Instrumentalni napetostni transformatorji
Namen in princip delovanja napetostnega transformatorja
Merilni napetostni transformator se uporablja za znižanje visoke napetosti, ki se dovaja v inštalacijah izmeničnega toka, do števcev in relejev za zaščito in avtomatizacijo.
Neposredna visokonapetostna povezava bi zahtevala zelo okorne naprave in releje zaradi potrebe po njihovi izvedbi z visokonapetostno izolacijo. Proizvodnja in uporaba takšne opreme je praktično nemogoča, zlasti pri napetostih 35 kV in več.
Uporaba napetostnih transformatorjev omogoča uporabo standardnih merilnih naprav za merjenje visoke napetosti, razširitev njihovih merilnih meja; tuljave relejev, povezane preko napetostnih transformatorjev, imajo lahko tudi standardne izvedbe.
Poleg tega napetostni transformator izolira (loči) merilne naprave in releje od visoke napetosti in s tem zagotavlja varnost njihovega delovanja.
Napetostni transformatorji se pogosto uporabljajo v visokonapetostnih električnih inštalacijah, natančnost je odvisna od njihovega delovanja električne meritve in merjenje električne energije ter zanesljivost relejne zaščite in avtomatizacije v sili.
Merilni napetostni transformator se glede na načelo zasnove ne razlikuje od napajalni padajoči transformator… Sestavljen je iz jeklenega jedra, sestavljenega iz elektrotehničnih jeklenih pločevin, primarnega navitja in enega ali dveh sekundarnih navitij.
Na sl. 1a prikazuje shematski diagram napetostnega transformatorja z enim sekundarnim navitjem. Na primarno navitje se napaja visoka napetost U1, na sekundarno napetost U2 pa je priključena merilna naprava. Začetek primarnega in sekundarnega navitja je označen s črkama A in a, konci pa z X in x. Takšne oznake se običajno uporabljajo za telo napetostnega transformatorja poleg sponk njegovih navitij.
Razmerje med nazivno napetostjo primara in nazivno napetostjo sekundara se imenuje nazivna napetost. transformacijski faktor napetostni transformator Kn = U1nom / U2nom
riž. 1. Shema in vektorski diagram napetostnega transformatorja: a - diagram, b - vektorski diagram napetosti, c - vektorski diagram napetosti
Ko napetostni transformator deluje brez napak, se njegova primarna in sekundarna napetost ujemata v fazi in razmerje njunih vrednosti je enako Kn. S faktorjem transformacije Kn = 1 napetost U2= U1 (slika 1, c).
Legenda: H — en terminal je ozemljen; O - enofazni; T - trifazni; K - kaskadno ali s kompenzacijsko tuljavo; F — s porcelanska zunanja izolacija; M - olje; C — suho (z zračno izolacijo); E - kapacitivni; D je delitelj.
Sponke primarnega navitja (HV) so označene z A, X za enofazne in A, B, C, N za trifazne transformatorje. Glavni priključki sekundarnega navitja (LV) so označeni z a, x oziroma a, b, c, N, priključki sekundarnega dodatnega navitja — ad techend.
Najprej sta primarno in sekundarno navitje priključena na sponke A, B, C oziroma a, b, c. Glavna sekundarna navitja so običajno povezana v zvezdo (priključna skupina 0), dodatna - po shemi odprtega trikotnika. Kot veste, je med normalnim delovanjem omrežja napetost na sponkah dodatnega navitja blizu nič (neuravnotežena napetost Unb = 1-3 V), pri zemeljskih napakah pa je enaka trikratni vrednosti napetosti 3UО. z UO fazo ničelnega zaporedja.
V omrežju z ozemljeno nevtralnostjo je največja vrednost 3U0 enaka fazni napetosti, z izolirano - trifazno napetostjo. V skladu s tem se izvedejo dodatna navitja nazivne napetosti Unom = 100 V in 100/3 V.
Nazivna napetost TV je nazivna napetost primarnega navitja; ta vrednost se lahko razlikuje od razreda izolacije. Predpostavimo, da je nazivna napetost sekundarnega navitja 100, 100/3 in 100/3 V. Običajno napetostni transformatorji delujejo v prostem teku.
