СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду, приведенная на рис.6.5, а, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV1 соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (А, В, C )присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП, а концы X, Y, Z объединяются в общую точку (нейтраль N1 )и заземляются. При таком включении к каждой первичной обмотке TV1 подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Концы вторичных обмоток TV1 (х , у , z на рис.6.5, а ) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки N3 (сопротивления 1 , 2 , 3 ). В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1 )жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будет иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки N3. При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Соединение обмоток ТН по схеме y / y обычно выполняется по 12-й группе. Эта схема может быть осуществлена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН. Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Ф 0 , создаваемых током I 0 в первичных обмотках при замыканиях на землю в сети. В этом случае поток Ф 0 замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением. Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению I нам. Повышенный I нам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых ТН


недопустимо. В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис.6.6).

Схема соединений обмоток ТН в открытый треугольник изображена на рис.6.7. Она выполняется при помощи двух однофазных ТН, включенных на два междуфазных напряжения, например U AB и U BC . Напряжение на зажимах вторичных обмоток ТН всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения U AB , U BC и U AC .

Схема соединений обмоток однофазных ТН в фильтр напряжения НП выполняется посредством трех однофазных ТН, как показано на рис.6.8. Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные – последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле. Напряжение U p на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток: U p = U а + U b + U c .

Так как сумма трех фазных напряжений равна утроенному напряжению НП, выражая вторичные напряжения через первичные, получаем

(6.4)

В нормальных условиях напряжения фаз симметричны, U p = 0. При КЗ без земли также U p = 3U 0 = 0 (см. гл. 1). При КЗ на землю (одно- и двухфазных) на зажимах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение U p = 3U 0 /K U .

Напряжения прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды и поэтому при суммировании в цепи разомкнутого треугольника всегда дают нуль на его зажимах.

Рассмотренная схема является фильтром НП. Необходимым условием работы схемы вкачестве фильтра НП является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя однофазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну из них по схеме звезды, а вторую – по схеме разомкнутого треугольника (рис.6.9). Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема соединения обмоток трехфазных ТН в фильтр напряжения НП. Для получения 3U 0 от трехфазного пятистержневого ТН (см. рис.6.6) на каждом из его основных стержней 1 , 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням магнитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения.

Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору. Как показано на рис. 6-1, трансформатор напряжения состоит из стального сердечника (магнитопровода) С, собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток - первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Первичная обмотка имеющая очень большое число витков (несколько тысяч) тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке , имеющей меньшее количество витков (несколько сотен), подключаются параллельно 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 э. д. с. Е, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора напряжения) равна напряжению па ее зажимах U 2X..X ,

Напряжение U 2X..X во столько раз меньше первичного напряжения U 1 во сколько раз число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки :

Введя такое обозначение, можно написать:

На паспортах трансформаторов напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в числителе которой - номинальное первичное напряжение, а в знаменателе - номинальное вторичное напряжение. Так, напри-

Мер, если на паспорте трансформатора напряжения написано 6 000/100, то это означает, что данный трансформатор напряжения предназначен для установки в сети с номинальным напряжением 6 000 В и имеет коэффициент трансформации 60.

Для правильного соединения трансформаторов напряжения между собой и правильного подключения к ним реле направления 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; начало дополнительной вторичной обмотки - а д, конец - х д.

При включении однофазных трансформаторов напряжения на фазные напряжения начала первичных обмоток присоединяются к фазам, а концы собираются в нулевую точку. При включении трансформаторов напряжения на междуфазные напряжения начала первичных обмоток подключаются к начальным фазам в порядке их электрического чередования друг за другом. Например, при включении двух однофазных трансформаторов напряжения на междуфазные напряжения АВ и ВС (по схеме рис. 6-3, б) при чередовании фаз А, В, С первый трансформатор напряжения включается началом первичной обмотки к фазе А, концом - к фазе В, а второй - началом к фазе В и концом - к фазе С. При маркировке выводов вторичных обмоток трансформаторов напряжения за начало а принимается тот вывод, из которого ток выходит, в то время когда в первичной обмотке ток проходит от начала А к концу X, как показано на рис. 6-2. Иными словами, если на первичной стороне ток входит в начало А, то однополярным выводом, т. е. началом вторичной обмотки а, будет тот ее вывод, из которого в этот момент ток выходит.

