СХЕМИ З'ЄДНАННЯ ТРАНСФОРМАТОРІВ НАПРУГИ

Схема з'єднання трансформаторів напруги в зірку,наведена на рис.6.5, а,призначена для отримання напруг фаз щодо землі та міжфазних (лінійних) напруг. Три первинні обмотки TV1з'єднуються у зірку. Початки кожної обмотки ( А, В, C)приєднуються до відповідних фаз ЛЕП, а кінці X, Y, Zоб'єднуються у загальну точку (нейтраль N1)і заземлюються. При такому включенні до кожної первинної обмотки TV1підводиться напруга фази ЛЕП щодо землі. Кінці вторинних обмоток TV1(х,у,zна рис.6.5, а) також з'єднуються в зірку, нейтраль якої N2зв'язується з нульовою точкою навантаження N3(Опору 1 , 2 , 3 ). У наведеній схемі нейтраль первинної обмотки (точка N1)жорстко пов'язана із землею і має потенціал, рівний нулю, такий же потенціал матиме нейтраль N2та пов'язана з нею нейтраль навантаження N3.При такій схемі фазні напруги на вторинному боці відповідають фазним напругам щодо землі первинної сторони. Заземлення нейтралі первинної обмотки ТН та наявність нульового дроту у вторинному ланцюзі є обов'язковою умовою для отримання фазних напруг щодо землі.

З'єднання обмоток ТН за схемою y/y зазвичай виконується за 12 групою. Ця схема може бути здійснена за допомогою трьох однофазних ТН або одного трифазного п'ятистрижневого ТН. Трифазні тристержневі ТН для даної схеми застосовуватися не можуть, тому що в їх магнітопроводі відсутні шляхи для замикання магнітних потоків НП Ф 0 , створюваних струмом I 0 у первинних обмотках при замиканнях на землю в мережі. У цьому випадку потік Ф 0 замикається через повітря на шляху з великим магнітним опором. Це призводить до зменшення опору НП трансформатора та різкого збільшення Iнам. Підвищений Iнам викликає неприпустиме нагрівання трансформатора, у зв'язку з чим застосування тристержневих ТН


неприпустимо. У п'ятистрижневих трансформаторах для замикання потоків служать четвертий і п'ятий стрижні магнітопроводу (рис.6.6).

Схема з'єднань обмоток ТН у ​​відкритий трикутник зображена на рис.6.7. Вона виконується за допомогою двох однофазних ТН, включених на дві міжфазні напруги, наприклад U AB та U BC . Напруга на затискачах вторинних обмоток ТН завжди пропорційно міжфазним напругам, підведеним з первинного боку. Між проводами вторинної ланцюга включаються реле. Схема дозволяє отримувати всі три міжфазні напруги U AB U BC та U AC .

Схема з'єднань обмоток однофазних ТН у ​​фільтр напруги НПвиконується за допомогою трьох однофазних ТН, як показано на рис.6.8. Первинні обмотки з'єднані у зірку із заземленою нейтраллю, а вторинні – послідовно, утворюючи незамкнений трикутник. До затискачів розімкнених вершин трикутника приєднуються реле. Напруга U p на затискачах розімкнутого трикутника дорівнює геометричній сумі напруг вторинних обмоток: U p = U а + U b + U c .

Так як сума трьох фазних напруг дорівнює потрійному напрузі НП, виражаючи вторинні напруги через первинні, отримуємо

(6.4)

В нормальних умовах напруги фаз симетричні, U p = 0. При КЗ без землі також U p = 3U 0 = 0 (див. гл. 1). При КЗ на землю (одно- та двофазних) на затискачах розімкнутого трикутника ТН з'являється напруга U p = 3U 0 /K U.

Напруги прямої та зворотної послідовностей утворюють симетричні зірки і тому при підсумовуванні ланцюга розімкнутого трикутника завжди дають нуль на його затискачах.

Розглянута схема є фільтр НП. Необхідною умовою роботи схеми як фільтра НП є заземлення нейтралі первинної обмотки ТН. Застосовуючи однофазні ТН із двома вторинними обмотками, можна з'єднати одну з них за схемою зірки, а другу – за схемою розімкнутого трикутника (рис.6.9). Номінальна вторинна напруга у обмотки, призначеної для з'єднання в розімкнений трикутник, приймається рівним для мереж із заземленою нейтраллю 100 В, а для мереж із ізольованою нейтраллю 100/3 В.

Схема з'єднання обмоток трифазних ТН у ​​фільтр напруги НП.Для отримання 3U 0 від трифазного п'ятистрижневого ТН (див. рис.6.6) на кожному з його основних стрижнів 1 , 2 і 3 виконується додаткова (третя) обмотка, що з'єднується за схемою розімкнутого трикутника. Напруга на висновках цієї обмотки з'являється тільки при КЗ на землю, коли виникають магнітні потоки НП, що замикаються по четвертому та п'ятому стрижням магнітопроводу. Схеми з пятистержневым ТН дозволяють отримувати одночасно з напругою НП фазні та міжфазні напруги.

Трансформатор напруги за принципом дії та конструктивного виконання аналогічний звичайному силовому трансформатору. Як показано на рис. 6-1, трансформатор напруги складається із сталевого сердечника (магнітопроводу) С, зібраного з тонких пластин трансформаторної сталі, і двох обмоток - первинної та вторинної, ізольованих один від одного і від сердечника.

