Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Для передачі електроенергії великі відстані напруги електричного струму з допомогою силових трансформаторів підвищують до сотень тисяч вольт. Оскільки висока напруга дуже небезпечна, то для роботи електроприладів використовують струм після силового понижуючого трансформатора. Однак на всій довжині ЛЕП встановлено безліч захисних пристроїв. Для відокремлення напруг ланцюгів цих приладів від потенціалів ліній електропередач застосовують трансформатор напруги (ТН).

Прилади цього типу часто використовуються для безпечного способу підключення вимірювальних приладів.Завдання ТН полягає у перетворенні високовольтних струмів ліній (понад 6 кВ) до безпечного рівня. Застосування таких трансформаторів здешевлює експлуатацію енергосистем за рахунок зниження витрат на ізоляцію обладнання, що працює в низьковольтних мережах.

Пристрій та принцип дії

Конструктивно ТН особливо не відрізняється від інших типів перетворюючих пристроїв. Його пристрій:

  • магнітний сердечник, шихтований із пластин електротехнічної сталі;
  • первинна котушка;
  • одна або дві вторинні обмотки;
  • захисний кожух (для конструкцій вуличного типу).

Зовнішній вигляд та схематичне зображення виробу дивіться на рис.1. На зображенні зображено пристрій з однією (основною) вторинною обмоткою. На деяких моделях є додаткова вторинна обмотка, яка може використовуватися, наприклад, для підключення вимірювальних приладів.

Мал. 1. Трансформатор напруги. Будова

Зверніть увагу на те, що між висновками первинних обмоток та вторинними котушками відсутній гальванічний зв'язок. Це головна відмінність вимірювальних трансформаторів від конструкції звичайного трансформатора, що понижує.

Захисні кожухи виготовляються з різних матеріалів. У моделях, що використовуються для обслуговування високовольтних ЛЕП, застосовують діелектрики, виготовлені з порцеляни (рис. 2),

Мал. 2. ТН на 110 кВ

Для охолодження обмоток таких високовольтних агрегатів застосовують спеціальні трансформаторні олії.

У мережах середньої потужності застосовують моделі з корпусами на основі епоксидних смол (рис. 3).

Мал. 3. ТН зовнішнього типу

Трьохфазні ТН з нульовими висновками виконуються на магнітопроводі з п'ятьма стрижнями.Така конструкція захищає обмотки від перегріву, так як при однофазних замикання в ланцюгах високовольтних проводів ланцюг ліній сумарного магнітного потоку в самому трансформаторі замикається по сталі сердечника.

Принцип дії також мало відрізняється від роботи силового трансформатора, що понижує. Магнітний потік, що виникає в первинній котушці, поширюється магнітопроводом, викликаючи напругу ЕРС у вторинній обмотці. Величина напруги залежить від співвідношення числа витків у котушках. Оскільки вторинні обмотки складаються з малої кількості витків, то й вихідна напруга невелика (зазвичай вона не перевищує 100 В).

Принцип роботи ТН пояснює схема малюнку 4.

Мал. 4. Принцип роботи трансформатора напруги

Важливим завданням при виготовленні трансформаторів даного типу є виконання вимог щодо досягнення необхідних амплітудних та кутових параметрів синусоїди, що визначають відповідний клас точності: 0,5; 1; 3.У еталонних зразках застосовується клас точності 0,2. Для вимірювальних приладів важливо, щоб клас точності був максимально високим. Чим він вищий, тим менша похибка вимірювання приладу.

Точність параметрів змінених змінних струмів залежить від навантаження. Що навантаження вторинної ланцюга, то більше вписувалося похибка трансформатора напруги (знижується клас точності). Оптимальні параметри напруги на виході трансформатора досягаються за номінальних навантажень. У цьому режимі ефективність перетворення струму зростає в міру наближення до номінального коефіцієнта трансформації.

Робота ТН ефективна при малих номінальних потужностях у вторинних ланцюгах. Для цих пристроїв тривалий стан у режимі холостого ходу є нормою. Тому вони ефективно використовуються в системах захисту ліній, які більшу частину часу перебувають у режимі очікування і споживають мало струму.

