Вимірювальні трансформатори напруги

Призначення і принцип дії трансформатора напруги

Вимірювальний трансформатор напруги служить для зниження високої напруги, що подається в установках змінного струму на вимірювальні прилади і реле захисту і автоматики.

Для конкретного включення на найвище напруження потрібні були б дуже масивні прилади та реле внаслідок необхідності їх виконання з високовольтної ізоляцією. Виготовлення та застосування такої апаратури фактично неможливо, особливо при напрузі 35 кВ і вище.

Застосування трансформаторів напруги дозволяє використовувати для вимірювання на найвищому напрузі стандартні вимірювальні прилади, розширюючи їх межі ізмеренія- обмотки реле, що включаються через трансформатори напруги, також можуть мати стандартні виконання.

Крім того, трансформатор напруги ізолює (відокремлює) вимірювальні прилади і реле від високої напруги, завдяки чому забезпечується безпека їх обслуговування.

Трансформатори напруги широко використовуються в електроустановках високої напруги, від їх роботи залежить точність електронних вимірювань та обліку електроенергії, також надійність діяння релейного захисту та протиаварійної автоматики.

Вимірювальний трансформатор напруги за принципом виконання нічим не відрізняється від силового понижуючого трансформатора. Він складається з залізного осердя, набраного з пластинок листової електротехнічної сталі, первинної обмотки і однієї або 2-ух вторинних обмоток.

На рис. 1, а показана схема трансформатора напруги з одного вторинною обмоткою. На первинну обмотку подається висока напруга U1, а на напругу вторинної обмотки U2 включений вимірювальний прилад. Почала первинної і вторинної обмоток позначені знаками А і а, кінці - X і х. Такі позначення зазвичай наносяться на корпусі трансформатора напруги поруч з зажимами його обмоток.

Ставлення первинного номінального напруги до вторинного номінальній напрузі іменується номінальним коефіцієнтом трансформації трансформатора напруги Кн = U1ном / U2ном

Мал. 1. Схема і векторна діаграма трансформатора напруги: а - схема, б - векторна діаграма напруг, в - векторна діаграма напруг

При роботі трансформа тора напруги без похибок його первинне і вторинне напруга збігаються по фазі, як показано на рис. 1,6, і ставлення їх величин одно Kн. При коефіцієнті трансформації Kн = 1 напруга U2 = U1 (рис. 1, в).

Вимірювальні трансформатори напруги з 2-ма вторинними обмотками

Трансформатори напруги з 2-ма вторинними обмотками, не рахуючи харчування вимірювальних пристроїв і реле, призначаються для роботи на пристроях сигналізації замикань на землю в мережі з ізольованою нейтраллю або на захист від замикань на землю в мережі з заземленою нейтраллю.

Схема трансформатора напруги з 2-ма вторинними обмотками показана на рис. 2, а. Висновки 2-ий (додаткової) обмотки, яка застосовується для сигналізації або захисту при замиканнях на землю, позначені пекло і ХД.

На рис. 2,6 приведена схема включення 3-х таких трансформаторів напруги в трифазній мережі. Первинні і головні вторинні обмотки з`єднані в зірку. Нейтраль первинної обмотки заземлена. На вимірювальні прилади і реле від головних вторинних обмоток можуть бути подані три фази і нуль. Додаткові вторинні обмотки з`єднані за схемою розімкнутого трикутника. Від їх на пристрої сигналізації або захисту подається сума фазних напруг всіх 3-х фаз.

При звичайній роботі мережі, в якій включено трансформатор напруги, ця векторна сума дорівнює нулю. Це видно з векторних діаграм рис. 2, в, де Uа, Vв і Uc - вектори фазних напруг, прикладених до первинних обмоток, a Uaд, Уbд і Ucд - вектори напруг первинної н вторинної додаткової обмотки. напруг на вторинних додаткових обмотках, що збігаються за напрямком з векторами на відповідних первинних обмотках (так само, як на рис. 1, в).

Мал. 2. Трансформатор напруги з 2-ма вторинними обмотками. а - схема- б - включення в трифазну цепь- в - векторна діаграма

Сума векторів Uaд, Ubд і Ucд отримана методом їх поєднання відповідно до схеми з`єднання додаткових обмоток, при цьому приймалося, що стрілки векторів як первинних, так і вторинних напруг відповідають засадам обмоток трансформатора.

Результуюча напруга 3U0 між кінцем обмотки фази С і початком обмотки фази А па діаграмі дорівнює нулю.

В реальних умовах зазвичай на виході разомкнутого трикутника є мізерно мале напруга небалансу, що не перевищує 2 - 3% номінальної напруги. Цей небаланс створюється завжди наявними незначною несиметрією вторинних фазних напруг і маленьким відхиленням форми їх кривої від синусоїди.