При маркировке и включении обмоток по такому правилу направление тока в реле, как показано на рис. 6-2, при включении реле через трансформатор напряжения останется таким же, как и при включении непосредственно в сеть.

Трансформаторы напряжения бывают трехфазные и однофазные. Последние в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.

На рис. 6-3 и 6-4 приведены основные схемы соединения однофазных трансформаторов напряжения.

На рис. 6-3, а дана схема включения одного трансформатора напряжения на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рис. 6-3, б приведена схема соединения двух трансформаторов напряжения в открытый треугольник (или неполную звезду). Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для зашиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рис. 6-3, в приведена схема соединения трех трансформаторов напряжения в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.

На рис. 6-3, г приведено соединение трех трансформаторов напряжения по схеме треугольник - звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное

Такое напряжение необходимо для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.

На рис. 6-4 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Первичная обмотка и основная вторичная обмотка соединены в звезду, т. е. так же, как на рассмотренной выше схеме рис. 6-3, в. Дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности (см. § 6-7), необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к. з. в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов.

Как известно, сумма трех фазных напряжений в нормальном режиме, а также при двухфазных и трехфазных к. з. равна нулю. Поэтому в указанных условиях напряжение между точками О 1 - О 2 на рис. 6-4 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса).

При однофазном к. з. в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению. В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежденных фаз 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 трансформаторов напряжения, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например 6 000 /100/3.

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трехфазных трансформаторов напряжения.

В конструкции, показанной на рис. 6-5, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержне-вого сердечника и соединены последовательно между собой.

В нормальном режиме, а также при двухфазных и трехфазных к. з., когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжения на специальных обмотках нет. При однофазных к. з. или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках.

В другой конструкции, показанной на рис. 6-6, имеется дополнительная вторичная обмотка, расположенная на основных стержнях и соединенная в схему разомкнутого треугольника.

При включении первичных обмоток трансформаторов напряжения на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на рис. 6-3, в, 6-4, 6-5, 6-6. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных к. з. или замыканиях на землю в сети, где установлен трансформатор напряжения, реле и приборы, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли.

Вторичные обмотки трансформаторов напряжения подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным - обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 6-3, в и г) или один из фазных проводов (рис. 6-3, а и б, рис. 6-4).

Первичные обмотки трансформаторов напряжения до 35 кВ подключаются к сети через предохранители высокого напряжения и ограничивающие сопротивления. Назначением этих предохранителей является быстрое отключение от сети поврежденного трансформатора напряжения. Ограничивающие сопротивления устанавливаются для снижения величины тока к. з., если отключающая способность предохранителей недостаточна.

Для защиты обмоток трансформатора напряжения от длительного прохождения тока к. з. при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются предохранители низкого напряжения или автоматы. Конструкции предохранителей и плавких вставок должны быть надежными, исключающими обрывы, потерю контакта и другие повреждения, приводящие к исчезновению напряжения на защите. Предохранители, и автоматы должны быть правильно выбраны с учетом отстройки от максимального тока нагрузки, который может через них проходить (см. гл. 2).

Исчезновение напряжения от трансформатора напряжения вследствие неисправностей предохранителей воспринимается защитой так же, как понижение напряжения при к. з. в защищаемой сети, и приводит к ее неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение или исчезновение напряжения либо выполняются так, что отличают к. з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными блокировками.

На рис. 6-7 приведены в качестве примера две схемы включения защиты минимального напряжения. На рис. 6-7, а два реле минимального напряжения включены на разные междуфазные напряжения трансформатора напряжения, их контакты соединены последовательно. При такой схеме включения защита не может сработать ложно при перегорании одного из предохранителей. Однако ложное действие может все же произойти при повреждении единственного трансформатора напряжения или при одновременном перегорании двух предохранителей. Более надежна в этом отношении схема на рис. 6-7, б, в которой так же используются два реле минимального напряжения, но включенные на разные трансформаторы напряжения.

