Эксплуатация трансформаторов напряжения - Технические данные

3. Основные технические данные, конструктивные особенности трансформаторов напряжения.

Трансформаторы с номинальным первичным напряжением до 110 кВ изготавливаются в классах точности для основной вторичной обмотки 0,2; 0,5; 1,0 и 3,0. Класс точности вторичной дополнительной обмотки всех трансформаторов 3,0.
Номинальные напряжения обмоток, предельные мощности и номинальные мощности для каждого класса точности трансформаторов напряжения приведены в Таблице 1.
Трансформаторы с номинальным напряжением вторичной дополнительной обмотки 100:3 В предназначены для работы в сетях с изолированной нейтралью, а с номинальным напряжением 100 В - в сетях с эффективно-заземленной нейтралью.
Погрешности трансформаторов в зависимости от классов точности удовлетворяют нормам, приведенным в Таблице 2, при условии, что:
1. частота питающей сети (50±0,5) Гц;
2. первичное напряжение – от 80 до 120% номинального значения;
3. мощность нагрузки обмоток при номинальном напряжении – от 25 до 100% номинального значения;
4. коэффициент мощности активно – индуктивной нагрузки вторичной обмотки, равный 0,8.

Таблица 1 – Технические характеристики трансформаторов напряжения.

Таблица 2 – Погрешности трансформаторов напряжения.

Наибольшее распространение имеют однофазные трансформаторы, выпускаемые на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ. Широко распространены также трехфазные трансформаторы напряжения, которые выпускаются на рабочие напряжения до 18 кВ.
Однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения могут иметь одну или две вторичные обмотки.
К первичной обмотке трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками, включенной на напряжение фаза — земля в нормальном режиме, приложено фазное напряжение. При замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение фаза — земля может возрасти до линейного. Поэтому трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, предназначенные для использования в сети с изолированной нейтралью и имеющие номинальное напряжение, равное фазному напряжению сети, рассчитываются на длительную работу под линейным напряжением.
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, выпускаемые для работы в сети с заземленной нейтралью, должны без повреждений выдерживать в течение 30 с повышение первичного фазного напряжения до 1,5 UФ.НОМ.
Конструктивные размеры и масса трансформаторов напряжения определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами ее выводов высокого напряжения. Это объясняется тем, что при малой мощности трансформатора напряжения, работающего, как правило, в режиме, близком к холостому ходу, объем изоляции высокого напряжения значительно превосходит требуемый по мощности объем меди первичной обмотки. Для обеспечения необходимой механической прочности первичной обмотки приходится завышать и сечение ее провода. Увеличение объема обмотки высокого напряжения против необходимого по мощности, естественно, вызывает и увеличение размеров магнитопровода. В результате размеры и масса трансформатора напряжения, выполненного на более высокое напряжение, всегда больше, чем трансформатора той же конструкции и мощности с меньшим номинальным напряжением первичной обмотки.
Для уменьшения размеров и массы трансформаторов напряжения 110 кВ и выше применяется каскадное (ступенчатое) исполнение их. При этом рабочее напряжение распределяется между каскадами и изоляция каждого из них выполняется на более низкое напряжение. С той же целью на высоком напряжении применяются трансформаторы напряжения на 10—15 кВ, включаемые через емкостный делитель напряжения.
Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком). У трансформаторов напряжения 10—500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло). Имеются также исполнения трансформаторов напряжения на 2—6 кВ с масляной изоляцией и на 6—24 кВ с сухой (литой) изоляцией.
Для уменьшения влияния атмосферных перенапряжений на витки верхних (входных) слоев первичной обмотки они защищаются во всех трансформаторах напряжения 3 кВ и выше электростатическими экранами, соединенными с линейными вводами. Экран выполняется в виде металлической полосы, охватывающей обмотку с небольшим зазором между его краями (во избежание образования короткозамкнутого витка).
Однофазные трансформаторы напряжения. Изоляция первичной обмотки и ее обоих выводов выполняется на полное рабочее напряжение только у трансформаторов с одной вторичной обмоткой, которые могут включаться на междуфазное напряжение. Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, включаемые на напряжение фаза — земля, имеют только один вывод первичной обмотки, рассчитанный на полное рабочее напряжение; второй ее конец выводится через ввод низкого напряжения. Участок первичной обмотки, близкий к заземленному выводу, обычно выполняется с пониженной изоляцией относительно земли и вторичной обмотки.