Первинна обмотка має дуже велику кількість витків (кілька тисяч) тонкого дроту, включається безпосередньо в мережу високої напруги, а до вторинній обмотці, Що має меншу кількість витків (кілька сотень), підключаються паралельно реле та вимірювальні прилади.

Під впливом напруги мережі первинної обмотці проходить струм, що створює в сердечнику змінний магнітний потік Ф, який, перетинаючи витки вторинної обмотки, індукує в ній е. д. с. Е, яка при розімкнутій вторинній обмотці (холостий хід трансформатора напруги) дорівнює напрузі на її затискачі U 2X..X ,

Напруга U 2X..X у стільки разів менша від первинної напруги U 1 у скільки разів число витків вторинної обмотки менше числа витків первинної обмотки :

Ввівши таке позначення, можна написати:

На паспортах трансформаторів напруги їх коефіцієнти трансформації вказуються дробом, у чисельнику якого - номінальна первинна напруга, а в знаменнику - номінальна вторинна напруга. Так, наприклад,

Мер, якщо на паспорті трансформатора напруги написано 6 000/100, це означає, що даний трансформатор напруги призначений для установки в мережі з номінальною напругою 6000 В і має коефіцієнт трансформації 60.

Для правильного з'єднання трансформаторів напруги між собою та правильного підключеннядо них реле напряму потужності, ватметрів та лічильників заводи - виробники позначають (маркують) вивідні затискачі обмоток певним чином: початок первинної обмотки - А, кінець - Х; початок основної вторинної обмотки – а, кінець – х; початок додаткової вторинної обмотки - д, кінець - х д.

При включенні однофазних трансформаторів напруги на фазну напругу початку первинних обмоток приєднуються до фаз, а кінці збираються в нульову точку. При включенні трансформаторів напруги на міжфазну напругу початку первинних обмоток підключаються до початкових фаз в порядку їх електричного чергування один за одним. Наприклад, при включенні двох однофазних трансформаторів напруги на міжфазні напруги АВ і ВС (за схемою рис. 6-3, б) при чергуванні фаз А, В, перший трансформатор напруги включається початком первинної обмотки до фази А, кінцем - до фази, а другий - початком до фази В і кінцем - до фази С. При маркуванні висновків вторинних обмоток трансформаторів напруги за початок а приймається той висновок, з якого струм виходить, в той час коли в первинній обмотці струм проходить від початку А до кінця X, як показано на рис. 6-2. Іншими словами, якщо на первинній стороні струм входить у початок А, то однополярним висновком, тобто початком вторинної обмотки а буде той її висновок, з якого в цей момент струм виходить.

При маркуванні та включенні обмоток за таким правилом напрям струму в реле, як показано на рис. 6-2 при включенні реле через трансформатор напруги залишиться таким же, як і при включенні безпосередньо в мережу.

Трансформатори напруги бувають трифазні та однофазні. Останні залежно від призначення з'єднуються між собою різні схеми.

На рис. 6-3 та 6-4 наведено основні схеми з'єднання однофазних трансформаторів напруги.

На рис. 6-3 а дана схема включення одного трансформатора напруги на міжфазну напругу. Ця схема застосовується, коли для захисту або вимірювань потрібна лише одна міжфазна напруга.

На рис. 6-3 б наведена схема з'єднання двох трансформаторів напруги у відкритий трикутник (або неповну зірку). Ця схема, що набула широкого поширення, застосовується, коли для захисту або вимірювань потрібно мати дві або три міжфазні напруги.

На рис. 6-3, наведена схема з'єднання трьох трансформаторів напруги в зірку. Ця схема також набула широкого поширення і застосовується, коли для захисту або вимірювань потрібні фазні напруги або фазні і міжфазні напруги одночасно.

На рис. 6-3 г приведено з'єднання трьох трансформаторів напруги за схемою трикутник - зірка. Ця схема забезпечує підвищену напругу на вторинному боці, що дорівнює

Така напруга потрібна для живлення електромагнітних коректорів напруги пристроїв автоматичного регулювання збудження генераторів.

На рис. 6-4 представлена ​​схема з'єднання трансформатора напруги, що має дві вторинні обмотки. Первинна обмотка і основна вторинна обмотка з'єднані у зірку, т. е. як і, як у розглянутої вище схемою рис. 6-3, ст. Додаткова вторинна обмотка з'єднана у схему розімкнутого трикутника (на суму фазних напруг). Таке з'єднання застосовується для отримання напруги нульової послідовності (див. § 6-7), необхідного для включення реле напруги та реле напряму потужності захисту від однофазних к. з. у мережі із заземленими нульовими точками трансформаторів та для сигналізації при однофазних замиканнях на землю в мережі із ізольованими нульовими точками трансформаторів.

Як відомо, сума трьох фазних напруг у нормальному режимі, а також при двофазних і трифазних к. з. дорівнює нулю. Тому в зазначених умовах напруга між точками 1 - 2 на рис. 6-4 дорівнює нулю (практично між цими точками є невелика напруга 0,5-2, яка називається напругою небалансу).

При однофазному к. з. у мережі із заземленими нульовими точками трансформаторів (мережі 110 кВ і вище) фазна напруга пошкодженої фази стає рівним нулю, а геометрична сума фазних напруг двох неушкоджених фаз виявляється рівною фазному напрузі. У мережі з ізольованими нульовими точками трансформаторів (мережі 35 кВ і нижче) при однофазних замиканнях на землю напруги непошкоджених фаз стають рівними міжфазному напрузі, а їх геометрична сума виявляється рівною потрійному фазному напрузі.

