Подключение трансформатора напряжения

Трансформаторы тока и напряжения

Основы электротехники Нет комментариев

Без электроснабжения невозможно представить нашу жизнь. Чтобы электрическая система работала без сбоев или не пришла в негодность из-за неисправности в кабеле или в силовом оборудовании, её параметры необходимо контролировать, замерять. Диагностика, заключающаяся в проведении электрических измерений, способна выявить причины сбоев и вовремя устранить их. Для этого применяются приборы, измеряющие величины токов, напряжений, мощности.

Но если в электроустановках с низким напряжением возможно подключение измерительных приборов напрямую, непосредственно к измеряемому узлу, то в высоковольтных цепях проблематично отследить параметры без применения измерительных трансформаторов. В электроустановках напряжение доходит до 750 кВ и выше, а токи устанавливаются в десятки килоампер и более. Для «прямого» измерения потребовались бы громоздкое и дорогое оборудование, а иногда измерения вообще не возможно было бы произвести. Также, при обслуживании приборов, напрямую подключенных к сети высокого напряжения, персонал подвергался бы опасности поражения током.

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) способствуют расширению пределов измерений обычных измерительных устройств и одновременно изолируют их от цепей высокого напряжения. Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики подлежат первичной и периодической поверке на правильность работы.

Наиболее часто в сетях переменного тока применяются электромагнитные трансформаторы. Они состоят из магнитопровода, первичной и одной или нескольких вторичных обмоток. ТТ преобразовывает замеряемый высокий ток в малый, а ТН — измеряемое высшее напряжение в низшее. Измерительные трансформаторы включаются в цепи между высоковольтным оборудованием и контрольно-измерительными приборами: амперметрами, вольтметрами, ваттметрами, приборами релейной защиты, телемеханики и автоматики, счетчиками энергии.

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые:

• трансформируют напряжение участка сети или установки в напряжение приемлемой величины для осуществления измерений с помощью стандартных измерительных устройств, питания релейной защиты, устройств сигнализации, автоматики, телемеханики;
• изолируя вторичные приборы и цепи, защищают оборудование от высокого напряжения и персонал, имеющего доступ к обслуживанию электроустановок, от поражения током.

Подключение ТН к высоковольтной части электроустановки осуществляется соединением его первичной обмотки «в параллель» к цепи высокого напряжения. Номинал вторичных обмоток трансформатора напряжения составляет обычно 100 В. Так как сопротивление измерительных приборов, подключаемых к вторичной обмотке, велико, током можно пренебречь. Поэтому основной режим работы ТН подобен режиму холостого хода типового силового трансформатора.

Трансформаторы напряжения и их конструкция

Трансформаторы напряжения подразделяются:

• по числу фаз: на одно- и трехфазные;
• по числу вторичных обмоток: двухобмоточный ТН имеет одну вторичную обмотку, трехобмоточный — две: основную и дополнительную;
• по назначению вторичных обмоток: с основной вторичной обмоткой, с дополнительной, со специальной компенсационной — для контроля изоляции цепи;
• по особенностям исполнений — на трансформаторы защищенного типа, водозащищенного типа (защита от капель и влаги), герметичные, со встроенным предохранителем и с антирезонансной конструкцией;
• по принципу действия и особенностям конструкций: на каскадные, ёмкостные, заземляемые и не заземляемые.

У каскадного ТН первичная обмотка разделена на несколько поочередно соединенных секций, передача энергии от которых к вторичным обмоткам происходит посредством связующих и выравнивающих обмоток. У ёмкостного ТН в конструкции имеется ёмкостный делитель. Заземляемый однофазный ТН — устройство, у которого один конец первичной обмотки должен быть заземлен. У заземляемого трехфазного ТН должна быть заземлена нейтраль первичной обмотки. Все части первичной обмотки не заземляемого ТН изолированы от земли.

Зачем нужны трансформаторы тока

Трансформатор тока — базовый измерительный аппарат в электроэнергетике, применяемый для преобразования тока первичной сети во вторичный стандартный ток величиной 5 А или 1 А. Первичная обмотка соединяется непосредственно с цепью высокого напряжения последовательным способом подключения. Вторичная обмотка включается во вторичные цепи измерений, защиты и учета. 5А — часто встречающийся номинал вторичной обмотки.