Різновиди

За конструкцією та способами підключення трансформатори напруги класифікуються наступним чином:

  • двохобмоточний ТН (складається з первинної котушки та основної вторинної обмотки);
  • трьохобмотувальний (має дві вторинні обмотки. Одна з них є основною, а інша - додатковою);
  • заземлюваний (конструкція однофазних ТН у яких один висновок первинної обмотки йде на землю. У моделях трифазних ТН наглухо заземлені всі нейтралі);
  • незаземлюваний;
  • тип каскадних трансформаторів (первинну обмотку утворюють каскади з секцій);
  • сімейство ємнісних трансформаторів, конструкція яких містить елементи ємнісних дільників;
  • моделі антирезонансних трансформаторів (див. рис. 5).
Мал. 5. Модель антирезонансного ТН

Можна окремо виділити низьковольтні конструкції, які використовуються в деяких електронних пристроях. Даний клас електронних трансформаторів застосовують у тих випадках, коли в електронних схемах необхідна розв'язка, що відокремлює ланцюги високої напруги від низьких.

Розшифрування маркування

Для розрізнення різновидів моделей до них застосовують буквене маркування:

  • Н - трансформатор напруги;
  • Т - трифазна модель;
  • О - однофазний ТН;
  • С - сухий (повітряне охолодження);
  • М - масляний;
  • А - антирезонансні моделі;
  • К - каскадні пристрої;
  • Ф - порцеляновий тип корпусу;
  • І - п'ятистрижневий трансформатор, що містить обмотку для контролю ізоляції;
  • Л - конструкції в литому корпусі;
  • ДЕ - ємнісні;
  • З - заземлювані (первинну котушку необхідно заземлювати).

Технічні параметри

Основні відомості вказуються на шильдику трансформатора напруги.

Мал. 6. Шильдик трансформатора

Технічні параметри трансформаторів:

  • величина напруги на первинному фазному вході;
  • напруга на висновках вторинних фазних обмоток;
  • коефіцієнти потужності;
  • максимальна напруга короткого замикання.

До важливих відомостей відноситься параметри номінальної частоти та клас точності для номінального коефіцієнта трансформації. На деяких моделях виробники вказують кутові похибки та допустимі похибки напруги.

Схеми підключення

Найпростіша схема підключення застосовується в пунктах обслуговування ліній під напругою 6 - 10 кВ. Підключені за такою схемою трансформатори використовуються для включення вольтметра та подачі напруги на реле пристрою АВР. Приклад такої схеми показано на рис. 7.

Мал. 7. Проста схема підключення трансформатора напруги

На малюнку 8 наведено схему, що застосовується для включення однофазних трансформаторів з метою подачі безпечної напруги на навантаження, запитані від вторинних обмоток. У цій схемі використано групу однофазних трансформаторів, котушки яких з'єднані за принципом зірки. Зверніть увагу, що первинні обмотки з'єднані з глухозаземленою нейтраллю.

Мал. 8. Ще приклад схеми підключення

Ця схема застосовується в мережах 0,5 - 10 кВ для підключення вимірювальних приладів, лічильників. За аналогічною схемою підключаються вольтметри, які використовуються для контролю ізоляції.

Схема ефективна для прийому сигналів, що свідчать про однофазні замикання на землю. Існують інші схеми підключень, зокрема за типом з'єднання відкритого трикутника. Особливість таких схем у тому, що потужність групи з двох ТН менша за потужність трьох пристроїв з'єднаних за схемою повного трикутника не в 1,5 рази, а в √3 разів.

У деяких схемах застосовується комбіноване з'єднання обмоток. Для цього підходить з'єднання «трикутник – зірка». У роботі таких схем номінальна напруга становить 173 В. Зазначений спосіб підключення застосовується в системах регулювання збудження обмоток генераторів та компенсаторів.

Застосування

Основне застосування первинних перетворювачів напруги - подача живлення на обмотки вимірювальних приладів та підключення реле захисту в мережах 380 В і вище. Трансформатори дозволяють розширити діапазони вимірів та ізоляцію реле від високих міжфазних потенціалів. Включення висновків первинних обмоток між фазою і землею дає можливість градуювати шкали приладів з урахуванням коефіцієнта трансформації, що дозволяє контролювати первинні параметри ліній ЛЕП.

Зміна параметрів напруги в первинних ланцюгах впливає на поведінку змінних магнітних потоків. Ці обурення фіксуються вторинними обмотками, які реагують зміною амплітуди струму та частоти коливань.Сигнали надходять на різні захисні пристрої, які автоматично відключають ділянки ліній з КЗ та іншими критичними відхиленнями.

Відео за темою

Використана література

  • Вавін В.М. «Трансформатори напруги та їх вторинні ланцюги» 1977
  • Рожкова Л.Д., Козулін В.С. «Електрообладнання станцій та підстанцій» 1987
  • А. Г. Годжелло «Електричні апарати» 2016

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія: