Схема подключения трансформаторов напряжения. Схемы подключения трансформаторов напряжения: виды, особенности и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие существуют основные схемы подключения трансформаторов напряжения. Как выбрать подходящую схему подключения ТН для конкретных задач. В чем преимущества и недостатки различных схем соединения обмоток трансформаторов напряжения.

Содержание

Назначение и принцип действия трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое стандартизированное значение, удобное для измерения. Они выполняют две основные функции:

Понижение высокого напряжения до безопасного уровня для питания измерительных приборов и устройств релейной защиты
Гальваническая развязка первичных и вторичных цепей

Принцип действия ТН аналогичен обычному силовому трансформатору. Он состоит из магнитопровода и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичная обмотка включается в цепь высокого напряжения, а ко вторичной подключаются измерительные приборы и реле.

Основные схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

Выбор схемы соединения обмоток ТН зависит от режима работы нейтрали сети и требуемых измерений. Рассмотрим основные схемы:

Схема звезда-звезда с заземленной нейтралью

Это наиболее распространенная схема для сетей с глухозаземленной нейтралью. Она позволяет измерять как фазные, так и линейные напряжения.

Первичные обмотки соединяются в звезду с заземленной нейтралью
Вторичные обмотки также соединяются в звезду
Нейтраль вторичной обмотки заземляется

Схема открытого треугольника

Применяется, когда требуется измерять только линейные напряжения:

Используются два однофазных ТН
Первичные обмотки включаются на линейные напряжения
Вторичные обмотки соединяются последовательно

Схемы для контроля изоляции и защиты от замыканий на землю

Для контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью применяются специальные схемы:

Схема разомкнутого треугольника

Позволяет получить напряжение нулевой последовательности для защиты от однофазных замыканий на землю:

Первичные обмотки соединяются в звезду
Вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый треугольник
К разомкнутым выводам подключается реле защиты от замыканий на землю

Схема с дополнительной вторичной обмоткой

Применяется в трехфазных пятистержневых ТН:

На каждом стержне выполняется дополнительная вторичная обмотка
Дополнительные обмотки соединяются в разомкнутый треугольник
Позволяет одновременно измерять фазные, линейные напряжения и напряжение нулевой последовательности

Выбор схемы подключения трансформаторов напряжения

При выборе схемы подключения ТН необходимо учитывать следующие факторы:

Режим работы нейтрали сети (глухозаземленная, изолированная, компенсированная)
Требуемые измерения (фазные напряжения, линейные напряжения, напряжение нулевой последовательности)
Необходимость контроля изоляции и защиты от замыканий на землю
Класс напряжения сети
Конструкция применяемых ТН (однофазные, трехфазные)

Правильный выбор схемы подключения позволяет обеспечить требуемую точность измерений и надежную работу устройств релейной защиты и автоматики.

Особенности подключения трансформаторов напряжения в сетях различного напряжения

Схемы подключения ТН имеют некоторые особенности в зависимости от класса напряжения сети:

Сети 6-35 кВ

Чаще всего применяется схема звезда с изолированной нейтралью
Для контроля изоляции используется схема разомкнутого треугольника
Применяются однофазные и трехфазные антирезонансные ТН

Сети 110 кВ и выше

Используется схема звезда-звезда с заземленной нейтралью
Обязательно заземление первичной и вторичной нейтрали
Применяются каскадные ТН для сверхвысоких напряжений

Учет этих особенностей позволяет обеспечить надежную работу ТН в различных режимах.

Требования к заземлению трансформаторов напряжения

Правильное заземление ТН критически важно для их безопасной эксплуатации:

Нейтраль первичной обмотки ТН в сетях с эффективно заземленной нейтралью должна быть заземлена
Одна точка вторичной обмотки (обычно нейтраль) должна быть заземлена
Заземляющий проводник не должен иметь коммутационных аппаратов

Сечение заземляющего медного проводника — не менее 2,5 мм²

Соблюдение этих требований обеспечивает безопасность персонала и правильность измерений напряжения относительно земли.

Защита трансформаторов напряжения от феррорезонанса

Феррорезонанс — опасное явление, возникающее в сетях с изолированной нейтралью при неполнофазных режимах. Для защиты от него применяются следующие меры:

Использование антирезонансных ТН
Включение активного сопротивления во вторичную обмотку
Применение трехфазных пятистержневых ТН вместо трехстержневых
Ограничение времени работы ТН в неполнофазном режиме

Эти меры позволяют предотвратить повреждение ТН из-за перенапряжений при феррорезонансе.

Схемы подключения различных трансформаторов напряжения | Электронщик

Общие сведения

Трансформаторами напряжения, как правило, называют разновидность трансформаторов, которые предназначены не для передачи мощности, а для гальванического разделения высоковольтной стороны от низковольтной.

Такие трансформаторы предназначены для питания измерительных и управляющих приборов. На «высокой» стороне различных трансформаторов напряжения, естественно, напряжение может быть разным, это и 6000, и 35000 вольт и даже много более, а вот на «низкой» стороне (на вторичной обмотке) оно не превышает 100 вольт.

Это очень удобно для унификации приборов управления. Если делать измерительные приборы и приборы управления, а это в основном реле, на высокое напряжение, то они, во-первых, будут очень большими, а во-вторых, очень опасными в обслуживании.

Коэффициент трансформации указан на самом трансформаторе и может выглядеть как Кu = 6000/100, либо просто 35000/100. Разделив одно число на другое, получим в первом случае этот коэффициент 60, во втором 350.

Данные трансформаторы бывают как «сухие», в которых в качестве изоляции используется электрокартон. Они применяются, обычно, для напряжений до 1000 вольт. Пример НОС-0,5. Где, Н означает напряжение, имеется ввиду трансформатор напряжения, О – однофазный, С – сухой, 0,5 – 500 вольт (0,5кВ). А так же масляные: НТМИ, НОМ, 3НОМ, НТМК, в которых масло играет роль, как изолятора, так и охладителя. И литые, если быть точным, то с литой изоляцией (3НОЛ – трехобмоточный трансформатор напряжения однофазный с литой изоляцией), в которых все обмотки и магнитопровод залиты эпоксидной смолой.

Устройство трансформаторов напряжения

Как и все трансформаторы, как это было сказано выше, данный тип трансформаторов имеют как первичные обмотки (высоковольтные), так и вторичные (низковольтные). Различают однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения.

В каждом из них имеется магнитопровод, к которому предъявляются довольно высокие требования. Дело в том, что чем больше рассеивание магнитного потока в таком трансформаторе, тем больше погрешность измерения. Кстати. В зависимости от погрешности различают трансформаторы по классу точности различаются (0,2; 0,5; 1; 3). Чем выше число, тем больше погрешность измерений.

К примеру, трансформатор с классом точности 0,2 может допустить погрешность не выше 0,2% от измеряемой величины напряжения, а, соответственно, класса точности 3 – не более 3%.

Обозначения на схемах и натуральное исполнение бывает сильно отличаются друг от друга.

Однофазный двухобмоточный трансформатор представлен на рисунке, так, как он выглядит на самом деле.

На схемах он обозначается как:

Обратите внимание, трансформатор понижающий, во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, и это отражено визуально на схеме в данном случае, хотя это и не всегда делается. Кроме того, начала и концы обмоток обозначены на схеме и на самом трансформаторе. Первичные обмотки обозначаются большими (прописными) буквами AиX. Вторичные – малыми (строчными) буквами a и x.

Существуют и трехобмоточные однофазные трансформаторы, у которых две вторичных обмотки. Одна из которых является основной, а вторая дополнительной. Дополнительная обмотка служит для контроля изоляции и имеет аббревиатуру КИЗ. Маркировка выводов этой обмотки следующая ад — начало обмотки, хд — конец обмотки.

Трехфазные трансформаторы выпускаются с двумя типами магнитопроводов: трехстержневые и пятистержневые.

Начала и концы здесь обозначаются несколько по-другому. На первичных обмотках начала обозначаются буквами A, B иC согласно фазам к которым они будут подключаться, а концы буквами X,Y и Z. Вторичные обмотки, соответственно, малыми буквами a,b,cи x,y,z.

Магнитные потоки создаваемые катушками AX, BY, CZ компенсируют друг друга при нормальных условиях работы. Но вот в случае пробоя одной из фаз на землю в стержнях магнитопровода создается слишком большой дисбаланс и часть потока будет закольцовываться через воздух, что создает сильный нагрев трансформатора из-за повышения номинального тока в обмотках. Дополнительные стержни, как раз и призваны взять на себя образовавшиеся разбалансированные потоки и не допустить перегрева трансформатора. При этом в нем наматываются дополнительные обмотки, но об этом несколько позже.

Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения

Самым простым способом измерения межфазного напряжения является включение однофазного двухобмоточного трансформатора напряжения по схеме представленной на рисунке.

При этом на концах вторичной обмотки имеем напряжение соответствующее межфазному ВС, но уменьшенное с учетом коэффициента трансформации.

Все три межфазных напряжения можно измерять при помощи двух однофазных трансформатора подключенных определенным способом.

В трехфазных трансформаторах первичные обмотки всегда подключается по схеме «звезда».

Вторичные обмотки могут подключаться как по схеме «звезда» так и по схеме «треугольник».

При этом подключении на точках вывода вторичной обмотки мы имеем возможность измерения межфазных напряжений.

А при этом подключении, по схеме так называемого разомкнутого треугольника, мы можем выявить факт короткого замыкания или обрыва провода в одной их фаз на высокой стороне. Выводы при этом маркируются 01 и 02, поскольку при нормальных условиях работы между этими точками нет напряжения.

Для подключения реле защиты применяются, как уже было сказано выше дополнительные обмотки в трехобмоточных трансформаторах напряжения. Пот пример подключения таких трансформаторов в трехфазную сеть. При этом концы обмоток заземляются как в первичной, так и во вторичной обмотке.

Вот еще несколько вариантов подключения однофазных трансформаторов для измерения межфазных и фазных напряжений, а так же для питания аппаратуры управления.

Более сложные варианты подключения трансформаторов напряжения, содержащих большее количество обмоток изучается в специальном курсе электротехники.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала.

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

Ответ:Трансформаторы напряжения (ТН) выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а также для приведения величины напряжения к уровню, удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). Трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу.

Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 3.10, а, ТН состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из пластин трансформаторной стали и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Первичная обмотка ,имеющая большое число витков тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке , имеющей меньшее количество витков, подключаются параллельно обмотки реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф

, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС Е,которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на ее зажимах .

Рис. 3.10. Схема включения (а), схема замещения (б)
и векторная диаграмма (в) ТН

Напряжение во столько раз меньше первичного напряжения ,во сколько раз число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки . Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается :

. (3.12)

Работа ТН с нагрузкой в виде реле и приборов сопровождается протеканием тока и увеличением тока (рис. 3.10, б). В данном случае напряжение на его зажимах будет меньше ЭДС навеличину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчет первичного напряжения на вторичное производится по формулам:

; .

В зависимости от предельно допустимых погрешностей ТН подразделяются на классы точности. Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности. Поэтому в каталогах и паспортах на ТН указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при которой ТН может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-10 с коэффициентом трансформации 10000/100 для класса точности 0,5 подключаемая мощность составляет 80 В × А; для класса точности 2,0 – 550 В × А, а предельная мощность – 720 В × А.

Погрешности трансформаторов напряжения. Токи и увеличение тока (рис. 3.10, б) создают падение напряжения (рис. 3.10, в

), которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (током ). Вместе с этим возрастают и погрешности:

– погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации) – это отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального: или вследствие незначительного угла ;

– погрешность по углу, которая определяется углом между векторами и .

Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникающих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу РЗ и точность измерений влияют также дополнительные погрешности от падения напряжения в кабелях от ТН до места установки панелей защиты или измерений. Поэтому согласно требованиям [1] сечение жил кабелей должно выбираться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 2 % – для РЗ; 1,5 % – для щитовых измерительных приборов; 0,2 или 0,5 % – для счетчиков.

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и подключения к ним реле мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки –

А, конец – Х;начало основной вторичной обмотки – а, конец – х (рис. 3.10, а).

Схемы соединения обмоток ТН. На рис. 3.11, а представлена схема включения одного однофазного ТН на междуфазное напряжение. Данная схема применяется в тех случаях, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения. На рис. 3.11, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник. Данная схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения. На рис. 3.11 в приведена схема соединения трех однофазных или одного трехфазного ТН в звезду. Данная схема получила широкое распространение для защиты или измерений фазных и междуфазных напряжений одновременно. На рис. 3.11,

г изображена схема соединения трансформаторов напряжения в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности ( ). Как известно, геометрическая сумма трех фазных напряжений в нормальном режиме, а также при двух- или трехфазных КЗ равна нулю. Поэтому в данных условиях напряжение между выводами разомкнутого треугольника равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ на землю в сетях с заземленной нейтралью (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным или близким к нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповрежденных фаз становится равной фазному напряжению . Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т. е. так же как в рассмотренной схеме (рис. 3.11, в). Дополнительные вторичныеобмотки соединены в схему разомкнутого треугольника, т.

е. так же как в рассмотренной схеме (рис. 3.11, г). На рис. 3.11, д представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки.

В сетях с изолированной нейтралью (сети напряжением 6–35 кВ) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежденных фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированной нейтралью, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициенты трансформации, например 6000/(100/3).

Рис. 3.11. Схемы соединения обмоток ТН

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (рабочее заземление). Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Заземляется нулевая точка звезды или один из фазных проводов (обычно фаза В). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных aппаратов (автоматических выключателей, предохранителей и т. д.). Сечение медного заземляющего провода должно быть не менее 2,5 мм 2 .

При обрыве провода в одной фазе отходящей линии (неполнофазный режим) емкость этой фазы оказывается включенной последовательно с индуктивностью ТН и возникает феррорезонанс. При феррорезонансе появляются опасные перенапряжения на обмотках ТН и происходит его перегрев и самопроизвольное смещение нейтрали. Для защиты ТН от этих явлений параллельно обмотке включают резистор сопротивлением 25 Ом. Резистор нагружает ТН и феррорезонанс не возникает. Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю. Такой режим может существовать ограниченное время: 8 ч для ТН типа НТМИ.

ТН выбираются по предельной нагрузке вторичной обмотки

(3.13)

где S_пред − предельная величина присоединенной нагрузки для обеспечения нужного класса точности по приложению 7 (табл. 7.3), В ∙ А; S_прис − суммарная мощность, потребляемая присоединенными реле и измерительными приборами, В ∙ А.

\|	следующая лекция ==>
Схемы соединения ТТ и обмоток реле в схемах релейной защиты. Векторные диаграммы токов при различных видах повреждений	\|	Достоинства и недостатки микропроцессорных защит.

Дата добавления: 2017-02-20 ; просмотров: 2953 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

6.1. Принцип действия

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам.

На рис. 6.1.1 изображен двухобмоточный измерительный трансформатор. Первичная обмотка w 1 имеет несколько тысяч витков, вторичная w 2 – несколько сотен. Буквой А( а) на схемах принято обозначать начало первичной (вторичной) обмотки, буквой Х( х ) – конец. Напряжение вторичной обмотки можно определить как

, (6.1)

где – коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

Для питания защит ТН могут устанавливаться на шинах электростанций и подстанций и питать защиты всех присоединений (рис. 6.1.2 а) или устанавливаться на каждом присоединении (рис. 6.1.2 б).

При переключении присоединений с одной системы шин на другую необходимо производить переключение питания её защит на ТН другой системы шин. Обычно такое переключение делается автоматически при операциях с разъединителями (рис. 6.1.3).

6.2. Погрешности трансформаторов напряжения

Формула (6.1) справедлива лишь для идеального трансформатора, однако за счет падения напряжения D U в первичной и вторичной обмотках действительное значение вторичного напряжения

. (6.2)

Для уменьшения D U необходимо уменьшать сопротивление обмоток Z ₁ и Z ₂ , ток намагничивания I _НАМ и ток нагрузки I ₂ .

ТН подразделяются на три класса: 0,5;1 и 3.

В каталогах указывается номинальная мощность – максимальная нагрузка, которую может питать ТН в гарантированном классе точности.

Связь нагрузки с номинальной мощностью отображает формула

. (6.3)

6.3. Схемы соединений трансформаторов напряжения

6.3.1. Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду

Схема предназначена для получения напряжения фаз относительно земли и линейных напряжений.

Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи является обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Обмотки реле 1,2,3 включены на фазные напряжения; 4,5,6 – на линейные напряжения.

Соединение ТН по схеме Y / Y может выполняться по 6 и 12 группам. Типовым является соединение по 12 группе.

На рис. 6.3.1: F – плавкий предохранитель; FA – плавкий предохранитель в цепях релейной защиты

Рассмотренная схема соединений может быть выполнена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН (рис.6.3.2) Трехфазные трехстержневые ТН не применяются, так как в их магнитопроводе нет пути для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности Ф _{, создаваемых током I _{в первичных обмотках при замыкании на землю в сети. Поток Ф _{замыкается через воздух, это резко увеличивает I _НАМ , вызывая недопустимый нагрев трансформатора.}}}

Возможна дополнительная обмотка на основных или дополнительных стержнях для получения напряжения нулевой последовательности (рис. 6.3.2).

Схема включения однофазного трансформатора напряжения представлена на рис. 1, а. Предохранители FV1 и FV2 защищают сеть высокого напряжения от повреждений первичной обмотки TV. Предохранители FV3 и FV4 (или автоматические выключатели) защищают TV от повреждений в нагрузке.

Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения TV1 и TV2 в открытый треугольник (рис. 2). Трансформаторы включены на два междуфазных напряжения, например UAB и UBC. Напряжение на зажимах вторичных обмоток TV всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включается нагрузка (реле).

Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения UAB, UBC и UCA (не рекомендуется присоединять нагрузку между точками а и с, так как через трансформаторы будет протекать дополнительный ток нагрузки, вызывающий повышение погрешности).

Рис. 1. Схема включения измерительного трансформатора напряжения

Рис. 2. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Схема соединения трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду , приведенная на рис. 3, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV соединяются в звезду. Начала каждой обмотки Л присоединяются к соответствующим фазам линии, а концы X объединяются в общую точку (нейтраль N1) и заземляются.

При таком включении к каждой первичной обмотке трансформатора напряжения (ТН) подводится напряжение фазы линии электропередачи (ЛЭП) относительно земли. Концы вторичных обмоток ТН (х) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки. В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1) жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будут иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки.

Рис. 3. Схема соединение трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду

При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки трансформатора напряжения и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Схема соединения однофазных трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности (рис. 4). Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные — последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле напряжения KV. Напряжение U2 на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток:

Рис. 4. Схема соединения трех однофазных трансформаторов напряжения в фильтр напряжений нулевой последовательности

Рассмотренная схема является фильтром нулевой последовательности (НП). Необходимым условием работы схемы в качестве фильтра НП является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя однофазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну из них по схеме звезды, а вторую — по схеме разомкнутого треугольника (рис. 5).

Рис. 5. Схема включения трех однофазных трансформаторов напряжения для контроля изоляции

Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения показана на рис. 6. Нейтраль ТН заземлена.

Рис. 6. Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения в системе с заземленной нейтралью

Схема соединения обмоток трехфазного трансформатора напряжения в фильтр напряжения НП показана на рис. 5.

Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Фо, создаваемых током 10 в первичных обмотках при замыкании на землю в сети. В этом случае поток Фо замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением.

Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению I нам. Повышенный ток I нам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых трансформаторов напряжения недопустимо.

В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков Ф0 служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис. 7 ). Для получения 3U0 от трехфазного пятистержневого трансформатора напряжения на каждом из его основных стержней 7, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника.

Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по 4 и 5 стержням маг-нитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения. Применяются для измерения напряжений и контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью. Для этих же целей можно использовать схему рис. 5 с тремя однофазными ТН.

При измерении мощности или энергии трехфазной системы применяется схема включения трансформатора напряжения, приведенная на рис.8 .

Рис. 7. Пути замыкания магнитных потоков нулевой последовательности в трехфазном пятистержневом трансформаторе напряжения

Рис. 8. Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения для измерения мощности по методу двух ваттметров

Поделитесь с друзьями:

Школа для электрика в Facebook:

11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия.

Трансформаторы напряжения предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения различаются:

По числу фаз – однофазные и трёхфазные; По числу обмоток – двухобмоточные и трёхобмоточные;

По классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешностей – согласно таблице 2.3;

По способу охлаждения:

трансформаторы с масляным охлаждением (масляные); трансформаторы с естественным

воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).

По роду установки:

для внутренней установки; для наружной установки.

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Устройство и принцип действия трансформатора напряжения

Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рисунке 2.14.

Первичная обмотка W₁, имеющая очень большое число витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W₂, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле:

Рисунок 2.14 – Устройство и схема включения ТН.

Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э.д.с. Е, равную при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) напряжению на её зажимах U_2хх.

Напряжение U_2хх, меньше первичного напряжения U₁ во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁:;

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается n_н:

; Следовательно, можно записать:

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах

U₂ будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако

это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда: U₁= U₂n_н и ;

В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в

числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное

напряжение. Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х;

начало дополнительной обмотки a_д, конец – x_д.

12. Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.

На рисунке 2.16 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.

Рисунок 2.16 – Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой.

На рисунке а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.

Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рисунке б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник (или неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рисунке в) приведена схема соединения трёх однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.

Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рисунке г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное

На рисунке д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый (не замкнутый) треугольник. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:

;

Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то

;

Следовательно, на зажимах схемы разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.

В нормальных режимах и при к.з. без земли U_p=0, т.к. векторы напряжений не содержат нулевой последовательности.

При к.з. на землю в сетях с заземлённой нейтралью и при замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю за счёт появления напряжения нулевой последовательности. На зажимах разомкнутого треугольника появится напряжение нулевой последовательности 3U₀.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.

Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U₀ является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U₀. Их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.

На рисунке 2.17 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к.з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).

Рисунок 2.17 – Схема соединений обмоток ТН с двумя вторичными обмотками.

Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.

Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.

При однофазном.к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.

При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, . Следует иметь в виду, чтопри включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазном.к.з или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.

Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитным – обеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.

Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.

Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.

Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.

Подключение трансформатора напряжения — Всё о электрике

Схемы соединения трансформаторов напряжения

Читайте также:

I- кривая распределения потенциалов II- кривая распределения напряжения прикосновения
I. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ. ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ (БЛОК-СХЕМЫ) И СЛОВЕСНАЯ ЗАПИСЬ АЛГОРИТМОВ
I. СХЕМЫ С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ S-ВИДА
II ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ
II. Основные «напряжения» современной социокультурной ситуации и системное движение
III. Схемы изучения игры как системы взаимосвязей и взаимоотношении
IV. Схемы изучения игры как деятельности
T не константа, время преобразования зависит от величины преобразуемого напряжения
XVIII. ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Автоматические системы стабилизации напряжения
Алюминий и его соединения. Применение.
Амплитуды напряжения, тока и индуцируемой ЭДС в колебательном контуре определяются соотношениями

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом (см. рис 2.7, 2.8): начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – ад, конец – хд.

Рис. 2.8. Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой

На рис. 2.8 и 2.9 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН.

На рис. 2.8, а дана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения.

На рис. 2.8, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рис. 2.8, в приведена схема соединения трёх ТН в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.

