Как определить класс напряжения трансформатора

1. Общие сведения о трансформаторах напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередачи. Для первых трех случаев могут применяться двухобмоточные ТН.

1.2 Классификация тн

трансформатор напряжение однофазный масляный

• по числу фаз: однофазные и трехфазные;

• по числу обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные;

• по классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешности;

• по способу охлаждения: с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией);

• по роду установки: для внутренней или наружной установки.

Особенностью ТН является их малая мощность при высоком напряжении первичной обмотки, т.е. ТН является маломощными понижающими трансформаторами, имеющими почти всегда большой коэффициент трансформации. Кроме того, ТН должен обладать малым падением напряжения в первичной и вторичной обмотках, чтобы иметь возможно меньшие погрешности коэффициента трансформации и угла сдвига между векторами первичного и вторичного напряжений.

1.3 Маркировка обмоток тн

При маркировке выводов вторичных обмоток ТН за начало а принимают тот вывод, из которого ток выходит, в то время когда в первичной обмотке ток проходит от начала А к концу Х. 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, при включении реле через ТН останется таким же, как и при включении реле непосредственно в сети.

Рисунок 1 – Схема соединения ТН

Трансформаторы напряжения применяют в наружных или внутренних электроустановках переменного тока напряжением 0,38 – 500 кВ и частотой 50 Гц. Классы точности трансформаторов устанавливают только для основной вторичной обмотки. Для однофазных трехобмоточных трансформаторов классы точности устанавливают для обеих вторичных обмоток, причем для дополнительной вторичной обмотки – только класс точности 3.

Типовое обозначение трансформаторов напряжения расшифровывают следующим образом: НОС – трансформатор напряжения однофазный, с естественным воздушным охлаждением (сухой); НОСК – трансформатор напряжения однофазный, сухой, для КРУ; НТС – трансформатор напряжения трехфазный, сухой; НОМ и НОМЭ – трансформатор напряжения однофазный с естественным масляным охлаждением; для установки на экскаватор; ЗНОМ – с заземляющим выводом первичной обмотки, трансформатор напряжения однофазный с естественным масляным охлаждением; НТМК – трансформатор напряжения трехфазный, масляный с компенсацией угловой погрешности; НТМИ – трансформатор напряжения трехфазный, масляный, с дополнительной вторичной обмоткой для контроля изоляции сети; НКФ – трансформатор напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке; ЗОМ – трансформатор однофазный, масляный, с заземленным выводом первичной обмотки; ЗНОГ – трансформатор напряжения однофазный, с газовой изоляцией, заземляемый; НДЕ – трансформатор напряжения с емкостным делителем.

Класс точности трансформаторов напряжения характеризуется максимально допустимыми погрешностью напряжения и угловой погрешностью при определенном режиме работы трансформатора. Трансформаторы напряжения сохраняют класс точности при изменении первичного напряжения 80 – 120% номинального. Трансформаторы изготовляют в климатическом исполнении У или Т. Технические данные трансформаторов напряжения приведены в табл. Трансформаторы класса напряжения до 35 кВ и типа НКФ-110-58У1 предназначены для сетей с изолированной нейтралью, трансформаторы класса напряжения 110 кВ и выше – для сетей с заземленной нейтралью. Трансформатор типа НКФ-66У1(Т1) изготовляют как для сетей с изолированной, так и для сетей с заземленной нейтралью.

4. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

В электроэнергетических системах Российской Федерации применяются электрические сети переменного тока следующих классов напряжения: 0,4 кВ; 0,6 кВ; 1кВ; 6 кВ; 10 кВ; 35 кВ;110 кВ; 150 кВ; 220 кВ; 330 кВ; 500 кВ; 750 кВ и 1150 кВ. Широкий набор классов напряжений сети обусловлен многообразием потребителей электроэнергии, а также необходимостью передачи электроэнергии от источников к потребителям на разные, нередко довольно большие расстояния. Так для передачи мощности порядка 20 30 МВт на расстояние порядка 20 30 км технически и экономически целесообразно применение линий напряжением 110 кВ. На напряжении 220 кВ целесообразно передавать мощность 135 МВт на расстояние в среднем 200 – 300 км; на напряжении 500 кВ мощность до 1000 МВт на расстояние до 800 км. Имеющиеся промежутки между указанными значениями заполняются удвоением, утроением и даже учетверением линий одного класса напряжения (пять линий одного класса напряжения применяют очень редко). Уместно отметить, что многократные линии одного класса напряжения в одном направлении передачи мощности имеют и положительную сторону повышается надежность передачи мощности (при повреждении одной линии остальные могут принять на себя нагрузку отключенной). На станциях, в том числе и на АЭС, всегда сооружается несколько распределительных устройств разного класса напряжений, поскольку выдача мощности станции всегда осуществляется в нескольких направлениях. Для связи сетей разных классов напряжения применяют силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Когда говорят о трансформаторе (автотрансформаторе) определенного класса напряжения, имеют в виду класс напряжения обмотки высшего напряжения. На электрических станциях для питания потребителей собственных нужд и связи генераторов с системой устанавливаются понижающие и повышающие трансформаторы. Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы, поскольку они обладают повышенной компактностью и экономичностью (потери электроэнергии на намагничивание у них почти в три раза меньше, чем потери на намагничивание в группе трех однофазных трансформаторов соответствующей мощности). Однако особо мощные трансформаторы выполнить в трехфазном исполнении не удается из-за габаритных ограничений (невозможности транспортировки железнодорожным транспортом). В энергосистемах применяются двухобмоточные и трехобмоточные трансформаторы. Двухобмоточные трансформаторы имеют в каждой фазе две обмотки: обмотку высшего и низшего напряжений. Трехобмоточные трансформаторы в каждой фазе имеют три обмотки: обмотку высшего, среднего и низшего напряжений. Двухобмоточные трансформаторы соединяют сети или электроустановки двух напряжений (например, 110 кВ и 10 кВ); трехобмоточные сети или элек-

