Трансформаторы напряжения © Ставропольский государственный аграрный университет Ставрополь, 2010

Первичные измерительные преобразователи напряжения К измерительным органам воздействующая величина – напряжение – обычно подводится от первичных измерительных преобразователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U 2 ном =100 В. Распространенной разновидностью первичного измерительного преобразователя напряжения является измерительный трансформатор напряжения.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи Особенностью измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи

Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков W 1 включается на напряжение сети U 1. Под действием напряжения по обмотке W 1 проходит ток намагничивания Iнам, который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной W 1 и вторичной W 2 обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно Е 1 = 4,44·f·W1·Ф; Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков W 1 включается на напряжение сети U 1. Под действием напряжения по обмотке W 1 проходит ток намагничивания Iнам, который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной W 1 и вторичной W 2 обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно Е 1 = 4,44·f·W1·Ф; Е 2 =4,44·f·W2·Ф. Отсюда Е 2 =4,44·f·W2·Ф. Отсюда (1) (1)

Отношение W 1 /W 2 называется коэффициентом трансформации и обозначается К U В режиме холостого хода ток I 2 =0, а ток в первичной обмотке I 1 =I нам При этом U 2 =Е 2 и напряжение U 1 незначительно отличается от ЭДС Е 1 Поэтому (2) (2)

Отношение W 1 /W 2 называется коэффициентом трансформации и.обозначается К U В режиме холостого хода ток I 2 =0, а ток в первичной обмотке I 1 =I нам При этом U 2 =Е 2 и напряжение U 1 незначительно отличается от ЭДС Е 1 Поэтому (2)

Схема замещения трансформатора напряжения

Векторная диаграмма трансформатора напряжения

Работа трансформатора с нагрузкой Zн (в виде, например, реле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I 2 и увеличением (по сравнению с холостым ходом) тока I / 1. Эти токи создают падение напряжения ΔU в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего.

Из векторной диаграммы следует, что вторичное напряжение отличается от приведенного первичного U 1 как по значению на ΔU, так и по фазе на угол δ. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: погрешность напряжения, или вследствие незначительности угла δ (3) угловую погрешность, которая определяется углом δ между векторами напряжений U1 и U2.

Значения погрешностей трансформатора напряжения определяются падением напряжения ΔU, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (тока I 2 ). Вместе с ним возрастают и погрешности. Поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим, близкий к холостому ходу. В условиях эксплуатации трансформатор напряжения может работать с различными погрешностями. В зависимости от погрешностей по ГОСТ 1983–77Е установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3 соответственно погрешностям напряжения f U в процентах. Номинальная мощность трансформатора отнесена к определенному классу точности.

Однако по условию нагрева он может допускать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного класса точности. Начала и концы обмоток трансформатора напряжения TV маркируются в соответствии с правилом, которое изложено при рассмотрении трансформаторов тока.

. Принято обозначать: А – начало первичной обмотки, а – начало вторичной обмотки; X – конец первичной обмотки, х – конец вторичной обмотки.

Для трансформаторов напряжения, как и для трансформаторов тока, в зависимости от принятого положительного направления тока и напряжения можно построить векторные диаграммы с совпадающими или противоположно направленными векторами вторичного U 2 и приведенного первичного U 1 напряжений. При этом погрешности не учитываются. Для анализа действий релейной защиты и автоматики более удобной является векторная диаграмма с совпадающими векторами U 2 и U / 1.

Рассмотренные соотношения и векторная диаграмма характерны и для вторичных измерительных трансформаторов напряжения, которые, как правило, входят в измерительную часть устройств защиты, автоматики и телемеханики. Измерительные органы, в частности измерительные реле напряжения, включаются на фазные и междуфазные напряжения, а также на напряжения нулевой и обратной последовательностей. Для получения этих напряжений используются однофазные или трехфазные трансформаторы напряжения и фильтры напряжения обратной последовательности.

