Трансформаторы напряжения в схемах РЗА. Схемы включения ТН и схемы соединения обмоток ТН

Ответ:Трансформаторы напряжения (ТН) выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а также для приведения величины напряжения к уровню, удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). Трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу.

Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 3.10, а, ТН состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из пластин трансформаторной стали и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Первичная обмотка ,имеющая большое число витков тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке , имеющей меньшее количество витков, подключаются параллельно обмотки реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС Е,которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на ее зажимах .

а)

б) в)

Рис. 3.10. Схема включения (а), схема замещения (б)
и векторная диаграмма (в) ТН

Напряжение во столько раз меньше первичного напряжения ,во сколько раз число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки . Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается :

. (3.12)

Работа ТН с нагрузкой в виде реле и приборов сопровождается протеканием тока и увеличением тока (рис. 3.10, б). В данном случае напряжение на его зажимах будет меньше ЭДС навеличину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчет первичного напряжения на вторичное производится по формулам:

; .

В зависимости от предельно допустимых погрешностей ТН подразделяются на классы точности. Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности. Поэтому в каталогах и паспортах на ТН указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при которой ТН может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-10 с коэффициентом трансформации 10000/100 для класса точности 0,5 подключаемая мощность составляет 80 В × А; для класса точности 2,0 – 550 В × А, а предельная мощность – 720 В × А.

Погрешности трансформаторов напряжения. Токи и увеличение тока (рис. 3.10, б) создают падение напряжения (рис. 3.10, в), которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (током ). Вместе с этим возрастают и погрешности:

– погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации) – это отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального: или вследствие незначительного угла ;

– погрешность по углу, которая определяется углом между векторами и .

Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникающих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу РЗ и точность измерений влияют также дополнительные погрешности от падения напряжения в кабелях от ТН до места установки панелей защиты или измерений. Поэтому согласно требованиям [1] сечение жил кабелей должно выбираться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 2 % – для РЗ; 1,5 % – для щитовых измерительных приборов; 0,2 или 0,5 % – для счетчиков.

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и подключения к ним реле мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х;начало основной вторичной обмотки – а, конец – х (рис. 3.10, а).

Схемы соединения обмоток ТН. На рис. 3.11, а представлена схема включения одного однофазного ТН на междуфазное напряжение. Данная схема применяется в тех случаях, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения. На рис. 3.11, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник. Данная схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения. На рис. 3.11 в приведена схема соединения трех однофазных или одного трехфазного ТН в звезду. Данная схема получила широкое распространение для защиты или измерений фазных и междуфазных напряжений одновременно. На рис. 3.11, г изображена схема соединения трансформаторов напряжения в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности ( ). Как известно, геометрическая сумма трех фазных напряжений в нормальном режиме, а также при двух- или трехфазных КЗ равна нулю. Поэтому в данных условиях напряжение между выводами разомкнутого треугольника равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ на землю в сетях с заземленной нейтралью (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным или близким к нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповрежденных фаз становится равной фазному напряжению . Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т. е. так же как в рассмотренной схеме (рис. 3.11, в). Дополнительные вторичныеобмотки соединены в схему разомкнутого треугольника, т. е. так же как в рассмотренной схеме (рис. 3.11, г). На рис. 3.11, д представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки.

В сетях с изолированной нейтралью (сети напряжением 6–35 кВ) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежденных фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированной нейтралью, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициенты трансформации, например 6000/(100/3).

а)

б)

в)

г) д)

Рис. 3.11. Схемы соединения обмоток ТН

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (рабочее заземление). Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Заземляется нулевая точка звезды или один из фазных проводов (обычно фаза В). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных aппаратов (автоматических выключателей, предохранителей и т. д.). Сечение медного заземляющего провода должно быть не менее 2,5 мм².

При обрыве провода в одной фазе отходящей линии (неполнофазный режим) емкость этой фазы оказывается включенной последовательно с индуктивностью ТН и возникает феррорезонанс. При феррорезонансе появляются опасные перенапряжения на обмотках ТН и происходит его перегрев и самопроизвольное смещение нейтрали. Для защиты ТН от этих явлений параллельно обмотке включают резистор сопротивлением 25 Ом. Резистор нагружает ТН и феррорезонанс не возникает. Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю. Такой режим может существовать ограниченное время: 8 ч для ТН типа НТМИ.

ТН выбираются по предельной нагрузке вторичной обмотки

(3.13)

где S_пред − предельная величина присоединенной нагрузки для обеспечения нужного класса точности по приложению 7 (табл. 7.3), В ∙ А; S_прис − суммарная мощность, потребляемая присоединенными реле и измерительными приборами, В ∙ А.