрическое поле в поляризаторе 2, расположенном вокруг токоведущего проводника 1, изменяет его круговую поляризацию на эллиптическую. В электроннооптическом блоке измеряется отношение выходных сигналов относительно каждой оси X и Y, т.е. эллиптичность светового сигнала. Этим достигаются точные измерения электрического поля.
3 Схемы соединений трансформаторов напряжения
В сетях с глухо- и эффективнозаземлённой нейтралью применяются однофазные трансформаторы напряжения. Первичные обмотки соединяются в звезду и выполняются на фазное напряжение UФ соответствующей сети. Фазные напряжения основных вторичных обмоток, соединённых в звезду, выполняются на напряжение В (рис.4.6). Фазные напряжения дополнительных вторичных обмоток, соединённых в разомкнутый треугольник, равны 100/3 В. Нейтраль первичной обмотки заземляется для измерения фазного напряжения по отношению к земле. По технике безопасности заземляются обе вторичные обмотки, чтобы при повреждении изоляции высокое напряжение не появилось на вторичных обмотках. Как правило, заземляется конец вторичной обмотки фазы В. В ПУЭ допускается заземлять нейтраль вторичной обмотки, соединённой в звезду.
В сетях с изолированной нейтралью применяются две схемы соединения обмоток. Основной является схема, показанная на рис. 4.6. Она используется для подключения защит, приборов и контроля замыкания на землю. Кроме того, применяется схема соединения обмоток двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник (рис. 4.7.). Она используется для подключения счётчиков. Первичные обмотки выполняются на линейные напряжения UЛ, а вторичные - на напряжения 100 В.
В сети с изолированной нейтралью заземляется нейтраль первичной обмотки у трансформатора напряжения. В виду очень большого сопротивления первичной обмотки трансформатора напряжения режим сети от этого не изменяется. При металлическом замыкании на землю или через переходное сопротивление, например фазы С, не происходит короткого замыкания. Линейные напряжения между фазами не изменяются. Таким образом, при замыкании на землю у потребителей не происходит изменения напряжения.
У трансформатора напряжения (рис.4.6) при замыкании фазы С на землю первичная обмотка фазы С будет замкнута накоротко, так как соединяются точки 1-6-5-4. При этом первичные обмотки фаз В и А подключаются на линейные напряжения соответственно ВС и АС между точками 2-4,5,6 и 3-4,5,6. Следовательно, во вторичной обмотке фазы С фазное напряжение равно нулю, а фазные напряжения В и А равны линейным напряжениям. Линейные напряжения во вторичных цепях не изменяются, так как остаются постоянными первичные линейные напряжения.
В дополнительной вторичной обмотке, соединённой в разомкнутый треугольник, суммируются три фазных напряжения. При отсутствии замыкания на землю сумма трёх симметричных фазных напряжений равна нулю. Если в сети произошло замыкание на землю, то появляются симметричные составляющие напряжения нулевой последовательности и на выводах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3UО. При металлическом замыкании на землю напряжение 3UО на разомкнутом треугольнике достигает 100 В. Таким образом, появление напряжения на обмотке, соединённой в разомкнутый треугольник, сигнализирует о замыкании на землю. По вольтметрам, подключённым к фазным напряжениям, определяют повреждённую фазу, а также качественно величину переходного сопротивления в месте повреждения.
5. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
1 Изучение режимов работы трансформаторов напряжения
Рассматриваются режимы трансформатора напряжения, подключённого к сети с изолированной нейтралью на напряжение 6-35 кВ. Трансформатор напряжения имеет одну первичную обмотку, соединённую в звезду, и две вторичные обмотки, соединённые в звезду и разомкнутый треугольник. К вторичным обмоткам, соединённым в звезду, подключаются три вольтметра на фазные напряжения. Четвёртый вольтметр через переключатель подключается на линейные напряжения. К обмотке, соединённой в разомкнутый треугольник, подключаются вольтметр VО и табло «Земля».
На стенде с помощью кнопок создают металлическое замыкание и замыкание на землю через переходное сопротивление при замкнутой и разомкнутой нейтрали первичной обмотки трансформатора напряжения.
2 Контроль состояния изоляции трансформатора напряжения
Одним из способов контроля состояния изоляции является определение сопротивление изоляции обмоток трансформатора напряжения по отношении к корпусу и между собой. Для контроля используется мегомметр, который подаёт высокое напряжение на обмотки. При проведении измерений необходимо предотвратить появление высокого напряжения на обмотках трансформатора. Для этого производится закорачивание обмоток трансформатора. Схема проведения испытаний трёх обмоточного трансформатора напряжения приведена на рис. 5.1.
6. ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
На стенде (рис. 6.1) измеряются по вольтметрам напряжения на вторичных обмотках трансформатора напряжения. Подключение вольтметра к разным линейным напряжениям производится переключателем П. С помощью ключа К1 замыкается нейтраль первичной обмотки трансформатора напряжения. При замкнутом ключе К2 создаётся металлическое замыкание на землю, а при замыкании ключа К3 - замыкание на землю через переходное сопротивление.
Порядок изучения трансформатора напряжения:
а) нормальный режим работы сети, нейтраль трансформатора напряжения разомкнута (ключи К1 - К3 - отключены);
б) нормальный режим работы сети, нейтраль трансформатора напряжения замкнута на землю (ключ К1 - включён, К2, К3 - отключены);
в) замыкание в сети через переходное сопротивление, нейтраль трансформатора напряжения разомкнута (ключ К3 - включён, К1, К2 - отключены);
г) замыкание в сети через переходное сопротивление, нейтраль трансформатора напряжения замкнута (ключи К1, К3 - включены, К2 - отключён);
д) металлическое замыкание в сети, нейтраль трансформатора напряжения замкнута (ключи К1, К2 - включены, К3 - отключён).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. Для вузов/ А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшков и др.; Под ред. А. А. Васильева. - 3-изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1990. - 576 с.
Рожкова, Лиида Дмитриевна. Электрооборудование станций и подстанций: учеб. для техникумов/Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 546 с.
ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия - М.: Изд-во Стандартинформ. 2001.
Методы диагностирования измерительных трансформаторов тока: методическое пособие/ В. А. Савельев, А. Г. Соколов; Федеральное агенство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», - Иваново. 2005. - 136 с.
Объём и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45.- 51.300.-.97. М.: ЭНАС, 1998 г. - 255 с.
ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия - М.: Изд-во Стандартинформ. 2001.
К. Кадомская, О. Лаптев. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Эффективность применения. /Новости электротехники. 2006. - 6(42).
Заказ работы
Наши специалисты помогут написать работу с обязательной проверкой на уникальность в системе «Антиплагиат»
Отправь заявку
с требованиями прямо сейчас, чтобы узнать стоимость и возможность написания.