троустановки трех напряжений (например, 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ). Трехобмоточные трансформаторы позволяют формировать сложные разветвления в электрической сети, объединять электроустановки трех разных номинальных напряжений, существенно экономить трансформаторные мощности (альтернатива трехобмоточному трансформатору – два двухобмоточных: 110/35 кВ и 110/10 кВ). Нередко бывает удобно в двухобмоточном трансформаторе обмотку одного напряжения (низшего) выполнить из двух или нескольких параллельных ветвей, изолированных друг от друга. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой. Их применяют для создания укрупненных блоков, когда к одному повышающему трансформатору подключаются два генератора. Трансформаторы с расщепленной обмоткой применяются и для питания нагрузок, как альтернатива их питания от двух понижающих трансформаторов, что опять также экономить трансформаторные мощности. Расщепление обмотки низшего напряжения трансформаторов является эффективной мерой снижения токи короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора. Таким образом, трансформатор, выполняя функцию преобразования напряжения, одновременно позволяет формировать и сложные схемы объединения сетей разных номинальных напряжений и координировать мощности генераторов, нагрузок и уровни токов короткого замыкания. Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что его обмотки соединяются гальванически, соответственно ток обмотки высшего напряжения непосредственно перетекает в обмотку среднего напряжения и передача мощности из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения осуществляется как через магнитное поле, так и электрически. Это оказывается выгодно в тех случаях, когда высшее и среднее напряжения близки, например: 220 и 110 кВ; 500 и 220 кВ; 750 и 330 кВ и т.п. и невыгодно при больших коэффициентах трансформации, например, 110/10 кВ. Поэтому для соединения сетей близких по значению напряжений осуществляются с помощью автотрансформаторов. В России автотрансформаторы всегда выполняются трехобмоточными с третичными обмотками класса напряжения 35, 24, 10 или 6 кВ. Целесообразность третичной обмотки в автотрансформаторе определятся необходимостью компенсации в нем токов высших гармоник, кратных трем, возникающих из-за нелинейности магнитной цепи автотрансформатора. Расщепление обмоток в автотрансформаторах не применяют. Автотрансформаторы производятся как в трехфазном, так и в однофазном исполнении. На электрических станциях автотрансформаторы находят широкое применение для связи распределительных устройств разного класса напряжения. Это стандартное решение очень эффективно, оно существенно повышает маневренность станции, надежность выдачи мощности станции по разным направлениям.

Кроме того, автотрансформаторы иногда применяются для подключения к их третичной обмотке низшего напряжения генераторов, при этом с помощью одного автотрансформатора можно от генератора одновременно выдавать мощность в сеть высшего и среднего напряжений. К основным техническим параметрам трансформаторов относятся: – номинальная полная мощность; – частота; – номинальное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН); – номинальное напряжение обмотки среднего напряжения(СН); – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения (НН). В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения силовые трансформаторы подразделяются на группы (габариты), приведенные в табл. 4.1.

Таблица 4.1.
Габариты силовых трансформаторов
Класс габарита	Диапазон мощностей, кВ А		Напряжение, кВ
I	До 100	До 35
II	От 100 до 1000		До 35
III	От 1000 до 6300		До 35
IV	Свыше 6300		До 35
V	До 40000	От 35 до 110
VI	От 40000	до 80000	До 330
VII	От 80000	до 200000	До 330
VIII	Свыше 200000		До 330 и выше

Выпускаются трансформаторы для работы в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, для установки в помещении и на открытом воздухе. В зависимости от вида охлаждения различают сухие, масляные и трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком. Условное обозначение различных типов трансформаторов составляется по следующей строке: Х — Х/Х-ХХ___климатическое исполнение и категория размещения; _____год разработки конструкции; _______класс напряжения, кВ; ________номинальная мощность трансформатора, кВ А; ___________ буквенная часть обозначения типа трансформатора. В буквенную часть обозначения типа трансформатора общего назначения могут входить следующие буквы: А – автотрансформатор; О или Т – однофазный или трехфазный трансформатор; М – вид охлаждения с естественной циркуляцией воздуха и масла; ДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла; Ц – принудительная циркуляция воды и масла; НДЦ и НЦ – направленный поток масла в системах ДЦ и Ц;

Т (после обозначения вида охлаждения) – трехобмоточный трансформатор; Н – трансформатор с устройством регулирования напряжения под на- грузкой (РПН); С – исполнение трансформатора собственных нужд электростанций. Для автотрансформаторов класса напряжения стороны среднего или низшего выше 35 кВ после класса напряжения стороны высшего напряжения через косую черту указывают класс напряжения стороны среднего или низшего напряжения. После буквенного обозначения через дефис в виде дроби указываются номинальная мощность и класс напряжения трансформатора (числитель – номинальная мощность, кВ А, знаменатель – класс напряжения, кВ). Следует отметить, что не всегда номинальные напряжения обмоток высшего, среднего и низшего напряжений совпадают с классом напряжения сети соответствующего напряжения. Это продиктовано целесообразностью компенсации потерь напряжения в сети и в самом трансформаторе. Так у повышающих трансформаторов обмотки высшего напряжения выполняют на 5-10% выше класса напряжения трансформатора, чтобы в номинальных режимах работы в начале линии электропередачи, подключенной с трансформатору, напряжение было выше номинального на 5-10%, что обеспечивает уровень напряжения в конце линии электропередачи, близкий к номинальному. Тем самым компенсируются потери напряжения в линии. У понижающих же трансформаторов обмотки высшего напряжения выполняют совпадающими с номинальным напряжением сети. Это не дает возможность полностью отказаться от регулирования коэффициента трансформации трансформаторов, но существенно облегчает задачи, возлагаемые на устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Такой подход дает возможность учитывать условия работы аппаратов в электрической системе и повышать управляемость и качество работы системы в целом. Примеры условных обозначений: ТМ-1000/10-74У1 трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, номинальной мощностью 1000 кВ А, класса напряжения 10 кВ, конструкция 1974 года, для района с умеренным климатом, для наружной установки. АОДЦТН-417000/750/500-73У1 – автотрансформатор однофазный трехобмоточный с принудительной циркуляцией воздуха и масла, номинальной (проходной) мощностью 417 МВ А, класса напряжения обмотки высшего напряжения 750 кВ, класса напряжения обмотки среднего напряжения 500 кВ, конструкция 1973 года, для района с умеренным климатом при наружной установки. Основные данные трансформатора указываются на заводском щитке, который прикрепляется к баку трансформатора. На нем указаны: тип трансформатора, число фаз, частота, род установки (наружная или внутренняя); номинальная мощность (для трехобмоточных трансформаторов мощность каждой

Класс напряжения

Класс напряжения — это типовое значение линейного (междуфазного) напряжения в электрических сетях, которое является номинальным для различных групп оборудования: трансформаторов, линий, генераторов, реакторов и прочих. Класс напряжения определяет требуемый уровень электрической изоляции электрооборудования. Порядок класса напряжения определяет то, для каких целей и задач применяется это оборудование. В частности, низкие напряжения используются для распределения мощности между мелкими потребителями на малые расстояния, средние классы — для распределения мощности между средними потребителями и группами потребителей на умеренной дистанции, высокие и сверхвысокие классы — для распределения мощности между крупными потребителями и для передачи мощности на большие расстояния. Иными словами низкие и средние классы напряжения характерны для распределительных сетей, в то время как высокие и сверхвысокие классы — для системообразующих сетей, связывающих отдельные энергосистемы.

Ряд стандартных классов напряжения представлет из себя множество дискретных значений.

Необходимость применения различных классов напряжения

Энергосистема на разных классах напряжения

На заре электроэнергетики, когда идея объединенных энергосистем ещё не возникла, электрические сети использовались изолированно на отдельных предприятиях, аналогично тому, как до этого применялись механические передаточные системы. Каждое из предприятий стремилось построить свою собственную станцию и управлять её самостоятельно. Идею электростанции, как независимого объекта, имеющего своей целью исключительно выработку и продажу электроэнергии как товара, одним из первых предложил Сэмюэль Инсулл [1] . И если прежде низких классов напряжения, которые могли быть различны, было достаточно для нужд промышленности, поскольку задачи совместной работы предприятий не стояло, то теперь в новых реалиях возникло два ключевых вопроса: как передать мощность от электростанций сразу нескольким потребителям — проблема удаленности источников электроэнергии от районов потребления, и как обеспечить совместимость по напряжению всех используемых установок?