На рис. 6-8 приведена схема включения специальной блокировки, предотвращающей ложное действие защиты при нарушении цепей от трансформатора напряжения. Блокировка типа КРБ-11 (Б на рис. 6-8) состоит из трех конденсаторов С одинаковой емкости, реле напряжения Н о и токового реле Т о. Конденсаторы С соединены в звезду для создания искусственной нулевой точки и включены на фазные напряжения. В провод, соединяющий нулевую точку конденсаторов с нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора напряжения, включена обмотка реле напряжения Н о, через размыкающий контакт которого подается оперативный ток на комплект защиты КЗ.

Цепь обмотки реле Н о проходит через размыкающий контакт токового реле Т о, обмотка которого включена в нулевой провод трансформаторов тока, питающих комплект защиты КЗ от междуфазных коротких замыканий.

Нормально, когда сумма фазных напряжений равна нулю, напряжения нулевых точек звезды конденсаторов и вторичной обмотки трансформатора напряжения также равны нулю и поэтому ток в обмотке реле Н о отсутствует. При перегорании одного или двух любых предохранителей напряжение нулевой точки звезды конденсаторов станет равным сумме напряжений оставшихся фаз, а напряжение нулевой точки звезды вторичной обмотки трансформатора напряжения останется равным нулю. В результате под воздействием напряжения, возникшего между нулевыми точками, через обмотку реле Н о пойдет ток и реле, сработав, нижним контактом снимет оперативный ток с комплекта защиты КЗ, а верхним подаст сигнал.

При перегорании предохранителей всех трех фаз блокировка рассматриваемого типа не работает, что является ее органическим недостатком. При двухфазном к. з. на землю на защищаемой линии симметрия фазных напряжений, подводимых к звезде конденсаторов, нарушается, и блокировка может сработать и вывести защиту из действия. Для предотвращения такого неправильного действия блокировки предусмотрено токовое реле Т о, которое в рассматриваемом случае срабатывает и, размыкая цепь обмотки реле Н о, препятствует его срабатыванию.

Для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, выпускается блокировка типа КРБ-12, работающая на аналогичном принципе (см. § 6-7). Для сетей напряжением 500 кВ выпускается более сложная блокировка, действующая при перегорании также и трех предохранителей [Л. 5].

Трансформаторы напряжения имеют две погрешности:

1) погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации), под которой понимается отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального;

2) погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вторичного напряжения относительно первичного.

В зависимости от погрешностей трансформаторы напряжения подразделяются на классы точности. Допустимые погрешности в зависимости от класса точности приведены в табл. 6-1.

Один и тот же трансформатор напряжения в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности и переходить из одного класса в другой при изменении нагрузки относительно его номинальной мощности. Поэтому в каталогах и паспортах на трансформаторы напряжения указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, с которой трансформатор напряжения может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой трансформатор напряжения может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность трансформатора напряжения в несколько раз превышает номинальную. Так, у трансформатора напряжения типа НОМ-6 с коэффициентом трансформации 6 000/100 для класса точности 1 номинальная мощность составляет 50 В -А, а предельная - 300 В -А.

Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникающих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу релейной защиты и точность измерений влияют также дополнительные погрешности от падения напряжения в цепях напряжения от трансформатора напряжения до места установки панелей защиты или измерений. Поэтому согласно требованиям ПУЭ [Л. 41] сечение жил кабелей должно выбираться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 3% для релейной защиты, 1,5% для щитовых измерительных приборов и 0,5% и для счетчиков.

(рисунок 1, б ), называемого иногда V-образным. Рассмотрим на нескольких типичных примерах области их применения.

Рисунок 1. Различие между соединениями в разомкнутый (а ) и открытый (б ) треугольники. Примеры применения соединений в разомкнутый треугольник: (в ) и фильтр напряжения нулевой последовательности (г ).

Следующий пример дан из другой области. На рисунке 1, г показан фильтр напряжения нулевой , который служит для обнаружения замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью. Первичные обмотки соединены в звезду, ее нейтраль обязательно заземлена, благодаря чему первичная обмотка каждой фазы включена на ее напряжение относительно земли. Вторичные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, питают реле Р .