На рис. 2.8, г приведена схема соединения трёх ТН треугольник – звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное

173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.

Рис. 2.9. Схема соединения обмоток трансформатора напряжения
с двумя вторичными обмотками

На рис. 2.9 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки. Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т.е. так же как в рассмотренной выше схеме на рис. 2.8, в. Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов, и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как известно, сумма трёх фазных напряжении в нормальном режиме, а также при двух-трёхфазных КЗ равна нулю. Поэтому, в указанных условиях напряжение между точками О1—О2 на рис. 2.9 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповреждённых фаз оказывается равной фазному напряжению.

В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповреждённых фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например 6000/100/3 В.

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трёхфазных ТН. В конструкции, показанной на рис. 2.10, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжении на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках.

Рис. 2.10. Схема соединений обмоток трёхфазного трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на крайних стержнях

В другой конструкции, показанной на рис. 2.11, имеются дополнительные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединённые в схему разомкнутого треугольника.

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на рис. 2.8, в; 2.9 – 2.11. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включённые на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 2.8, в и г) или один из фазных проводов – как правило, фазы «В» – для удобства проверки правильности включения электросчётчиков (рис. 2.8, а и б, 2.9). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников) переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и т.д.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм 2 (по меди).

Рис. 2.11. Схема соединений обмоток трёхфазного пятистержневого трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на основных стержнях

На промышленных предприятиях широко используются трансформаторы напряжения типа 3×ЗНОЛ-6(10) и НТМИ. Для защиты трансформаторов напряжения со стороны ВН обычно используются высоковольтные предохранители (например, ПКТ-10, ПКТ-35). Для защиты вторичных обмоток трансформаторов напряжения от перегрузок и КЗ применяются автоматические выключатели с отсечкой .

В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда ёмкость, какой либо фазы в сети компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину . Такое явление может произойти при малой ёмкости сети – подаче напряжения на холостые шины, или в случае, если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км, а воздушных линий меньше 60 км.

Для защиты от феррорезонансных перенапряжений в схемах с трансформаторами НТМИ или 3×ЗНОЛ применяется включение резисторов общим сопротивлением 25 Ом на обмотку 3U_.

Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю, и такой режим может существовать ограниченное время: до 8 часов для НТМИ-10.

В настоящее время в России и за рубежом выпускаются трансформаторы серий НАМИ-10, НТМ(i), НОМ и НАМИТ-6(10)-2, которые обладают антирезонансными свойствами.

Балансная схема фильтра 3U_.

Фильтр напряжения нулевой последовательности (3U_{) может быть выполнен двумя способами: по напряжению – при наличии трансформатора напряжения с отдельной обмоткой разомкнутого треугольника, или по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности, встроенного в реле, и предназначенного для подключения к звезде напряжений, при отсутствии такой обмотки. Такая схема используется, например, в ячейках фирмы «Таврида-Электрик». Схема балансного фильтра показана на рис. 2.12.}

Рис. 2.12. Схема фильтра напряжения нулевой последовательности

Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а, в, с напряжения обмотки ТН соединённой в звезду, ко вторым концам резисторов, соединённым вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения. На реле выделяется напряжение U_.

Для сигнализации замыкания на землю выполняются уставки:

Схема работает неправильно при перегорании предохранителей на стороне ВН (или НН, если они там имеются).

Дата добавления: 2014-12-10 ; Просмотров: 4763 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Схемы соединения измерительных трансформаторов напряжения

Рис. 1. Схема включения измерительного трансформатора напряжения

Рис. 2. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Рис. 3. Схема соединение трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду

Рис. 5. Схема включения трех однофазных трансформаторов напряжения для контроля изоляции

Схема соединения обмоток трехфазного трансформатора напряжения в фильтр напряжения НП показана на рис. 5.

Схемы подключения различных трансформаторов напряжения

Общие сведения

Коэффициент трансформации указан на самом трансформаторе и может выглядеть как К_u = 6000/100, либо просто 35000/100. Разделив одно число на другое, получим в первом случае этот коэффициент 60, во втором 350.

Устройство трансформаторов напряжения

Обозначения на схемах и натуральное исполнение бывает сильно отличаются друг от друга.

Однофазный двухобмоточный трансформатор представлен на рисунке, так, как он выглядит на самом деле.

На схемах он обозначается как:

Существуют и трехобмоточные однофазные трансформаторы, у которых две вторичных обмотки. Одна из которых является основной, а вторая дополнительной. Дополнительная обмотка служит для контроля изоляции и имеет аббревиатуру КИЗ. Маркировка выводов этой обмотки следующая а_д — начало обмотки, х_д — конец обмотки.

Трехфазные трансформаторы выпускаются с двумя типами магнитопроводов: трехстержневые и пятистержневые.

Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения

Самым простым способом измерения межфазного напряжения является включение однофазного двухобмоточного трансформатора напряжения по схеме представленной на рисунке слева.

В трехфазных трансформаторах первичные обмотки всегда подключается по схеме «звезда».

Вторичные обмотки могут подключаться как по схеме «звезда» так и по схеме «треугольник».

При верхнем подключении на точках вывода вторичной обмотки мы имеем возможность измерения межфазных напряжений. При нижнем подключении, по схеме так называемого разомкнутого треугольника, мы можем выявить факт короткого замыкания или обрыва провода в одной их фаз на высокой стороне. Выводы при этом маркируются 0₁ и 0₂, поскольку при нормальных условиях работы между этими точками нет напряжения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Схемы подключения различных трансформаторов напряжения : 6 комментариев

Статья более чем полная, превосходная. Благодарю.

а можно трансформатор подключить ко вторичной обмотки другого трансформатора ?

Нет, нельзя. Нагрузка не должна превышать расчетной мощности трансформатора. Иначе обмотки будут греться, и он сгорит.

Хороший сайт, спасибо большое за информацию

А какое будет потребляемая мощность цепи если включен автотрансформатор и котел последовательно,а потом к автотрансформатор у подключить еще котел.будет сумма двух котлов или нет?

{SOURCE}

Трансформатор напряжения НТМИ-10 | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Счетчики электрической энергии, установленные в электроустановках напряжением 10 (кВ), подключаются через измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока (вот пример).

В данной статье я хотел бы остановиться на измерительных трансформаторах напряжения и более подробно рассказать Вам про конструкцию и схему подключения трехфазного трансформатора напряжения НТМИ-10.

Помимо трехфазных трансформаторов НТМИ-10, у нас на предприятии установлены и однофазные трансформаторы типа НОМ-10 и ЗНОЛ.06-10, но о них я расскажу Вам в следующий раз — подписывайтесь на рассылку новостей сайта, чтобы не пропустить выход новых статей.

Внешний вид трансформатора НТМИ-10:

Расшифровка НТМИ-10:

Н — трансформатор напряжения
Т — трехфазный
М — масляный (естественное масляное охлаждение)
И — измерительный с дополнительной обмоткой для контроля изоляции (КИЗ)
10 — класс напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) необходимы для снижения уровня высокого напряжения 10 (кВ) до стандартного значения 100 (В). Таким образом, мы изолируем вторичные цепи напряжения от первичных цепей 10 (кВ).

По принципу работы трансформаторы напряжения (ТН) аналогичны обычным силовым понижающим трансформаторам. Они имеют стандартные коэффициенты трансформации в зависимости от уровня первичного напряжения сети: 10000/100 (В), 6000/100 (В), 3000/100 (В), 500/100 (В) и т.д.

Коэффициент ТН указывается через дробь: в числителе — номинальное значение первичного напряжения, а в знаменателе — номинальное значение вторичного напряжения.

В нашем примере у НТМИ-10 коэффициент трансформации равен 10000/100 (В). Это значит, что трансформатор напряжения предназначен для работы в сети напряжением 10 (кВ) и имеет коэффициент трансформации 100. Хотел бы напомнить, что этот коэффициент нужно учитывать при вычислении расчетного коэффициента счетчика электроэнергии.

Независимо от того, какой измерительный трансформатор напряжения у Вас установлен — вторичное напряжение у него должно быть всегда 100 (В).

Ко вторичным цепям подключаются различные измерительные приборы, устройства релейной защиты, автоматики и сигнализации: киловольтметры, счетчики электрической энергии, приборы для измерения мощности (ваттметры, варметры), различные преобразователи напряжения и мощности, реле контроля напряжения, реле защиты минимального напряжения, пусковые органы АВР, блоки регулирования напряжения (РКТ) и управления ступенями переключающих устройств РПН силовых трансформаторов и т.д.

Технические характеристики НТМИ-10

Основные технические характеристики НТМИ-10 (1967 года выпуска) указаны на его бирке:

Как видите, один и тот же трансформатор может работать с разными классами точности, правда для каждого класса точности определена его номинальная вторичная нагрузка (мощность).

Рассматриваемый НТМИ-10 предназначен для питания расчетных счетчиков коммерческого учета, а значит должен работать в классе точности 0,5 (ПУЭ, п.1.5.16):

Напомню, что класс точности расчетных счетчиков для потребителей мощностью до 670 (кВт) при напряжении 10 (кВ) должен быть не ниже 1,0.

Для работы трансформатора напряжения в классе точности 0,5 его номинальная нагрузка (мощность) не должна превышать 120 (ВА). Но в связи с массовым переходом от индукционных счетчиков к электронным (читайте статью о преимуществах и недостатках того или иного типа) я столкнулся со следующей проблемой.

У электронных счетчиков потребляемая мощность в несколько раз меньше, чем у индукционных, поэтому трансформатор напряжения получился не перегружен, а наоборот — не загружен, что отрицательно сказывается на его погрешности. В методике измерений МИ 3023-2006, п.3 говорится, что фактическая мощность трансформатора напряжения должна быть в пределах от 25% до 100% от его номинальной мощности. Читайте статью о том, как после замены счетчиков я производил измерение фактической мощности трансформатора напряжения, и что нужно делать, чтобы нагрузить ТН для работы в нужном классе точности.

Так, что не забывайте об этом.

Максимальная предельная мощность — это предельная мощность трансформатора, которая в несколько раз превышает номинальную мощность, но при которой трансформатор может работать с допустимым нагревом обмоток.

Остальные характеристики приведены ниже:

схема и группа соединений обмоток — У_н/У_н — 0 (У_н/У_н -12)
режим работы — продолжительный
температура эксплуатации от -45°С до +40°С (исполнение У3)
срок службы — не менее 20 лет (по факту уже более 47 лет)
масса 190 (кг)

Устройство и конструкция НТМИ-10

Рассмотрим конструкцию трансформатора напряжения НТМИ-10.

Пришел очередной срок поверки трансформатора напряжения НТМИ-10, установленного в ячейке ТН-2 сек. распределительной подстанции 10 (кВ). Мы пригласили метрологов и по результатам поверки данный НТМИ-10 был забракован по причине повышенной погрешности при работе в классе точности 0,5.

Данный трансформатор пришлось демонтировать с ячейки, а на его место установить новые однофазные 3хЗНОЛ.06-10. Об этом я еще расскажу Вам в ближайшее время.

Ну раз демонтировали НТМИ-10 с ячейки, то это и стало поводом для написания подробной статьи о нем.

Бак трансформатора НТМИ-10 имеет круглую форму и сварен из листовой стали (на фотографии ниже виден сварной шов).

Для его транспортировки имеются специальные крюки, приваренные к баку трансформатора.

На крышке бака расположены 3 высоковольтных ввода (А, В , С), нулевой вывод первичной обмотки (О), выводы вторичных обмоток (основной и дополнительной), пробка для заливки (доливки) масла.

Вводы трансформатора состоят из фарфоровых проходных изоляторов.

Пробка для заливки трансформаторного масла имеет мерную пластину для контроля его уровня в баке.