Для того щоб в останньому випадку напруга на реле не перевищувала номінального значення, рівного 100 В, у трансформаторів напруги, призначених для мереж, що працюють з ізольованими нульовими точками трансформаторів, вторинні додаткові обмотки, що з'єднуються в схему розімкнутого трикутника, мають підвищений в , наприклад 6000 /100/3.

Напруга нульової послідовності може бути отримано від спеціальних обмоток трифазних трансформаторів напруги.

У конструкції, показаній на рис. 6-5, спеціальні обмотки розташовані на крайніх стрижнях п'ятистержневого сердечника і з'єднані послідовно між собою.

У нормальному режимі, а також при двофазних і трифазних к. з., коли сума фазної напруги дорівнює нулю, магнітний потік у крайніх стрижнях відсутня, і тому напруги на спеціальних обмотках немає. При однофазних к. з. або замикання на землю сума фазних напруг не дорівнює нулю. Тому магнітний потік замикається по крайніх стрижнях та індукує напругу на спеціальних обмотках.

В іншій конструкції, показаній на рис. 6-6 є додаткова вторинна обмотка, розташована на основних стрижнях і з'єднана в схему розімкнутого трикутника.

При включенні первинних обмоток трансформаторів напруги на фазну напругу вони з'єднуються в зірку, нульова точка якої обов'язково з'єднується із землею (заземляється), як показано на рис. 6-3, в, 6-4, 6-5, 6-6. Заземлення первинних обмоток необхідне для того, щоб при однофазних к. з. або замикання на землю в мережі, де встановлений трансформатор напруги, реле та прилади, включені на його вторинну обмотку, правильно вимірювали напругу фаз щодо землі.

Вторинні обмотки трансформаторів напруги підлягають обов'язковому заземленню незалежно від їх схеми з'єднань. Це заземлення є захисним - таким, що забезпечує безпеку персоналу при попаданні високої напруги у вторинні ланцюги. Зазвичай заземляється нульова точка зірки (рис. 6-3, і) або один з фазних проводів (рис. 6-3, а і б, рис. 6-4).

Первинні обмотки трансформаторів напруги до 35 кВ підключаються до мережі через запобіжники високої напруги та опори, що обмежують. Призначенням цих запобіжників є швидке відключення від мережі пошкодженого трансформатора напруги. Обмежуючі опори встановлюються зниження величини струму к. з., якщо відключаюча здатність запобіжників недостатня.

Для захисту обмоток трансформатора напруги від тривалого проходження струму к. при пошкодженнях вторинних ланцюгахвстановлюються запобіжники низької напруги чи автомати. Конструкції запобіжників і плавких вставок повинні бути надійними, що унеможливлюють обриви, втрату контакту та інші пошкодження, що призводять до зникнення напруги на захисті. Запобіжники та автомати повинні бути правильно обрані з урахуванням відбудови від максимального струму навантаження, який може через них проходити (див. гл. 2).

Зникнення напруги від трансформатора напруги внаслідок несправностей запобіжників сприймається захистом як і, як зниження напруги при к. з. в мережі, що захищається, і призводить до її неправильної дії. Тому захисту, що реагують на зниження або зникнення напруги або виконуються так, що відрізняють до. від несправності у вторинних ланцюгах, або забезпечуються спеціальними блокуваннями.

На рис. 6-7 наведено як приклад дві схеми включення захисту мінімальної напруги. На рис. 6-7, а два реле мінімальної напруги включені на різні міжфазні напруги трансформатора напруги, їх контакти з'єднані послідовно. За такої схеми включення захист не може спрацювати хибно під час перегорання одного із запобіжників. Однак помилкова дія може все ж таки статися при пошкодженні єдиного трансформатора напруги або при одночасному перегоранні двох запобіжників. Більш надійна щодо цього схема на рис. 6-7 б, в якій так само використовуються два реле мінімальної напруги, але включені на різні трансформатори напруги.

На рис. 6-8 наведена схема включення спеціального блокування, що запобігає помилковій дії захисту при порушенні ланцюгів від трансформатора напруги. Блокування типу КРБ-11 (Б на рис. 6-8) складається з трьох конденсаторів С однакової ємності, реле напруги Н і струмового реле Т про. Конденсатори З'єднані в зірку для створення штучної нульової точки і включені на фазну напругу. У провід, що з'єднує нульову точку конденсаторів з нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора напруги, включена обмотка реле напруги, через розмикаючий контакт якого подається оперативний струм на комплект захисту КЗ.

Ланцюг обмотки реле Н проходить через розмикаючий контакт струмового реле Т про, обмотка якого включена в нульовий провід трансформаторів струму, що живлять комплект захисту КЗ від коротких міжфазних замикань.

Нормально, коли сума фазних напруг дорівнює нулю, напруги нульових точок зірки конденсаторів і вторинної обмотки трансформатора напруги також дорівнюють нулю і тому струм в обмотці реле Н відсутня. При перегоранні одного або двох будь-яких запобіжників напруга нульової точки зірки конденсаторів стане рівною сумі напруг фаз, що залишилися, а напруга нульової точки зірки вторинної обмотки трансформатора напруги залишиться рівним нулю. В результаті під впливом напруги, що виникла між нульовими точками, через обмотку реле Н піде струм і реле, спрацювавши, нижнім контактом зніме оперативний струм з комплекту захисту КЗ, а верхнім подасть сигнал.

