Трансформатори напруги

Трансформатори напруги за принципом роботи, схемами включення й властивостями не відрізняються від силових трансформаторів, але мають невелику потужність. Вони використовуються в електричних установках напругою вище 380 У для живлення обмоток напруги вимірювальних приладів, реле, живлення оперативних ланцюгів захисту, автоматики, ланцюгів сигналізації. Обмотки трансформатора розташовуються на загальному магнітопроводі. У вторинній обмотці число витків W₂ значно менше, ніж у первинної W₁. Трансформатор напруги не повинен перевантажуватися й піддаватися коротким замиканням. Тому його завжди включають через запобіжник.Номінальний коефіцієнт трансформації приблизно рівняється відношенню числа витків первинної W₁ і вторинної W₂ обмоток:

.

У трансформаторах напруги виникають погрішності за коефіцієнтом трансформації (погрішність по напрузі) і по куті (кутова погрішність).

Погрішність по напрузі визначається по виразу:

Ця погрішність впливає на точність вимірювання всіма видами приладів. Кутова погрішність впливає на виміри приладами ваттметрового типу (ваттметры, фазометри, лічильники, реле потужності й ін.). Вона являє собою кут між векторами напруги U₁ на затискачах первинної обмотки й напруги U₂ на затискачах вторинної обмотки, поверненого на 180°.

На погрішність трансформаторів напруги впливають струми холостого ходу, опір обмоток, значення вторинного навантаження, її коефіцієнт потужності і коливання первинної напруги.Трансформатори напруги випускаються чотирьох класів: 0,2; 0,5; 1,0 й 3,0 - які характеризуються певними припустимими погрішностями при навантаженні трансформатора від 25% до 100% номіналу. Значення погрішностей для всіх класів точності приводяться в каталогах. При перевантаженнях трансформатор виходить зі свого класу точності.Для включення лічильників застосовують трансформатори напруги класу точності 0,5. Всі інші вимірювальні прилади включають на трансформатори напругою класу 1,0. Трансформатори класу 3,0 використовуються для живлення реле й вольтметрів, що не використовуються для підрахунку потужності й коефіцієнта потужності. Трансформатори класу 0,2 використовують у лабораторній практиці.Для вимірювання напруг у високовольтних установках за допомогою трансформаторів напруги використовують однофазні або трифазні трансформатори. Однофазні трансформатори включаються по схемах, наведених на мал. 7.

Мал.7Схема включення однофазних трансформаторів напруги Схема (мал. 7, а) дає можливість виміряти одну з лінійних напруг, у схемі (мал. 7, б) включені два однофазних трансформатори напруги. Це дає можливість вимірювати всі лінійні напруги. У схемі (мал.7,в)включені три однофазних трансформатори. За цією схемою можна вимірювати всі лінійні й фазні напруги.

Включення трифазних трансформаторів напруги показане на мал. 8. У мережах з ізольованої нейтралью 6, 10, 35 кв замикання на землю не створює аварійного режиму короткого замикання. Проте має місце ненормальний режим роботи, який необхідно якомога швидше припинити.. У цих мережах для контролю ізоляції, щодо землі, використовують пятистержневі трансформатори або три однофазні трьохобмоткові трансформатори напруги, включені за схемою мал. 8. Обмотки W₃ з'єднуються в розімкнутий трикутник, у який включається вольтметр або реле напруги, яке діє на сигнал. У нормальному режимі стрілка вольтметра стоїть на нулі, а реле не працює. При виникненні замикання на землю показання вольтметра відрізняються від нуля, а при глухому замиканні фази,він показує потроєну фазну напругу. Реле при цьому спрацьовує й подає сигнал про виникнення замикання на землю. Застосовувати трифазний трьохстержневий трансформатор для контролю ізоляції не можна, тому що при однофазному замиканні на землю потоки нульової послідовності фаз у трансформаторі змушені замикатися по корпусі бака та індуктувати у ньому й стяжних болтах вихрові струми, які можуть нагріти їх до неприпустимих температур і викликати аварію. У пятистержневому трансформаторі ці потоки, замикаючись по додаткових стрижнях (мал.9), індукують у третій обмотці W₃ ЕРС нульової послідовності , остання викликає роботу реле, що сигналізує про ушкодження ізоляції в мережі.

Мал.8 Схема включення трифазного двохобмоткового (а) і пятистержневого або групового трьохобмоткового трансформатора (б)

Мал.9 Схема потоків нульової послідовності в пятистержневому трансформаторі.

Трансформатори напруги з номінальною напругою від 380 В до 6 кВ мають виконання з сухою ізоляцією (обмотки виконуються проводом марки ПЕЛ і просочуються асфальтовим лаком). У трансформаторів напруги 10-500 кВ ізоляція масляна (магнітопровід занурений в трансформаторне масло). Є також виконання трансформаторів напруги на 2-6 кВ з масляною ізоляцією і на 6-24 кВ з сухою (литий) ізоляцією. Для зменшення впливу атмосферних перенапруг на витки верхніх (вхідних) шарів первинної обмотки, вони захищаються у всіх трансформаторах напруги 3 кВ і вище електростатичними екранами, з'єднаними з лінійними вводами. Екран виконується у вигляді металевої смуги, яка охоплює обмотку з невеликим зазором між його краями (щоб уникнути утворення короткозамкнутого витка).