Если второй вопрос разрешился с точки зрения электроэнергетики сравнительно просто: был введен стандарт на классы напряжения, что обеспечило их совместимость, то первый из них оказывается напротив крайне сложным, поскольку передача на большое расстояние создает сразу несколько инженерных проблем. Ниже приводятся основные их них:

Чем выше напряжение, тем меньше потери мощности. Данную закономерность хорошо описывает формула потерь в элементе сети по параметрам конца передачи:

где [math]\Delta\dot[/math] — потери мощности в передаче, МВА; [math]P[/math] , [math]Q[/math] — мощности в конце передачи, МВт и МВар; [math]V[/math] — модуль напряжения в конце передачи, кВ; [math]R[/math] , [math]X[/math] — активное и реактивное сопротивления передачи, Ом. Эта формула очевидно показывает, что при передаче одной мощности при увеличении напряжения потери мощности квадратично уменьшаются.

Чем выше напряжение, тем выше предел передаваемой мощности. Для любой передачи существует предел передаваемой активной мощности, определяемые статической устойчивостью, который в простейшем случае на основании уравнения угловой хараткеристки передачи определяется следующим выражением:

[math]\displaystyle P_ = \frac,[/math]

где [math]U_1, U_2[/math] — напряжения по концам передачи, кВ; [math]X[/math] — реактивное сопротивление передачи, Ом; [math]P_[/math] — предел передаваемой мощности мередачи, МВт. Нетрудно видеть, что с ростом напряжения предел передаваемой мощности квадратично растет.

Наиболее рациональный класс напряжения с точки зрения минимума потерь и капиталловложений определяется на этапе долгосрочного планирования режимов работы электрической сети.

Классификация классов напряжения

• Ультравысокий класс напряжения — от 1000 кВ.
• Сверхвысокий класс напряжения — от 330 кВ до 750 кВ.
• Высокий класс напряжения — от 110 кВ до 220 кВ.
• Средний класс напряжения — от 1 кВ до 35 кВ.
• Низший класс напряжения — до 1 кВ.

Максимально допустимые рабочие напряжения превышают номинальные значения на 15 % [math](U_>\le 220\text< кВ>)[/math] , на 10 % [math](220 \lt U_> \lt 500\text< кВ>)[/math] и на 5 % [math](500 \le U_>\text< кВ>)[/math] . Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5—10 % номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.

Классы напряжения
Класс напряжения, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	13,8	15,75	18	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Максимально допустимое рабочее напряжение, кВ	0,253	0,437	0,759	3,6	6,9	11,5	15,87	18,11	20,7	23	40,5	126	172	252	363	525	787	1207,5
Электрические сети, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	—	—	—	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Генератор, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15	6,3	10,5	13,8	15,75	18	20	—	—	—	—	—	—	—	—
Первичная обмотка трансформатора, кВ	0,22	0,38	0,66	3; 3,15	6; 6,3	10; 10,5	13,8	15,75	18	20	35	110; 115	150; 158	230	330	500	750	1150
Вторичная обмотка трансформатора, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15; 3,3	6,3; 6,6	10,5; 11	—	—	—	22	36,75; 38,5	115; 121	158; 165	242	347	525	787	—

Комментарии к вопросу о классах напряжения

Учёт режима работы нейтрали

При расчетах коротких замыканий следует обращать особое внимание на класс напряжения, поскольку в зависимости от класса может быть различным режим работы нейтрали в сети. В частности, на низших и средних классах напряжения нейтраль в подавляющем большинстве случаев оказывается изолированной — это позволяет при адекватных затратах на повышенный уровень изоляции облегчить режим работы сети, а именно фактически исключить фактор однофазных замыканий, которые, являясь наиболее вероятными среди оных в сетях всех уровней, при изолированной нейтрали не представляют существенной угрозы и, что особенно важно, не приводят к нарушению электроснабжения потребителей [2] . Таким образом, для расчётчика класс напряжения должен в данной ситуации, как минимум, указать на необходимость уточнения состояния нейтрали и учет этого фактора в дальнейших расчётах.

Повышенное напряжение базисного узла

Во многих практических расчётах можно столкнуться с тем, что напряжение базисного узла задается повышенным и редко совпадает с номинальной величиной. В частности, для сетей 110 кВ величина составляет 115 (121) кВ, для сетей 220 кВ — 230 (242) кВ. Объяснений данному факту может быть несколько.

В первую очередь это может быть обусловлено тем, что в соответствии с указаниями по расчёту коротких замыканий при учете тока подпитки от внешней системы необходимо задавать напряжение этой системы выше номинала на 5 %. Эта мера направлена на намеренное завышение расчётного тока короткого замыкания, чтобы исключить неопределенность, связанную с составом оборудования и режимом внешней сети.

Второе объяснение менее убедительно по сравнению с первым, но имеет под собой вполне логичное основание. Как правило, базисный узел задается на шинах мощной электростанции района, либо на шинах подстанции высокого или сверхвысокого напряжения, связывающей район с внешней системой. Опыт расчётов подсказывает, что в большинстве случаев мощность именно вытекает из базисного узла, а не наоборот. В начале передачи, опять же как правило, напряжение выше, чем на приемном конце, а на электростанции напряжения в нормальном режиме выше, чем у потребителей. Таким образом, умышленное завышение напряжения базисного узла имеет своей целью отразить указанную физическую закономерность.

Цветовое обозначение классов напряжения

В отечественной практике расчётов и управления энергосистемами при графическом отображении электрических схем сетей и систем принято использовать унифицированное цветовое обозначение классов напряжений. При этом есть несколько стандартов и несколько вариантов цветовых схем классов напряжения, в частности внимания заслуживают прежде всего Стандарт СО ЕЭС и Стандарт ФСК ЕЭС. Таблицах ниже указаны общепринятые цветовые обозначения раздичных классов напряжения по этим стандартам [3] [4] .