При перегоранні запобіжників всіх трьох фаз блокування типу, що розглядається, не працює, що є його органічним недоліком. При двофазному к. з. на землю на лінії, що захищається симетрія фазних напруг, що підводяться до зірки конденсаторів, порушується, і блокування може спрацювати і вивести захист з дії. Для запобігання такій неправильній дії блокування передбачено струмове реле Т о, яке в цьому випадку спрацьовує.

Для мереж, що працюють із ізольованими нульовими точками трансформаторів, випускається блокування типу КРБ-12, що працює на аналогічному принципі (див. § 6-7). Для мереж напругою 500 кВ випускається складніша блокування, що діє при перегоранні також і трьох запобіжників [Л. 5].

Трансформатори напруги мають дві похибки:

1) похибка в напрузі (або коефіцієнті трансформації), під якою розуміється відхилення дійсного коефіцієнта трансформації від номінального;

2) похибка по куту, під якою розуміється кут зсуву вторинної напругищодо первинного.

Залежно від похибок трансформатори напруги поділяються на класи точності. Допустимі похибки залежно від класу точності наведено у табл. 6-1.

Один і той же трансформатор напруги залежно від навантаження, підключеного до його вторинної обмотки, може працювати з різним класом точності і переходити з одного класу в інший при зміні навантаження щодо його номінальної потужності. Тому в каталогах та паспортах на трансформатори напруги вказуються два значення потужності: номінальна потужність у вольт-амперах, з якою трансформатор напруги може працювати в гарантованому класі точності, та гранична потужність, з якою трансформатор напруги може працювати з допустимим нагріванням обмоток. Гранична потужністьтрансформатора напруги у кілька разів перевищує номінальну. Так, у трансформатора напруги типу НОМ-6 з коефіцієнтом трансформації 6000/100 для класу точності 1 номінальна потужність становить 50 -А, а гранична - 300 -А.

Крім розглянутих вище основних похибок, що виникають при трансформації первинної напруги на вторинний бік, на роботу релейного захистута точність вимірювань впливають також додаткові похибки від падіння напруги в ланцюгах напруги від трансформатора напруги до місця встановлення панелей захисту або вимірів. Тому згідно вимогам ПУЕ[Л. 41] переріз жил кабелів має вибиратися так, щоб падіння напруги у зазначених ланцюгах не перевищувало: 3% для релейного захисту, 1,5% для щитових вимірювальних приладів та 0,5% і для лічильників.

(малюнок 1, б), званого іноді V-подібним. Розглянемо на кількох типових прикладах сфери їх застосування.

Малюнок 1. Відмінність між з'єднаннями в розімкнутий ( а) та відкритий ( б) Трикутники. Приклади застосування з'єднань у розімкнений трикутник: ( в) та фільтр напруги нульової послідовності ( г).

Наступний приклад подано з іншої області. На малюнку 1, гпоказаний фільтр напруги нульовий, який служить для виявлення замикань на землю в мережі із ізольованою нейтраллю. Первинні обмотки з'єднані в зірку, її нейтраль обов'язково заземлена, завдяки чому первинна обмотка кожної фази включена до її напруги щодо землі. Вторинні обмотки, з'єднані в розімкнений трикутник, живлять реле Р.

У нормальних умовах, а також при , але без заземлення геометрична сума фазної напруги дорівнює нулю. Отже, напруга на обмотці реле дорівнює нулю і не спрацьовує. Однак при замиканні на землю у напругах з'являється складова нульової послідовності U 0 . Реле спрацьовує та проводить задані дії (включає сигнал, відключає заземлену ділянку, включає резерв тощо).

Звертається увага наступне. Заземлення нейтралі первинної обмотки (рисунок 1, г) – необхідна умовадля дії схеми Заземлення вторинної обмотки – засіб забезпечення безпеки (див. статтю "Схема з'єднання "Зірка"). Струми третіх гармонік у контурі вторинних обмоток не виникають, оскільки трансформатори напруги працюють при малих індукціях, завдяки чому їх магнітопроводи далекі від насичення.

Відкритий трикутник у силових електроустановках рідко використовується, але в ланцюгах вимірювання, обліку та складних релейних захистів знаходить найширше застосування.

На малюнку 2, ау відкритий трикутник з'єднані два однофазні силові трансформатори. Це рівнозначно тому, що з трифазної групи один трансформатор просто від'єднаний, але всі зовнішні висновки як з первинної, так і з вторинної сторони залишені. Особливості такого з'єднання полягають у наступному:
1. У фазах abі acпроходять лінійні струми, зсунуті при активному навантаженні щодо відповідних фазних напруг на 30°. Значить, кожен трансформатор при активному навантаженні працює з cos φ = 0,866 (а не cos φ = 1). Тому потужність, що віддається, двох трансформаторів, з'єднаних у відкритий трикутник, становить не 2/3, а тільки 58% (2/3 від 86,6%) потужності, яка була б при закритому трикутнику.

Рисунок 2. Приклади з'єднань у відкритому трикутнику.

2. Різні опори для лінійних струмів порушують симетрію під навантаженням.

Третій приклад (рисунок 2, в) показує з'єднання у відкритий трикутник двох однофазних трансформаторів напруги. Таке включення застосовується в електроустановках високої напруги, якщо достатньо контролювати лінійну напругу U AB U BC, . Вторинна напруга заземлена для забезпечення безпеки.

1 Пряма, зворотна та нульова послідовності – терміни методу симетричних складових, за допомогою якого розраховуються схеми з несиметричним навантаженням.
2 U AB = k × U ab, U BC = k × U bc , U CA = k × U ca , де k – трансформатора напруги, у прикладі 10000: 100 = 100. Вольтметри градуюють у кіловольтах.