Внизу бака имеется пробка для слива или отбора масла для испытаний на пробой и проведения химического анализа.

Сливную пробку и крышку бака трансформатора можно опломбировать.

Кстати, наша ЭТЛ занимается испытанием трансформаторного масла на пробой, что подтверждается нашим решением. Для этого у нас имеется специальная установка — АИМ-90.

С другой стороны от сливной пробки находится болт для заземления корпуса трансформатора.

Активная часть трансформатора состоит из пятистержневого магнитопровода броневого типа, собранного из пластин электротехнической холоднокатанной стали. Обмотки (А, В, С) насажены на средние стержни магнитопровода. Свободные по краям стержни необходимы для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности.

Схема подключения НТМИ-10

Схему подключения трансформатора напряжения НТМИ-10 рассмотрим на этой же распределительной подстанции, только на соседней ячейке ТН-1 сек, где установлен аналогичный НТМИ-10.

Однолинейная принципиальная схема:

Питание первичной обмотки НТМИ-10 осуществляется со сборных шин 10 (кВ) через шинный разъединитель.

Как видите, цветовая маркировка шин полностью соблюдена. На каждой фазе имеются участки шин без краски, которые необходимы для установки переносных заземлений.

В качестве защиты в каждой фазе установлены предохранители ПКТ-10. Эти предохранители защищают от короткого замыкания только первичные обмотки ТН. Если повреждение возникнет во вторичной цепи и даже на ее выводах, значение тока в первичной цепи будет недостаточно для перегорания плавкой вставки предохранителя.

1. Первичная обмотка ТН

Первичная обмотка НТМИ-10 соединена в звезду с нулевым выводом (У_н). Нулевой вывод выведен на крышку трансформатора и должен быть обязательно заземлен.

Заземляется он к стальной полосе, которая соединена с заземляющим устройством подстанции.

Маркировка первичной обмотки:

У трансформатора НТМИ-10 имеется две вторичные обмотки:

основная
дополнительная (для контроля изоляции)

2. Основная вторичная обмотка

Основная вторичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом (У_н). Ее нулевой вывод выведен на крышку трансформатора.

Маркировка выводов основной вторичной обмотки:

a — начало обмотки фазы А
b — начало обмотки фазы В
c — начало обмотки фазы С
o — нулевой вывод (концы всех обмоток соединены в одной точке)

На вторичных выводах имеются металлические бирки, на которых выбита маркировка.

Вторичные цепи ТН маркируются следующим образом (в скобках указаны старые обозначения):

а — А601 (501)
b — В600 (521)
c — С601 (541)
o — О601 (500)

У нас на подстанциях в основном сохранилась старая маркировка, но кое-где имеется и новая.

Для информации: почитайте статью о том, как выполняется маркировка вторичных цепей трансформаторов тока.

Для безопасности обслуживания (в случае попадания высокого напряжения во вторичные цепи), один из выводов вторичной обмотки ТН должен обязательно заземляться. Об этом отчетливо говорится в ПУЭ, п.3.4.24:

Заземление должно по возможности быть ближе к трансформатору напряжения. Обычно это выполняется, либо на самих вторичных выводах ТН, либо на ближайшем от ТН клеммнике.

В цепи заземления не должно быть установлено никаких коммутационных аппаратов (рубильников, переключателей, автоматов, предохранителей).

Иногда встречаются схемы, где у вторичной обмотки трансформатора напряжения заземлена не нейтраль, а фаза В. Вот пример схемы подключения НТМИ-10 с заземленной фазой В:

При заземленной фазе В гораздо легче перепроверить себя при подключении счетчиков и других приборов. Еще, фазу В заземляют по причине того, что она по конструкции ближе находится к первичной обмотке — так утверждают специалисты. Пока сам не разберу ТН — подтвердить данный факт не могу.

Но лично я привык, что заземлена всегда нейтраль (нулевая точка у звезды), поэтому при монтаже всегда заземляю именно нулевой вывод.

Для защиты ТН от перегрузок и коротких замыканий во вторичных цепях ~100 (В) устанавливается автоматический выключатель или предохранители. В моем случае установлен трехполюсный автомат АП-50Б, имеющий электромагнитную и тепловую защиты. В случае отключения автомата на панели сигнализации сработает указательное реле (в разговор. — блинкер) «автомат отключен» или «неисправность в цепях напряжения», который выдаст предупредительный сигнал на диспетчерский пульт.

Автомат или предохранители должны быть установлены как можно ближе к ТН. Если это ячейка КСО, то на самой панели, если же это КРУ, то на выкатном элементе или в релейном отсеке.

3. Дополнительная вторичная обмотка (для КИЗ)

Дополнительная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (сумма фазных напряжений) и является фильтром напряжения нулевой последовательности. К ней подключается реле напряжения (реле контроля изоляции), например, РН53/60Д, которое реагирует и выдает сигнал при замыкании на землю в сети 10 (кВ).

Напряжение на дополнительной обмотке в симметричном режиме составляет около 2-3 (В). При однофазном замыкании какой-либо фазы 10 (кВ) на землю в ней возникает напряжение 3U_о, приблизительно равное 100 (В).

Маркировка выводов дополнительной обмотки для контроля изоляции (КИЗ):

Провода дополнительной обмотки ТН маркируются следующим образом (в скобках указаны старые обозначения):

а_д — Н601 (561)
х_д — Н600 (562)

Дополнительную обмотку также необходимо заземлить, например, на выводе х_д.

В связи с малой протяженностью вторичных цепей дополнительной обмотки, аппараты защиты в ней можно не устанавливать.

Для защиты трансформатора напряжения от перенапряжений, возникающих при самопроизвольных смещениях нейтрали, в цепь дополнительной вторичной обмотки необходимо установить резисторы номиналом 25 (Ом) мощностью 400 (Вт). Эти резисторы устанавливаются только там, где нет компенсирующих устройств (дугогасящих катушек). Дугогасящие катушки на рассматриваемой подстанции имеются в наличии, но выведены из работы.

Дополнение про НТМИ-10-66

В завершении статьи я решил упомянуть про трансформатор напряжения НТМИ-10 с приставкой «66» (НТМИ-10-66).

Трансформаторы напряжения НТМИ-10-66 стали выпускаться в более позднее время. По принципу действия, техническим характеристикам и схеме подключения они полностью аналогичны с рассмотренным в данной статье НТМИ-10, правда есть небольшие отличия по габаритным размерам и высоковольтным вводам, которые Вы увидите на фотографиях ниже.

Внешний вид.

Бирка с техническими характеристиками НТМИ-10-66.

Сливная пробка.

Маркировка выводов.

А вот видеоролик, который я снял по материалам данной статьи:

P.S. Если у Вас возникли вопросы по тематике данной статьи, то буду рад Вам помочь. Спасибо за внимание.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду, приведенная на рис.6.5, а, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV1 соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (А, В, C)присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП, а концы X, Y, Z объединяются в общую точку (нейтраль N1)и заземляются. При таком включении к каждой первичной обмотке TV1 подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Концы вторичных обмоток TV1 (х, у, z на рис.6.5, а) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки N3 (сопротивления 1, 2, 3). В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1)жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будет иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки N3. При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Соединение обмоток ТН по схеме ^y/_y обычно выполняется по 12-й группе. Эта схема может быть осуществлена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН. Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Ф₀, создаваемых током I₀ в первичных обмотках при замыканиях на землю в сети. В этом случае поток Ф₀ замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением. Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению I_нам. Повышенный I_нам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых ТН
недопустимо. В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис.6.6).

Схема соединений обмоток ТН в открытый треугольник изображена на рис.6.7. Она выполняется при помощи двух однофазных ТН, включенных на два междуфазных напряжения, например U_AB и U_BC . Напряжение на зажимах вторичных обмоток ТН всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения U_AB, U_BC и U_AC.

Схема соединений обмоток однофазных ТН в фильтр напряжения НП выполняется посредством трех однофазных ТН, как показано на рис.6.8. Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные – последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле. Напряжение U_pна зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток: U_p = U_а + U_b + U_c.

Так как сумма трех фазных напряжений равна утроенному напряжению НП, выражая вторичные напряжения через первичные, получаем

(6.4)

В нормальных условиях напряжения фаз симметричны, U_p = 0. При КЗ без земли также U_p = 3U₀= 0 (см. гл. 1). При КЗ на землю (одно- и двухфазных) на зажимах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение U_p= 3U₀/K_U.

Напряжения прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды и поэтому при суммировании в цепи разомкнутого треугольника всегда дают нуль на его зажимах.

Рассмотренная схема является фильтром НП. Необходимым условием работы схемы вкачестве фильтра НП является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя однофазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну из них по схеме звезды, а вторую – по схеме разомкнутого треугольника (рис.6.9). Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема соединения обмоток трехфазных ТН в фильтр напряжения НП. Для получения 3U₀ от трехфазного пятистержневого ТН (см. рис.6.6) на каждом из его основных стержней 1, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням магнитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения.

Узнать еще:

Схемы соединения измерительных трансформаторов напряжения. Измерительные трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/v3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис.; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а к вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушки измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

1 — первичная обмотка; 2 — магнитопровод; 3 — вторичная обмотка

Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

Где U1ном и U2ном — номинальные первичное и вторичное напряжения соответственно.
Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

Так же как и в трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точнона угол 180°. 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 cosφ2, т.е. от 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 к вторичной обмотке трансформатора напряжения, не должно превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения 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. 4.13, а), а также трехфазные двухобмоточные трансформаторы НТМК, обмотки которых соединены в звезду (рис. 4.13, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y 0 /Y 0 , или трехфазные трехобмоточные трансформаторы НТМИ или НАМИ (рис. б). 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.

Схемы соединения обмоток 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 электрокартон. 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 в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих 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 соединения трансформаторов напряжения в звезду, приведенная на рис.6.5, а, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV1 соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (А, В, C )присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП, а концы X, Y, Z объединяются в общую точку (нейтраль N1 )и заземляются. При таком включении к каждой первичной обмотке TV1 подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Концы вторичных обмоток TV1 (х , у , z на рис.6.5, а ) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки N3 (сопротивления 1 , 2 , 3 ). В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1 )жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будет иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки N3. При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Соединение обмоток ТН по схеме y / y обычно выполняется по 12-й группе. Эта схема может быть осуществлена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН. Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Ф 0 , создаваемых током I 0 в первичных обмотках при замыканиях на землю в сети. В этом случае поток Ф 0 замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением. Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению I нам. Повышенный I нам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых ТН

недопустимо. В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис.6.6).

Схема соединений обмоток ТН в открытый треугольник изображена на рис.6.7. Она выполняется при помощи двух однофазных ТН, включенных на два междуфазных напряжения, например U AB и U BC . Напряжение на зажимах вторичных обмоток ТН всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения U AB , U BC и U AC .

Схема соединений обмоток однофазных ТН в фильтр напряжения НП выполняется посредством трех однофазных ТН, как показано на рис.6.8. Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные – последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле. Напряжение U p на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток: U p = U а + U b + U c .

(6.4)

В нормальных условиях напряжения фаз симметричны, U p = 0. При КЗ без земли также U p = 3U 0 = 0 (см. гл. 1). При КЗ на землю (одно- и двухфазных) на зажимах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение U p = 3U 0 /K U .

Схема соединения обмоток трехфазных ТН в фильтр напряжения НП. Для получения 3U 0 от трехфазного пятистержневого ТН (см. рис.6.6) на каждом из его основных стержней 1 , 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням магнитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные 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 и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от . 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 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 трансформа тора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе, как показано на рис. 1,6, и отношение их величин равно K н. При коэффициенте трансформации K н=1 напряжение U2 =U1 (рис. 1,в).

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, Уb 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, Ub 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 , 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, Uc 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 кВ, 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 для неразветвленных цепей напряжения.