Цветовая схема согласно стандарту СО ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	065:065:240
500 кВ	184:000:000
400 кВ (ЛЭП, цепи ППТ)	135:253:194
330 кВ	000:204:000
220 кВ	204:204:000
	128:128:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	070:153:204
27 — 60 кВ	194:090:090
6 — 24 кВ	164:100:164
Генераторное напряжение	204:100:204
Без напряжения	204:204:204
	150:150:150
Заземлено	255:153:000
Перегрузка	255:000:000
Неизвестно	140:140:140

Цветовая схема согласно стандарту ФСК ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	000:000:200
500 кВ	165:015:010
400 кВ	240:150:30
330 кВ	000:140:000
220 кВ	200:200:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	000:180:200
35 кВ; 20 кВ	130:100:050
10 кВ	100:000:100
6 кВ	200:150:100
до 1 кВ	190:190:190
Генераторное напряжение	230:070:230
Обесточено	255:255:255
Заземлено, ремонт	205:255:155

Разница палитр, как не трудно заметить, не драматична и не препятствует использованию ни одной из них, но предагаемый стандартом ФСК вариант, подразумевает работу в программном комплексе с черным фоном, из-за чего обесточенные участки предлагается показывать белым цветом. Таким образом, ориентация на цветовую схему стандарта СО ЕЭС является более удобной для рядовых расчётов. Категорически соблюдать требования к классам напряжения необходимо только при сотрудничестве непосредственно с соответствующими организациями.

Использованные источники

1. ↑ Карр Н. «Великий переход: что готовит революция облачных технологий». — М., 2014. − С. 137.
2. ↑ Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: учебник для техникумов — 2-е изд., перераб. — М.: Энергия, 1980. — С. 600.
3. ↑Стандарт СО ЕЭС. СТО 59012820.27.010.003-2015. Правила отображения технологической информации.
4. ↑Стандарт ФСК ЕЭС. СТО 56947007-25.040.70.101-2011. Правила графического отображения информации посредством ПТК и АСУ ТП.

Вопрос 8

Из мерительным трансформато­ром напряжения называют транс­форматор, предназначенный для преобразования напряжения до зна­чения, удобного для измерения, и выполненный так, что вторичное напряжение трансформатора, уве­личенное в К_ном раз, соответствует с требуемой точностью первичному напряжению (при изменении пос­леднего в определенных пределах) как по модулю, так и по фазе. Множитель К_ном представляет собой номинальный коэффициент трансформации трансформа­тора напряжения.

Применение трансформаторов напряжения обеспечивает безопас­ность для людей, соприкасающихся с измерительными приборами и ре­ле, поскольку цепи высшего и низ­шего напряжения разделены; поз­воляет унифицировать конструкции измерительных приборов, обмоток реле для номинального напряже­ния 100 В, что упрощает производ­ство и снижает стоимость.

трансформации равен отношению номинального первичного и номи­нального вторичного напряжений:

В отличие от силовых трансфор­маторов » номинальный коэффици­ент трансформации трансформатора напряжения несколько отличается от отношения чисел витков n = w₁/w₂ (подробнее см. § 15-2). — Номинальные первичные напря­жения трансформаторов стандар­тизованы в соответствии со шкалой номинальных линейных напряжений сетей. Исключение составляют од­нофазные трансформаторы, пред­назначенные для включения в звез­ду с заземленной нейтралью пер­вичной обмотки, для которых в качестве номинальных первичных напряжений приняты фазные напря­жения сетей, например

илиВ.

Номинальные вторичные напря­жения основных вторичных обмо­ток трансформаторов напряжения установлены равными 100 или В. Номинальные напря­жения дополнительных обмоток ука­заны ниже.

Напряжение U₁, измеряемое с помощью трансформатора напря­жения, определяют умножением вторичного напряжения U₂ на но­минальный коэффициент трансфор­мации:

Шкалы измерительных приборов предназначенных для присо­единения к трансформатору на­пряжения с номинальным коэффи­циентом трансформации К_ном, надписывают в значениях первич­ного напряжения, т.е. U₂К_ном.

Погрешности трансформаторов напряжения. Вторичное напряже­ние трансформатора, увеличенное в К_ном раз по (15-2), несколько от­личается от первичного напряжения как по модулю, так и по фазе вследствие потерь мощности в трансформаторе. Разность этих на­пряжений, отнесенная к первично­му напряжению, представляет со­бой погрешность в напряжении:

Погрешность, в напряжении по­ложительна, если U₂K_ном>U₁ . По­грешность трансформатора может быть выражена в процентах. Для этого в выражение (15-3) следует ввести множитель 100.

Угол δ между векторами пер­вичного и вторичного напряжений представляет угловую погрешность трансформатора. Последнюю счи­тают положительной, если вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения. Угловую погрешность принято вы­ражать в минутах.

Вторичная нагрузка трансфор­матора напряжения — условное понятие, а именно: кажущаяся мощность внешней вторичной цепи, В∙А, найденная в предположении, что напряжение у вторичных зажи­мов равно номинальному:

— полное (кажущееся) сопротивление внешней цепи, присоединенной к вторичным зажимам, Ом.

Вместе со значением S₂ должен быть указан коэффициент мощно­сти внешней цепи. Эти две величи­ны S₂ и cos φ ₂ полностью определяют сопротивление внешней цепи и, следовательно, вторичную нагрузку трансформатора. Так, например, если нагрузка трансформатора ука­зана равной 20 В∙А при cos φ ₂=0,8 зто означает, что кажущееся сопро­тивление внешней цепи Z=U₂ 2 _ном/S₂=100 2 /20=500 Ом, активное сопротивление r=Z cos φ₂=500∙0,8=400 Ом, индуктивное сопро­тивление х= Z sin φ ₂=500 ∙ 0,6= =300 Ом.

По мере увеличения числа приборов, присоединенных к трансформатору напряжения, сопротивление вторичной цепи уменьшается (по­скольку приборы включены парал­лельно), однако нагрузка транс­форматора увеличивается.

Под номинальной нагруз­кой трансформатора напряжения понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешности не выхо­дят за допускаемые пределы, уста­новленные для трансформаторов рассматриваемого класса.

Классы точности трансформато­ров напряжения. В соответствии со значением допускаемой погрешно­сти при определенных условиях ра­боты трансформаторы напряжения разделены на классы точности (табл. 15-1). Наименование класса соответствует наибольшей допус­каемой погрешности в напряжении, выраженной в процентах. Пределы погрешности в напряжении и угле отнесены к частоте 50 Гц, первич­ному напряжению в пределах от 0,8 до 1,2 номинального, нагрузке в пределах от 0,25 до 1,0 номиналь­ной и коэффициенту мощности 0,8. Трансформаторы напряжения класса точности 0,2 применяют в качестве образцовых, а также для точных измерений в лабораториях. Трансформаторы, предназначенные для присоединения счетчиков, дол­жны отвечать классу 0,5. Для при­соединения щитовых измеритель­ных приборов используют транс­форматоры классов 1,0 и 3,0. Тре­бования, предъявляемые к транс­форматорам для релейной защиты, зависят от вида защиты. Здесь ис­пользуют трансформаторы классов 0,5; 1,0 и 3,0.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Погрешности трансформатора напряжения зависят от размеров магнитопровода, магнитных свойств стали, конструкции обмотки, сече­ния проводов, а также от присо­единенной нагрузки и первичного напряжения. Чтобы уменьшить по­грешности трансформаторов напря­жения, выбирают меньшую плот­ность тока в обмотках и меньшую магнитную индукцию в Магнитопроводе по сравнению с соответст­вующими значениями для силовых трансформаторов, Магнитное рас­сеяние у трансформаторов напряжения значительно меньше, чем у силовых трансформаторов: на­пряжение к. з. составляет только 0,4—1,0%.

