Ювелирное обозрение

Измерительные трансформаторы напряжения и тока бывают предназначены:

1) для преобразования больших первичных токов (напряжений) до значений, удобных для подключения стандартных

2) отделение цепей высокого потенциала от цепей низкого потенциала. Вторичные обмотки всегда заземляются для безопасности персонала.

Трансформаторы напряжения. Это трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения до значения, удобного для измерения. Применение трансформаторов напряжения обеспечивает безопасность для людей, соприкасающихся с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего напряжения разделены, позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов, обмоток реле для номинального напряжения 100В, что упрощает производство и снижает стоимость. В соответствии со значением допустимой погрешности при определённых условиях работы трансформаторы напряжения разделены на четыре класса точности.

Наименование класса соответствует наибольшей допустимой погрешности в напряжении, выраженной в процентах. Классы точности: 0,2; 0,5; 1; 3.

Трансформаторы тока. Это трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Применение трансформаторов тока обеспечивает безопасность при работе с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего напряжений разделены; позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов для номинального вторичного тока 5А (реже 1 или 2,5А), что упрощает их производство и снижает стоимость.

Стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения токов от 1 до 40000А. Трансформаторы тока по своему назначению делятся на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для релейной защиты. Измерительные трансформаторы тока разделены на шесть классов точности в соответствии с предельными погрешностями при определённых условиях работы. Классы точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

а) должны быть рассчитаны на U электроустановки;

б) должен выбираться по номинальному току электросети;

в) выбирается по

г) по термической и электродинамической стой-ти.

Трансформаторы тока, предназначенные для лабораторных измерений, должны отвечать классу точности 0,2; трансформаторы, предназначенные для присоединения счётчиков – классу 0,5; для присоединения щитовых приборов могут быть использованы трансформаторы классов 1 и 3.

Трансформаторы 1 делятся:

б) оптические (применяются на сверхвысоких напряжениях). Эл/магнитные бывают однозвенные и многозвенные.

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 тока классифицируют:

по конструкции — втулочные, встроенные, проходные, опорные, шинные, разъемные;

роду установки — наружные, для закрытых и комплектных распределительных устройств;

числу ступеней трансформации — одноступенчатые и каскадные;

коэффициентам трансформации — с одним или несколькими значениями;

числу и назначению вторичных обмоток.

Т — трансформатор тока;

Ф — с фарфоровой изоляцией;

Н — наружной установки;

К — каскадный, с конденсаторной изоляцией или катушечный;

О — одновитковый стержневой;

Ш — одновитковый шинный;

В — с воздушной изоляцией, встроенный или с водяным охлаждением;

Л — с литой изоляцией;

М — маслонаполненный, модернизированный или малогабаритный;

Р — для релейной защиты;

Д — для дифференциальной защиты;

З — для защиты от замыканий на землю.

Технические характеристики трансформаторов тока

Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током Iном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40000 А) и номинальным вторичным током Iном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации КТА= Iном1/ Iном2

Токовая погрешность трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью ∆I=(I2K-I1)*100/I1 (в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1—1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии — трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов -классов 1 и 3.

Нагрузка трансформаторов тока

Нагрузка трансформатора тока — это полное сопротивление внешней цепи Z2, выраженное в омах. Сопротивления r2 и х2 представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S2 В*А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z2ном дается в каталогах.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин. или отношением kдин = Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости Iт или отношением kт= Iт / I1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости tт.

Конструкции трансформаторов тока

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные, одновитковые (типа ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (типа ТПЛ и ТЛМ). Трансформатор типа ТЛМ предназначен для КРУ и конструктивно совмещен с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки.

Для больших токов применяют трансформаторы типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина. Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется стойкостью шины.

Для ОРУ выпускают трансформаторы типа ТФН в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией и каскадного типа ТРН. Для релейной защиты имеются специальные конструкции. На выводах масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока. Погрешность их при прочих равных условиях больше, чем у отдельно стоящих трансформаторов.