В нормальных условиях, а также при , но без заземления геометрическая сумма фазных напряжений равна нулю. Следовательно, напряжение на обмотке реле равно нулю и оно не срабатывает. Однако при замыкании на землю в напряжениях появляется составляющая нулевой последовательности U 0 . Реле срабатывает и производит заданные действия (включает сигнал, отключает заземленный участок, включает резерв и тому подобное).

Обращается внимание на следующее. Заземление нейтрали первичной обмотки (рисунок 1, г ) – необходимое условие для действия схемы. Заземление вторичной обмотки – средство обеспечения безопасности (смотрите статью "Схема соединения "Звезда "). Токи третьих гармоник в контуре вторичных обмоток не возникают, так как трансформаторы напряжения работают при малых индукциях, благодаря чему их магнитопроводы далеки от насыщения.

Открытый треугольник в силовых электроустановках редко используется, но в цепях измерения, учета и сложных релейных защит находит самое широкое применение.

На рисунке 2, а в открытый треугольник соединены два однофазных силовых трансформатора. Это равносильно тому, что из трехфазной группы один трансформатор попросту отсоединен, но все внешние выводы как с первичной, так и со вторичной стороны оставлены. Особенности такого соединения состоят в следующем:
1. В фазах ab и ac проходят линейные токи, сдвинутые по при активной нагрузке относительно соответствующих фазных напряжений на 30°. Значит, каждый трансформатор при активной нагрузке работает с cos φ = 0,866 (а не cos φ = 1). Поэтому отдаваемая мощность двух трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, составляет не 2/3, а только 58% (2/3 от 86,6%) мощности, которая была бы при закрытом треугольнике.

Рисунок 2. Примеры соединений в открытый треугольник.

2. Различные сопротивления для линейных токов нарушают симметрию под нагрузкой.

Третий пример (рисунок 2, в ) показывает соединение в открытый треугольник двух однофазных трансформаторов напряжения. Такое включение применяется в электроустановках высокого напряжения, если достаточно контролировать линейные напряжения U AB , U BC , . Вторичные напряжения заземлены для обеспечения безопасности.

1 Прямая, обратная и нулевая последовательности – термины метода симметричных составляющих, с помощью которого рассчитываются схемы с несимметричной нагрузкой.
2 U AB = k × U ab , U BC = k × U bc , U CA = k × U ca , где k – трансформатора напряжения, в нашем примере 10000: 100 = 100. Вольтметры градуируют в киловольтах.

Измерительные трансформаторы напряжения применяют в установках переменного тока напряжением 380 В и выше для питания обмоток напряжения измерительных приборов и реле защиты, расширения пределов измерения приборов, изоляции их и реле от высокого первичного напряжения.
Трансформаторы понижают напряжение, приложенное к первичной обмотке, до величины 100 В или 100ν3 В при включении обмотки ВН между фазой и землей, что позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов и реле, а шкалы приборов градуировать с учетом коэффициента трансформации в соответствии с измеряемым первичным напряжением. Такие приборы и реле имеют простую конструкцию, дешевы, надежны и могут обладать высокой точностью измерения.
Включение приборов и реле через трансформаторы напряжения обеспечивает безопасность их обслуживания и позволяют устанавливать их на значительном расстоянии от цепей высокого напряжения. По принципу выполнения, схемам включения и особенностям работы трансформаторы напряжения ничем не отличаются от силовых понижающих трансформаторов. Они состоят из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. На рис. показан однофазный трансформатор напряжения TV, подключенный первичной обмоткой W, к сети напряжением, ко вторичной обмотке W2 подключены параллельно вольтметр Р V, реле напряжения KV и счетчик активной энергии PI на напряжение Uv.

