Přístrojové transformátory napětí
Účel a princip činnosti napěťového transformátoru
Měřicí transformátor napětí se používá ke snížení vysokého napětí dodávaného ve střídavých instalacích do měřičů a relé pro ochranu a automatizaci.
Přímé vysokonapěťové připojení by vyžadovalo velmi těžkopádná zařízení a relé kvůli nutnosti jejich realizace s vysokonapěťovou izolací. Výroba a použití takového zařízení je prakticky nemožné, zejména při napětí 35 kV a výše.
Použití napěťových transformátorů umožňuje použití standardních měřicích přístrojů pro měření vysokého napětí s rozšířením jejich měřicích limitů; cívky relé připojené přes napěťové transformátory mohou mít také standardní verze.
Kromě toho napěťový transformátor izoluje (odděluje) měřicí přístroje a relé od vysokého napětí, čímž zajišťuje bezpečnost jejich provozu.
Napěťové transformátory jsou široce používány ve vysokonapěťových elektrických instalacích, přesnost závisí na jejich provozu elektrická měření a měření elektřiny, stejně jako spolehlivost reléové ochrany a nouzové automatizace.
Měřicí transformátor napětí se podle principu konstrukce neliší od napájecí snižovací transformátor… Skládá se z ocelového jádra sestávajícího z plechů z elektrooceli, primárního vinutí a jednoho nebo dvou sekundárních vinutí.
Na Obr. la znázorňuje schematický diagram napěťového transformátoru s jediným sekundárním vinutím. Na primární vinutí je přivedeno vysoké napětí U1 a na sekundární napětí U2 je připojeno měřící zařízení. Začátek primárního a sekundárního vinutí je označen písmeny A a a, konce X a x. Taková označení jsou obvykle aplikována na tělo napěťového transformátoru vedle svorek jeho vinutí.
Poměr jmenovitého napětí primáru k jmenovitému napětí sekundáru se nazývá jmenovité napětí. transformační faktor transformátor napětí Kn = U1nom / U2nom
Rýže. 1. Schéma a vektorový diagram transformátoru napětí: a — diagram, b — vektorový diagram napětí, c — vektorový diagram napětí
Když napěťový transformátor pracuje bez chyb, jeho primární a sekundární napětí se fázově shodují a poměr jejich hodnot se rovná Kn. S transformačním faktorem Kn = 1 napětí U2= U1 (obr. 1, c).
Legenda: H — jedna svorka je uzemněna; O — jednofázový; T – třífázový; K – kaskáda nebo s kompenzační cívkou; F – porcelánová vnější izolace; M – olej; C — suché (se vzduchovou izolací); E — kapacitní; D je dělitel.
Svorky primárního vinutí (VN) jsou označeny A, X pro jednofázové a A, B, C, N pro třífázové transformátory. Hlavní svorky sekundárního vinutí (LV) jsou označeny a, x a a, b, c, N, svorky sekundárního přídavného vinutí — ad techend.
Nejprve se primární a sekundární vinutí připojí ke svorkám A, B, C a a, b, c. Hlavní sekundární vinutí jsou obvykle zapojena do hvězdy (skupina připojení 0), přídavná - podle schématu otevřeného trojúhelníku. Jak víte, při normálním provozu sítě je napětí na svorkách přídavného vinutí blízké nule (nesymetrické napětí Unb = 1 — 3 V) a pro zemní poruchy se rovná trojnásobku hodnoty napětí 3UО s nulovým sledem fáze UО.
V síti s uzemněným neutrálem je maximální hodnota 3U0 rovna fázovému napětí, s izolovaným - třífázovým napěťovým namáháním. Podle toho se provádějí přídavná vinutí jmenovitého napětí Unom = 100 V a 100/3 V.
Jmenovité napětí TV je jeho jmenovité napětí primárního vinutí; tato hodnota se může lišit od třídy izolace. Jmenovité napětí sekundárního vinutí se předpokládá 100, 100/3 a 100/3 V. Normálně napěťové transformátory pracují v režimu naprázdno.