Схема подключения трансформаторов напряжения для защитных приложений

Подключения трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения должны иметь первичные обмотки, которые подключаются либо непосредственно к энергосистеме (ТН), либо через часть цепочки конденсаторов, подключенных между фазой и землей (конденсатор связи трансформаторы напряжения — CCVTs).

Трансформаторы напряжения для защитных реле (на фото: трансформаторы напряжения ARTECHE с бумажно-масляной изоляцией)

Типовые блоки показаны на Рис. 1a 1b и 1c:

Трансформатор среднего напряжения до 36 кВ;
Индуктивные трансформаторы напряжения предназначены для создания уменьшенной копии напряжения в линии высокого напряжения и изоляции измерительных приборов, счетчиков, реле и т. Д., от цепи высокого напряжения. На напряжение до 520 кВ;
Емкостные трансформаторы напряжения (CVT) изолируют измерительные приборы, счетчики, реле, защиты и т. Д. От силовой цепи высокого напряжения и обеспечивают масштабированную копию напряжения в линии высокого напряжения. Они позволяют передавать высокочастотные сигналы по линиям высокого напряжения (ВН). Конденсаторы связи используются только для связи высокочастотных сигналов связи, что делает их эквивалентными емкостной части вариатора.На напряжение до 820 кВ.

Рисунок 1 — Трансформаторы напряжения

Типовая схема подключения показана на рисунке 2:

Напряжение вторичной фазы и земли с тремя двойными вторичными трансформаторами напряжения, соединенными фазой-землей;
Напряжение вторичной фазы с двумя одиночными вторичными трансформаторами тока, соединенными разомкнутым треугольником;
Вторичное напряжение между фазой и землей с тремя трансформаторами напряжения разделительных конденсаторов (CCVT), соединенными между фазой и землей. Показана только одна фаза, фазы b и c дублируются с вторичными обмотками, подключенными как в (a).

Защитные реле, использующие напряжение, обычно подключаются между фазами, поэтому трансформаторы обычно рассчитаны на линейное напряжение 120 В. Могут быть предусмотрены ответвители для получения напряжения 69,3 В или 120 В.

Если возможно, двойные вторичные обмотки обеспечивают средства получения напряжения нулевой последовательности для реле заземления (см. Рисунок 2a).

Если имеется только одна вторичная обмотка трансформатора, вспомогательный ТН, заземленный треугольником, может быть подключен к вторичной шине a, b и c на Рисунке 2a для 3V0, аналогично показанным соединениям.

Рисунок 2 — Типичные источники напряжения для реле: Вторичные цепи устройства трансформатора напряжения разделительного конденсатора (CCVT) представляют собой упрощенные схемы, только для концепции.

Типичный пример показан на Рисунке 3 ниже.

Трансформаторы напряжения с конденсаторами связи (CCVT) обычно имеют двойные вторичные обмотки для фазного напряжения и напряжения 3V0 (см. , рис. 2c, ). Три ТН или три CCVT, такие как показано на рис. 2a и 2c , пропускают напряжение прямой, обратной и нулевой последовательности.

Разомкнутый треугольник соединения , рис. 2b, будет пропускать как напряжение прямой, так и обратной последовательности, но не напряжение нулевой последовательности.

ТН используются при всех напряжениях энергосистемы и обычно подключаются к шине.

Рисунок 3 — Типовые соединения трехфазного переменного тока комплекта реле фазы и заземления для защиты системы питания переменного тока (представлены соединения ТТ и ТН)

Примерно при 115 кВ тип CCVT становится применимым и, как правило, более экономичным, чем ТН. при более высоких напряжениях.Обычно CCVT подключаются к линии, а не к шине, потому что устройство разделительного конденсатора также может использоваться как средство передачи радиочастоты в линию для использования в ретрансляции пилот-сигнала.

Трансформаторы любого типа обеспечивают отличное воспроизведение первичного напряжения, как переходного, так и установившегося, для функций защиты. Насыщение не является проблемой, потому что энергосистемы не должны работать с напряжением выше нормального, а неисправности приводят к коллапсу или снижению напряжения.

Оба имеют большую емкость и являются высоконадежными устройствами. ТН обычно устанавливаются с первичными предохранителями, которые не требуются для CCVT. Предохранители также используются во вторичной обмотке.

Обычной практикой является использование отдельных вторичных предохранителей для подачи напряжения на различные группы реле, используемых в общей защите . Предохранители представляют опасность. Потеря потенциала предохранителем может привести к нежелательной неправильной работе реле. В некоторых случаях используются детекторы перегрузки по току, чтобы свести к минимуму эту возможность.

Некоторые CCVT могут демонстрировать переходное проседание, когда напряжение в системе внезапно снижается, так что вторичное напряжение не является копией первичного на мгновение. Это вызвано звонком захваченной энергии во вторичной компенсирующей или поворотной реакции (L) и связанной цепи.

Этот переходный процесс может иметь частоту, отличную от частоты системы, или быть однонаправленным. Это не было проблемой для электромеханических реле, но может вызвать проблемы для твердотельных реле.

Доступны CCVT современной конструкции для устранения этой проблемы.

Ссылки //

Принципы и применение защитных реле Дж. Льюиса Блэкберна и Томаса Дж. Домина (приобретается на Amazon)
Измерительные трансформаторы для наружной установки от Arteche

Принципиальные схемы подключения однофазного трансформатора напряжения

Контекст 1

… помехи можно разделить на два источника в зависимости от точек приложения сигнала помехи к цепи [6]. Синфазное напряжение (CM) U CM, которое появляется между обмоткой трансформатора напряжения и опорным заземлением, показано на рисунке 2 A. Дифференциальное режимное напряжение (DM) U DM, которое появляется между двумя выводами обмоток трансформатора напряжения, показано на рисунке. 2 Б. На схемах подключения однофазного трансформатора напряжения, показанных на рисунке 1, присутствуют оба источника сигнала помехи [7].Величина источника синфазного сигнала незначительно мала по сравнению с источником сигнала помехи дифференциального режима. …

Контекст 2

… осциллограмм напряжений, показанных на рисунках 10 и 11, показывает, что коэффициент передачи конкретной гармоники для гармоники с частотой 2500 Гц от первичной обмотки модели испытываемого трансформатора напряжения к его вторичная сторона составляет 16%. На рисунке 13 показаны осциллограммы напряжения и тока на вторичной стороне тестируемой модели трансформатора напряжения и результаты БПФ анализа напряжения в случае, аналогичном результатам, представленным на рисунке 12….

Контекст 3

… в напряжении питания тестируемой модели трансформатора напряжения вызваны несоответствием мощности нагрузки мощности напряжения питания. Измерения проводились для номинального значения напряжения питания и номинальной нагрузки вторичной обмотки в измерительной цепи, показанной на рисунке 7. На рисунке 14 осциллограммы напряжений на первичной (канал 1) и вторичной (канал 2) сторонах испытываемого трансформатора напряжения. показаны модель и результаты БПФ анализа напряжений….

Контекст 4

… конкретная гармоника сигнала помехи, вызванная работающим коллекторным двигателем, является результатом быстрого преобразования Фурье трапециевидных напряжений, показанных на рисунке 14. Если время нарастания сигнала меньше времени длительности сигнала, то после анализа БПФ этого сигнала получаются низкочастотные гармоники со значимой амплитудой [9]. …

Контекст 5

… напряжения питания тестируемой модели трансформатора напряжения до 40% номинального значения с одновременным и пропорциональным уменьшением амплитуды гармоники сигнала помехи не влияет на значение коэффициента передачи отдельных гармоник возмущения, вызванного работающим электродвигателем коммутатора в обеих измерительных цепях.На рисунке 15 представлены осциллограммы напряжений на первичной и вторичной сторонах исследуемой модели трансформатора напряжения и результаты БПФ анализа этих напряжений в этом случае. Анализ осциллограмм напряжений, представленных на рис.15, показывает, что коэффициент передачи конкретной гармоники для гармоник с частотой 150 Гц (3-я гармоника) и 350 Гц (5-я гармоника) от первичной стороны модели испытываемого трансформатора напряжения к его вторичной стороне составляет также 62,5%. …

Контекст 6

… На рисунке 16 представлена осциллограмма тока на первичной стороне исследуемой модели трансформатора напряжения и результаты анализа БПФ при изменении нагрузок в измерительной цепи, представленной на рисунке 7. Из-за значительной большой амплитуды гармоники возмущения коэффициента токов использовалась амплитуда основной гармоники для амплитудной шкалы представления результатов. …

Context 7

… на изготовленном компанией ABB трансформаторе напряжения типа UDZ 24 в условиях, аналогичных результатам, показанным на осциллограммах на рисунках 14 и 15, также были реализованы.На рисунке 18 представлены осциллограмма напряжения на первичной обмотке испытуемого трансформатора напряжения и результаты анализа БПФ при нарушении питающего напряжения, вызванном работающим электродвигателем коммутатора. Измерения проводились для номинального напряжения питания и номинальной нагрузки в измерительной цепи, показанной на рисунке 8. …

Context 8

… рисунок 19 осциллограмма напряжения на вторичной стороне испытываемого трансформатора напряжения и результаты анализа БПФ представлены. Анализ осциллограмм напряжений, представленных на рисунках 18 и 19, показывает, что коэффициент передачи конкретной гармоники для гармоник с частотой 150 Гц (3-я гармоника) и 350 Гц (5-я гармоника) от первичной обмотки испытываемого трансформатора напряжения типа УДЗ 24 к его вторичная сторона также составляет 62,5%, что идентично ранее протестированным моделям трансформаторов напряжения….

Конструкция, схема, типы, ошибки и применение

Трансформаторы — это электромагнитные пассивные устройства, которые работают по принципу электромагнитной индукции, которая передает электрическую энергию из одной цепи в другую посредством магнитного поля. Он состоит из двух катушек, одна первичная, а другая вторичная. Обе обмотки (катушки) магнитно связаны друг с другом без магнитопровода и электрически разделены. Трансформатор передает электрическую энергию (напряжение / ток) от одной обмотки к другой обмотке (катушке) посредством взаимной индукции.Во время преобразования энергии частота не изменяется. Трансформаторы подразделяются на два типа в зависимости от конструкции сердечника, такие как трансформаторы с сердечником и трансформаторы с кожухом. По преобразованию уровня напряжения и выигрышу они представляют собой повышающие трансформаторы и понижающие трансформаторы. В цепях переменного тока используются различные типы трансформаторов, такие как силовые трансформаторы, трансформаторы напряжения, трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы.

Что такое трансформатор напряжения?

Определение: Трансформаторы напряжения также известны как понижающие трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы, в которых напряжение цепи снижается до более низкого напряжения для измерения.Электромагнитное устройство, используемое для преобразования более высокого напряжения цепи в более низкое напряжение, называется трансформатором напряжения. Выходной сигнал цепи низкого напряжения можно измерить с помощью вольтметров или ваттметров. Они способны увеличивать или уменьшать уровни напряжения цепи без изменения ее частоты и обмоток. Принцип работы, конструкция трансформатора напряжения аналогична силовому трансформатору и обычному трансформатору.

Трансформатор потенциала

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Трансформатор потенциала состоит из первичной обмотки с большим числом витков и вторичной обмотки с меньшим числом витков.Высокое входное переменное напряжение подается на первичную обмотку (или подключается к цепи высокого напряжения для измерения). Более низкое выходное напряжение снимается во вторичной обмотке с помощью вольтметра. Две обмотки магнитно связаны друг с другом без какого-либо соединения между ними.