Важным параметром, характеризующим преобразование напряжения трансформатором напряжения, является его номинальный коэффициент трансформации

где
U 1ном и U 2ном - номинальные первичное и вторичное напряжения, В;
W1и W2 - число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора напряжения.
Важнейшим требованием, предъявляемым к трансформаторам напряжения является требование точности измерения, т.е. необходимость возможно меньшей погрешности, вносимой в измерения. Погрешность, которую вносит трансформатор при измерении напряжения, возникающая вследствие того, что действительный коэффициент трансформации, отличается от номинального Кмакс, выражается в процентах

где
U1, и U2 - действительные значения первичного и вторичного напряжения, В.
Кроме погрешности в величине напряжения U трансформатор напряжения вносит и угловую погрешность 8, которая представляет собой угол между вектором первичного напряжения U1 и повернутым на 180° вектором вторичного напряжения U2.
Погрешность трансформатора напряжения в величине напряжения вносит ошибку в показания всех измерительных приборов. По ее величине в процентах трансформаторы напряжения делятся на четыре класса точности (табл. 3.3). Класс точности - погрешность, выраженная в процентах.
Трансформаторы напряжения класса точности 0,2 применяют в качестве образцовых, а также для точных измерений в лабораториях: Для подключения счетчиков денежного расчета используются трансформаторы класса точности 0,5. Для присоединения щитовых измерительных приборов используют трансформаторы классов 1 и 3. Требования, предъявляемые к трансформаторам для релейной защиты, зависят от вида защиты. Здесь могут быть использованы трансформаторы классов 0,5; 1 и 3.

Таблица 3.3.

Для каждого класса точности устанавливается номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора, при которой его погрешность при номинальном первичном напряжении не превышает значений, указанных в табл. С увеличением вторичной нагрузки трансформатора погрешность возрастает и класс точности снижается. Наивысший класс точности является номинальным.
Кроме номинальной мощности каждый трансформатор напряжения характеризуется максимальной мощностью, которую, он может обеспечить, длительно работая вне классов точности в качестве понижающего силового трансформатора без недопустимого перегрева обмоток.
По конструкции и области применения трансформаторы напряжения классифицируются :
по роду установки - для внутренней и наружной установки;
по способу изоляции - с сухой (литой) изоляцией (от 380 В до 6 кВ) и масляной (от 3 кВ и выше);
по числу фаз - однофазные и трехфазные (трехстержневые и пятистержневые);
по числу вторичных обмоток - с одной и двумя обмотками;
по количеству высоковольтных вводов однофазных трансформаторов - с одним вводом для подключения на фазное напряжение и двумя вводами для подключения на линейное напряжение;
Предельно допустимые погрешности трансформаторов напряжения
Каждому типу трансформатора напряжения присваиваются буквенно-цифровые условные обозначения:
Н - трансформатор напряжения; Т - трехфазный; О -однофазный;
3 - с заземленным выводом первичной обмоткой (с одним вводом обмотки ВН);
С - сухой (сухая изоляция обмоток ВН и НН); М - масляный (с бумажной изоляцией, погруженной в масло); Л - литой (с литой смоляной изоляцией); К - каскадный (однофазный на 110 кВ и выше); К - с компенсирующей обмоткой для уменьшения угловой погрешности (трехфазный);
И- пятистержневой, с обмоткой для контроля изоляции фаз сети; Ф - в фарфором корпусе;
- первая группа цифр
- класс напряжения обмотки ВН в киловольтах;
вторая группа цифр - год разработки конструкции. На рис. показан внешний вид и выемная часть трансформатора НОМ-10 (трансформатор напряжения однофазный масляный 10 кВ). Он состоит из бака 4, заполненного трансформаторным маслом и закрытого крышкой, на которой закреплены выводы обмоток НН, и ВН, расположена пробка 8 для долива масла, закреплен болт 2 для заземления трансформатора. На магнитопроводе 7 расположены обмотки 6. Магнитопровод. однофазный, броневого типа. Обмотки слоевые, намотанные на цилиндр из электрокартона одна поверх другой (сверху - обмотка ВН, внутри обмотка НН). Такой трансформатор имеет значительные размеры и массу (высота 495 мм, масса - 36 кг). По мере повышения напряжения размеры, масса и стоимость трансформаторов такой конструкции быстро увеличивается.

А - внешний вид; б - внешняя часть
В более новых конструкциях трансформаторов напряжения применяют однородную изоляцию из бумаги, пропитанной маслом, которая является продолжением изоляции обмоток и входит в фарфор высоковольтных вводов. Масло в изоляторах сообщается с маслом в кожухе, поэтому воздушное пространство под крышкой отсутствует, что ведет к резкому уменьшению изоляционных расстояний, размеров кожуха и количества масла.