Трансформатор напруги антирезонансний типу НАМИТ-10-2 (мал. 10) є масштабним перетворювачем, призначеним для передачі сигналу вимірювальної інформації приладам вимірювання, захисту, автоматики, сигналізації й керування в електричних мережах 6 й 10 кв змінного струму промислової частоти з ізольованою нейтраллю або заземленої через дугогасійний реактор. Трансформатор НАМИТ-10-2 установлюється в шафах КРУ(Н) і в закритих РУ промислових підприємств. Трансформатор напруги НАМИТ-10-2, виготовляється в кліматичному виконанні «УХЛ» з категорією розміщення «2» за ДЕРЖСТАНДАРТ 15150-69.Трансформатор являє собою з'єднані конструктивно в єдине ціле два трансформатори напруги:

1) ТНКИ — трансформатор напруги контролю ізоляції, трьохобмотковий, первинні обмотки якого включені за схемою «зірка»; призначені для живлення ланцюгів вимірювальних приладів обліку електричної енергії, для ланцюгів захисту й контролю ізоляції;

2) ТНП — трансформатор нульової послідовності, двохобмотковий, первинна обмотка якого включена в нейтраль ТНКИ й заземлена, вторинна обмотка замкнута. Трансформатор призначений для захисту трансформатора ТНКИ від ушкодження при однофазних замиканнях. НАМИТ-10-2 має два магнітопроводи двохстержневі броньового типи, зібрані із пластин електротехнічної сталі. На стрижнях магнітопроводів розташовані шарові обмотки з ізоляцією. Магнітопроводи з обмотками з'єднані між собою за допомогою ряду конструктивних елементів у єдину конструкцію і являють собою активну частину трансформатора, що розміщена в баку із трансформаторним маслом. Бак трансформатора зварений з листової сталі. Кожен трансформатор має пломбу, що перешкоджає розбиранню трансформатора, розташовану на одному з болтів, які кріплять кришку до рами бака. Пломба підтверджує придатність трансформатора напруги до роботи в якості вимірювального.

Мал.11 Зовнішній вигляд ТН типу НТМИ та його електрична схема.

Трифазні трансформатори напруги масляні типу «НТМИ», призначені для масштабного перетворення електричної напруги змінного струму з метою подальшого вимірювання та подачі на прилади захисту й сигналізації в ланцюгах автоматики з ізольованою нейтраллю. Застосовується для пониження високої напруги 6 або 10 кВ до 100 В, а також для обліку, зокрема комерційного та захисних пристроїв електричної енергії в електроустановках змінного струму. Трансформатор НТМИ складається з трьох однофазних трансформаторів (активна частина), поміщених в один загальний бак, залитий маслом. Магнітопроводи трансформаторів - однофазні, броньового типу. Обмотки шарові, намотані на циліндр з електрокартону одна поверх іншої. Обмотки первинної (ВН) напруги мають електростатичний екран для захисту від перенапруг. На кришці трансформатора змонтовані вводи первинної та вторинної напруги, розміщена пробка для доливання трансформаторного масла. На баці трансформатора є пробка для взяття проби і спуску масла, болти для заземлення. Трансформатори типу НТМИ-6 є знижуючим і розрахований таким чином, щоб при номінальній первинній напрузі, напруга основної вторинної обмотки становило 100 В з похибкою, що відповідає класу точності. При замиканні однієї з фаз первинної напруги на землю на додаткової вторинної обмотці виникає напруга 100 В ± 10%, при якому спрацьовує захист і сигналізація.(мал.11)

Позначення трансформатора НТМИ-10

НТМИ - Х/10 (6)-У 3 (ХЛ3)

НТ - трансформатор напруги

М - охолоджування масляне з природною циркуляцією повітря і масла

І - вимірювальний

Х - номінальна потужність, кВА

10 (6) - номінальна напруга обмотки ВН, кВ

У 3 (ХЛ3) - кліматичне виконання і категорія розміщення за ГОСТ 15150

Активна частина складається з магнітопровода, виготовлених з холоднокатаної електротехнічної сталі, обмоток, відводів ВН і НН. Обмотки трансформаторів з мідних проводів. Введення ВН і НН зовнішньої установки, знімні, ізолятори прохідні фарфорові

Перевірка полярності виводів (у однофазних) або групи з'єднання (у трифазних) трансформаторів.

Проводиться при монтажі, якщо відсутні паспортні дані або є сумніви в достовірності цих даних. Полярність і група з'єднань повинні відповідати паспортним даним. Дана перевірка також необхідна для ТН з пошкодженими заводськими позначеннями виводів, які зазнали ремонту з від'єднанням обмоток, використовуваних в пристроях релейного захисту і електроавтоматики з фазочуттєвими елементами.Для ТН передбачається схема з'єднань по групі 0.