Конструкция трансформатора потенциала

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Трансформаторы напряжения сконструированы с высоким качеством для работы при низкой плотности магнитного потока, низком магнитном токе и минимальной нагрузке.По сравнению с обычным трансформатором в нем используются большие проводники и железный сердечник. Он может быть выполнен в виде сердечника и оболочки для обеспечения максимальной точности. Обычно для преобразования высокого напряжения в более низкое напряжение предпочтительнее использовать трансформаторы напряжения с сердечником.

В нем используются коаксиальные обмотки для уменьшения реактивного сопротивления утечки. Поскольку трансформаторы напряжения работают при высоком напряжении, первичная обмотка высокого напряжения разделена на небольшие секции витков / катушек, чтобы снизить стоимость изоляции и уменьшить повреждение.Фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением следует тщательно контролировать, чтобы поддерживать более низкое напряжение путем изменения нагрузки. Обмотки покрыты кембриком и хлопковой лентой для снижения стоимости изоляции.

Разделители твердых волокон используются для разделения катушек. Масляные вводы используются для подключения трансформаторов высокого напряжения (выше 7 кВ) к магистральным линиям. Первичная обмотка трансформатора напряжения имеет большое количество витков, тогда как вторичная обмотка имеет меньше витков.Мультиметр или вольтметр используется для измерения нижнего выходного напряжения.

Рабочий трансформатор потенциала

Трансформатор напряжения, подключенный к силовой цепи, напряжение которой необходимо измерить, подключается между фазой и землей. Это означает, что первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к цепи высокого напряжения, а вторичная обмотка трансформатора подключена к вольтметру. Благодаря взаимной индукции две обмотки магнитно связаны друг с другом и работают по принципу электромагнитной индукции.

Пониженное напряжение измеряется на вторичной обмотке относительно напряжения на первичной обмотке с помощью мультиметра или вольтметра. Из-за высокого импеданса в трансформаторе напряжения небольшой ток проходит через вторичную обмотку и работает аналогично обычному трансформатору без нагрузки или с низкой нагрузкой. Следовательно, эти типы трансформаторов работали в диапазоне напряжений от 50 до 200 ВА.

Согласно условному трансформатору коэффициент трансформации составляет

V2 = N1 / N2

‘V1’ = напряжение первичной обмотки

‘V2’ = напряжение вторичной обмотки

‘N1’ = число число витков первичной обмотки

‘N2’ = число витков вторичной обмотки

Высокое напряжение цепи можно определить с помощью приведенного выше уравнения.

Типы трансформаторов напряжения или потенциала

В зависимости от функции трансформатора напряжения существует два типа:

Измерительные трансформаторы напряжения
Защитные трансформаторы напряжения

Они доступны в одно- или трехфазном исполнении и работают с высочайшая точность. Они используются для управления и управления измерительными приборами, реле и другими устройствами. Исходя из конструкции, существует

трансформаторов электромагнитного потенциала

Они аналогичны первичному трансформатору.l где первичная и вторичная обмотки намотаны на магнитопровод. Он работает при напряжении выше или ниже 130 кВ. Первичная обмотка соединена с фазой, а вторичная обмотка соединена с землей. Они используются в измерительных, релейных и высоковольтных цепях.

Емкостные трансформаторы потенциала

Они также известны как емкостные делители потенциала или емкостные трансформаторы напряжения соединительного или проходного типа. Серия конденсаторов подключается к первичной или вторичной обмоткам.Измеряется выходное напряжение на вторичной обмотке. Он используется для связи по линиям электропередачи и является более дорогостоящим.

емкостный трансформатор потенциала

Ошибки трансформаторов потенциала

В первичном трансформаторе выходное напряжение вторичной обмотки точно пропорционально напряжению на вторичном трансформаторе. В трансформаторах напряжения падение напряжения из-за реактивного сопротивления и сопротивления первичной и вторичной обмоток, а также коэффициента мощности вторичной обмотки приводит к ошибкам фазового сдвига и ошибкам напряжения.

векторная диаграмма

Приведенная выше векторная диаграмма объясняет ошибки в трансформаторах напряжения.

‘Is’ — вторичный ток

‘Es’ — наведенная ЭДС во вторичной обмотке

‘Vs’ — напряжение на зажимах вторичной обмотки

‘Rs’ — сопротивление вторичной обмотки

‘Xs’ — реактивное сопротивление обмотки вторичной обмотки

‘Ip’ — первичный ток

‘Ep’ — наведенная ЭДС первичной обмотки

‘Vp’ — напряжение на зажимах первичной обмотки

‘Rp’ — сопротивление первичной обмотки

‘Xp ‘- реактивное сопротивление первичной обмотки

‘ Kt ‘- отношение витков

‘ Io ‘- ток возбуждения

‘ Im ‘- ток намагничивания Io

‘ Iw ‘- составляющая потерь в сердечнике Io

‘ Φm ‘- магнитный поток

‘Β’- ошибка фазового угла

Индуцированная ЭДС первичного напряжения — это вычитание сопротивления и падений реактивного сопротивления (IpXp, IpRp) из напряжения первичной обмотки Vp.Напряжение падает из-за реактивного сопротивления и сопротивления первичной обмотки.

ЭДС, наведенная в первичной обмотке, трансформируется во вторичную за счет взаимной индукции и образует наведенную ЭДС во вторичной обмотке Es. Выходное напряжение на вторичной обмотке из-за падения ЭДС на сопротивление и реактивное сопротивление составляет Vs. Выходное напряжение на вторичной обмотке получается вычитанием падений реактивного сопротивления и сопротивления (IsXs, IsRs) из наведенной ЭДС во вторичной обмотке Es.

Возьмем за эталон основной поток.Ток в первичной обмотке Ip получается из векторной суммы тока возбуждения Io и обратного вторичного тока Is, которая умножается на 1 / Kt. Vp — приложенное первичное напряжение трансформатора напряжения.

Ip = (Io + Is) / Kt

Ошибка соотношения

Если нормальное отношение трансформатора потенциала отличается от фактического отношения трансформатора потенциала из-за падения сопротивления и реактивного сопротивления, тогда возникает ошибка соотношения.

Ошибка напряжения

Если есть разница между идеальным напряжением и фактическим напряжением, то возникает ошибка напряжения.Процент ошибки напряжения составляет

[(Vp — Kt Vs) / Vp] x 100

Ошибка фазового угла

Если существует разница между фазовым углом между первичным напряжением «Vp» и обратным вторичным напряжением, возникает ошибка фазового угла.

Причины ошибок

Из-за внутреннего импеданса напряжение в первичной обмотке падает и трансформируется пропорционально ее соотношению витков и вторичной обмотке. Точно то же самое происходит во вторичной обмотке.

Снижение ошибок

Ошибки трансформаторов напряжения можно уменьшить или предотвратить за счет повышения точности проектирования, величин реактивного сопротивления и сопротивления первичной и вторичной обмоток и минимального намагничивания сердечника.

Применения трансформаторов напряжения

Применения

Используются в схемах реле и измерения
Используются в цепях связи с несущими линиями электропередач
Используются в электрических системах защиты
Используются для защиты фидеров
Используются для защиты импеданса в генераторах
Используется для синхронизации генераторов и фидеров.
Используется в качестве трансформаторов напряжения защиты

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое трансформатор потенциала?

Трансформаторы напряжения также известны как понижающие трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы, в которых напряжение цепи снижается до более низкого напряжения для измерения.

2). Какие бывают типы трансформаторов напряжения?

Емкостные трансформаторы потенциала и электромагнитные трансформаторы потенциала

3).Какие ошибки в трансформаторах напряжения?

Ошибки соотношения, ошибки напряжения, ошибки фазового угла

4). Для чего нужен трансформатор напряжения?

Для снижения высокого напряжения до более низкого напряжения силовой цепи для измерения.

5). Каковы другие формы трансформаторов напряжения?

Понижающий трансформатор или измерительный трансформатор

Следовательно, работа, конструкция, ошибки и применение трансформаторов напряжения обсуждались выше.Трансформатор напряжения предназначен для преобразования высокого напряжения в низкое. Вот вам вопрос: «Каковы преимущества и недостатки трансформаторов напряжения?»

Подключение трехфазного трансформатора | electricaleasy.com

Подключение трехфазного трансформатора В трехфазной системе три фазы могут быть подключены по схеме звезды или треугольника. Если вы не знакомы с этими конфигурациями, изучите следующее изображение, которое объясняет конфигурацию звезды и треугольника.В любой из этих конфигураций между любыми двумя фазами будет разность фаз 120 °.

Подключение трехфазного трансформатора

Обмотки трехфазного трансформатора могут быть соединены в различных конфигурациях: (i) звезда-звезда, (ii) треугольник-треугольник, (iii) звезда-треугольник, (iv) треугольник-звезда, (v) открытый треугольник и (vi) Связь со Скоттом. Эти конфигурации объясняются ниже.

Звезда-звезда (Y-Y)

Соединение звезда-звезда обычно используется для небольших высоковольтных трансформаторов.Из-за соединения звездой количество необходимых витков на фазу уменьшается (поскольку фазное напряжение при соединении звездой составляет только 1 / √3 раз от напряжения сети). Таким образом, уменьшается и количество необходимой изоляции.
Отношение линейных напряжений на первичной и вторичной сторонах равно коэффициенту трансформации трансформаторов.
Линейные напряжения на обеих сторонах синфазны.
Это соединение можно использовать только в том случае, если подключенная нагрузка сбалансирована.

Дельта-дельта (Δ-Δ)

Это соединение обычно используется для больших низковольтных трансформаторов.Количество необходимых фаз / витков относительно больше, чем для соединения звезда-звезда.
Отношение линейных напряжений на первичной и вторичной сторонах равно коэффициенту трансформации трансформаторов.
Это соединение можно использовать даже при несимметричной нагрузке.
Еще одним преимуществом этого типа подключения является то, что даже если один трансформатор отключен, система может продолжать работать в режиме открытого треугольника, но с уменьшенной доступной мощностью.

Звезда-треугольник ИЛИ звезда-треугольник (Y-Δ)

Первичная обмотка соединена звездой звезда (Y) с заземленной нейтралью, а вторичная обмотка соединена треугольником.
Это соединение в основном используется в понижающем трансформаторе на стороне подстанции линии передачи.
Отношение вторичного напряжения к первичному в 1 / √3 раза больше коэффициента трансформации.
Между напряжениями первичной и вторичной сети имеется сдвиг на 30 °.

Дельта-звезда ИЛИ треугольник-звезда (Δ-Y)

Первичная обмотка соединена треугольником, а вторичная обмотка соединена звездой с заземленной нейтралью. Таким образом, его можно использовать для обеспечения 3-фазной 4-проводной связи.
Этот тип подключения в основном используется в повышающих трансформаторах в начале линии передачи.
Отношение вторичного напряжения к первичному в √3 раз больше коэффициента трансформации.
Между напряжениями первичной и вторичной сети имеется сдвиг на 30 °.

Вышеуказанные конфигурации подключения трансформатора показаны на следующем рисунке.

Открытое соединение треугольником (V-V)

Используются два трансформатора, а первичные и вторичные соединения выполняются, как показано на рисунке ниже.Открытое соединение треугольником может использоваться, когда один из трансформаторов в группе Δ-Δ отключен, и обслуживание должно продолжаться до тех пор, пока неисправный трансформатор не будет отремонтирован или заменен. Его также можно использовать для небольших трехфазных нагрузок, когда нет необходимости в установке полной трехтрансформаторной батареи. Общая допустимая нагрузка при подключении по схеме «открытый треугольник» составляет 57,7%, чем при подключении по схеме «треугольник».

Скотт (Т-Т) соединение

В этом типе подключения используются два трансформатора.Один из трансформаторов имеет центральные отводы как на первичной, так и на вторичной обмотке (который называется главным трансформатором). Другой трансформатор называется трансформатором-тизером. Соединение Скотта также можно использовать для преобразования трех фаз в двухфазное. Подключение выполняется, как показано на рисунке ниже.