Вимірювальні трансформатори напруги застосовують в установках змінного струмунапругою 380 В і вище для живлення обмоток напруги вимірювальних приладів та реле захисту, розширення меж вимірювання приладів, ізоляції їх та реле від високої первинної напруги.
Трансформатори знижують напругу, прикладену до первинної обмотки, до величини 100 В або 100ν3 при включенні обмотки ВН між фазою і землею, що дозволяє уніфікувати конструкції вимірювальних приладів і реле, а шкали приладів градуювати з урахуванням коефіцієнта трансформації відповідно до первинного. Такі прилади і реле мають просту конструкцію, дешеві, надійні і можуть мати високу точність вимірювання.
Включення приладів та реле через трансформатори напруги забезпечує безпеку їх обслуговування та дозволяють встановлювати їх на значній відстані від ланцюгів високої напруги. За принципом виконання, схемами включення та особливостями роботи трансформатори напруги нічим не відрізняються від силових трансформаторів, що понижують. Вони складаються із сталевого осердя, набраного з пластин листової електротехнічної сталі, первинної обмотки та однієї або двох вторинних обмоток. На рис. показаний однофазний трансформатор напруги TV, підключений первинної обмоткою W, до мережі напругою, до вторинної обмотки W2 підключені паралельно вольтметр Р V, реле напруги KV і лічильник активної енергії PI на напругу Uv.

Важливим параметром, що характеризує перетворення напруги трансформатором напруги, є його номінальний коефіцієнт трансформації

де
U 1ном і U 2ном - номінальні первинне та вторинне напруження, В;
W1і W2 - число витків первинної та вторинної обмоток трансформатора напруги.
Найважливішим вимогою, що пред'являються трансформаторам напруги є вимога точності вимірювання, тобто. необхідність можливо меншої похибки, що вноситься у виміри. Похибка, яку вносить трансформатор при вимірі напруги, що виникає внаслідок того, що дійсний коефіцієнт трансформації відрізняється від номінального Кмакс, виражається у відсотках

де
U1, і U2 - дійсні значення первинної та вторинної напруги, В.
Крім похибки у величині напруги U трансформатор напруги вносить і кутову похибку 8, яка є кутом між вектором первинної напруги U1 і повернутим на 180° вектором вторинної напруги U2.
Похибка трансформатора напруги у величині напруги вносить помилку у показання всіх вимірювальних приладів. За її величиною у відсотках трансформатори напруги поділяються на чотири класи точності (табл. 3.3). Клас точності – похибка, виражена у відсотках.
Трансформатори напруги класу точності 0,2 застосовують як зразкові, а також для точних вимірювань у лабораторіях: Для підключення лічильників грошового розрахунку використовуються трансформатори класу точності 0,5. Для приєднання вимірювальних щитових приладів використовують трансформатори класів 1 і 3. Вимоги, що пред'являються до трансформаторів для релейного захисту, залежать від виду захисту. Тут можна використовувати трансформатори класів 0,5; 1 та 3.

Таблиця 3.3.

Для кожного класу точності встановлюється номінальна потужність вторинної обмотки трансформатора, при якій його похибка при номінальній первинній напрузі не перевищує значень, зазначених у табл. Зі збільшенням вторинного навантаження трансформатора похибка зростає і клас точності знижується. Найвищий клас точності є номінальним.
Крім номінальної потужності кожен трансформатор напруги характеризується максимальною потужністю, яку, він може забезпечити, тривало працюючи поза класами точності як знижуючий силового трансформаторабез неприпустимого перегріву обмоток.
за конструкції та сфери застосування трансформатори напруги класифікуються:
за родом установки - для внутрішньої та зовнішньої установки;
за способом ізоляції - з сухою (литою) ізоляцією (від 380 до 6 кВ) і масляною (від 3 кВ і вище);
за кількістю фаз - однофазні та трифазні (тристрижневі та п'ятистрижневі);
за кількістю вторинних обмоток - з однією та двома обмотками;
за кількістю високовольтних вводів однофазних трансформаторів - з одним введенням для підключення на фазну напругу та двома вводами для підключення на лінійну напругу;
Гранично допустимі похибки трансформаторів напруги
Кожному типу трансформатора напруги надаються буквено-цифрові умовні позначення:
Н – трансформатор напруги; Т – трифазний; О-однофазний;
3 - із заземленим висновком первинною обмоткою (з одним введенням обмотки ВН);
С - сухий (суха ізоляція обмоток ВН та ПН); М - масляний (з паперовою ізоляцією, зануреною в олію); Л - литий (з литою смоляною ізоляцією); К - каскадний (однофазний на 110 кВ та вище); К - з компенсуючою обмоткою для зменшення кутової похибки (трифазний);
І-п'ятистрижнева, з обмоткою для контролю ізоляції фаз мережі; Ф - у фарфоровому корпусі;
- перша група цифр
- клас напруги обмотки ВН у кіловольтах;
друга група цифр – рік розробки конструкції. На рис. показаний зовнішній вигляд та виїмна частина трансформатора НОМ-10 (трансформатор напруги однофазний масляний 10 кВ). Він складається з бака 4, заповненого трансформаторним маслом і закритого кришкою, на якій закріплені висновки обмоток ПН і ВН, розташована пробка 8 для доливання масла, закріплений болт 2 для заземлення трансформатора. На магнітопровід 7 розташовані обмотки 6. Магнітопровід. однофазний, броньового типу. Обмотки шарові, намотані на циліндр з електрокартону одна поверх іншої (згори - обмотка ВН, усередині обмотка ПН). Такий трансформатор має значні розміри та масу (висота 495 мм, маса – 36 кг). У міру підвищення напруги розміри, маса та вартість трансформаторів такої конструкції швидко збільшується.

