Контрольная работа по "Радиоэлектронике"

Измерительные трансформаторы напряжения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Токовая погрешность  трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются  токовой погрешностью ∆I=(I2K-I1)*100/I1 (в  процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой  погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой  погрешности трансформатора тока при  первичном токе, равном 1—1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены  трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков  электроэнергии — трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых  измерительных приборов -классов 1 и 3.

а)Общие  сведения и схемы соединения    

 Трансформатор  напряжения предназначен для  понижения высокого напряжения  до стандартного значения 100 или  100/Ö3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1; первичная обмотка включена на напряжение сети U₁, а ко вторичной обмотке (напряжение U₂) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик.

Рис.1 Схема включения  трансформатора напряжения :

1-  первичная обмотка;

2-  магнитопровод;

3-  вторичная обмотка;

 
Номинальный коэффициент трансформации  определяется следующим выражением:

где U_1ном , U_2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.    

 Рассеяние магнитного  потока и потери в сердечнике  приводят к погрешности измерения

´100    

 Так же как и трансформаторах  тока , вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180⁰. 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 cos j  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 ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.     

 В зависимости от  назначения могут применятся ТН 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. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2,б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y₀/Y₀, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2, в). 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.

Рис. 2. Схемы соединения обмоток  трансформаторов напряжения.

 

б) Конструкции  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 элетрокартон. 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 закрытых и открытых РУ. В таких 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.

Схема обмоток первых показана на рис.3,а.Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис.3,б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН – на боковой стенке. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка   НН – на100/Ö3 В, дополнительная обмотка – на 100/3 В. Такие трансформаторы  называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2,в.

Рис.3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные: а- НОМ-35;       б- ЗНОМ-35; 1- ввод ВН; 2- коробка вводов НН; 3- бак.

 

Рис. 4. Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20 в комплектном токопроводе.

 

 

Трансформаторы типов  ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются  в комплектных шинопроводах мощных генераторов.Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитний стали.    

 На рисунке 3 показана  установка такого трансформатора  в комплектном токопроводе. Трансформатор с помощью ножевого контакта 3, расположенного на вводеВН, присоединяется к пружинящим контактам, закреплённым на токопроводе1, закрытом экраном 2. К патрубку 5 со смотровыми люками 4 болтами 6 прикреплена крышка трансформатора. Таким образом, ввод ВН трансформатора находится в закрытом отростке экрана токопровода. Зажимы обмоток НН выведены на боковую стенку бака и закрываются отдельным кожухом.     

 Трехфазные масляные трансформаторы типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод и три обмотки, соединенные по схеме, показанной на рисунке 2, в. Такие трансформаторы предназначены для присоединения приборов контроля изоляции.    

 Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения ЗНОЛ-06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10,15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны. Трансформаторы ЗНОЛ-06 предназначены для установки в КРУ и комплектных токопроводах вместо масляных трансформаторов НТМИ и ЗНОМ, а трансформаторы серии НОЛ.08 – для замены НОМ-6 и НОМ-10.

     На рис. 5. показан однофазный  двухобмоточный  трансформатор с незаземленными выводами типа НОЛ.08-6 на 6 кВ. Трансформатор представляет собой литой блок, в который залиты обмотки и магнитопровод. Выводы первичной обмотки А,Х, выводы вторичной обмотки расположены          Рис. 5. Трансформатор напряжения на переднем торце трансформатора    НОЛ.08-6.

и закрыты крышкой.    

 В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа  НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопрводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис.6) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанные на U_ф/2.

Т.к. общая точка обмотки  ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U_ф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U_ф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распоределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.                                       Трансформаторы напряжения (TV) на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U_ф/4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют четыре блока, т.е. 6 и 8 ступеней обмотки ВН. Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивление, возрастают погрешности и поэтому трансформаторы НКФ 330 и НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис.6).  Напряжение, снимаемое с С2 (10-15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L,  с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты, Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис 6,б  показана установка НДЕ-500-72.     

 При надлежащем выборе  всех элементов и настройке  схемы устройство НДЕ может  быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и  1150 кВ применяется трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150.

Рис. 6 трансформатор напряжения НДЕ:

а) схема

б) установка НДЕ-500-72:

1-   делитель

2-    разъединитель

3-   трансформатор напряжения и дроссель

4-   заградитель высокочастотный

5-   разрядник

6-   привод

в) Выбор  трансформаторов напряжения  

 

Трансформаторы  напряжения выбираются:

по напряжению установки 

U_уст£ U_ном;

по конструкции и схеме  соединения обмоток;

по классу точности;

по вторичной нагрузке

S_2å £ S_ном,

где S_ном- номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника -  удвоенную мощность одного трансформатора;

S_2å - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.

Для упрощения расчетов нагрузку можно не разделять по фазам, тогда 

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности ,то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях  трансформаторов напряжения определяются по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов  напряжения до расчетных счетчиков  должна быть не более 1.5% при нормальной нагрузке.