Фазовый сдвиг и полярность — нарушение напряжения

Фазовый сдвиг и полярность фаз между двумя обмотками однофазного трансформатора зависит от того, как обмотки намотаны на сердечник.Фазовый сдвиг трансформатора и полярность трансформатора необходимо учитывать для многих приложений, некоторые из которых:

Формирование трехфазного трансформатора с использованием однофазных трансформаторов
Параллельная работа трансформаторов
Присоединения трансформатора напряжения для учета
Трансформаторы напряжения для проверки синхронизма между двумя источниками, защиты и т. Д.

В этой статье обсуждаются основы полярности трансформатора. Обсуждается метод проверки полярности трансформатора напряжения (PT или VT) и предоставляются фактические результаты испытаний.

Фазовый сдвиг трансформатора

Существует четыре различных способа подключения однофазных трансформаторов для образования трехфазных батарей. Это:

Трансформаторы

типа «звезда-звезда» и «треугольник-треугольник» не вызывают сдвига фазы от первичной к вторичной. Трансформаторы Delta-Wye имеют фазовый сдвиг 30 градусов, который обсуждается ниже.

Сдвиг фазы трансформатора треугольником-звезда или звезда-треугольник

Мы знаем, что через трансформатор треугольник-звезда (звезда) или звезда-треугольник будет сдвиг фазы на 30 градусов между линейными напряжениями.При этом есть два варианта: треугольник может опережать треугольник на 30 градусов или сторона звезды может опережать дельту на 30 градусов.

Что определяет фазовый сдвиг трансформатора и какая сторона трансформатора, соединенного треугольником, опережает или запаздывает?

Ответ : «Закрытие» дельты определяет, какая сторона опережает или отстает. Возможны две комбинации, которые обсуждаются ниже:

Дельта-закрытие — тип DAB

Это один из методов закрытия дельта-треугольника.В этой связи сторона полярности фазы A соединена со стороной неполярности фазы B. Схема подключения трехфазного трансформатора с использованием этого метода представлена ниже.

Замыкание по треугольнику — Тип DAB

На рисунке выше показано соединение треугольником-звездой с соединением «DAB». В этом случае сторона треугольника будет опережать сторону звезды на 30 ⁰. Это нормальное соединение для трансформатора треугольник-звезда с треугольником на первичной обмотке. Согласно североамериканским стандартам, первичная сторона опережает вторичную сторону низкого напряжения на 30 ⁰.

2) Замыкание по треугольнику — тип DAC

Это еще один метод закрытия дельта-треугольника. В этом случае сторона полярности фазы A подключена к стороне неполярности фазы C. Схема подключения трехфазного трансформатора с использованием этого метода представлена ниже.

Замыкание по треугольнику — тип DAC

На рисунке выше показано соединение треугольником-звездой с соединением «DAC». В этом случае сторона треугольника будет отставать от стороны звезды на 30 ⁰. Или, другими словами, сторона звезды будет опережать сторону треугольника на 30 ⁰. Это нормальное соединение для трансформатора звезда-треугольник со звездой на первичной обмотке.

Обратите внимание, что эти углы фаз относятся к напряжениям прямой последовательности. Метод определения полярности по соединениям обмоток приведен в [1].

DAB против DAC Delta Connection

Полярность трансформатора

Существует два стандарта полярности трансформаторов. Это вычитание и добавление , как показано ниже. Маркировка полярности обозначена знаком «X».

Однофазные силовые трансформаторы (в Северной Америке) могут быть аддитивными или вычитающими в зависимости от кВА и класса напряжения. В других регионах мира также может использоваться сочетание аддитивного и вычитающего трансформаторов полярности. Два правила полярности трансформатора:

Ток, протекающий «внутрь» с обозначением полярности одной обмотки, течет «вне» отметки полярности другой обмотки. Оба тока будут синфазными.
Падение напряжения от полярности к неполярности на одной обмотке по существу синфазно с падением напряжения от полярности к неполярности на другой обмотке.

Аддитивная полярность : Для силовых распределительных трансформаторов, которые подпадают под категорию, указанную в стандарте IEEE ниже, имеет аддитивную полярность. В основном это однофазные распределительные трансформаторы.

IEEE Std C57.12.00-2000 Стандарт для жидкостных распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов гласит, что «Однофазные трансформаторы мощностью 200 кВА и ниже и с номинальным высоковольтным напряжением 8660 В и ниже (напряжение обмотки) должны иметь аддитивную полярность. .Все остальные однофазные трансформаторы должны иметь вычитающую полярность ».

Вычитающая полярность: Большие силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы обычно имеют вычитающую полярность.

Маркировка полярности обозначается точкой или знаком «X» или может обозначаться стандартизованной маркировкой клемм. Ниже представлен еще один способ указания полярности трансформатора. Вторичная полярность определяется расположением «X1» относительно «h2». Если h2 и X1 находятся на одной стороне, то трансформатор имеет вычитающую полярность и наоборот.

Вот инструментальный трансформатор с вычитающей полярностью. Обратите внимание, что помимо белой «точки», указывающей полярность, на нем также есть маркировка h2 и X1. Схема для этого VT или PT будет такой же, как на рисунке, показанном выше для вычитающей полярности.

Трансформатор напряжения [Квадратный D]

Как проверить полярность трансформатора?

Иногда требуется проверить полярность однофазного трансформатора или трансформатора напряжения (VT или PT) для тестирования или поиска неисправностей.Один из способов проверить ТН с известным коэффициентом трансформации напряжения — подключить источник переменного тока, как показано на рисунке ниже.

Схема проверки полярности трансформатора / трансформатора напряжения (вверху) Упрощенная испытательная схема (внизу)

Примечание. При подключении напряжения следует соблюдать осторожность, поскольку в зависимости от номинального напряжения и клемм, на которых выполняются подключения, может появиться опасное напряжение. Подключение при 120 В переменного тока или меньше должно применяться к клеммам высокого напряжения, а не к клеммам низкого напряжения.

На рисунке выше +, — служат для иллюстрации, обозначают клеммы с одинаковым потенциалом в любой момент времени и не представляют напряжение постоянного тока.

Для обмотки с аддитивной и вычитающей полярностью клеммы h2 и X1 всегда будут иметь одинаковую полярность. Эти знания помогут создать фигуру выше. В приведенном выше примере теста коэффициент трансформации составляет 120 В / 12 В. Если трансформатор напряжения (ТН) имеет аддитивную полярность, мультиметр покажет 132 В. Если ТН имеет вычитающую полярность, то мультиметр покажет 108 В.

Проверка полярности трансформатора напряжения

Ниже представлена испытательная установка для проверки трансформатора напряжения или проверки полярности трансформатора напряжения . Измерительные провода подключаются, как описано в разделе выше . Технические характеристики VT:

Первичный 480 В

Вторичный 120 В

Коэффициент трансформации = 480/120 = 4

h2 и X1 находятся на одной стороне трансформатора (аналогично изображению ТН, показанному выше).Следовательно, VT имеет вычитающую полярность. После выполнения соединений, как показано на схеме выше . Измеренное напряжение на h3 и X2 составляет 90 В.

Это подтверждает, что полярность VT является вычитающей. Напряжение, приложенное к h2 h3, составляет 120 В. В зависимости от коэффициента трансформации, на X1 X2 будет наведено 120/4 = 30 В. Поскольку обмотки подключены для вычитания полярности, сетевое напряжение, измеренное на h3 X2, составляет 120–30 = 90 В. Это именно то, что измеряется.

Осциллограммы напряжения от первичной и вторичной обмоток показаны ниже.Для вычитающей полярности формы волны напряжения на h2 h3 и X1 X2 имеют одинаковый фазовый угол. Другими словами, потенциал h2 и X1 повышается и понижается одновременно.

Для аддитивной полярности формы волны напряжения на h2 h3 и X1 X2 имеют разность фаз 180 градусов.

Дополнительное чтение:

Чередование фаз и фазовый угол

Насыщение трансформатора тока

Ссылка [1]: Анализ и проектирование энергосистемы Дж. Дункан Гловер, С.Сарма, Томас Овербай

Соединения обмоток трехфазного трансформатора

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора могут быть подключены в различной конфигурации, чтобы удовлетворить практически любые требования к напряжению.

Трехфазный трансформатор может быть сконструирован либо путем соединения трех однофазных трансформаторов вместе (образующих батарею трехфазных трансформаторов), либо путем использования одного трехфазного трансформатора, состоящего из трех однофазных обмоток, установленных на одном ламинированном сердечнике.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть подключены в различных конфигурациях, чтобы удовлетворить практически любые требования к напряжению. В зависимости от того, как эти наборы обмоток соединены между собой, определяется, является ли соединение конфигурацией треугольника или звезды (звезды).

Соединение треугольником

Угловое смещение: 30 °
Самое популярное трансформаторное подключение в мире.
Вторичный обеспечивает нейтральную точку для подачи питания между фазой и нейтралью.
Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной заземленной сети с заземленным XO.
При заземлении XO трансформатор действует как источник заземления для вторичной системы.
Токи нулевой последовательности основной гармоники и частоты гармоник во вторичных линиях, питаемые трансформатором, не протекают в первичных линиях. Вместо этого в первичных обмотках замкнутого треугольника циркулируют токи нулевой последовательности.
Если вторичная обмотка трансформатора обеспечивает большое количество несимметричных нагрузок, треугольник первичной обмотки обеспечивает лучший баланс тока для первичного источника.

Соединение WYE-DELTA

Угловое смещение: 30 °
Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной схемы «треугольник» с заземлением между ответвлениями.
Заземление нейтрали первичной обмотки этого соединения создаст источник заземления для первичной системы.Это может привести к серьезной перегрузке трансформатора во время нарушения в первичной системе или несимметрии нагрузки.
Часто устанавливается с заземлением посередине ответвления на одной ноге при питании комбинированной трехфазной и однофазной нагрузки, когда трехфазная нагрузка намного больше, чем однофазная нагрузка.
При использовании в трехфазных четырехпроводных системах первичной обмотки 25 кВ и 35 кВ может возникнуть феррорезонанс при включении или выключении трансформатора с помощью однополюсных переключателей, расположенных на выводах первичной обмотки.С трансформаторами меньшей кВА вероятность феррорезонанса выше.

Соединение треугольником

Угловое смещение: 0 °
Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
Подходит для трех- или четырехпроводной сети с заземлением между ответвлениями.

Соединение треугольником с ответвителем

Угловое смещение: 0 °
Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
Подходит для трех- или четырехпроводной сети с заземлением между ответвлениями.
При использовании ответвителя для однофазных цепей однофазная нагрузка кВА не должна превышать 5% от номинальной трехфазной кВА трансформатора. Трехфазный номинал трансформатора также существенно снижен.

Соединение WYE-WYE

Угловое смещение: 0 °
Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
Подходит только для трехпроводного подключения, даже если XO заземлен.
Это соединение не может обеспечить стабилизированную нейтраль, и его использование может привести к перенапряжению между фазой и нейтралью (смещению нейтрали) в результате несимметричной нагрузки между фазой и нейтралью.
Если трехфазный блок построен на трехполюсном сердечнике, нейтральная точка первичных обмоток практически заблокирована потенциалом земли.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ WYE-WYE

Угловое смещение: 0 °
Подходит только для четырехпроводного источника с эффективным заземлением.
Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной заземленной сети с заземленным XO.
Трехфазные трансформаторы с этим подключением могут испытывать паразитный нагрев резервуара флюса во время определенных внешних дисбалансов системы, если только используемая конфигурация сердечника (четырех- или пятиполюсная) не обеспечивает обратный путь для флюса.
Токи нулевой последовательности основной и гармонической частот во вторичных линиях, питаемые трансформатором, также протекают в первичных линиях (и в первичном нейтральном проводе).
Реле заземления для первичной системы может обнаруживать дисбаланс нагрузки и замыкания на землю во вторичной системе. Это необходимо учитывать при согласовании устройств защиты от сверхтоков.
Трехфазные трансформаторы с нейтральными точками обмоток высокого и низкого напряжения, соединенными внутри и выведенными через ввод HOXO, не должны эксплуатироваться с незаземленным вводом HOXO (плавающим). Это может привести к очень высоким напряжениям во вторичных системах.

