Для чего нужны трансформаторы напряжения на подстанции
Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:
Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.
Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.
Принцип работы ТН
Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.
Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.
Классификация трансформаторов напряжения
ТНы классифицируются по следующим параметрам:
На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.
электромагнитные и емкостные
Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.
Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.
А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.
Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.
Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.
Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.
Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.
Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.
Что такое трансформатор напряжения и как он работает?
Для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжения электрического тока с помощью силовых трансформаторов повышают до сотен тысяч вольт. Поскольку высокие напряжения очень опасны, то для работы электроприборов используют ток после силового понижающего трансформатора. Однако на всей протяженности ЛЭП установлено множество защитных устройств. Для отделения напряжений цепей этих приборов от потенциалов линий электропередач применяют трансформатор напряжения (ТН).
Приборы этого типа часто используются для безопасного способа подключения измерительных приборов. Задача ТН состоит в преобразовании высоковольтных токов линий (свыше 6 кВ) до безопасного уровня. Применение таких трансформаторов удешевляет эксплуатацию энергосистем за счет снижения затрат на изоляцию оборудования, работающего в низковольтных сетях.
Устройство и принцип действия
Конструктивно ТН особо не отличается от других типов преобразующих устройств. Его устройство:
Внешний вид и схематическое изображение изделия смотрите на рис.1. На картинке изображено устройство с одной (основной) вторичной обмоткой. На некоторых моделях есть дополнительная вторичная обмотка, которая может использоваться, например, для подключения приборов измерения.
Рис. 1. Трансформатор напряжения. Строение
Обратите внимание на то, что между выводами первичных обмоток и вторичными катушками отсутствует гальваническая связь. Это главное отличие измерительных трансформаторов от конструкции обычного понижающего трансформатора.
Защитные кожухи изготовляются из разных материалов. В моделях, используемых для обслуживания высоковольтных ЛЭП, применяют диэлектрики, изготовленные из фарфора (рис. 2),
Для охлаждения обмоток таких высоковольтных агрегатов применяют специальные трансформаторные масла.
В сетях средней мощности применяют модели с корпусами на основе эпоксидных смол (рис. 3).
Рис. 3. ТН наружного типа
Трехфазные ТН с нулевыми выводами выполняются на магнитопроводе с пятью стержнями. Такая конструкция защищает обмотки от перегрева, так как при однофазных замыканиях в цепях высоковольтных проводов цепь линий суммарного магнитного потока в самом трансформаторе замыкается по стали сердечника.
Принцип действия также мало отличается от работы силового понижающего трансформатора. Магнитный поток, возникающий в первичной катушке, распространяется по магнитопроводу, вызывая напряжение ЭДС во вторичной обмотке. Величина напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках. Поскольку вторичные обмотки состоят из малого количества витков, то и выходное напряжение небольшое (обычно оно не превышает 100 В).
Принцип работы ТН объясняет схема на рисунке 4.
Рис. 4. Принцип работы трансформатора напряжения
Важной задачей при изготовлении трансформаторов данного типа является выполнение требований по достижению необходимых амплитудных и угловых параметров синусоиды, определяющих соответствующий класс точности: 0,5; 1; 3. В эталонных образцах применяется класс точности 0,2. Для измерительных приборов важно чтобы класс точности был максимально высоким. Чем он выше, тем меньшая погрешность измерения прибора.
Точность параметров преобразованных переменных токов зависит от нагрузки. Чем выше нагрузка вторичной цепи, тем больше погрешность трансформатора напряжения (снижается класс точности). Оптимальные параметры напряжения на выходе трансформатора достигаются при номинальных нагрузках. В этом режиме эффективность преобразования тока возрастает по мере приближения к номинальному коэффициенту трансформации.
Работа ТН эффективна при малых номинальных мощностях во вторичных цепях. Для этих устройств длительное состояние в режиме холостого хода является нормой. Поэтому они эффективно используются в системах защиты линий, которые большую часть времени находятся в режиме ожидания и потребляют мало тока.
Разновидности
По конструкции и способам подключения трансформаторы напряжения классифицируются следующим образом:
Можно отдельно выделить низковольтные конструкции, которые используются в некоторых электронных устройствах. Данный класс электронных трансформаторов применяют в тех случаях, когда в электронных схемах необходима развязка, отделяющая цепи высоких напряжений от низких.
Расшифровка маркировки
Для различения разновидностей моделей к ним применяют буквенную маркировку:
Технические параметры
Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.
Технические параметры трансформаторов:
К важным сведениям относится параметры номинальной частоты и класс точности для номинального коэффициента трансформации. На некоторых моделях изготовители указывают угловые погрешности и допустимые погрешности напряжений.
Схемы подключения
Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР. Пример такой схемы показан на рис. 7.
Рис. 7. Простая схема подключения трансформатора напряжения
На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды. Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью.
Рис. 8. Еще пример схемы подключения
Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.
Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.
В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.
Применение
Основное применение первичных преобразователей напряжений – подача питания на обмотки измерительных приборов и подключение реле защиты в сетях 380 В и выше. Трансформаторы позволяют расширить диапазоны измерений и изоляцию реле от высоких межфазных потенциалов. Включение выводов первичных обмоток между фазой и землей дает возможность градуировать шкалы приборов с учетом коэффициента трансформации, что позволяет контролировать первичные параметры линий ЛЭП.
Изменение параметров напряжений в первичных цепях влияет на поведение переменных магнитных потоков. Эти возмущения фиксируются вторичными обмотками, которые реагируют изменением амплитуды тока и частоты колебаний. Сигналы поступают на различные защитные устройства, которые автоматически отключают участки линий с КЗ и с другими критичными отклонениями.
Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов
На предприятиях в энергетических установках требуется постоянный контроль режимов функциональности оборудования. Контроль выполняют с помощью учета электроэнергии и наблюдением за показаниями приборов нагрузки и рабочего и сетевого напряжения.
Приборы для измерения тока нагрузки, рабочего напряжения в высоковольтных установках подключаются через трансформаторы тока и напряжения. Кроме измерения трансформаторы нужны для присоединения защитных устройств и реле.
Для чего нужны измерительные трансформаторы тока и напряжения
Трансформатор принадлежит к классу статических электромагнитных аппаратов, который преобразует ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Измерительные трансформаторы признаны одними из самых надежных элементов в системе энергообеспечения.
Помимо определения показателей нагрузки и напряжения служат для присоединения аппаратуры автоматического регулирования и защитных устройств. С помощью измерительных трансформаторов:
снижают габариты и вес приборов измерения;
повышают уровень безопасного обслуживания оборудования;
предупреждают последствия от ошибочных действий электротехнического персонала;
расширяют пределы измерения переменного тока.
Назначение трансформаторов напряжения
Подобное оборудование относится к однофазным устройствам, через которые присоединяют киловольтметры, фазометры для обозначения правильности чередования фаз, ваттметры для определения мощности и для подключения защитных реле в цепях напряжения 3, 6, 10 кВ промышленной частоты.
Обмотки первичного и вторичного напряжения трансформатора ТН отличаются сопротивлением большой величины и малой мощностью. Работа происходит в режиме холостого хода. Стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки не бывает более 100 В и имеет рабочий ток от 1 до 5 А.
Рис. №1. Трансформатор напряжения масляный 6 кВ. НТМИ
Рассмотрим какие бывают трансформаторы напряжения.
Классификация трансформаторов напряжения
Типы измерительных трансформаторов напряжения включают в линейку изделия, классифицируемых следующим образом:
однофазные трансформаторы с одним заземленным концом первичной обмотки. К заземляемым относятся и трехфазные тр-ры с заземленной нейтралью катушки первичного напряжения;
незаземляемые тр-ры напряжения с полностью изолированными от «земли» участками, зажимами «первички»;
каскадный тип с обмоткой первичного напряжения, разделенной на несколько последовательных секций. В конструкции предусмотрены обмотки, выравнивающие напряжение. В наличии есть связующая катушка, которая служит для передачи мощности к обмотке вторичного напряжения;
емкостный ТН с делителем;
двухобмоточный ТН с одной обмоткой вторичного напряжения;
трехобмоточный ТН с двумя обмотками: основного напряжения и дополнительной.
Рис. №2. Трансформатор напряжения, литого типа, опорный с заземленным выводом первичной обмотки, 3НОЛ-СВЭЛ-6. Используется для КРУН, КРУ, КСО
Рис. №3. Трехфазный антирезонансный масляный трансформатор для сетей с изолированной нейтралью
Чтобы понять для каких задач нужны измерительные трансформаторы рассмотрим назначение и разберем принцип действия оборудования.