Погрешности однофазных транс­форматоров напряжения могут быть определены аналитически из схемы замещения трансформатора

(рис. 15-1). Сопротивления вторич­ной обмотки трансформатора х₂ и r₂. сопротивления внешней цепи х и r, вторичный ток I_э и вторичное напряжение U₂ должны быть при­ведены к числу витков первичной об­мотки согласно выражениям

Погрешности трансформатора напряжения при некотором напря­жении Ú`<sub>2</sub> и токе нагрузки İ`₂ могут быть определены по значениям па­дения напряжения от тока İ`<sub>2</sub> в со­противлении Z`₂= r`<sub>2</sub> + ix`₂ и от тока

İ = İ ₀ + İ ₂ в сопротивлении Z₁ = =r+ix₁, а именно:

где İ ₀ — намагничивающий ток, со­ответствующий первичному напря­жению U.

После подстановки комплексных выражений для сопротивлений я токов

Действительная часть этого комплекса, взятая с обратным зна­ком и отнесенная к напряжению U₁, равна погрешности в напряжении, соответственно мнимая часть — по­грешности в угле.

Из выражений (15-5) следует, что погрешности трансформатора напряжения слагаются из двух час­тей. Первая составляющая (см. первые два члена) соответствует погрешности ненагруженного транс­форматора. Вторая составляющая (см. третий и четвертый члены) оп­ределяется током нагрузки.

Погрешности могут быть также определены и наглядно представле­ны с помощью векторной диаграм­мы (рис. 15-2). Последняя не от­личается от диаграммы силового трансформатора. Однако, чтобы проследить зависимость погрешно­сти от нагрузки, целесообразно вы­делить особо треугольники паде­ния напряжений от тока намагни­чивания и тока нагрузки. Исходной величиной при построении вектор­ной диаграммы является вектор вторичного напряжения Ú`<sub>2</sub> • направ­ленный вертикально. Вектор вто­ричного тока İ`₂ сдвинут относи­тельно вектора напряжения на угол φ₂. Вектор магнитного потока Ф направлен по горизонтальной оси, если пренебречь угловым сдвигом между векторами вторичного на­пряжения и э. д. с. Вектор намагни­чивающего тока İ₀ пережает век­тор магнитного потока на угол φ. Треугольник ABC определяет паде­ние напряжения в сопротивлении первичной обмотки от намагничива­ющего тока. Если трансформатор не нагружен, конец вектора Ú ₁ на­ходится в точке С. Треугольник CDE определяет падение напряже­ния в сопротивлениях первичной и вторичной обмоток от тока нагруз­ки. Вектор ЕО представляет пер­вичное напряжение нагруженного трансформатора.

Определим с помощью вектор­ной диаграммы погрешность транс­форматора напряжения, у которого отношение чисел витков равно но­минальному коэффициенту транс­формации. При этом условии по­грешность в напряжении равна:

Отрезок ЕО заменен его проек­цией на вертикальную ось, что не вносит заметной ошибки, поскольку угол δ мал. Погрешность в напря­жении отрицательна, так как

Угловая погрешность также от­рицательна, поскольку вектор Ú`₂ отстает от вектора Ú ₁.

Зависимость погрешности транс­форматора напряжения от нагрузки легко проследить с помощью век­торной диаграммы на рис. 15-3, со­ответствующей верхней части диа­граммы рис. 15-2 и выполненной в большем масштабе. При n=K_ном погрешность в напряжении должна быть отсчитана по вертикальной оси от точки А до точки F — проек­ции конца вектора Ú₁ на эту ось. Поскольку напряжение U‘₂ меньше напряжения U₁, погрешность отри­цательна. На диаграмме слева дана шкала, позволяющая определить погрешность в процентах.

Угловая погрешность должна быть отсчитана по горизонтальной оси от точки А до точки G — проек­ции конца вектора Ú ₁ на эту ось. На диаграмме снизу дана шкала, позволяющая определить угловую погрешность в минутах.

Треугольник CDE соответствует номинальной нагрузке трансформа­тора с cosф=0,8. При нагрузке, меньшей номинальной, стороны треугольника должны быть пропор­ционально уменьшены; при этом

конец вектора U₁ переместится по отрезку ЕС вниз. Соответственно

уменьшится погрешность. На диа­грамме показаны окружности, со­ответствующие нагрузкам, равным 1,0; 0.75, 0.5 и 0,25 номинальной.

При коэффициенте мощности, отличном от 0,8, треугольник CDE должен быть повернут около точки С. На диаграмме показаны его положения для коэффициентов мощности 1,0 и 0,5. Соответственно изменяются и погрешности.

Таким образом, по диаграмме легко проследить зависимости по­грешности в напряжении от нагруз­ки при различных коэффициентах мощности. Эти зависимости показа­ны на рис. 15-4, а пунктирными ли­ниями. Как видно из диаграммы. характеристики представляют наклонные прямые, проведенные из общей точки, соответствующей по­грешности при холостом ходе. На­клон характеристик определяется коэффициентом мощности нагрузки и углом ф_н из выражения

При коэффициенте мощности, равном единице, наклон характери­стики наименьший. Наибольший наклон характеристики имеет место при ф₂=ф_к (рассматривается толь­ко индуктивная нагрузка трансфор­матора).

Характеристики угловой погреш­ности (рис. 15-4,б) имеют также вид наклонных прямых. При холос­том ходе угловая погрешность по­ложительна. При ф₂=ф_к характе­ристика погрешности горизонталь­на, т.е. погрешность не зависит от нагрузки. При ф₂ф_к характерис­тика угловой погрешности имеет наклон вниз, а при ф>ф_к — наклон вверх.

Витковая коррекция трансфор­матора напряжения. Из выражений (15-5) следует, что при индуктив­ной и активной нагрузках и К_ном=п погрешность в напряжении всегда отрицательна, т. е. вторичное напряжение несколько приумень­шено. Чтобы увеличить точность измерений, отношение чисел витков выбирают несколько меньшим но­минального коэффициента транс­формации. Для этого уменьшают число витков первичной обмотки по отношению к значению, соответ­ствующему равенству U_1,ном/U_2,ном =w₁/w₂. Характеристики

погрешности трансформатора пере­мещаются при этом вверх парал­лельна себе (см. сплошные линии на рис. 15-4, а). На угловую по­грешность коррекция витков влия­ния не оказывает.

Векторная диаграмма транс­форматора напряжения, выполнен­ного с витковой коррекцией (nном), строится как обычно. Со­противления вторичной цепи долж­ны быть приведены к числу витков первичной обмотки умножением на n 2 , вторичный ток — делением на п и вторичное напряжение — умноже­нием на п. Однако отсчет погреш­ности в напряжении должен теперь производиться не от конца вектора U`₂ = U₂n (точка А на рис. 15-3), а от точки А’, соответствующей кон­цу вектора U₂K_ном>U₂.Расстоя­ние между точками А и А’ соответ­ствует витковой коррекции

На диаграмме рис. 15-3 справа дана шкала для отсчета погрешно­сти в напряжении в процентах с учетом витковой коррекции. На диаграмме показан также (пунк­тирными линиями) прямоугольник, определяющий зоны погрешностей, соответствующих классу точности 0,5. Как видно из диаграммы, конец вектора U₁ (точка Е) при измене­нии нагрузки в пределах от 0,25S₂,_ном до S₂,_ном и cosф=0,8 не выходит за пределы прямоуголь­ника.