Примечания по подключению трехфазного трансформатора

Когда обмотки соединены звездой, напряжение между любыми двумя линиями будет в 1,732 раза больше фазного напряжения, а линейный ток будет таким же, как фазный ток.
Когда трансформаторы соединены треугольником, линейный ток будет в 1,732 раза больше фазного тока, а напряжение между любыми двумя будет таким же, как и фазное напряжение.
Для соединений треугольник-звезда и звезда-звезда соответствующие напряжения на стороне высокого и низкого напряжения совпадают по фазе.Это называется смещением нулевой фазы (угловым). Поскольку смещение одинаковое, их можно проводить параллельно.
Для соединений треугольник-звезда и звезда-треугольник каждая фаза низкого напряжения отстает от соответствующей фазы высокого напряжения на 30 градусов. Поскольку задержка одинакова для обоих трансформаторов, их можно подключать параллельно.
Трансформатор треугольник-треугольник, звезда-звезда или банк (оба с нулевым смещением) не могут быть соединены параллельно с треугольником-треугольником или звездой-треугольником со смещением 30 градусов.Это приведет к опасному короткому замыканию.

Список литературы

Трансформатор напряжения

— обзор

IA Краткая история

Фундамент современной передачи электроэнергии был заложен в 1882 году, когда была построена станция Томаса А. Эдисона на Перл-Стрит, генератор постоянного тока и система радиальной передачи, используемая в основном для освещения. Нью-Йорк. Развитие передачи переменного тока в Соединенных Штатах началось в 1885 году, когда Джордж Вестингауз купил патенты на системы переменного тока, разработанные Л.Голар и Дж. Д. Гиббс из Франции. Энергетические системы переменного и постоянного тока в то время состояли из коротких радиальных линий между генераторами и нагрузками и обслуживали потребителей в непосредственной близости от генерирующих станций.

Первая высоковольтная линия электропередачи переменного тока в США была построена в 1890 году и прошла 20 км между водопадом Уилламетт в городе Орегон и Портлендом, штат Орегон. Технология передачи переменного тока быстро развивалась (Таблица I), и вскоре были построены многие линии переменного тока, но в течение нескольких лет большинство из них работали как изолированные системы.По мере увеличения расстояний передачи и роста спроса на электроэнергию возникла потребность в перемещении более крупных блоков мощности, стали важны факторы надежности, и начали строиться взаимосвязанные системы (электрические сети). Взаимосвязанные системы обеспечивают значительные экономические преимущества. Меньшее количество генераторов требуется в качестве резервной мощности на период пикового спроса, что снижает затраты на строительство для коммунальных предприятий. Точно так же требуется меньше генераторов во вращающемся резерве, чтобы справиться с внезапным, неожиданным увеличением нагрузки, что еще больше снижает инвестиционные затраты.Электросети также предоставляют коммунальным предприятиям возможности для выработки электроэнергии, позволяя использовать наименее дорогие источники энергии, доступные для сети в любое время. Энергетические системы продолжают расти, и типичные региональные электрические сети сегодня включают десятки крупных генерирующих станций, сотни подстанций и тысячи километров линий электропередачи. Развитие обширных региональных сетей и сетей в 1950-х и 1960-х годах привело к большей потребности в согласовании критериев проектирования, схем защитных реле и управления потоком энергии и привело к развитию компьютеризированных систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

ТАБЛИЦА I. Исторические тенденции в высоковольтной передаче электроэнергии

550

1200

Напряжение системы (кВ)
Номинальное значение	Максимальное значение	8 Типовое значение	8 Год выпуска мощность передачи (МВт)	Стандартная ширина полосы отвода (м)
Переменный ток
115	121	1915	50–200	15–25
230	242	1921	200–500	30–40
345	362	1952	400–1500	352
1964	1000–2500	35–45
765	800	1965	2000–5000	40–55
1100	1200	Протестировано 1970-е годы	3000–10000	50–75
Постоянный ток
50		1954
200	(± 100)	1961	200–500	30–35
500	(± 250)	1965	750–1500 30–1500
800	(± 400)	1970	1500–2000	35–40
1000	(± 500)	1984	2000–3000	35–40
(± 600)	1985	3000–6000	40–55

Первое коммерческое применение высоковольтной передачи постоянного тока было разработано R.Тюри во Франции на рубеже веков. Эта система состояла из ряда генераторов постоянного тока, соединенных последовательно у источника для получения желаемого высокого напряжения. Ионные преобразователи были разработаны позже, и в 1930-х годах в штате Нью-Йорк был установлен демонстрационный проект на 30 кВ. Первая современная коммерческая система передачи постоянного тока высокого напряжения с использованием ртутных дуговых клапанов была построена в 1954 году, соединив подводным кабелем остров Готланд и материковую часть Швеции. С тех пор за ним последовали многие другие системы передачи постоянного тока, в последнее время использующие тиристорную технологию.Проекты включают воздушные линии и подземные кабели, а также подводные кабели, чтобы полностью использовать мощность постоянного тока, чтобы снизить стоимость передачи на большие расстояния, избежать проблем с реактивной мощностью, связанных с длинными кабелями переменного тока, и служат в качестве асинхронных связей между сетями переменного тока. .

Сегодня коммерческие энергосистемы с напряжением до 800 кВ переменного тока и ± 600 кВ постоянного тока работают по всему миру. Созданы и испытаны опытные образцы систем переменного тока напряжением от 1200 до 1800 кВ. Возможности передачи электроэнергии увеличились до нескольких тысяч мегаватт на линию, а экономия на масштабе привела к повышению номинальных характеристик оборудования подстанции.Распространены блоки трансформаторов сверхвысокого напряжения (СВН) мощностью 1500 МВА и выше. Подстанции стали более компактными, так как все шире используются шины с металлической обшивкой и газовая изоляция SF ₆. Автоматическое регулирование выработки электроэнергии и потока мощности имеет важное значение для эффективной работы взаимосвязанных систем. Для этих приложений широко используются компьютеры и микропроцессоры.

IB Системные компоненты

Целью системы передачи электроэнергии является передача электроэнергии от генерирующих станций к центрам нагрузки или между регионами безопасным, надежным и экономичным способом при соблюдении применимых требований федерального, государственного и местного уровня. правила и положения.Удовлетворение этих потребностей наиболее эффективным и безопасным образом требует значительных капиталовложений в линии электропередачи, подстанции и оборудование для управления и защиты системы. Ниже приведены некоторые из основных компонентов современной системы передачи электроэнергии высокого напряжения.

Воздушные линии электропередачи передают электроэнергию от генерирующих станций и подстанций на другие подстанции, соединяющие центры нагрузки с электрической сетью, и передают блоки основной мощности на стыках между региональными сетями.Линии передачи высокого напряжения переменного тока представляют собой почти исключительно трехфазные системы (по три проводника на цепь). Для систем постоянного тока типичны биполярные линии (два проводника на цепь). Воздушные линии электропередачи рассчитаны на заданную мощность передачи при конкретном стандартизованном напряжении (например, 115 или 230 кВ). Уровни напряжения обычно основываются на экономических соображениях, и линии строятся с учетом будущего экономического развития в местности, где они заканчиваются.

Подземные кабели служат тем же целям, что и воздушные линии электропередачи.Подземные кабели требуют меньше полосы отчуждения, чем воздушные линии, но, поскольку они проложены под землей, их установка и обслуживание дороги. Подземная передача часто в 5–10 раз дороже, чем воздушная передача той же мощности. По этим причинам подземные кабели используются только в местах, где воздушное строительство небезопасно или технически неосуществимо, где земля для проезда недоступна или где местные власти требуют прокладки под землей.

Подстанции или коммутационные станции служат в качестве соединений и точек переключения для линий передачи, фидеров и цепей генерации, а также для преобразования напряжений до требуемых уровней.Они также служат точками для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, а также для измерения электроэнергии. Подстанции имеют шинные системы с воздушной или газовой изоляцией (CGI). Основное оборудование может включать трансформаторы и шунтирующие реакторы, силовые выключатели, разъединители, батареи конденсаторов, устройства измерения тока и напряжения, измерительные приборы, разрядники для защиты от перенапряжений, реле и защитное оборудование, а также системы управления.

Преобразовательные подстанции переменного / постоянного тока — это специальные типы подстанций, на которых выполняется преобразование электроэнергии из переменного в постоянный (выпрямление) или из постоянного в переменный (инвертирующее).Эти станции содержат обычное оборудование подстанции переменного тока и, кроме того, такое оборудование, как вентили преобразователя постоянного тока (тиристоры), соответствующее оборудование управления, преобразовательные трансформаторы, сглаживающие реакторы, реактивные компенсаторы и фильтры гармоник. Они также могут содержать дополнительные средства управления демпфированием или средства контроля устойчивости при переходных процессах.

Силовые трансформаторы используются на подстанциях для повышения или понижения напряжения и для регулирования напряжений. Для получения желаемого напряжения и поддержания соотношения фазовых углов используются разные схемы обмоток.Обычно используются автотрансформаторы и многообмоточные трансформаторы. Силовые трансформаторы обычно оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой или без нагрузки для управления напряжением и могут иметь специальные обмотки для подачи электроэнергии на станцию. Фазовращатели, заземляющие трансформаторы и измерительные трансформаторы — это специальные типы трансформаторов.

Шунтирующие реакторы используются на подстанциях для поглощения реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях низкой нагрузки и повышения стабильности системы. Они также помогают снизить переходные перенапряжения во время переключения.Иногда используются специальные схемы шунтирующих реакторов для настройки линий передачи для гашения вторичной дуги в случае однополюсного переключения.

Силовые выключатели используются для переключения линий и оборудования, а также для отключения токов короткого замыкания во время аварийных ситуаций в системе. Срабатывание силового выключателя инициируется вручную оператором или автоматически цепями управления и защиты. В зависимости от изоляционной среды между главными контактами силовые выключатели бывают с воздушной, масляной или газовой изоляцией (SF ₆).

Выключатели-разъединители используются для отключения или обхода линий, шин и оборудования в зависимости от условий эксплуатации или технического обслуживания. Выключатели-разъединители не подходят для отключения токов нагрузки. Однако они могут быть оснащены последовательными прерывателями для прерывания токов нагрузки.

Синхронные конденсаторы — это вращающиеся машины, которые улучшают стабильность системы и регулируют напряжения при различных нагрузках, обеспечивая необходимую реактивную мощность; они не распространены в Соединенных Штатах.Иногда они используются в преобразовательных подстанциях постоянного тока для обеспечения необходимой реактивной мощности, когда пропускная способность приемной системы переменного тока мала.

Шунтирующие конденсаторы используются на подстанциях для подачи реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях большой нагрузки. Шунтирующие конденсаторные батареи обычно переключаются группами, чтобы минимизировать скачкообразные изменения напряжения.

Статические вольт-амперные реактивные компенсаторы (ВАР) сочетают в себе функции шунтирующих реакторов и конденсаторов, а также связанного с ними управляющего оборудования. В статических компенсаторах VAR часто используются конденсаторы с тиристорным управлением или насыщающийся реактор для получения более или менее постоянного напряжения в сети путем непрерывной регулировки реактивной мощности, передаваемой в энергосистему.

Ограничители перенапряжения состоят из последовательно соединенных нелинейных резистивных блоков из оксида цинка (ZnO) или карбида кремния (SiC) и, иногда, из последовательных или шунтирующих разрядников.