А – зовнішній вигляд; б - зовнішня частина
У нових конструкціях трансформаторів напруги застосовують однорідну ізоляцію з паперу, просоченої олією, яка є продовженням ізоляції обмоток і входить у фарфор високовольтних вводів. Олія в ізоляторах повідомляється з маслом у кожусі, тому повітряний простір під кришкою відсутня, що веде до різкого зменшення ізоляційних відстаней, розмірів кожуха та кількості олії.

На рис. 2, а показаний зовнішній вигляд однофазного трансформатора типу НОМ-35-66 (напруги однофазний масляний, 35 кВ, 1966 розробки), призначеного для вимірювання лінійної напруги. На рис. 2 б показаний зовнішній вигляд трансформатора типу 3HOM-35-65 (напруги однофазний масляний 35 кВ, 1965 року розробки), розробленого для вимірювання фазної напруги. Трансформатор має один введення Я, ізольований на повну напругу фази, кінець обмотки приєднаний до заземленого кожуха (літера 3 в типі трансформатора). Введення вторинних обмоток трансформаторів НОМ-35 та 3HOM-35 розташовані в коробці 2. Заземлення кожухів здійснюється шляхом з'єднання болта 3 з контуром заземлення електроустановки. Рівень олії у високовольтних вводах контролюється за допомогою масловказівника 4.



Рис. 2. Однофазні трансформатори напруги: а – типу НОМ-35-66; б - типу 3HOM-35-65

Для напруги 110 кВ і вище випускають каскадні трансформатори з фарфоровим корпусом типу НКФ. На рис. 3 представлені загальний вигляд та схема трансформатора напруги на 100 кВ типу НКФ-110. Трансформатор складається з фарфорового циліндричного корпусу 4, змонтованого на транспортному візку з катками 5. У верхній частині розташований розширювач 2 d маслопоказником 3 і введенням, до якого приєднується початок обмотки ВН, а її кінець - до транспортного візка. Вводи вторинної обмотки 1 розташовуються в коробці 6. По кутах візка розташовуються чотири підйомні рим-болти 7. Обмотка ВН трансформатора (рис. 3, 6) складається з двох секцій 1 і 2, кожна з яких розташовується на своєму осерді 3 і 4. Середні точки секцій первинної обмотки з'єднані із сердечниками.



а – каскадний трансформатор напруги НКФ-110; 6 - його електрична схема

На кожну секцію обмотки при розімкнутому ланцюгу вторинної обмотки 5 (холостий хід трансформатора) припадає половина напруги фази . Сердечники ізолюють один від одного на напругу U2, а крайні витки секцій від сердечників – лише на UJ4. Таке полегшення умов роботи ізоляції між секціями та їх сердечниками сприяє зниженню габаритів та маси трансформатора та зниженню його вартості. Вторинна обмотка 5розполо-
Нерівність струмів за величиною у вторинних обмотках трансформаторів струму призводить до появи в реле КА струму небалансу робочого режиму, який значно зростає у разі виникнення зовнішнього КЗ. При обчисленні струму небалансу враховують три його складові. Перша їх обумовлена ​​різницею характеристик намагнічування трансформаторів струму, які живлять захист. Друга пов'язана зі зміною коефіцієнта трансформації силового трансформатора при регулюванні напруги, оскільки при цьому змінюється співвідношення між струмами 12х і 122. Третя складова враховує неповну рівність струмів у реле від неточного вирівнювання їх у плечах циркуляції.
Компенсація нерівності струму здійснюється установкою автотрансформаторів з боку потужніших і менш навантажених трансформаторів струму. За рахунок відпайок здійснюють регулювання струму /А2, що протікає через реле КА від автотрансформатора. Незважаючи на встановлення автотрансформаторів у реле все-таки протікає деякий струм небалансу, від якого захист має бути відбудований за умовою

де
К3 і К3 - коефіцієнти запасу;
Інб макс - максимальний струмнебалансу при зовнішньому КЗ.
Кидки струмів намагнічування, що виникають у первинній обмотці трансформатора при його включенні або відновленні на ньому напруги, можуть у 6-8 разів перевищувати амплітуду нормального струму. Для диференціального захисту такі кидки струмів намагнічування відповідають КЗ в зоні, що захищається, так як струм в реле надходить тільки від одного трансформатора струму. Згасання кидка струму відбувається протягом 1...2 с. Однак вже після закінчення 0,3...0,5 з його максимальне миттєве значення стає менше амплітуди номінального струмутрансформатор. Відбудова захисту від кидків струмів намагнічування може здійснюватися загрубленням захисту струму спрацьовування (завищенням /сз і зниженням її чутливості), витримкою часу захисту на якийсь час до згасання кидка струму (захист втрачає свою швидкодію).
Насичувані трансформатори струму (НТТ) забезпечують відбудову захисту від кидків струмів намагнічування із збереженням необхідної чутливості та швидкодії. Для захисту застосовується реле типу РНТ-565.