Принцип действия и конструкция трансформаторов тока

Первичная обмотка ТТ включается в разрез линейного провода (последовательно с нагрузкой), в котором измеряется сила тока. Вторичная обмотка замкнута на измерительное устройство с малым сопротивлением. Поэтому, в отличие от силового трансформатора, для которого режим короткого замыкания является аварийным, нормальным режимом для измерительного ТТ являются условия, близкие к КЗ, так как сопротивление во вторичной цепи у него мало.

Через первичную обмотку, имеющую определённое количество витков, течет ток. Вокруг катушки наводится магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Пересекая перпендикулярно ориентированные витки вторичной обмотки, магнитный поток формирует электродвижущую силу. Под влиянием последней возникает ток, протекающий по катушке и нагрузке на выходе. Одновременно на зажимах вторичной цепи образуется падение напряжения.

По конструктиву и применению ТТ условно подразделяются на несколько разновидностей:

• Опорные монтируются на опорной плоскости.
• Проходные используются в качестве ввода и устанавливаются в металлических конструкциях, в проемах стен или потолков.
• Встраиваемые размещаются в полости оборудования: электрических выключателей, генераторов и других электроаппаратов и машин.
• Разъемные не имеют своей первичной обмотки. Их магнитопроводы из двух половинок, стягиваемых болтами, можно размыкать и закреплять вокруг проводников под током. Эти проводники исполняют роль первичных обмоток.
• Шинные изготавливаются тоже без первичных обмоток — их роль выполняют пропущенные сквозь окна магнитопроводов ТТ токоведущие шины распредустройств.
• Накладные надеваются сверху на проходной изолятор.
• Переносные предназначаются для лабораторных и контрольных измерений.

По выполнению первичной обмотки ТТ подразделяются на одновитковые и многовитковые, а по числу вторичных обмоток — на устройства с одной обмоткой и с несколькими вторичными обмотками (до четырёх, пяти). По числу ступеней трансформации — на одноступенчатые и каскадные.

К общей классификации трансформаторов обоих типов относятся: количество коэффициентов трансформации (однодиапазонные и многодиапазонные), критерии по материалу диэлектрика между первичной и вторичной обмотками и по материалу внешней изоляции — маслонаполненные, газонаполненные, сухие, с литой, фарфоровой и прессованной изоляцией, с вязкими заливочными компаундами, комбинированные бумажно-масляные. ТТ и ТН устанавливаются на открытом воздухе, в закрытых и в подземных установках, на морских и речных судах, внутри оболочек электроустановок и связываются контрольными проводами и кабелями с оборудованием вторичных цепей. По диапазону рабочего напряжения выделяют трансформаторы, функционирующие в устройствах до 1000 В и выше 1000 B. Трансформаторы также классифицируются по классу точности.

Видео про трансформаторы тока

Кратко о назначении трансформатора тока, составе и особенностях конструкции, о схеме и принципе работы. Почему нельзя допускать размыкание вторичных цепей трансформатора тока без предварительного их замыкания накоротко? Почему на напряжение выше 330 кВ изготавливаются ТТ каскадного типа? Об этом и об измерительном трансформаторе тока для подстанции 750 кВ вы узнаете из видео.

Схемы включения трансформаторов напряжения

В электроустановках необходимо измерять напряжения между фазами (линейные) и напряжения фаз по отношению к земле (фазные). В зависимости от этого применяют однофазные, трехфазные или группы однофазных трансформаторов, включаемых по соответствующим схемам, которые обеспечивают выполнение нужных измерений и работу защит.

На рис. 1 приведены наиболее употребительные схемы включения трансформаторов напряжения.

В схеме на рис. 1, а использован один однофазный трансформатор. Схема позволяет измерять только одно из линейных напряжений.

На рис. 1, б показаны два однофазных трансформатора, включенных по схеме неполного треугольника. Схема дает возможность измерять все три линейных напряжения.

В схеме на рис. 1, в показано включение трех однофазных трансформаторов по схеме звезды с выведенной нулевой точкой и заземлением нейтрали первичных обмоток. Схема позволяет измерять все линейные и фазные напряжения и контролировать изоляцию в системах с изолированной нейтралью.