На рис. 2, а показан внешний вид однофазного трансформатора типа НОМ-35-66 (напряжения однофазный масляный, 35 кВ, 1966 года разработки), предназначенного для измерения линейного напряжения. На рис. 2, б показан внешний вид трансформатора типа 3HOM-35-65 (напряжения однофазный масляный 35 кВ, 1965 года разработки), разработанного для измерения фазного напряжения. Трансформатор имеет один ввод В Я, изолированный на полное напряжение фазы, конец обмотки присоединен к заземленному кожуху (буква 3 в типе трансформатора). Вводы вторичных обмоток трансформаторов НОМ-35 и 3HOM-35 расположены в коробке 2. Заземление кожухов осуществляется путем соединения болта 3 с контуром заземления электроустановки. Уровень масла в высоковольтных вводах контролируется с помощью маслоуказателя 4.



Рис. 2. Однофазные трансформаторы напряжения: а - типа НОМ-35-66; б - типа 3HOM-35-65

Для напряжений 110 кВ и выше выпускают каскадные трансформаторы с фарфоровым корпусом типа НКФ. На рис. 3 представлены общий вид и схема трансформатора напряжения на 100 кВ типа НКФ-110. Трансформатор состоит из фарфорового цилиндрического корпуса 4, смонтированного на транспортной тележке с катками 5. В верхней части расположен расширитель 2 d маслоуказателем 3 и вводом, к которому присоединяется начало обмотки ВН, а ее конец - к транспортной тележке. Вводы вторичной обмотки 1 располагаются в коробке 6. По углам тележки располагаются четыре подъемных рым-болта 7. Обмотка ВН трансформатора (рис. 3, 6) состоит из двух секций 1 и 2, каждая из которых располагается на своем сердечнике 3 и 4. Средние точки секций первичной обмотки соединены с сердечниками.



а - каскадный трансформатор напряжения НКФ-110; 6 - его электрическая схема

На каждую секцию обмотки при разомкнутой цепи вторичной обмотки 5 (холостой ход трансформатора) приходится половина напряжения фазы. Сердечники изолируют друг от друга на напряжение U2, а крайние витки секций от сердечников - только на UJ4. Такое облегчение условий работы изоляции между секциями и их сердечниками способствует снижению габаритов и массы трансформатора и снижению его стоимости. Вторичная обмотка 5распола-
Неравенство токов по величине во вторичных обмотках трансформаторов тока приводит к появлению в реле КА тока небаланса рабочего режима, который значительно возрастает при возникновении внешнего КЗ. При вычислении тока небаланса учитывают три его составляющие. Первая из них обусловлена различием характеристик намагничивания трансформаторов тока, питающих защиту. Вторая связана с изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения, поскольку при этом изменяется соотношение между токами 12х и 122. Третья составляющая учитывает неполное равенство токов в реле от неточного их выравнивания в плечах циркуляции.
Компенсация неравенства тока осуществляется установкой автотрансформаторов со стороны более мощных и менее нагруженных трансформаторов тока. За счет отпаек осуществляют регулирование тока /А2, протекающего через реле К А от автотрансформатора. Несмотря на установку автотрансформаторов в реле все-таки протекает некоторый ток небаланса, от которого защита должна быть отстроена по условию

где
К3 и К "3 - коэффициенты запаса;
Iнб макс - максимальный ток небаланса при внешнем КЗ.
Броски токов намагничивания, возникающие в первичной обмотке трансформатора при его включении или восстановлении на нем напряжения, могут в 6-8 раз превышать амплитуду нормального тока. Для дифференциальной защиты такие броски токов намагничивания соответствуют КЗ в защищаемой зоне, так как ток в реле поступает только от одного трансформатора тока. Затухание броска тока происходит в течение 1...2 с. Однако уже по истечении 0,3...0,5 с его максимальное мгновенное значение становится меньше амплитуды номинального тока трансформатора. Отстройка защиты от бросков токов намагничивания может осуществляться загрублением защиты по току срабатывания (завышением /сз и снижением ее чувствительности), выдержкой времени защиты на время до затухания броска тока (защита теряет свое быстродействие).
Насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ) обеспечивают отстройку защиты от бросков токов намагничивания с сохранением необходимой чувствительности и быстродействия. Для выполнения защиты применяется реле типа РНТ-565.