Устройство трансформаторов напряжения
Конструкцию ТН рассмотрим на примере лабораторных трансформаторов НЛЛ, используемыми для проверки работы большинства трансформаторов измерения и приборов.
Трансформаторы напряжения на 3, 6 или 10 кВ имеет магнитопровод с конструкцией из электротехнической стали в основном стержневого типа. На магнитопроводе расположена внутренняя вторичная обмотка. Первичка представляет собой две секции, которые соединены между собой.
Изоляции представляет собой заливку компаудом, что создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности от попадания влаги и внешних повреждений.
Выводы первичной обмотки размещаются вверху корпуса трансформатора.
С торца трансформатора на клеммнике размещены выводы вторичной обмотки и контакты заземления.
Измерительные трансформаторы напряжения, условия безопасной эксплуатации
Для обеспечения рабочих условий эксплуатации клеммы вторичной обмотки присоединяют к измерительными приборам или защитному оборудованию. Одну из клемм и основание оборудования заземляют.
Цепи при вторичной работе не замыкают, иначе может произойти термическое разрушение.
Если существует не использованная вторичная обмотка ее оставляют открытой, заземлив одну из клемм. Разомкнутая треугольная цепь должна включать резистор соответствующего напряжения и номинальной мощности вторички. Заземление цепи производится по техническим рекомендациям.
Нейтральный вывод первичной обмотки однофазного трансформатора заземляется только в нейтральную систему замыкания.
Будьте уверены, что правильный выбор и эксплуатация измерительных трансформаторов приведут вас к объективным показателям нагрузки и качества электрической сети.
Рис. №6. Схема подключения трансформатора напряжения где: 1 – первичная обмотка, 2 – магнитопровод, 3 – обмотка вторичного напряжения
Рис. №7. Размещение трансформатор напряжения в ячейке КРУН, подключение к питающей сети через предохранители
Назначение и принцип действия трансформаторов тока
Трансформаторы тока преобразуют первичный ток во вторичный ток меньшей величины в процессе гальванического разделения цепи. Они служат для включения амперметров и токовых катушек приборов измерения, отличающихся очень малым сопротивлением.
Трансформаторы тока постоянно работают в режиме короткого замыкания. Вторичная цепь защищается от сильных токов за счет эффекта насыщения стального сердечника.
Применяются ТТ там, где затруднительно произвести замеры токовых величин напрямую.
С использованием измерительных трансформаторов выполняют учет потребления электроэнергии.
О измерительных трансформаторах напряжения иы вкратце узнали. За более подробной информацией обращайтесь к менеджеру компании «КубаньЭлектрощит» Задавайте вопросы на сайте. Мы ответим в самые короткие сроки.
Классификация трансформаторов тока
Типы измерительных трансформаторов тока подразделяют на следующие классы:
по функциональности: на измерительные и защитные;
по току: постоянного и переменного тока;
по коэффициенту трансформации: одно и многодиапазонные;
по способу монтажа: внутреннего и наружного размещения, встроенные, накладные;
по напряжению: низкого и среднего;
по типу изготовления и диэлектрическому материалу: газо- и маслонаполненные, сухие.
Рис. №4. Внешний вид трансформатора тока ТОЛ-СЭЩ-20
Рис. №5. Опорный трансформатор тока ТОЛ-СЭЩ-10, внешний вид
Измерительные подключают напрямую к считывающему, записывающему и вычисляющему измерительному оборудованию. Также их подключают к защите от сверхтоков. Разделяются на однопроводниковые ТТ и трансформаторы с первичной обмоткой. Однопроводниковый трансформатор – это устройство с проемом для первичной цепи, он устанавливается на первичный проводник.
Мощность трансформаторов тока зависит от коэффициента трансформации и поперечного сечения сердечника.
При низком токе первичной обмотки применяется трансформатор тока с высокой пропускной способностью. Для того чтобы получить трансформатор тока с первичной обмоткой через однопроводниковый трансформатор несколько раз пропускают первичный проводник.
Маркировка клемм первичной обмотки: Р1 (К) и Р2 (L), вторичной S1 (k) S2 (i). Полярность соответствует направлению прохождению тока.
Трансформатор постоянного тока
Трансформатор для измерения постоянного тока работает по принципу магнитного усилителя и включает в свою конструкцию ферромагнитный сердечник и две обмотки постоянного и переменного тока.