Трансформаторы в этом случае имеют различные схемы соединения обмоток, при выполнении которых придерживаются следующих правил: в случае включения первичных обмоток на фазные напряжения их начала присоединяются к соответствующим фазам, а концы объединяются и соединяются с землей; при включении первичных обмоток на междуфазные напряжения их начала присоединяются к предыдущим, а концы – к последующим фазам в порядке их электрического чередования.

Включение однофазного трансформатора напряжения. Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение, например напряжение U bc. Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение, например напряжение U bc.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый треугольник.

Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения (реле KV1–KV3) и на напряжения фаз по отношению к нулевой точке системы междуфазных напряжений.

В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду (реле KV4–KV6). Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее распространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду

Эта схема, как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряжения (реле KV1–KV3) и на напряжения фаз относительно нулевой точки системы (реле KV4–KV6), а также по отношению к земле, т. е. на любые фазные напряжения (реле KV7– KV9).

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого. Применение трехфазных трехстержневых трансформаторов напряжения в данном случае не допускается в связи с тем, что при замыкании на землю в сети по первичным обмоткам трансформатора через его заземленную нейтраль проходят большие токи намагничивания нулевой последовательности и трансформатор сильно перегревается.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности.

Напряжения отдельных последовательностей можно выделить из полных фазных напряжений посредством фильтров напряжений симметричных составляющих. Так, для получения напряжения нулевой последовательности Uo первичные обмотки трансформаторов должны соединяться в звезду с заземленной нейтралью. Полученные при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем соединения вторичных обмоток в разомкнутый треугольник, к которому подключается реле. Напряжение на обмотке реле

При отсутствии в полных фазных напряжениях составляющих нулевой последовательности напряжение на выходе разомкнутого треугольника близко к нулю. В связи с погрешностью трансформаторов напряжения, наличием в первичных напряжениях гармонических, кратных трем, и по другим причинам на зажимах разомкнутого треугольника в нормальном режиме возникает напряжение небаланса, которое обычно не превышает U нб = 3÷4 В (при замыкании на землю максимальное напряжение на зажимах фильтра 3U max = 100B).

Обычно трансформаторы напряжения изготовляют с двумя вторичными обмотками, одну из которых можно использовать в схеме соединения звезды, а другую – разомкнутого треугольника

В системах с заземленной нейтралью напряжение на зажимах разомкнутого треугольника при замыкании на землю не превышает фазного U ф, а в системах с изолированной нейтралью оно может достигать 3U ф. Поэтому номинальное вторичное фазное напряжение обмоток, соединяемых в треугольник, принимается равным U 2 ном = 100 В, если трансформатор устанавливается в системе с заземленной нейтралью, и равным = 100/3В, если трансформатор устанавливается в системе с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.

. Выполнение вторичных цепей трансформаторов напряжения и контроль за их состоянием. Исходя из требований техники безопасности вторичные обмотки трансформаторов напряжения в установках напряжением 500 В и выше должны обязательно заземляться. Предохранители с первичной стороны трансформаторов напряжения не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их вторичных цепях. Исходя из требований техники безопасности вторичные обмотки трансформаторов напряжения в установках напряжением 500 В и выше должны обязательно заземляться. Предохранители с первичной стороны трансформаторов напряжения не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их вторичных цепях.

Поэтому все незаземленные провода, подключаемые к вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, соединяются с ними через низковольтные плавкие предохранители или малогабаритные автоматы, которые являются более быстродействующими; они надежнее и удобнее предохранителей. Поэтому все незаземленные провода, подключаемые к вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, соединяются с ними через низковольтные плавкие предохранители или малогабаритные автоматы, которые являются более быстродействующими; они надежнее и удобнее предохранителей.

Перегорание предохранителей или срабатывание автоматов и возможные обрывы в цепях напряжения могут повлечь за собой неправильное действие некоторых устройств защиты и автоматики. Поэтому они должны снабжаться специальными устройствами, автоматически выводящими их из действия при нарушениях цепей напряжения. В тех случаях, когда указанные нарушения непосредственно не приводят к неправильной работе устройств защиты и автоматики, достаточна сигнализация об исчезновении напряжения.