Меню

Трансформаторы напряжения технические параметры

Назначение и основные параметры ТН

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для понижения высокого напряжения (свыше 250 В) до какого-то стандартного (принято 100 В), применяемого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и за­щитных устройств. Они одновременно изолируют перечисленные цепи от высокого напряжения. ТН выполняются как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу напряжений (начиная от 380 В).

Основными параметрами ТН являются следующие.

Номинальное напряжение обмоток — рабочее напряжение, на которое рассчи­таны обмотки (указывается на щитке). При этом номинальным напряжением транс­форматора считается напряжение первичной обмотки.

Номинальный коэффициент трансформации — отношение номинальных первич­ного и вторичного напряжений: КЦном= l/lHOM/t/2HOM.

Класс точности, определяемый погрешностью по напряжению и по углу в процентах (аналогично рассматриваемому выше для ТТ):

Номинальная мощность — мощность, которой трансформатор может быть на­гружен в пределах класса точности.

Трансформатор напряжения имеет одну обмотку высокого напряжения (ВН) и одну или две (основную и дополнительную) рбмотки низкого напряжения (НН) и включается по схеме на рис. 12-1.

Трансформаторы могут выполняться сухими (на напряжение до 10 кВ и для внутренней установки) или масляными (на более высокие напряжения и для наруж­ной установки).

Общий вид сухого трехфазного ТН приведен на рис. 12-4. На трехстержневом шихтованном магнитопроводе расположены три первичные и три вторичные об­мотки. Обмотки слоевые, намотаны на соответствующие изоляционные каркасы. Присоединительные концы выведены на соответствующие изолированные зажимы. Однофазные трансформаторы выполняются тоже на трехстержневых магнитопро-водах, крайние стержни половинного сечения. Катушки (одна ВН и одна НН) рас­полагаются на среднем стержне.

У масляных ТН магнитопроводы с обмотками располагаются либо в

стальных баках при напряжениях до 35 кВ, либо в фарфоровых покрышках, заполненных маслом.

Принцип действия ТН, физические явления в электрическом

Аппарате

а) Принцип действия. Трансформаторы напряжения (ТН) служат для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное напряжение, удобное для измерения. Обычно за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение 100 В или 100/ В. Это позволяет для измерения любого высокого напряжения применять одни и те же измерительные приборы. Реле защиты также выпускаются на те же стандартные напряжения независимо от номинального напряжения защищаемой установки.

б) Погрешности ТН. Погрешность ТН обусловлена наличием активных и реактивных сопротивлений обмоток и тока холостого хода. Схема замещения ТН дана на рис.8.2.1, а векторная диаграмма — на рис. 8.2.2. Все величины приведены к первичной обмотке. Поток Ф создает вторичную ЭДС Е’2, отстающую от него на 90°. Под действием этой ЭДС во вторичной цепи возникают напряжение U’2 и ток I2, проходящий по сопротивлению нагрузки R2, Х2. Тот же ток создает падения напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки r’2 и х’2. При выбранных положительных направлениях ток — I’2 отстает от ЭДС Е’2.

Сумма этих напряжений равна ЭДС Е’2, Намагничивающий ток I (ток холостого хода) на угол потерь опережает поток Ф. В первичной обмотке создается падение напряжения I1(r1+jx1). Но

I1(r1+jx1) = I(r1+jx1) + I2(r1+jx1).

Согласно рис. 8.2.1 можно написать

Используя (8.2.1), получаем

U1 = I1(r1+jx1) + I2 (r1 + r’2 ) + I2 j (x1 +х’2) + U2.

Рис. 8.2.1. Схема замещения ТН

Катеты треугольника ABC пропорциональны падениям напряжения от тока холостого хода I , катеты треугольника CDE — падениям напряжения от тока нагрузки I2.

При отсутствии погрешности U’2 и = U2 = = U1 или U1 / U2 = w1 /w2 и точки А, Е должны совпасть.

Погрешность ТН по напряжению

U =

Поскольку угол между U1 и U2 мал, то вместо арифметической разности модулей этих векторов можно взять проекцию вектора АЕ на ось U2 .Таким образом, погрешность определяется отрезком AF.

В реальных ТН углы К1 и К2, определяемые активным и реактивным сопротивлением обмоток, примерно одинаковы. В связи с этим введем угол

К= К1 = К2, необходимый для построения треугольника падений напряжений CDE.

Угол между напряжением на нагрузке —U2 и ЭДС Е’2 составляет несколько минут, и им можно пренебречь. Найдем проекции векторов Ir1, Ix1, I2 (r1 + r’2 ),

I2 (x1 +х’2) на направление вектора U’2 (ось OF). Уравнение для погрешности по напряжению имеет вид

Рис. 8.2.2. Векторная диаграмма ТН

Рис. 8.2.3. Зависимость погрещности от вторичной мощности

U % = 100% = —

100%. (8.2.2)

Уравнение (8.2.2) показывает, что погрешность состоит из двух частей. Первая определяется током холостого хода, вторая — током нагрузки. Для того чтобы уменьшить погрешность по напряжению, снижают активное и реактивное сопротивление обмоток. Уменьшение активного сопротивления достигается малой плотностью токов в обмотках (около 0,3 А/мм 2 ), что облегчает тепловой режим ТН.