Трансформаторы напряжения типа НКФ на напряжения выше 110 кВ собираются из одинаковых элементов, соединяемых последовательно и размещаемых по два в одном фарфоровом корпусе.
В электроустановках напряжением выше 1000 В трехфазные трансформаторы напряжения применяются на напряжение до 20 кВ включительно типов НТМК или НТМИ. Трансформаторы типа НТМК (напряжения трехфазный масляный компенсированный) имеют трехстержневой сердечник. На каждом стержне размещены обмотки ВН и НН одной фазы (рис. 4, а). Основные витки каждой фазы обмотки ВН соединены с небольшим числом витков другой фазы, чем достигается поворот вектора первичного напряжения на угол, соответствующий угловой погрешности. Трансформаторы типа НТМК могут быть использованы только для измерения линейный напряжений электроустановки.
На рис. 4, б схема подключения трансформатора типа НТМИ (напряжения трехфазный масляный для контроля изоляции) к шинам электроустановки и приборов к нему. Трансформатор выполняется с пятистержневым сердечником, крайние стержни которого обеспечивают замыкание в них магнитных потоков нулевой последовательности, соответствующих напряжениям и токам нулевой последовательности при замыканиях на землю.
Первичные и основные вторичные обмотки трансформаторов типа НТМИ соединяют в звезду с заземленной нейтралью, что позволяет включать измерительные приборы и реле на линейные и фазные напряжения.

Рис. 4. Схемы соединения трехфазных трансформаторов напряжения: а - типа НТМК; б - типа НТМИ; в - типа НАМИ

Дополнительные вторичные обмотки соединяют в разомкнутый треугольник. В нормальном режиме работы сумма напряжений трех фаз треугольника равна нулю и напряжение на разомкнутых выводах треугольника отсутствует. При замыкании на землю одной из фаз сети шунтируется обмотка ВН этой фазы трансформатора, ток в ней отсутствует, не наводится напряжение в обмотке этой фазы разомкнутого треугольника. Суммарно напряжение двух других неповрежденных фаз появляется на реле контроля изоляции К V, которое своими контактами замыкает цепь звуковой сигнализации.
Первичные обмотки трансформатора напряжения оказываются под линейным напряжением, т.к. нейтраль трансформатора связана с фазой, на которой произошел пробой изоляции. Вольтметры фаз А и В, включенные на фазное напряжение, покажут линейное напряжение, а фазы С - нуль. По нулевому показателю вольтметра определяют фазу, в которой произошел пробой изоляции на землю.
Работа сети напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю допускается, но персонал должен немедленно приступить к отысканию места повреждения и устранить его в кратчайший срок. При замыкании на землю в обмотке статора электродвигателя напряжением выше 1000 В, последний должен немедленно отключаться, если ток замыкания на землю превышает 5 А. Если ток замыкания не превышает 5 А, допускается работа не более 2 ч, по истечении которых машина должна быть отключена.
На рисунке 4, в изображена схема подключения трансформатора типа НАМИ (напряжения, антирезонансный, масляный, для контроля изоляции) к шинам 6 или 10 кВ. Трансформатор обеспечивает измерение трех линейных, трехфазных напряжений на вводах a, b,c,N и напряжения нулевой последовательности на вводах ад и хд дополнительной обмотки. В отличии от трансформаторов напряжения НТМИ-10 и ЗНОЛ-10 трансформатор НАМИ-10, благодаря антирезонансным свойствам имеет повышенную надежность и устойчивость к перемежающимся дуговым замыканиям сети на землю. Для обеспечения устойчивости он не требует принятия каких-либо дополнительных мер, при этом выдерживает однофазные металлические замыкания сети на землю без ограничения длительности, а дуговые замыкания - в течении 8 ч.
Трансформатор представляет соединение конструктивно в единое целое двух трехобмоточных трансформаторов, первичные обмотки одного из которых предназначены для включения на линейные напряжения UAB и UBC, а первичная обмотка другого трансформатора (заземляемого) включена на фазное напряжение UB. Магнитопровод трансформатора, включаемого на линейные напряжения, двухстержневого типа из пластин электротехнической стали. Магнитопровод заземляемого трансформатора собран из пластин конструкционной стали. Магнитопроводы двух трансформаторов с насаженными на них обмотками, соединенные с помощью ряда конструктивных деталей в единую конструкцию, представляют активную часть трансформатора, которая помещается в бак, заполненный трансформаторным маслом.
На рис. 5 приведены схемы соединения однофазных трансформаторов напряжения и присоединения к ним приборов. Один трансформатор типа НОС или НОМ подключается на линейное напряжение (рис. 5, а) при необходимости измерять напряжение между двумя фазами. Если нужно подключать обмотки приборов и реле на любые линейные напряжения, применяют схему соединения трансформаторов в неполный (открытый) треугольник (рис. 5, б). Эта схема позволяет измерять непосредственно два линейных напряжения С/дв и UBQ. Она целесообразна во всех случаях, когда основную нагрузку составляют счетчики и ваттметры. Рассматриваемая схема позволяет получить и третье линейное напряжение UCA.
Три однофазных трансформатора типа ЗНОМ и НКФ, включенные по схеме звезда с заземленной нейтралью высшего напряжения, представлены на рис. 5, в. Основные вторичные обмотки соединяются в звезду с заземленной нейтралью, что позволяет измерять напряжение трех фаз относительно земли вольтметрами Р VA, PVv PVC, а также три линейных напряжения вольтметрами Р VAB, Р VAС, Р Fac. Дополнительные вторичные обмотки соединяются по схеме разомкнутого треугольника для подключения к нему реле контроля изоляции фаз сети ЛГ У как у трансформатора НТМИ (рис. 4). При пробое изоляции одной из фаз на зажимах разомкнутом треугольнике появляется напряжение 100 В, реле контроля изоляции срабатывает и замыкает цепь звонка, сигнализирующего о пробое.