Зависимость погрешности от напряжения. Векторная диаграм­ма на рис. 15-3 построена для пер­вичного напряжения, равного номи­нальному. При построении анало­гичной диаграммы для первичного напряжения, отличного от номи­нального, следует принять во вни­мание следующее. При заданной нагрузке трансформатора вторич­ный ток, а также абсолютные зна­чения падений напряжения в со­противлениях трансформатора от тока нагрузки приблизительно про­порциональны первичному напря­жению. Однако относительные зна­чения падений напряжения (отне­сенные к U₁) не зависят от первич­ного напряжения. Следовательно, чтобы сохранить размеры треуголь­ников падений напряжения от тока нагрузки и шкалы погрешностей, необходимо изменить масштаб на­пряжения обратно пропорциональ­но первичному напряжению. Так, например, если при U₁ = U_1,ном 1 мм соответствовал 1 В, то для построения диаграммы при U₁= =0,8 U_1,ном следует принять мас­штаб 1 мм=0,8 В.

Треугольник холостого хода должен быть построен заново, по­скольку при изменении первичного напряжения изменяются индукция в стали и намагничивающий ток. Активная и реактивная составляю­щие намагничивающего тока могут быть определены с помощью кривой намагничивания и кривой удельных потерь мощности в стали. Масштаб должен быть также изменен в соот­ветствии со сказанным выше. В ре­зультате размеры, соотношение сторон и положение треугольника холостого хода окажутся иными. Соответственно переместится точка С. При первичном напряжении, меньшем номинального, треуголь­ник ABC уменьшится и точка С переместится вниз и влево. При первичном напряжении, превыша­ющем номинальное, точка С пере­местится вверх и вправо. Следова­тельно, изменяется и положение треугольника нагрузки, и погреш­ность трансформатора.

Поскольку составляющая по­грешности, зависящая от намагни­чивающего тока, значительно мень­ше составляющей от тока нагрузки, изменение напряжения в широких пределах вниз от номинального мало отражается на полной по­грешности трансформатора напря­жения. При увеличении напряже­ния выше номинального погреш­ность может сильно возрасти, если индукция, соответствующая номи­нальному напряжению, выбрана относительно высокой.

НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИЗМЕРЕНИЮ, И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

В трехфазной системе измере­нию подлежат: 1) линейные напря­жения; 2) напряжения проводов относительно земли; 3) напряжение нулевой последовательности, появ­ляющееся при замыкании на зем­лю. Линейные напряжения подводят к соответствующим обмоткам измерительных приборов и реле.

Напряжения проводов относитель­но земли и напряжение нулевой последовательности используют для релейной зашиты, а также для сиг­нализации об однофазных замыка­ниях в сетях, где повреждения это­го вида не подлежат автоматичес-

кому отключению и могут иметь место длительно (сети незаземленные и компенсированные). Для из­мерения перечисленных напряжений применяют однофазные и трехфаз­ные трансформаторы напряжения, включаемые соответствующим об­разом.

Три однофазных трансформато­ра напряжения, включенные в звезду с заземленной нейтралью высшего напряжения. Эта схема U_A,3, U_B,З. U_c,З, а также три линейных напряжения U_ав, U_bc, U_са. Последние получаются как разности соответствующих напряжений относительно земли. Напряжение нулевой последова­тельности может быть измерено с помощью дополнительных вторич­ных обмоток, подлежащих включе­нию в разомкнутый треугольник (рис. 15-5);’. При нормальном состо­янии сети» напряжение у зажимов а_дх_д разомкнутого треугольника равно нулю, так как сумма трех фазных э. д. с. индуктируемых в дополнительных обмотках, равна нулю. При однофазном замыкании в сети у зажимов разомкнутого треугольника появляется напряже­ние, соответствующее тройному на­пряжению нулевой последователь­ности, значение которого зависит от способа рабочего заземления сети (относительное значение на­пряжения нулевой последователь­ности зависит от отношения ре­зультирующего напряжения нуле­вой последовательности к резуль­тирующему напряжению прямой последовательности до места замы­кания). Число витков на фазу до­полнительной обмотки выбирают с таким расчетом, чтобы при замы­кании в сети напряжение у зажи­мов разомкнутого треугольника со­ставляло около 100 В. Трансформа­торы напряжения, предназначенные для незаземленных или компенси­рованных сетей, где. напряжение нулевой последовательности дости­гает фазного напряжения сети, име­ют дополнительные обмотки с но­минальным напряжением 100/3 В (на фазу). Трансформаторы, пред­назначенные для эффективно-за­земленных сетей, имеют дополни­тельные обмотки с номинальным напряжением 100 В на фазу, по­скольку ожидаемое напряжение ну­левой последовательности здесь меньше.

Условия работы однофазных трансформаторов, включенных в звезду с заземленной нейтралью высшего напряжения, неодинаковы в незаземленной или компенсиро­ванной сети и сети эффективно за­земленной. В первом случае при однофазном замыкании напряжения неповрежденных проводов от­носительно земли повышаются в пределе до линейного напряжения, причем такой режим может быть длительным. Трансформаторы, включенные между неповрежденны­ми проводами и землей, оказывают­ся под напряжением, превышаю­щим номинальное в раз. Соответственно увеличиваются индукция в магнитопроводе, ток намагничи­вания и выделение тепла. Во избе­жание нагревания, опасного для изоляции, такие трансформаторы выполняют с индукцией (соответст­вующей номинальному напряже­нию) ниже обычной.

В эффективно-заземленных се­тях напряжения неповрежденных проводов относительно земли при однофазном замыкании не выходят за пределы 1,2—1,4 фазного на­пряжения сети, причем анормаль­ное состояние сети не может быть длительным, поскольку поврежден­ный участок подлежит автомати­ческому отключению. Поэтому трансформаторы не могут оказаться в условиях, описанных выше применительно к незаземленным или компенсированным сетям.

Погрешности при измерении ли­нейных напряжений в рассматрива­емой схеме [15-1] определяются погрешностями двух трансформаторов:

Аналогично могут быть написа­ны выражения для погрешностей при измерении линейных напряже­ний U_bc и U_Ca.