Для снижения индуктивного сопротивления обмоток х1 и х’2 уменьшают расстояние между. первичной и вторичной обмотками.

При заданном первичном напряжении U1 намагничивающий ток I практически постоянен. В этом случае согласно (8.2.2) погрешность линейно растет с увеличением тока нагрузки I2. Поскольку в номинальном режиме напряжение U’2 мало меняется с током нагрузки I2, то вторичная (выходная) мощность Р2 пропорциональна этому току. Зависимость погрешности по напряжению от вторичной мощности для одного из исполнений ТН показана на рйс. 8.2.4, а.

Читайте также:  Центр работы под напряжением

На погрешность влияет коэффициент мощности нагрузки cos . С уменьшением cos погрешность увеличивается.

Погрешность зависит и от первичного напряжения.

Рассмотрим холостой ход (I2 = 0). Если принять, что при изменении I угол потерь не изменяется, то согласно (8.2.2) погрешность по напряжению будет определяться отношением намагничивающего тока I к первичному напряжению U1 . Индукция В пропорциональна первичному напряжению, а намагничивающий ток пропорционален напряженности поля:

Тогда погрешность пропорциональна отношению H/В или обратно пропорциональна магнитной проницаемости . Обычно рабочая индукция в номинальном режиме составляет 1,1 Тл.

При изменении первичного напряжения в пределах (0.5 — 1,1) UНОМ магнитная проницаемость увеличивается и погрешность уменьшается.

Следует отметить, что погрешность от тока холостого хода мала по сравнению с погрешностью от тока нагрузки. Поэтому изменение первичного напряжения в указанных пределах мало влияет на значение погрешности.

Угловая погрешность определяется углом между вторичным напряжением U2 и первичным напряжением U1. Ввиду малости угла можно считать, что OE=OF (см. рис. 8.2.2). Тогда tg = = ЕF/OF или (в угловых минутах)

= 3440 100%. (8.2.3)

Погрешность по углу состоит также из двух частей: первой, определяемой током холостого хода, и второй, зависящей от тока нагрузки. Из (8.2.3) следует, что индуктивное сопротивление обмоток вносит отрицательную угловую погрешность, а активное — положительную. Зависимость угловой погрешности от вторичной мощности Р при раз­ичных значениях cos 2 приведена на рис. 8.2.3, б. В режиме холостого хода угловая погрешность положительная. При чисто активной нагрузке (сos 2 = l) с ростом мощности угловая погрешность изменяет знак и становится

отрицательной. При сos 2 = 0,5 угловая погрешность линено растет с мощностью и остается все время положительной. Следует отметить, что характер нагрузки (сos 2) оказывает большее влияние на угловую погрешность, чем на погрешность по напряжению (см. рис. 8.2.3, а и б).

Погрешность по напряжению можно компенсировать путем уменьшения числа витков первичной обмотки.: При этом коэффициент трансформации становится меньше номинального, вторичное напряжение возрастает, вводится положительная погрешность, которая компенсирует отрицательную. Обычно вводится такая коррекция, что при холостом ходе трансформатор имеет максимально допустимую для данного класса точности положительную погрешность.

Результирующая погрешность по напряжению при отмотке первичных витков выражается уравнением

U % =

= — х

100% + (8.2.4)

На угловую погрешность витковая коррекция не влияет.

В трехфазных ТН угловую погрешность можно компенсировать с помощью специальных компенсирующих обмоток. При активной нагрузке вносится положительная коррекция. При индуктивной нагрузке применяется схема соединений, создающая отрицательную коррекцию.

Дата добавления: 2017-05-02 ; просмотров: 2441 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



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:

  • магнитный сердечник, шихтованный из пластин электротехнической стали;
  • первичная катушка;
  • одна или две вторичные обмотки;
  • защитный кожух (для конструкций уличного типа).

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.

Трансформатор напряжения. Строение

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),

ТН на 110 кВ

Рис. 2. ТН на 110 кВ

Для охлаждения обмоток таких высоковольтных агрегатов применяют специальные трансформаторные масла.

В сетях средней мощности применяют модели с корпусами на основе эпоксидных смол (рис. 3).

ТН наружного типа

Рис. 3. ТН наружного типа

Читайте также:  Схема регулятора напряжения для генератора автомобиля

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.