Трансформатори напруги типу НКФ на напруги вище 110 кВ збираються з однакових елементів, що з'єднуються послідовно і розміщуються по два в одному фарфоровому корпусі.
В електроустановках напругою вище 1000 В трифазні трансформатори напруги застосовуються на напругу до 20 кВ включно з типами НТМК або НТМІ. Трансформатори типу НТМК (напруги трифазний масляний компенсований) мають тристрижневий сердечник. На кожному стрижні розміщені обмотки ВН та ПН однієї фази (рис. 4, а). Основні витки кожної фази обмотки ВН з'єднані з невеликим числом витків іншої фази, чим досягається поворот вектора первинної напруги на кут, що відповідає кутової похибки. Трансформатори типу НТМК можуть бути використані тільки для вимірювання лінійних напруг електроустановки.
На рис. 4, б схема підключення трансформатора типу НТМІ (напруги трифазний масляний для контролю ізоляції) до шин електроустановки та приладів до нього. Трансформатор виконується з п'ятистрижневим сердечником, крайні стрижні якого забезпечують замикання в них магнітних потоків нульової послідовності, відповідних напруг і струмів нульової послідовності при замиканні на землю.
Первинні та основні вторинні обмотки трансформаторів типу НТМІ з'єднують у зірку із заземленою нейтраллю, що дозволяє включати вимірювальні прилади та реле на лінійні та фазні напруги.

Рис. 4. Схеми з'єднання трифазних трансформаторів напруги: а - типу НТМК; б – типу НТМІ; в - типу НАМІ

Додаткові вторинні обмотки з'єднують у розімкнений трикутник. У нормальному режимі роботи сума напруги трьох фаз трикутника дорівнює нулю і напруга на розімкнених висновках трикутника відсутня. При замиканні на землю однієї з фаз мережі шунтується обмотка ВН цієї фази трансформатора, струм у ній відсутня, не наводиться напруга в обмотці фази розімкнутого трикутника. Сумарно напруга двох інших неушкоджених фаз з'являється на реле контролю ізоляції V, яке своїми контактами замикає ланцюг звукової сигналізації.
Первинні обмотки трансформатора напруги виявляються під лінійним напругою, т.к. нейтраль трансформатора пов'язана з фазою, на якій відбувся пробій ізоляції. Вольтметри фаз А і В, включені на фазну напругу, покажуть лінійну напругу, а фази - нуль. За нульовим показником вольтметра визначають фазу, в якій відбувся пробій ізоляції на землю.
Робота мережі напругою 6-35 кВ із ізольованою нейтраллю при однофазному замиканні на землю допускається, але персонал повинен негайно приступити до відшукання місця ушкодження та усунути його у найкоротший термін. При замиканні на землю в обмотці статора електродвигуна напругою вище 1000 В останній повинен негайно відключатися, якщо струм замикання на землю перевищує 5 А. Якщо струм замикання не перевищує 5 А, допускається робота не більше 2 год, після закінчення яких машина повинна бути відключена.
На малюнку 4, зображена схема підключення трансформатора типу НАМИ (напруги, антирезонансний, масляний, для контролю ізоляції) до шин 6 або 10 кВ. Трансформатор забезпечує вимірювання трьох лінійних, трифазних напруг на вводах a, b, c, N і напруги нульової послідовності на вводах пекло і хд додаткової обмотки. На відміну від трансформаторів напруги НТМІ-10 і ЗНОЛ-10 трансформатор НАМІ-10, завдяки антирезонансним властивостям має підвищену надійність і стійкість до дугових замикань мережі, що перемежуються, на землю. Для забезпечення стійкості він не вимагає прийняття будь-яких додаткових заходів, при цьому витримує однофазні металеві замикання мережі на землю без обмеження тривалості, а дугові замикання - протягом 8 год.
Трансформатор представляє з'єднання конструктивно в єдине ціле двох триобмотувальних трансформаторів, первинні обмотки одного з яких призначені для включення на лінійну напругу UAB і UBC, а первинна обмотка іншого трансформатора (заземлюваного) включена на фазну напругу UB. Магнітопровід трансформатора, що включається на лінійну напругу, двострижневого типу з пластин електротехнічної сталі. Магнітопровід трансформатора, що заземляється, зібраний з пластин конструкційної сталі. Магнітопроводи двох трансформаторів з насадженими на них обмотками, з'єднані за допомогою ряду конструктивних деталей в єдину конструкцію, представляють активну частину трансформатора, яка міститься в бак, заповнений трансформаторним маслом.
На рис. 5 наведено схеми з'єднання однофазних трансформаторів напруги та приєднання до них приладів. Один трансформатор типу НОС або НОМ підключається на лінійну напругу (рис. 5 а) при необхідності вимірювати напругу між двома фазами. Якщо потрібно підключати обмотки приладів і реле на будь-яку лінійну напругу, застосовують схему з'єднання трансформаторів у неповний (відкритий) трикутник (рис. 5, б). Ця схема дозволяє вимірювати безпосередньо два лінійної напругиС/дв та UBQ. Вона доцільна у всіх випадках, коли основне навантаження становлять лічильники та ватметри. Схема, що розглядається, дозволяє отримати і третю лінійну напругу UCA.
Три однофазні трансформатори типу ЗНОМ і НКФ, включені за схемою зірка із заземленою нейтраллю вищої напруги, представлені на рис. 5, ст. Основні вторинні обмотки з'єднуються у зірку із заземленою нейтраллю, що дозволяє вимірювати напругу трьох фаз щодо землі вольтметрами Р VA, PVv PVC, а також три лінійні напруги вольтметрами Р VAB, Р VAС, Р Fac. Додаткові вторинні обмотки з'єднуються за схемою розімкнутого трикутника для підключення до нього реле контролю ізоляції фаз мережі ЛГ як у трансформатора НТМІ (рис. 4). При проби ізоляції однієї з фаз на затискачах розімкнутому трикутнику з'являється напруга 100 В, реле контролю ізоляції спрацьовує і замикає ланцюг дзвінка, що сигналізує про пробою.