Напруга, що забезпечує надійну роботу реле, трапляється до ланцюга разомкнутого трикутника, з`являється тільки при замиканнях на землю з боку первинної обмотки трансформатора напруги. Тому що замикання на землю пов`язані з проходженням струму через нейтраль, що з`являється при цьому напруга на виході разомкнутого трикутника згідно способу симетричних складових називають напругою нульової послідовності і позначають 3U0. У цьому позначенні цифра 3 показує, що напруга в даному колі є сумарним для 3-х фаз. Позначення 3U0 застосовується також і для вихідного кола разомкнутого трикутника, яка подається на реле сигналізації або захисту (рис. 2,6).

Мал. 3. Векторні діаграми напруг первинної і вторинної додаткової обмоток при однофазних замиканні на землю: а - в мережі з заземленою нейтраллю, б - в мережі з ізольованою нейтраллю.

Найбільше значення напруга 3U0 має при однофазних замиканні на землю. При цьому слід мати на увазі, що найбільша величина напруги 3U0 в мережі з ізольованою нейтраллю істотно, більше, ніж в мережі з заземленою нейтраллю.

Найпоширеніші схеми включення вимірювальних трансформаторів напруги

Проста схема з впровадженням 1-го однофазового трансформатора напруги, показана на рис. 1, а, застосовується в пускових шафах движків і на переключательних пт 6 - 10 кВ для включення вольтметра і реле напруги пристрою АВР.

На рис.4 наведено схеми включення однофазних трансформаторів напруги з декількома обмотками для живлення трифазних вторинних ланцюгів. Група з 3-х з`єднаних за схемою зірка - зірка однофазних трансформаторів, показана на рис. 4, а, застосовується для живлення вимірювальних пристроїв, лічильників і вольтметрів контролю ізоляції в електроустановках 0,5 - 10 кВ з ізольованою нейтраллю і неразветвленной мережею, де не потрібно сигналізація появи однофазних замикань на землю.

Для виявлення «землі» по цим вольтметрам вони повинні демонструвати величини первинних напруг між фазами і землею (див. Векторну діаграму на рис. 3,6). Для цього нуль обмоток ВН заземлюється і вольтметри включаються на вторинні фазні напруги.

Тому що при однофазних замиканнях на землю трансформатори напруги можуть тривало перебувати під лінійною напругою, їх номінальну напругу має відповідати первинному міжфазних напруг. Внаслідок цього в звичайному режимі при роботі під фазною напругою потужність кожного трансформатора, а як слід, і всієї групи знижується в √3 раз.Так як в схемі заземлений нуль вторинних обмоток, запобіжники у вторинному ланцюзі встановлені у всіх 3-х фазах.

Мал. 4. Схеми включення однофазних вимірювальних трансформаторів напруги з одного вторинною обмоткою: а - схема зірка - зірка для електроустановок 0,5 - 10 кВ з ізольованою нейтраллю, б - схема відкритого трикутника для електроустановок 0,38 - 10 кВ, в - те ж для електроустановок 6 - 35 кВ, г - включення трансформаторів напруги 6 -18 кВ за схемою трикутник - зірка для живлення пристроїв АРВ синхронних машин.

На рис. 4,6 і в трансформатори напруги, створені для живлення вимірювальних пристроїв, лічильників і реле, що включаються на міжфазні напруги, включені за схемою відкритого трикутника. Ця схема забезпечує симетричні міжфазні напруги Uab, Ubc, Uca при роботі трансформаторів напруги в будь-якому класі точності.

Особливість схеми відкритого трикутника це недовикористання потужності трансформаторів, тому що потужність такої групи з 2-ух трансформаторів менше потужності групи з 3-х з`єднаних в повний трикутник трансформаторів не в 1,5 рази, а в √3 раз.

Схема рис.4, б застосовується для харчування нерозгалужених ланцюгів напруги електроустановок 0,38 -10 кВ, що дозволяє встановлювати заземлення вторинних ланцюгів конкретно у трансформатора напруги.

У вторинних ланцюгах схеми, показаної на рис. 4, в, замість запобіжників встановлений двополюсний автомат, при спрацьовуванні якого блок-контакт замикає ланцюг сигналу «обрив напруги«. Заземлення вторинних обмоток виконано на щиті в фазі B, яка додатково заземлити конкретно у трансформатора напруги через пробивний запобіжник. Рубильник забезпечує відключення вторинних ланцюгів від трансформатора напруги з видимим розривом. Ця схема застосовується в електроустановках 6 - 35 кв при харчуванні розгалужених вторинних ланцюгів від 2-ух і більш трансформаторів напруги.

На рис. 4, г трансформатори напруги включені за схемою трикутник - зірка, що забезпечує вторинне лінійна напруга U = 173 В, що потрібно для живлення пристроїв автоматичного регулювання збудження (АРВ) синхронних генераторів і компенсаторів. З метою підвищення надійності роботи АРВ запобіжники у вторинних колах не інсталюються, що допускається ПУЕ для нерозгалужених ланцюгів напруги.