Рис. 5. Схемы соединения однофазных трансформаторов напряжения:
а - одного типа НОС или НОМ; б - двух в неполный (открытый) "треугольник"; в -трех типа ЗНОМ или НФКв "звезду" с заземленной нейтралью

Выбор трансформаторов напряжения

Тип выбираемого трансформатора определяется назначением его в электроустановке. При необходимости контролировать изоляцию электроустановки в РУ-6 (10) кВ применяют трансформаторы типа НТМИ-10 и ЗНОЛ.06-10, в РУ-35кВ-ЗНОМ-35, в других случаях можно использовать трансформаторы типа НОМ. В РУ 110 (220) кВ применяют трансформаторы типа НКФ.

Активная и реактивная мощность приборов и реле определяется по известной полной мощности и коэффициенту мощности прибора cos ф (дается в справочнике для каждого прибора или обмотки, если у прибора их несколько). В табл. приведены данные некоторых измерительных приборов и реле.

Данные измерительных приборов и реле

Наименование прибора		Число катушек в приборе	Мощность, потребляемая одной катушкой, ВА	Коэффициент мощности cos φ
Вольтметр
Счетчик активной энергии	САЗУ- -И670
Счетчик реактивной энергии
Реле напряжения
Реле мощности

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/v3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис.; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а к вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушки измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

1 - первичная обмотка; 2 - магнитопровод; 3 - вторичная обмотка

Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

Где U1ном и U2ном - номинальные первичное и вторичное напряжения соответственно.
Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

Так же как и в трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точнона угол 180°. Это определяет угловую погрешность.

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cosφ2, т.е. от вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных к вторичной обмотке трансформатора напряжения, не должно превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 4.13, а), а также трехфазные двухобмоточные трансформаторы НТМК, обмотки которых соединены в звезду (рис. 4.13, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y 0 /Y 0 , или трехфазные трехобмоточные трансформаторы НТМИ или НАМИ (рис. б). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5 - трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кВ).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6 - 1150 кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35.