При симметричной нагрузке трансформаторов f_A = f_B = f_c и δа=δ_в=δ_с, следовательно, погреш­ность при измерении линейных на­пряжений равна погрешности одно­фазного трансформатора, например f_ав=fа=fв И δав = δа=δв. При несимметричной нагрузке погреш­ность при измерении линейных на­пряжений может заметно отличать­ся от погрешности однофазного трансформатора. Для определения этой погрешности необходимо опре­делить нагрузки и фазовые углы для каждого трансформатора, а также соответствующие погрешно­сти в напряжении и угле. После этого могут быть определены по­грешности f_ab, f_BC, f_CA и δ_ав, δ_вс, δб_са с помощью выражений (15-7). Эта работа достаточно сложна.

Трехфазные трансформаторы на­пряжения получили применение в установках напряжением до 20 кВ включительно. При этих напряже­ниях они заменяют описанные выше группы из трех однофазных транс­форматоров, соединенных в звезду, при меньшей стоимости.

Трехфазные трансформаторы имеют пятистержиевые магнитопроводы броневого типа, обеспечиваю­щие замыкание в них магнитных потоков нулевой последовательно­сти, соответствующих системе на­пряжений и токов нулевой последо­вательности, возникающих при за­мыканиях на землю. С помощью трансформатора этого типа могут быть измерены напряжения прово­дов относительно земли, линейные напряжения и напряжение нулевой последовательности в незаземленных и компенсированных сетях. Основные обмотки трансформатора имеют группу соединений Y₀/Y₀*12 с заземленной нейтралью обмотки высшего напряжения. Дополни­тельные обмотки соединены в ра­зомкнутый треугольник. Схема на рис. 15-5 справедлива в рассматри­ваемом случае.

Погрешность трехфазных транс­форматоров напряжения больше погрешности однофазных трансфор­маторов соответствующей конструкции вследствие

несимметрии маг­нитной системы. При несимметрич­ной нагрузке погрешность, в соот­ветствии со сказанным выше, увеличивается еще больше. В пе­риоды работы сети с замкнутым на землю проводом трансформатор находится длительно в анормаль­ных условиях. Погрешность его рез­ко увеличивается вследствие увеличения

магнитной индукции. По указанным причинам присоединение счетчиков к трехфазному трансфор­матору напряжения не может быть рекомендовано. Для этой цели же­лательно иметь особую группу из двух однофазных трансформато­ров, соединенных в неполный тре­угольник.

Два однофазных трансформато­ра напряжения, включенных в не­полный треугольник. Эта схема (рис. 15-6, а) позволяет непосредст­венно измерить два линейных на­пряжения U_AB и U_bc— Она целесо­образна во всех случаях, когда ос­новную нагрузку трансформаторов составляют счетчики и ваттметры. Как известно, в трехфазной трехпроводной системе применяют счет­чики и ваттметры с двумя измери­тельными системами. Токовые об­мотки этих приборов принято при­соединять к трансформаторам тока, включенным в фазы А и С. При атом обмотки напряжения должны быть присоединены к зажимам трансформаторов напряжения аb и bc.

Такое единообразие в присо­единении измерительных приборов облегчает монтаж и проверку вто­ричных цепей и является общепринятым. Если к трансформаторам напряжения присоединены только счетчики и ваттметры, они нагруже­ны одинаково. Векторы токов 1_а и /_с сдвинуты на угол 120° (рис. 15-6,б). Нагрузки и соответ­ствующие погрешности могут быть легко определены. Необходимость в третьем трансформаторе отпа­дает.

Рассматриваемая схема позво­ляет получить и третье линейное

напряжение U_ca=-(U _ab+U_вс). Однако при включении приборов к зажимам ас нагружаются оба трансформатора. При этом угловые сдвиги тока по отношению к соот­ветствующим напряжениям неоди­наковы, что вызывает увеличение погрешности. Поэтому присоеди­нения приборов к зажимам ас сле­дует избегать.

Номинальное первичное напря­жение трансформаторов должно со­ответствовать линейному напряже­нию сети, а вторичное напряжение должно равняться 100 В. Первич­ные обмотки должны быть изолиро­ваны на полное напряжение с обо­их концов. Отечественные за­воды аппаратостроения выпускают трансформаторы напряжения рас­сматриваемого типа для номиналь­ных напряжений до 35 кВ включи­тельно.

Защитное заземление вторичных обмоток трансформаторов напря­жения обеспечивает безопасность людей, соприкасающихся с прибо­рами, в случае пробоя изоляция с обмотки высшего напряжения на обмотку низшего напряжения. При наличии нескольких электрически связанных обмоток достаточно за­землить одну из них, безразлично какую. В трехфазных схемах, как правило, заземляют нейтраль

3ащита плавкими предохрани­телями. Для защиты трансформаторов напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях предусматривают плавкие предо­хранители на стороне низшего напряжения в незаземленных про­водах (рис. 15-6).

Трансформаторы напряжения до 35 кВ включительно снабжают так­же плавкими предохранителями со стороны высшего напряжения — для защиты установки от повреж­дений в трансформаторах. Приме­нение получили токоограничивающие предохранители с кварцем (см. § 12-3). Чем. выше напряжение сети и чем больше ожидаемый ток к. з., тем сложнее конструкция плавких предохранителей. Для напряжений 110 кВ и выше плавкие предохра­нители с необходимой отключаю­щей способностью отсутствуют. При этих напряжениях ограничиваются установкой на стороне высшего на­пряжения разъединителей.

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ/ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор напряжения во многом похож на силовой транс­форматор небольшой мощности для той же ступени напряжения. Однако имеются и отличия, вытекающие из назначения и условий работы этих аппаратов. Так, например, си­ловой трансформатор должен быть рассчитан на отвод значительного количества тепла, выделяющегося при работе. Это находят отражение в конструкции обмоток, количестве масла, устройстве кожуха и др. В трансформаторе напряжения ко­личество выделяющейся энергии ничтожно мало. Поэтому требова­ние отвода тепла не определяет’ конструкцию трансформатора на­пряжения. Основные задачи, кото­рые должны быть решены при кон­струировании трансформатора на­пряжения, помимо точности измере­ния заключаются в создании надежной изоляции, способной противостоять перенапряжениям, обес­печении минимальных размеров и

массы, безаварийной работы с ми­нимальным уходом.

Трансформаторы для номиналь­ного напряжения 6—35 кВ до по­следнего времени выполняли с бу­мажной изоляцией, погруженной в масло. В кaчeстве примера тpaнсформаторов такого типа можно указать на трансформатор НОМ-10 (трансформатор напряжения одно­фазный масляный, 10 кВ, рис. 15-7). Он имеет значительные размеры и массу: его высота составляет 495 мм и масса 36 кг. По мере по­вышения напряжения размеры, масса и стоимость трансформаторов такой конструкции быстро увеличи­ваются. Чтобы устранить эти недо­статки, необходимо изменить метод изоляции трансформаторов.

Известно, что при двухслойной изоляции, например из бумаги и масла, напряженность электричес­кого поля распределяется обратно пропорционально диэлектрической проницаемости сред. Поскольку диэлектрическая проницаемость бумаги приблизительно в 2 раза больше диэлектрической проницаемости масла, твердая изоляция ис­пользуется слабо. В новейших кон­струкциях принимают однородную изоляцию из бумаги, пропитанной маслом, похожую на изоляцию маслонаполненного кабеля. Масляные каналы устранены.