Устройство трансформаторов тока
Большинство измерительных трансформаторов тока выполнены в виде литой и опорной конструкции. Изоляция, например, как у трансформаторов тока ТОЛ-СЭЩ-10-IV выполнена из циклоалифатической смолы, защищающей обмотки от влаги и всех внешних повреждений. Катушки первичного напряжения выполнены из 2, 3 или 4 магнитопроводов со вторичными обмотками.
Эксплуатационные условия для трансформаторов тока
Важно. Трансформаторы тока запрещено включать в линию без измерительного прибора.
Для безопасной эксплуатации
Чтобы увеличить степень надежности ТТ и обеспечить безопасную эксплуатацию кожух трансформатора и одну из клемм «вторички» необходимо заземлить.
Вторичная обмотка не эксплуатируется при разомкнутой цепи, а та обмотка, которая не используется закорачивается и заземляется.
Трансформаторы тока с ответвителем емкостного делителя присоединяются к индикатору. Неиспользованное ответвление заземляют.
Обслуживание измерительных трансформаторов
Перед началом работы с поверхности трансформаторов удаляется смазка, пыль и прочие загрязнения. Протирка производится с использованием уайт-спирита. Ветошь не должна оставлять ворс.
Трансформатор исследуется на наличие сколов, трещин и наличие следов коррозии.
После визуального осмотра трансформатор подвергают испытанию или проверяют прибором/мегомметром (2500 В) на достаточность сопротивления изоляции. Вторичная обмотка проверяется мегомметром со шкалой деления на 1000 В.
Ток холостого хода проверяется со стороны вторичной обмотки под напряжением равным 1,2 от номинального. Отличие полученного результата не должно быть отличным от паспортного больше чем на ±10%.
Основное требование к трансформаторам – номинальная мощность не должна быть больше указанных в паспорте изделия.
Качество электроэнергии в сети должно быть соответствующим требованиям ГОСТ 32144.
Установка трансформатора должна производиться на место с обеспеченным доступом к клеммным контактам.
При обслуживании трансформатора измерения проверяют надежность контактного соединения.
Разомкнутые треугольные обмотки однофазных индукционных ТН обеспечивают безаварийность кабельных систем распределения энергии.
Для повышения надежности разомкнутых треугольных обмоток трансформатора напряжения в цепь добавляют стабилизаторы напряжения, ограничители, стабилитроны. Эти устройства поддерживают работоспособность систем распределения электроэнергии после аварий и сбоев.
Работы по обслуживанию измерительных трансформаторов производятся по наряду в соответствии с технологическими картами. Капитальный ремонт, например, у трансформаторов тока не делают. Если испытания и замеры сопротивления основной изоляции показали неудовлетворительные результаты трансформатор меняют на другой. Основная изоляция должна иметь сопротивление не менее 300 МОм.
Вторичная обмотка в отключенном и отсоединенном состоянии должна показать сопротивление не менее 50 МОм, с подключенными вторичными цепями не менее 1 МОм.
При обслуживании трансформаторов тока проверяют переходное сопротивление болтового контактного соединения. Оно не должно превышать 33 мкОм для контактов на 2000 А и не выше 60 мкОм для контактных соединений на 630 А.
Технология ремонта измерительных трансформаторов: разборка магнитопровода, демонтаж и ремонт катушек, перемотка обмоток, замена пластин магнитопровода и прочее схожи с ремонтом силовых трансформаторов. На время ремонта трансформатора обмотки закорачивают между собой, чтобы исключить возможный контакт и обратную трансформацию и напряжение при выполнении ремонтных работ.
Важные примечания
В индукционных однополюсных измерительных трансформаторах тока при замыкании цепи и во время затухания токов замыкания на «землю» возникает феррорезонанс, следствием которого является перегрев, появляется высокое напряжение, а сам трансформатор может разрушиться. Для предупреждения феррорезонанса в разомкнутую треугольную цепь трех обмоток трансформатора напряжения включают резистор. Заземление выполняют только в одной точке. В контакты разомкнутого треугольника присоединяют приборы, которые следят за токами замыкания не землю.
Приобретение и установка измерительного трансформатора в соответствии с паспортными данными нагрузки и напряжения электроустановки гарантируют бесперебойную и точную работу приборов и оборудования.