Přístrojové transformátory napětí se dvěma sekundárními vinutími
Napěťové transformátory se dvěma sekundárními vinutími jsou kromě napájení měřičů a relé určeny pro provoz zařízení pro signalizaci zemního spojení v síti s izolovaným neutrálem nebo pro ochranu proti zemnímu spojení v síti s uzemněným neutrálem.
Schéma napěťového transformátoru se dvěma sekundárními vinutími je na Obr. 2, a. Svorky druhého (přídavného) vinutí, používaného pro signalizaci nebo ochranu v případě zemního spojení, jsou označeny ad a xd.
Na Obr. 2.6 ukazuje schéma zapojení tří takových transformátorů napětí do třífázové sítě. Primární a hlavní sekundární vinutí jsou zapojeny do hvězdy. Neutrál primárního vinutí je uzemněn. Na měřiče a relé z hlavního sekundárního vinutí lze použít tři fáze a nulový vodič. Další sekundární vinutí jsou zapojena v otevřeném trojúhelníku. Z nich je součet fázových napětí všech tří fází přiváděn do signalizačních nebo ochranných zařízení.
Při normálním provozu sítě, ve které je zapojen napěťový transformátor, je tento vektorový součet nulový. To lze vidět z vektorových diagramů na obr. 2, c, kde Ua, Vb a Uc jsou vektory fázových napětí aplikovaných na primární vinutí a Uad, Ubd a Ucd - vektory napětí primárního a sekundárního přídavného vinutí. napětí sekundárních přídavných vinutí, shodná ve směru s vektory odpovídajících primárních vinutí (stejné jako na obr. 1, c).
Rýže. 2. Napěťový transformátor se dvěma sekundárními vinutími. a — diagram; b — zapojení do třífázového obvodu; c — vektorový diagram
Součet vektorů Uad, Ubd a Ucd získáme jejich kombinací podle schématu připojení přídavných vinutí, přičemž se předpokládá, že šipky vektorů primárního i sekundárního napětí odpovídají začátku vinutí transformátoru.
Výsledné napětí 3U0 mezi koncem vinutí fáze C a začátkem vinutí fáze A ve schématu je nulové.
Za skutečných podmínek je na výstupu otevřeného trojúhelníku obvykle zanedbatelné nesymetrické napětí, které nepřesahuje 2 až 3 % jmenovitého napětí. Tato nerovnováha vzniká všudypřítomnou mírnou asymetrií sekundárních fázových napětí a mírnou odchylkou tvaru jejich křivky od sinusoidy.
Napětí zaručující spolehlivou činnost relé přivedených do obvodu otevřeného trojúhelníku se objeví pouze při zemních poruchách na straně primárního vinutí transformátoru napětí. Protože zemní poruchy jsou spojeny s průchodem proudu neutrálem, výsledné napětí na výstupu otevřeného trojúhelníku podle metody symetrických složek se nazývá napětí netočivé složky a označuje se 3U0. V tomto zápisu číslo 3 označuje, že napětí v tomto obvodu je součtem tří fází. Označení 3U0 také odkazuje na otevřený trojúhelníkový výstupní obvod aplikovaný na alarmové nebo ochranné relé (obr. 2.6).
Rýže. 3. Vektorové diagramy napětí primárního a sekundárního přídavného vinutí s jednofázovým zemním spojením: a — v síti s uzemněným neutrálem, b — v síti s izolovaným neutrálem.
Napětí 3U0 má nejvyšší hodnotu pro jednofázové zemní spojení.Je třeba vzít v úvahu, že maximální hodnota napětí 3U0 v síti s izolovaným neutrálem je mnohem vyšší než v síti s uzemněným neutrálem.
Obecná spínací schémata napěťových transformátorů
Nejjednodušší schéma pomocí jednoho jednofázový transformátor napětíznázorněno na Obr. 1, a, se používá při spouštění motorových skříní a ve spínacích bodech 6-10 kV k sepnutí voltmetru a napěťového relé zařízení AVR.