Instrumentalni napetostni transformatorji z dvema sekundarnima navitjema
Napetostni transformatorji z dvema sekundarnima navitjema so poleg napajanja števcev in relejev namenjeni za delovanje signalizatorjev ozemljitvenih stikov v omrežju z izolirano nevtralnostjo ali za ozemljitveno zaščito v omrežju z ozemljeno nevtralnostjo.
Shematski diagram napetostnega transformatorja z dvema sekundarnima navitjema je prikazan na sl. 2, a. Sponke drugega (dodatnega) navitja, ki se uporabljajo za signalizacijo ali zaščito v primeru zemeljske napake, so označene z ad in xd.
Na sl. 2.6 prikazuje diagram vključitve treh takih napetostnih transformatorjev v trifazno omrežje. Primarno in glavno sekundarno navitje sta povezana v zvezdo. Nevtralni vod primarnega navitja je ozemljen. Tri faze in nevtralno se lahko uporabijo za števce in releje iz glavnih sekundarnih navitij. Dodatna sekundarna navitja so povezana v odprtem trikotniku. Iz teh se vsota faznih napetosti vseh treh faz napaja na signalne ali zaščitne naprave.
Pri normalnem delovanju omrežja, v katerega je priključen napetostni transformator, je ta vektorska vsota enaka nič. To je razvidno iz vektorskih diagramov na sl. 2, c, kjer so Ua, Vb in Uc vektorji faznih napetosti, ki se uporabljajo za primarna navitja, in Uad, Ubd in Ucd - napetostni vektorji primarnih in sekundarnih dodatnih navitij. napetosti sekundarnih dodatnih navitij, ki sovpadajo v smeri z vektorji ustreznih primarnih navitij (enako kot na sliki 1, c).
riž. 2. Napetostni transformator z dvema sekundarnima navitjema. a - diagram; b - vključitev v trifazno vezje; c — vektorski diagram
Vsoto vektorjev Uad, Ubd in Ucd dobimo tako, da jih združimo po shemi povezovanja dodatnih navitij, pri čemer se predpostavlja, da puščice vektorjev primarne in sekundarne napetosti ustrezajo začetku navitij transformatorja.
Nastala napetost 3U0 med koncem navitja faze C in začetkom navitja faze A v diagramu je nič.
V dejanskih pogojih je običajno zanemarljiva neuravnotežena napetost na izhodu odprtega trikotnika, ki ne presega 2 do 3 % nazivne napetosti. To neravnovesje nastane zaradi vedno prisotne rahle asimetrije sekundarnih faznih napetosti in rahlega odstopanja oblike njihove krivulje od sinusoide.
Napetost, ki zagotavlja zanesljivo delovanje relejev, priključenih na tokokrog odprtega trikotnika, se pojavi samo v primeru ozemljitvenih stikov na strani primarnega navitja napetostnega transformatorja. Ker so zemeljske napake povezane s prehodom toka skozi nevtralno, se nastala napetost na izhodu odprtega trikotnika po metodi simetričnih komponent imenuje napetost ničelnega zaporedja in je označena kot 3U0. V tem zapisu številka 3 označuje, da je napetost v tem vezju vsota treh faz. Oznaka 3U0 se nanaša tudi na izhodno vezje odprtega trikotnika, ki se uporablja za alarm ali zaščitni rele (slika 2.6).
riž. 3. Vektorski diagrami napetosti primarnih in sekundarnih dodatnih navitij z enofazno zemeljsko napako: a - v omrežju z ozemljenim nevtralnim, b - v omrežju z izoliranim nevtralnim.
Napetost 3U0 ima najvišjo vrednost za enofazno zemeljsko napako.Upoštevati je treba, da je največja vrednost napetosti 3U0 v omrežju z izolirano nevtralnostjo veliko višja kot v omrežju z ozemljeno nevtralnostjo.
Splošne preklopne sheme napetostnih transformatorjev
Najenostavnejša shema z uporabo enega enofazni napetostni transformatorprikazano na sl. 1, a, se uporablja pri zagonu motornih omar in na preklopnih točkah 6-10 kV za vklop voltmetra in napetostnega releja naprave AVR.