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), 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.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Схемы включения трансформаторов напряжения

В зависимости от назначения могут применяться разные схемы включения трансформаторов напряжения. Два однофазных трансформатора напряжения, соединенные в неполный треугольник, позволяют измерять два линейных напряжения. Целесообразна такая схема для подключения счетчиков и ваттметров. Для измерения линейных и фазных напряжений могут быть использованы три однофазных трансформатора (ЗНОМ, ЗНОЛ), соединенные по схеме «звезда — звезда», или трехфазный типа НТМИ. Так же соединяются в трехфазную группу однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и НКФ.

Присоединение расчетных счетчиков к трехфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют, обычно, несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность. Для этой цели желательно устанавливать группу из двух однофазных трансформаторов соединенных в неполный треугольник.

Трансформаторы напряжения выбирают по условиям Uуст ≤U1ном, S2≤ S2ном в намечаемом классе точности. За S2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по, схеме неполного треугольника.

Измерительным трансформатором напряжения называют трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения до значения, удобного для измерения, и выполненный так, что вторичное напряжение трансформатора, увеличенное в К_ном раз, соответствует с требуемой точностью первичному напряжению (при изменении последнего в определенных пределах) как по модулю, так и по фазе. Множитель К_номпредставляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Применение трансформаторов напряжения обеспечивает безопасность для людей, соприкасающихся с измерительными приборами и реле, поскольку цепи высшего и низшего напряжения разделены, позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов,’ обмоток реле для номинального напряжения 100 В, что упрощает производство и снижает стоимость.

Номинальный коэффициент трансформации равен отношению номинальных первичного и вторичного напряжений:

Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от ТТ работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик.

Погрешности трансформаторов напряжения.

Погрешности ТН зависят от размеров магнитопровода, магнитных свойств стали, конструкции обмотки, сечения проводов, а также от присоединенной нагрузки и первичного напряжения. Чтобы уменьшить погрешности ТН, выбирают меньшую плотность тока в обмотках и меньшую магнитную индукцию в магнитопроводе по сравнению с соответствующими значениями для силовых трансформаторов. Магнитное рассеяние у ТН значительно меньше, чем у силовых трансформаторов: напряжение КЗ составляет только 0,4-1,%.

Погрешности однофазных ТН могут быть определены аналитически из схемы замещения трансформатора

Вторичное напряжение трансформатора, увеличенное в К_номраз, несколько отличается от первичного напряжения как по модулю, так и по фазе вследствие потерь мощности в трансформаторе. Разность этих напряжений, отнесенная к первичному напряжению, представляет собой погрешность в напряжении:

Угол δ между векторами первичного и вторичного напряжений представляет собой угловую погрешность трансформатора. Последнюю считают положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичною напряжения. Угловую погрешность принято выражать в минутах.

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения – условное понятие, а именно: полная (кажущаяся) мощность внешней вторичной цепи, В·А, найденная в предположении, что напряжение у вторичных зажимов равно номинальному:

где Z – полное (кажущееся) сопротивление внешней цепи, присоединенной к вторичным зажимам, Ом.

Вместе со значением S₂должен быть указан коэффициент мощности цепи. Эти

две величины S₂и cosφ₂ полностью определяют сопротивление внешней цепи и, следовательно, вторичную нагрузку трансформатора. По мере увеличения числа приборов, присоединенных кТН, сопротивление вторичной цепи уменьшается (поскольку приборы включены параллельно), однако нагрузка трансформатора увеличивается.

Под номинальной нагрузкой ТНпонимают наибольшую нагрузку, при которой погрешности не выходят за допустимые пределы, установленные для трансформаторов рассматриваемого класса.

Классы точности трансформаторов напряжения.В соответствии со значением допустимой погрешности при определенных условиях работы ТН разделены на четыре класса точности. Наименование класса соответствует наибольшей допустимой погрешности в напряжении, выраженной в процентах. Пределы погрешности в напряжении и угле отнесены к частоте 50 Г ц, первичному напряжению в пределах от 0,8 до 1,2 номинального, нагрузке в пределах от 0,25 до 1,0 номинальной и коэффициенту мощности 0,8.