Рис. 1. Схемы включения трансформаторов напряжения

На схеме рис. 1, г показано включение трехфазного трехстержневого трансформатора, который позволяет изменять только линейные напряжения. Этот трансформатор непригоден для контроля изоляции, заземление его первичной обмотки не допускается.

Дело в том, что при заземлении первичной обмотки, в случае возникновения замыкания на землю (в системе с изолированной нейтралью), в трехстержневом трансформаторе возникнут большие токи нулевой последовательности, а их магнитные потоки, замыкаясь по путям рассеяния (бак, конструкции и др.), могут нагреть трансформатор до недопустимых температур.

На схеме (рис. 1, д) показано включение трехфазного компенсированного трансформатора, предназначенного для измерения только линейных напряжений.

В схеме на рис. 1, е показано включение трехфазного пятистержневого трансформатора НТМИ с двумя вторичными обмотками. Одна из них соединена в звезду с выведенной нулевой точкой и служит для измерения всех фазных и линейных напряжений, а также для контроля изоляции (в системе с изолированной нейтралью) при помощи трех вольтметров. В этом случае магнитные потоки нулевой последовательности не перегреют трансформатор, так как они будут свободно замыкаться через два боковых стержня магнитопровода.

Другая обмотка наложена на три основных стержня сердечника и соединена в разомкнутый треугольник. В эту обмотку включаются реле для сигнализации о замыканиях на землю и приборы.

Нормально на концах дополнительной вторичной обмотки напряжение равно нулю, при замыкании же одной из фаз сети на землю напряжение повышается до 3 U ф оно будет равно геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз. Число витков дополнительной обмотки рассчитывают так, чтобы в этом случае напряжение было равно 100 В.

Реле повышения напряжения, включенное в цепь разомкнутого треугольника, сработает и включит звуковую сигнализацию.

Затем по трем вольтметрам устанавливают, в какой фазе произошло замыкание. Вольтметр заземленной фазы покажет нуль, два других — линейное напряжение.

В системе с изолированной нейтралью на сборных шинах всех напряжений устанавливают вольтметры контроля изоляции.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

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. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис. 2, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных

Рис. 2 Схемы соединения трансформаторов напряжения

трансформатора, соединенных по схеме Y₀ /Y₀, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис. 2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

4. Конструкции трансформаторов напряжения

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные — на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией (соответственно буквы С, М или Л в обозначении типа трансформатора).

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.

Рис. 3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

а – тип НОМ – 35; б тип ЗНОМ – 35; 1 – вывод высокого напряжения; 2 – коробка выводов низкого напряжения; 3 – бак.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, 3HOM-35.

Схема обмоток первых показана на рис. 3, а. Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис. 3, б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН — на боковой стенке бака. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН — на В, дополнительная обмотка — на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2, в.

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

Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения серии 3HQJI.06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10, 15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис. 4) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на U_ф /2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U_ф /2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U_ф /2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.

Рис. 4. Трансформатор напряжения НКФ-110:

а — схема; б — конструкция: 1 — ввод высокого напряжения; 2 — маслорасширитель; 3 — фарфоровая рубашка; 4 — основание; 5 — коробка вводов НН

Трансформаторы напряжения на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U_ф /4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, т. е. шесть и восемь ступеней обмотки ВН.

Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивления, возрастают погрешности, и поэтому трансформаторы НКФ-330, НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис. 5, а). Напряжение, снимаемое с С2 (10—15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты. Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис. 6 показана установка НДЕ-500-72.

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

Рис. 5. Схема трансформатор напряжения НДЕ:

Рис. 6. Конструкция трансформатор напряжения НДЕ – 500 – 72.:

1 — делитель напряжения; 2 — разъеди нитель; 3 — трансформатор напряжения и дроссель; 4 — заградитель высоко частотный; 5 — разрядник; 6 — привод

Источники: http://electricity-help.ru/osnovy-yelektrotekhniki/transformatory-toka-i-napryazheniya/, http://electricalschool.info/spravochnik/izmeren/1444-skhemy-vkljuchenija-transformatorov.html, http://studopedia.ru/10_136309_shemi-soedineniya-obmotok-transformatorov-napryazheniya.html