Рис. 5. Схеми з'єднання однофазних трансформаторів напруги:
а - одного типу НОС чи НОМ; б - двох у неповний (відкритий) "трикутник"; у -трьох типах ЗНОМ або НФКв "зірку" із заземленою нейтраллю

Вибір трансформаторів напруги

Тип трансформатора визначається призначенням його в електроустановці. При необхідності контролювати ізоляцію електроустановки в РУ-6 (10) кВ застосовують трансформатори типу НТМІ-10 і ЗНОЛ.06-10, РУ-35кВ-ЗНОМ-35, в інших випадках можна використовувати трансформатори типу НОМ. У РУ 110 (220) кВ застосовують трансформатори типу НКФ.

Активна та реактивна потужністьприладів та реле визначається за відомою повної потужностіі коефіцієнт потужності приладу cos ф (дається в довіднику для кожного приладу або обмотки, якщо у приладу їх кілька). У табл. наведено дані деяких вимірювальних приладів та реле.

Дані вимірювальних приладів та реле

Найменування приладу		Число котушок у приладі	Потужність, що споживається однією котушкою, ВА	Коефіцієнт потужності cos φ
Вольтметр
Лічильник активної енергії	САЗУ--І670
Лічильник реактивної енергії
Реле напруги
Реле потужності

Трансформатор напругипризначений для зниження високої напруги до стандартного значення 100 або 100/v3 для відділення ланцюгів вимірювання і релейного захисту від первинних ланцюгів високої напруги. Схема включення однофазного трансформатора напруги показано на рис.; первинна обмотка включена на напругу мережі U1, а до вторинної обмотки (напруга U2) приєднані паралельно котушки вимірювальних приладів та реле. Для безпеки обслуговування один вихід вторинної обмотки заземлено. Трансформатор напруги на відміну від трансформатора струму працює в режимі, близькому до холостому ходу, оскільки опір паралельних котушок приладів і реле велике, а струм, споживаний ними, невеликий.

1 – первинна обмотка; 2 - магнітопровід; 3 - вторинна обмотка

Номінальний коефіцієнт трансформації визначається наступним виразом:

Де U1ном і U2ном - номінальна первинна і вторинна напруга відповідно.
Розсіювання магнітного потоку та втрати в осерді призводять до похибки вимірювання

Так само як і в трансформаторах струму, вектор вторинної напруги зрушений щодо вектора первинної напруги не точнона кут 180°. Це визначає кутову похибку.

Залежно від номінальної похибки розрізняють класи точності 02; 0,5; 1; 3.

Похибка залежить від конструкції магнітопроводу, магнітної проникності сталі та від cosφ2, тобто. від вторинного навантаження. У конструкції трансформаторів напруги передбачається компенсація похибки за напругою шляхом деякого зменшення числа витків первинної обмотки, а також компенсація кутової похибки за рахунок спеціальних обмоток, що компенсують.

Сумарне споживання обмоток вимірювальних приладів та реле, підключених до вторинної обмотки трансформатора напруги, не повинно перевищувати номінальну потужністьтрансформатора напруги, тому що в іншому випадку це призведе до збільшення похибок.

Залежно від призначення можуть застосовуватись трансформатори напруги з різними схемами з'єднання обмоток. Для вимірювання трьох міжфазних напруг можна використовувати два однофазних двообмотувальних трансформаторів НОМ, НОС, НОЛ, з'єднаних за схемою відкритого трикутника (рис. 4.13, а), а також трифазні двообмотувальні трансформатори НТМК, обмотки яких з'єднані в зірку (рис. 4.13). Для вимірювання напруги щодо землі можуть застосовуватися три однофазні трансформатори, з'єднаних за схемою Y 0 /Y 0 , або трифазні триобмотувальні трансформатори НТМІ або НАМІ (рис. б). В останньому випадку обмотка, з'єднана в зірку, використовується для приєднання вимірювальних приладів, а до обмотки, з'єднаної в розімкнений трикутник, приєднується реле захисту від замикань на землю. Таким же чином трифазну групу з'єднуються однофазні триобмотувальні трансформатори типу ЗНОМ і каскадні трансформатори НКФ.

Схеми з'єднання обмоток трансформаторів напруги

За конструкцією розрізняють трифазні та однофазні трансформатори. Трифазні трансформаторинапруги застосовуються при напрузі до 18 кВ, однофазні - на будь-які напруги. За типом ізоляції трансформатори можуть бути сухими, масляними та з литою ізоляцією.

Обмотки сухих трансформаторів виконуються дротом ПЕЛ, а ізоляцією між обмотками служить електрокартон. Такі трансформатори застосовуються в установках до 1000 (НОС-0,5 - трансформатор напруги однофазний, сухий, на 0,5 кВ).

Трансформатори напруги з масляною ізоляцією застосовуються на напругу 6 - 1150 кВ у закритих та відкритих розподільних пристроях. У цих трансформаторах обмотки та магнітопровід залиті олією, яка служить для ізоляції та охолодження.

Слід відрізняти однофазні двообмотувальні трансформатори НОМ-6 НОМ-10 НОМ-15 НОМ-35 від однофазних триобмотувальних ЗНОМ-15 ЗНОМ-20 ЗНОМ-35.