Obrázek 4 ukazuje schémata zapojení jednofázových jednovinutých napěťových transformátorů pro napájení třífázových sekundárních obvodů. Skupina tří hvězdicových jednofázových transformátorů znázorněných na Obr. 4, a, slouží k napájení měřicích přístrojů, měřicích přístrojů a voltmetrů pro hlídání izolace v elektrických instalacích 0,5-10 kV s izolovaným nulovým vodičem a nerozvětvenou sítí, kde není vyžadována signalizace výskytu jednofázového uzemnění.
Aby bylo možné na těchto voltmetrech detekovat "země", musí ukazovat velikost primárních napětí mezi fázemi a zemí (viz vektorový diagram na obr. 3.6). Za tímto účelem je nulový vodič vinutí VN uzemněn a voltmetry jsou připojeny k sekundárním fázovým napětím.
Protože v případě jednofázových zemních poruch mohou být napěťové transformátory pod napětím po dlouhou dobu, musí jejich jmenovité napětí odpovídat prvnímu mezifázovému napětí. Výsledkem je, že v normálním režimu, při provozu na fázové napětí, se výkon každého transformátoru, potažmo celé skupiny, jednou sníží o √3. Protože obvod má nula uzemněná sekundární vinutí, jsou ve všech třech fázích instalovány sekundární pojistky .
Rýže. 4.Schémata zapojení jednofázových měřicích transformátorů napětí s jedním sekundárním vinutím: a — zapojení hvězda-hvězda pro elektrické instalace 0,5 — 10 kV s izolovanou nulou, b — otevřený trojúhelníkový obvod pro elektrické instalace 0,38 — 10 kV, c — stejné pro elektrické instalace 6 — 35 kV, d — zahrnutí napěťových transformátorů 6 — 18 kV podle schématu trojúhelníkové hvězdy pro napájení ARV zařízení synchronních strojů.
Na Obr. 4.6 a napěťové transformátory určené k napájení měřicích přístrojů, elektroměrů a relé připojených k fázovému napětí jsou zapojeny do otevřeného trojúhelníkového obvodu. Toto schéma poskytuje symetrické napětí mezi vedeními Uab, Ubc, U°Ca při provozu napěťových transformátorů v jakékoli třídě přesnosti.
Funkce otevřený trojúhelníkový obvod jedná se o nedostatečné využití výkonu transformátorů, protože výkon takové skupiny dvou transformátorů je menší než výkon skupiny tří transformátorů zapojených do úplného trojúhelníku ne o 1,5 násobek, ale o √3 jednou .
Schéma na Obr. 4, b slouží k napájení nerozvětvených napěťových obvodů elektrických instalací 0,38 -10 kV, což umožňuje instalovat uzemnění sekundárních obvodů přímo na transformátor napětí.
V sekundárních obvodech obvodu znázorněného na Obr. 4, c, místo pojistek je instalován dvoupólový jistič, při jeho spuštění kontakt bloku sepne signální obvod «přerušení napětí»... Uzemnění sekundárních vinutí se provádí na stínění v fáze B, která je navíc přes poruchovou pojistku uzemněna přímo k transformátoru napětí.Vypínač zajišťuje odpojení sekundárních obvodů napěťového transformátoru s viditelným přerušením. Toto schéma se používá v elektrických instalacích 6 — 35 kV při napájení rozvětvených sekundárních obvodů ze dvou nebo více napěťových transformátorů.
Na Obr. 4, g transformátory napětí jsou zapojeny podle zapojení trojúhelník — hvězda, poskytující napětí na sekundárním vedení U = 173 V, které je nutné pro napájení automatických zařízení pro řízení buzení (ARV) synchronních generátorů a kompenzátorů. Pro zvýšení spolehlivosti provozu ARV nejsou instalovány pojistky v sekundárních obvodech, což je povoleno PUE pro nerozvětvené napěťové obvody.