Таблица 16 1 Пределы погрешностей трансформаторов напряжения (ГОСТ 1983 – 77*)

Наименование класса точности	Наибольшая погрешность в напряжении, %	Наибольшая угловая погрешность, мин
0,2	+0,2
0,5	+0,5
+ 1,0
+3,0	Не нормируется

Трансформаторы напряжения класса точности 0,2 применяют в качестве образцовых, а также для точных измерений в лабораториях. Трансформаторы, предназначенные для присоединения счетчиков, должны отвечать классу 0,5. Для присоединения щитовых измерительных приборов используют трансформаторы классов 1,0 и 3,0. Требования, предъявляемые к трансформаторам для релейной защиты, зависят от вида защиты. Здесь используют трансформаторы классов 0,5; 1,0 и 3,0.

В трехфазной системе измерению подлежат: линейные напряжения; напряжения относительно земли;напряжение нулевой последователь­ности, появляющееся при замыкании на землю. Линейные напряжения подводят к соответствующим обмоткам измерительных приборов и реле. Напряжения относительно земли и напряжение нулевой последовательности используют для релейной защиты, а также для сигнализации однофазных замыканий в сетях, где повреждения этого вида не подлежат автоматическому отключению и могут иметь место длительно (сети незаземленные и компенсированные). Для измерения перечисленных напряжений применяют однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения, включаемые соответствующим образом.

Три однофазных ТН, включенные по схеме звезда с заземленной нейтралью высшего напряжения.Эта схема получила широкое применение вследствие ее универсальности, в особенности в установках 35 кВ и выше. Обмотки однофазных трансформаторов могут быть изолированы на полное напряжение с одного конца. Второй конец обмоток подлежит заземлению. Это упрощает конструкцию трансформатора и снижает его стоимость. Схема позволяет измерить напряжения трех проводов относительно земли, а также три линейных напряжения. Последние получаются как разности соответствующих напряжений относительно земли.Напряжение нулевой последовательности может быть измерено с помощью дополнительных вторичных обмоток,подлежащих включению в разомкнутый треугольник. При нормальном состоянии сети напряжение у зажимов а_дх_дразомкнутого треугольника равно нулю, так как сумма трех фазных ЭДС, индуктируемых в дополнительных об­мотках, равна нулю. При однофазном замыкании в сети у зажимов разомкну­того треугольника появляется напряже­ние, соответствующее тройному напря­жению нулевой последовательности, зна­чение которого зависит от системы рабочего заземления сети (относительное значение напряжения нулевой последова­тельности зависит от отношения резуль­тирующего напряжения нулевой после­довательности к результирующему на­пряжению прямой последовательности до места замыкания). Число витков на фазу дополнительной обмотки выби­рают с таким расчетом, чтобы при за­мыкании в сети напряжение у зажимов разомкнутого треугольника составляло около 100 В. Трансформаторы напря­жения, предназначенные для незаземленных или компенсированных сетей, где напряжение нулевой последовательности достигает фазного напряжения сети, имеют дополнительные обмотки с номи­нальным напряжением 100/3 В (на фазу). Трансформаторы, предназначенные для эффективно-заземленных сетей, имеют дополнительные обмотки с номиналь­ным напряжением 100 В на фазу, по­скольку ожидаемое напряжение нулевой последовательности здесь меньше.

Трехфазные ТНполучили применение в установках с номинальным напряжением до 20 кВ включительно. При этих напряжениях они заменяют описанные выше группы из трех однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, при меньшей стоимости.

Трехфазные трансформаторы имеют пятистержневыемагнитопроводы броне­вого типа, обеспечивающие замыкание в них магнитных потоков нулевой последовательности, соответствующих системе напряжений и токов нулевой последовательности, возникающих при замыканиях на землю. С помощью трансформатора этого типа могут быть измерены напряжения проводов относи­тельно земли, линейные напряжения и напряжение нулевой последовательности в незаземленных и компенсированных сетях. Основные обмотки трансформа­тора имеют группу соединений Yо/Yо-12 с заземленными нейтралями. Дополни­тельные обмотки соединены в разомк­нутый треугольник. Схема на рис. справедлива в рассматриваемом случае.