Na sliki 4 so prikazani priključni diagrami enofaznih enonavitnih napetostnih transformatorjev za napajanje trifaznih sekundarnih tokokrogov. Skupina treh zvezdnih enofaznih transformatorjev, prikazanih na sl. 4, a, se uporablja za napajanje merilnih naprav, merilnih naprav in voltmetrov za nadzor izolacije v električnih napeljavah 0,5-10 kV z izoliranim nevtralnim in nerazvejanim omrežjem, kjer signalizacija o pojavu enofazne ozemljitve ni potrebna.
Da bi na teh voltmetrih zaznali "zemljo", morajo pokazati velikost primarnih napetosti med fazami in zemljo (glej vektorski diagram na sliki 3.6). V ta namen je nevtralnost HV navitij ozemljena in voltmetri priključeni na sekundarne fazne napetosti.
Ker so pri enofaznih zemeljskih stikih napetostni transformatorji lahko dolgo časa pod napetostjo, se mora njihova nazivna napetost ujemati s prvo medomrežno napetostjo. Posledično se v normalnem načinu, ko deluje pri fazni napetosti, moč vsakega transformatorja in s tem celotne skupine enkrat zmanjša za √ 3. Ker ima tokokrog ničelno sekundarno navitje ozemljeno, so sekundarne varovalke nameščene v vseh treh fazah .
riž. 4.Priključni diagrami enofaznih napetostnih merilnih transformatorjev z enim sekundarnim navitjem: a - vezje zvezda-zvezda za električne instalacije 0,5 - 10 kV z izolirano ničlo, b - vezje odprtega trikotnika za električne instalacije 0,38 - 10 kV, c - enako za električne instalacije 6-35 kV, d - vključitev napetostnih transformatorjev 6-18 kV po trikotni zvezdni shemi za napajanje naprav ARV sinhronskih strojev.
Na sl. 4.6 in napetostni transformatorji, namenjeni za napajanje merilnih naprav, merilnikov in relejev, priključenih na fazno fazno napetost, so povezani v odprtem trikotniku. Ta shema zagotavlja simetrično napetost med linijami Uab, Ubc, U°Ca pri delovanju napetostnih transformatorjev v katerem koli razredu točnosti.
Funkcija odprtega trikotnika je nezadostna uporaba moči transformatorjev, ker je moč takšne skupine dveh transformatorjev manjša od moči skupine treh transformatorjev, povezanih v popoln trikotnik, ne za 1,5-krat, ampak za √3 enkrat
Diagram na sl. 4, b se uporablja za napajanje nerazvejanih napetostnih tokokrogov električnih instalacij 0,38 -10 kV, kar omogoča namestitev ozemljitve sekundarnih tokokrogov neposredno na napetostni transformator.
V sekundarnih tokokrogih vezja, prikazanega na sl. 4, c, namesto varovalk je nameščen dvopolni odklopnik, ko se sproži, kontakt bloka zapre signalno vezje "prekinitev napetosti" ... Ozemljitev sekundarnih navitij se izvede na oklopu v fazo B, ki je dodatno ozemljena direktno na napetostni transformator preko okvarjene varovalke.Stikalo zagotavlja odklop sekundarnih tokokrogov napetostnega transformatorja z vidnim prelomom. Ta shema se uporablja v električnih instalacijah 6 - 35 kV pri napajanju razvejanih sekundarnih tokokrogov iz dveh ali več napetostnih transformatorjev.
Na sl. 4, g napetostni transformatorji so povezani po trikotniku - zvezda, ki zagotavlja napetost na sekundarnem vodu U = 173 V, kar je potrebno za napajanje naprav za avtomatsko krmiljenje vzbujanja (ARV) sinhronskih generatorjev in kompenzatorjev. Za večjo zanesljivost delovanja ARV varovalke v sekundarnih tokokrogih niso nameščene, kar je dovoljeno PUE za nerazvejana napetostna vezja.
Poglej tudi: Vezalni diagrami merilnih napetostnih transformatorjev