Принцип работы трансформатора напряжения

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:

Модель антирезонансного ТН

  • двухобмоточный ТН (состоит из первичной катушки и основной вторичной обмотки);
  • трехобмоточный (имеет две вторичные обмотки. Одна из них является основной, а другая – дополнительной);
  • заземляемый (конструкция однофазных ТН у которых один вывод первичной обмотки уходит на землю.В моделях трехфазных ТН наглухо заземлены все нейтрали);
  • незаземляемый;
  • тип каскадных трансформаторов (первичную обмотку образуют каскады из секций);
  • семейство емкостных трансформаторов, конструкция которых содержит элементы емкостных делителей;
  • модели антирезонансных трансформаторов (см. рис. 5).

Рис. 5. Модель антирезонансного ТН

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:

  • Н – трансформатор напряжения;
  • Т – трехфазная модель;
  • О – однофазный ТН;
  • С – сухой (воздушное охлаждение);
  • М – масляный;
  • А – антирезонансные модели;
  • К – каскадные устройства;
  • Ф – фарфоровый тип корпуса;
  • И – пятистержневой трансформатор, содержащий обмотку для контроля изоляции;
  • Л – конструкции в литом корпусе;
  • ДЕ – емкостные;
  • З – заземляемые (первичную катушку необходимо заземлять).

Технические параметры

Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.

Шильдик трансформатора

Рис. 6. Шильдик трансформатора

Технические параметры трансформаторов:

  • величина напряжения на первичном фазном входе;
  • напряжение на выводах вторичных фазных обмоток;
  • коэффициенты мощности;
  • максимальные напряжения короткого замыкания.

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.

Простая схема

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.

Схемы соединений

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.

Читайте также:  Реле напряжения барьер 32ап

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.

Видео по теме

Источник

Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения

Специальные трансформаторы

Напряжения и тока

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Трансформаторы напряжения

Измерительный трансформатор напряжения (ТН) применяется при измерениях в сетях переменного тока напряжением свыше 220 В. ТН представляет собой понижающий трансформатор с таким соотношением витков в первичной и вторичной обмотках, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичное напряжение составляло 100В.

ТН работает в режиме, близком к режиму «холостого хода», т.е. I2 = 0. Класс точности прибора зависит от выбора рабочей точки на петле гистерезиса (Bm=0,1….0,2 Тл , I1=I). Для этого увеличивают количество витков первичной цепи. Соотношение витков в трансформаторе подбирается таким образом, чтобы получить во вторичной цепи U=100 B. Для обеспечения надежной работы ТН обязательно заземляется вторичная цепь и корпус трансформатора. Система уравнений для трансформатора имеет вид:

Так как U1 = -E1 , U2 = E2НОМ, то напряжение в первичнолй обмотке определяется выражением:

Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения

Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/ ), коэффициента трансформации К=U1ном/U2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2;0,5; 1:3.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения — это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Трансформатор тока

Измерительный трансформатор тока (ТТ) применяется для включения амперметров и обмоток тока ваттметров, счетчиков энергии и фазометоров в цепях переменного тока, чаще всего в сильно точных (с большим значением тока).
ТТ работает в режиме, близком к «короткому замыканию». Первичная обмотка ТТ выполняется из провода большого сечения и включается в сеть последовательно (количество витков первичной цепи равно1). Вторичная обмотка — многовитковая.

Уравнение МДС имеет вид: I1W1 + I2W2 = IW1;
Точность тока измерительной цепи определяется выбором точки на петле гистерезиса (Bm=0,1…0,2Тл, I0 =0). Количество витков во вторичной цепи подбирается таким образом, чтобы во вторичной цепи протекал ток 5 А, откуда

Данный трансформатор является опасным при эксплуатации, так как нельзя размыкать вторичную цепь под нагрузкой. При размыкании цепи произойдет рост потерь в магнитопроводе в квадратичной зависимоти (В 2 ), что приведет к пробою изоляции и обслуживающий персонал может попасть под высокое напряжение.

Специальные трансформаторы

Напряжения и тока

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Трансформаторы напряжения

Измерительный трансформатор напряжения (ТН) применяется при измерениях в сетях переменного тока напряжением свыше 220 В. ТН представляет собой понижающий трансформатор с таким соотношением витков в первичной и вторичной обмотках, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичное напряжение составляло 100В.

ТН работает в режиме, близком к режиму «холостого хода», т.е. I2 = 0. Класс точности прибора зависит от выбора рабочей точки на петле гистерезиса (Bm=0,1….0,2 Тл , I1=I). Для этого увеличивают количество витков первичной цепи. Соотношение витков в трансформаторе подбирается таким образом, чтобы получить во вторичной цепи U=100 B. Для обеспечения надежной работы ТН обязательно заземляется вторичная цепь и корпус трансформатора. Система уравнений для трансформатора имеет вид:

Так как U1 = -E1 , U2 = E2НОМ, то напряжение в первичнолй обмотке определяется выражением:

Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения

Источник