Это позволило резко уменьшить изоляционные рас­стояния, размеры магнитопровода и кожуха. Изоляция вводов являет­ся продолжением изоляции обмотки и входит в фарфор изоляторов. Масло в изоляторах сообщается с маслом в кожухе. Воздушное про­странство под крышкой отсутствует. Количество масла резко уменьшено. На рис. 15-8, а показан внешний вид однофазного трансформатора напряжения новейшей конструкции типа НОМ-35, 35000/100 В, предна­значенного для измерения линейно­го напряжения, а на рис. 15-8,6 — трансформатора типа ЗНОМ-35,

В,

предназначенного для измерения напряжения между проводом и землей. Транс­форматор имеет один ввод, изоли­рованный на полное напряжение. Конец обмотки присоединен к за­земленному кожуху.

Однофазные трансформаторы напряжения до 24 кВ изготовляют также с литой изоляцией на основе метакриловых смол и кварца типа НОЛ (рис. 15-9). Они имеют не­большие размеры и предназначены для комплектных РУ.

Трансформаторы напряжения 110 кВ и выше изготовляют кас­кадного типа. Они состоят из не­скольких ступеней (трансформато­ров), изолированных друг от друга (рис. 15-10,а). Число ступеней оп­ределяется номинальным напряжением, из расчета приблизительно 50 кВ на каждую ступень. —

Каждый трансформатор каскада изолирован на 1/N часть напряжения сети, где N — число ступеней. Первичные об­мотки изолированы с одного конца и соединены последовательно. На­чало первичной обмотки верхней ступени присоединяют к проводу, напряжение которого должно быть измерено. Концы первичных обмо­ток ступеней присоединены к со­ответствующим магнитопроводам.

При таком выполнении напряжение между любыми соседними частями трансформатора не выходит за пре­делы U_ном/N.

Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения сети

между ступенями нагруженного каскада, предусмотрены связующие обмотки—по две для каждой сту­пени, кроме верхней и нижней. Последние имеют по одной связу­ющей обмотке. Связующие обмотки соседних ступеней включены встреч­но. Они участвуют в передаче мощ­ности, получаемой из сети, ко вто­ричной обмотке, расположенной на нижней ступени. Изоляция связую­щих обмоток неодинакова. Одна из них (в каждой ступени) изолирова­на так же, как первичная обмотка. Другая, расположенная ближе к магнитопроводу, имеет более сла­бую изоляцию.

Трансформаторы каскадного ти­па имеют меньшую массу и стои­мость по сравнению с одноступен­чатыми трансформаторами обыч­ной конструкции, однако их по­грешность больше погрешности одноступенчатых: каскадные транс­форматоры соответствуют классам точности 1 и 3. Трансформаторные заводы выпускают каскадные тран­сформаторы для напряжений ПО, 220, 330 и 500 кВ с числом ступе­ней, соответственно равным 2, 4, б, 10. Трансформаторы ступеней по­мещают по два в фарфоро­вый кожух, наполненный маслом. На рис. 15-10,б показан внешний вид трансформатора напряжения

В.

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

При проектировании электриче­ской установки выбирают типы трансформаторов напряжения в соответствии с измерительными приборами и реле, подлежащими присоединению к ним. Далее под­считывают ожидаемую нагрузку трансформаторов и проверяют по­грешности.

В нормальном режиме нагрузка трансформатора определяется по­треблением присоединенных изме­рительных приборов и реле. По этой нагрузке и соответствующим завод­ским характеристикам можно су­дить, в каком классе (с какой по­грешностью) будет работать наме­ченный к установке трансформатор и, следовательно, о пригодности его для питания присоединенных при­боров и реле. Как указано выше, для щитовых измерительных при­боров допускают погрешности, со­ответствующие классам точности 1 и 3; для счетчиков — классу 0,5. Для большинства реле допускают погрешности 3—5%.

При определении вторичной на­грузки сопротивление проводов от трансформатора напряжения до приборов, установленных на соот­ветствующих панелях щита управ­ления, не учитывают, поскольку это сопротивление относительно ма­ло (сравнительно с сопротивлением приборов) и незначительно влияет на вторичный ток. Однако сопро­тивление проводов создает дополнительную потерю напряжения;

напряжение у зажимов измеритель­ных приборов уменьшается и по­грешность измерения увеличивает­ся. Согласно ПУЭ потеря напряже­ния в проводах к счетчикам не дол­жна превышать 0,5%, а в проводах к щитовым измерительным прибо­рам — 3%. Обычно потеря напря­жения значительно меньше. При определении потерь напряжения в проводах учитывают только их ак­тивное сопротивление, поскольку индуктивное сопротивление относи­тельно мало. Из условия механиче­ской прочности сечение проводов не должно быть меньше 1,5 мм 2 для медных проводов и 2,5 мм 2 — для алюминиевых.

Пример 15-1. Определить нагрузку и проверить погрешность трансформаторов напряжения в ветви генератора 6 кВ, пред­назначенных для питания щитовых измери­тельных приборов и учета энергии. Опре­делить также сечение вторичных проводов.

К трансформаторам должны быть при­соединены измерительные приборы, приве­денные ниже:

Коэффициент мощности перечисленных приборов близок к единице, Расстояние от трансформаторов, установленных в РУ, до щита управления составляет 50 м. Вторич­ные провода алюминиевые. Поскольку большая часть приборов име­ет две обмотки напряжения, подлежащие присоединению к фазам АВ и ВС, целесооб­разно установить два однофазных транс­форматора напряжения типа НОМ-6, 6000/100 В и включить их по схеме непол­ного треугольника (см. рис 15-6).

Характеристики погрешности трансфор­маторов НОМ-6 приведены на рис. 15-1.4. Погрешности трансформаторов не выходят за пределы, установленные для класса 0,5, при нагрузке до 50 В-А. При нагрузке 75 ВА погрешность трансформаторов соот­ветствует классу 1.0, а при нагрузке 200 ВА — классу 3. Предельная мощность трансформаторов составляет 400 ВА.

Нагрузка может быть распределена между фазами АВ и ВС почти равномерно:

Из характеристик погрешности транс­форматоров на рис. 15-14 видно, что при указанной нагрузке погрешность в напряже­нии составляет приблизительно — 0,4%. Угловая погрешность составляет +11 мин, что не выходит за пределы, установленные для класса точности 0,5.

Для определения потери напряжения в проводах определим соответствующие токи:

Принимая для упрощения расчета 1_а=I_c = 0,325 А, можно определить ток в сред­нем проводе. Как видно из векторной диа­граммы (см. рис. 15-6,6), векторы токов İ_а и İ_с сдвинуты на угол 120 градусов. Следовательно, ток I_b = 0,325 А.

Выбираем минимальное сечение прово­дов 2,5 мм 2 , Потеря напряжения а прово­де а и в обратном проводе b может быть определена из следующего выражения:

что соответствует требованиям ПУЭ