Погрешность трехфазных трансфор­маторов напряжения больше погрешно­сти однофазных трансформаторов соот­ветствующей конструкции вследствие несимметрии магнитной системы. При несимметричной нагрузке погрешность в соответствии со сказанным выше увеличивается еще больше. В периоды работы сети с замкнутым на землю проводом трансформатор находится продолжительно в анормальных усло­виях. Погрешность его резко увеличива­ется вследствие увеличения магнитной индукции. По указанным причинам при­соединение счетчиков к трехфазному трансформатору напряжения не может быть рекомендовано. Для этой цели желательно иметь особую группу из двух однофазных трансформаторов, сое­диненных в неполный треугольник.

Два однофазных ТН, включенных в неполный тре­угольник.

Эта схема позво­ляет непосредственно измерить два ли­нейных напряжения U_ABи U_BC.Она целесообразна во всех случаях, когда основную нагрузку трансформаторов со­ставляют счетчики и ваттметры. Как известно, в трехфазной трехпроводной системе применяют счетчики и ватт­метры с двумя измерительными систе­мами. Токовые обмотки этих приборов принято присоединять к трансформа­торам тока, включенным в фазыА и С. При этом обмотки напряжения должны быть присоединены к зажимам транс­форматоров напряжения abи bс.

Такое единообразие в присоединении измерительных приборов облегчает мон­таж и проверку вторичных цепей и является общепринятым. Если к транс­форматорам напряжения присоединены только счетчики и ваттметры, они на­гружены одинаково. Векторы токов 1_а и /_с сдвинуты на угол 60° .Нагрузки и соответствующие погреш­ности могут быть легко определены. Необходимость в третьем трансформа­торе отпадает.

Рассматриваемая схема позволяет получить и третье линейное напряжение U_Ca= —(Uав— Uвс)-Однако при вклю­чении приборов к зажимам ас нагру­жаются оба трансформатора. При этом угловые сдвиги тока по отношению к соответствующим напряжениям неоди­наковы, что вызывает увеличение по­грешности. Поэтому присоединения при­боров к зажимам ас следует избегать.

Номинальное первичное напряжение трансформаторов должно соответство­вать линейному напряжению сети, а вторичное напряжение должно равняться 100 В. Первичные обмотки должны быть изолированы на полное напряжение с обоих концов. Отечественные заводы выпускают трансформаторы напряжения рассматриваемого типа для номиналь­ных напряжений до 35 кВ включительно.

Защитное заземлениевторичных об­моток трансформаторов напряжения обеспечивает безопасность людей, сопри­касающихся с приборами, в случае про­боя изоляции с обмотки высшего на обмотку низшего напряжения. При на­личии нескольких электрически связан­ных обмоток достаточно заземлить одну из них, безразлично какую. В трехфазных схемах, как правило, заземляют нейтраль (рис. 16.5). При соединении однофазных трансформаторов в неполный треуголь­ник (рис. 16.6) заземляют средний (фаз­ный) провод. На работу измерительных приборов и реле защитное заземление не влияет.

Защита плавкими предохранителями.Для защиты трансформатора напряже­ния от коротких замыканий во вторичных цепях предусматривают плавкие предохранители на стороне низшего на­пряжения в незаземленных проводах. Трансформаторы напряжения до 35 кВ включительно снабжают также плавкими предохранителями со стороны высшего напряжения для защиты уста­новки от повреждений трансформатора. Применение получили токоограничи­вающие предохранители с кварцем. Чем выше напряжение сети и чем больше ожидаемый ток КЗ, тем сложнее конструкция плавких предохра­нителей. Для напряжений 110 кВ и выше плавкие предохранители с необходимой отключающей способностью отсут­ствуют. При этих напряжениях ограни­чиваются установкой на стороне высше­го напряжения разъединителей.