Трехфазные трансформаторы напряжения. На рис.1 приведена схема трансформатора напряжения (с одной вторичной обмоткой на каждой фазе) с трехстержневым магнитопроводом. Первичные обмотки (выводы А, В, С) соединены в звезду, благодаря чему к каждой из них приложено фазное напряжение. Вторичные обмотки также соединены в звезду, и их начала выведены на зажимы а, Ь, с, а нейтраль — на зажимы 0.
На рис. 2 показана схема трехфазного трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками на каждой фазе. Основные вторичные обмотки соединены в звезду и имеют выводы а, b, с, 0. Дополнительные обмотки всех трех фаз соединены последовательно (как на рис. 5), и цепь 3Uo выведена на зажимы аД, хД. Для обеспечения действия реле сигнализации замыканий на землю, включаемого на напряжение 3U0, нулевая точка первичных обмоток должна быть заземлена.
Трансформаторы с двумя вторичными обмотками выполняются на пятистержневых магнитопроводах (рис. 2). Крайние стержни, свободные от обмоток, предназначены для замыкания магнитного потока несимметрии, пропорционального напряжению 3U0 и возникающего при однофазных замыканиях на землю, когда первичная обмотка одной из фаз закорочена и вследствие этого магнитный поток в ее стержне отсутствует, а магнитные потоки в двух других стержнях возрастают в раз.
При применении вместо пятистержневого трехстержневого магнитопровода магнитный поток несимметрии мог бы замыкаться только по воздуху и через кожух трансформатора, т. е. по пути с большим магнитным сопротивлением, что привело бы к значительному возрастанию токов намагничивания неповрежденных фаз и опасному перегреву их первичных обмоток. Поэтому во избежание повреждений трансформаторов с трехстержневыми магнитопроводами заземление нулевой точки их первичных обмоток не допускается. Их первичные и вторичные обмотки выполняются на фазное напряжение; нуль первичной обмотки не выводится.

Каскадные трансформаторы напряжения. Принцип выполнения поясняется схемой трансформатора, состоящего из двух каскадов (I и II), приведенной на рис. 3. Каждый каскад представляет собой трансформатор с номинальным напряжением, равным половине рабочего напряжения, которое приложено к выводам А и X обмотки ВН. Трансформатор каждого из каскадов размещается в фарфоровом кожухе, залитом трансформаторным маслом, причем кожух первого каскада устанавливается непосредственно на кожухе второго, вследствие чего ввод высокого напряжения А имеет двойную изоляцию относительно земли.

Сердечник первого каскада соединен с концом обмотки ВН, что позволяет выполнить ее изоляцию на половину рабочего напряжения с ослаблением в слоях, ближних к концу.
Вторичная обмотка низкого напряжения с выводами а, х расположена на заземленном сердечнике нижнего второго каскада.
Для распределения вторичной нагрузки, отдаваемой обмоткой НН между трансформаторами нижнего и верхнего каскадов, на каждом из них имеются связующие обмотки Р, соединенные между собой. Для первого каскада обмотка Р является вторичной, а для второго — дополнительной первичной. Благодаря наличию связующих обмоток нагрузка делится между каскадами пополам. Половина нагрузки трансформируется в обмотку НН из обмотки ВН, а вторая половина — из обмотки Р.
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками предназначаются не только для питания измерительных приборов и реле, но и для работы в устройстве сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или защиты от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.

Схема трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками показана на рис. 4. Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд. На рис. 5 приведена схема включения трех таких трансформаторов напряжения в трехфазной сети. Первичные и основные вторичные обмотки соединены в звезду. Нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и реле от основных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них на устройства сигнализации или защиты подается сумма векторов фазных напряжений всех трех фаз. При нормальной работе сети, в которой включен трансформатор напряжения, эта сумма равна нулю. Это видно из векторных диаграмм рис. 6, где UА, UВ и UС — векторы фазных напряжений, приложенных к первичным обмоткам.

В реальных условиях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно малое напряжение небаланса, не превышающее 2—3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и небольшим отклонением формы их кривой от синусоиды. Напряжение, обеспечивающее срабатывание реле, подключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. При этом векторная сумма фазных напряжений не равна нулю и согласно методу симметричных составляющих является утроенным напряжением нулевой последовательности 3U0. Выходные цепи разомкнутого треугольника, подаваемые на реле сигнализации или защиты, также обозначаются 3Uo (рис. 5).
Наибольшее значение напряжение ЗU0 имеет при однофазном замыкании на землю. При этом следует иметь в виду, что максимальное значение напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью значительно больше, чем в сети с заземленной нейтралью.
Если напряжение на дополнительных вторичных обмотках в нормальном трехфазном режиме равно номинальному напряжению этих обмоток, то при возникновении однофазного замыкания на землю максимальное значение 3Uо в сети с заземленной нейтралью будет равно этому номинальному напряжению, а в сети с изолированной нейтралью — в 3 раза больше.