Порядок визначення групи з'єднання ТН аналогічна порядку визначення групи з'єднання силових трансформаторів.Однополярними є виводи обмоток, що мають однаковий знак е.р.с. Однополярними виводами у ТН є виводи: А-а-ад, і Х-х-ХД. Перевірку полярності обмоток однофазних ТН рекомендується проводити імпульсами постійного струму за схемою мал.12.Вивід (+) гальванічного елемента(джерела живлення) і приладу підключаються відповідно до виводів А і а ТН. Якщо ці виводи однополярні, то стрілка приладу відхилиться вправо при замиканні і вліво при розмиканні вимикача. В якості вимірювального приладу використовується гальванометр невисокої чутливості або мілівольтметр.

Мал.12 Схема перевірки полярності виводів обмотки однофазних ТН.а) виводи однополярні; б) виводи неполярні.

Перевірка полярності виводів у трифазних ТН проводиться за схемами мал.13

Мал.13 Схема перевірки полярності і правильності позначення виводів ТН.а - пятистержневого трифазного ТН зі схемою з'єднання Y0/Y0; б - пятистержневого ТН з схемою зєднання відкритий трикутник; в - трифазного двохобмоткового зі схемою з'єднання Y/Y0.

При перевірки ТН із з'єднанням відповідним иал.13а при підключенні (+) гальванічного елемента і приладу до виводів однойменних фаз у разі правильної полярності стрілка приладу при включенні відхиляється вправо. При перемиканні приладу на виводи інших фаз стрілка відхиляється вліво.При перевірці виводів ТН, з'єднаних в розімкнутий трикутник відповідних мал13.б, (+) гальванічного елемента по черзі підключається до виводів А, В, С, а (+) приладу залишається підключеним до а,. Якщо виводи однополярні, стрілка приладу при замиканні ланцюга завжди відхиляється вправо.При перевірці виводів ТН, з'єднаних відповідно домал.13в, (+) приладу підключається до виводу а. (-) приладу - до виводу 0 вторинної обмотки. При правильній полярності і підключенні гальванічного елемента (+) на вивід А, (-) на вивід С стрілка приладу при включенні елемента відхилиться вправо. Якщо (+) приладу при цьому підключити на вивід b, то стрілка приладу при включенні елемента відхилиться вліво. При підключенні (+) приладу в тих же умовах до виводу с, стрілка приладу не відхилиться або відхилиться незначно в будь-яку сторону. Аналогічно здійснюється перевірка при включенні гальванічного елемента (+) на вивід В, (-) на вивід С. При правильній полярності і підключенні (+) приладу на вивід b, а (-) на 0 стрілка відхилиться управо. При тих же умовах, але (+) приладу включити на вивід а, стрілка відхилиться вліво. Стрілка не відхилиться або відхилиться незначно, якщо (+) приладу включити на вивід с

Експлуатація та технічне обслуговування трансформаторів напруги та трансформаторів струму.

Експлуатацію та технічне обслуговування ТН та ТСпроводиться у відповідності з «Правилами технічної експлуатації електричних станцій і мереж» Необхідно періодично перевіряти: стан забарвлення силікагелю,який має блакитний колір. При насиченні вологою забарвлення силікагелю стає рожевим. Відновлення силікагелю до набуття блакитного забарвлення проводиться одним з наступних способів: 1. шляхом продувки сухим повітрям при температурі 120 ° С, але не більше 130 С; 2. шляхом прожарювання силікагелю при температурі 100 - 120 ° С протягом 15 - 20 годин.;відсутність течі масла і чистоту ізоляції. При зниженні пробивної напруги масла нижче мінімальних допустимих значень необхідно його замінити. вимірюється опір ізоляції його обмоток, випробовується підвищеною напругою електрична міцність ізоляції обмоток ВН і НН; вимірюється струм холостого ходу з боку вторинної обмотки; біля маслонаповнених трансформаторів напруги проводиться перевірка електричної міцності та хімічний аналіз масла. Пробивна напруга масла, що заливається і тангенс кута діелектричних втрат повинні відповідати значенням, зазначеним у паспортах трансформаторів напруги.Рівень масла в трансформаторах напруги 35 кВ і вище необхідно підтримувати в межах шкали маслопоказчика для максимальної і мінімальної температури навколишнього повітря. Рівень масла в баку ТН типів НТМИ-6 (10), НТМК-6 (10), НОМ-6 (10) повинен бути на 15-30 мм нижче кришки. Рівень масла в баку трансформатора напруги типу НАМИ-6 (10) повинен бути на 10-20 мм нижче кришки. У разі якщо рівень масла відрізняється від вищевказаного, масло необхідно відлити або долити. Після закінчення монтажу трансформатора напруги проводиться перевірка їх справності, правильність установки і схеми включення. Одночасно перевіряються всі елементи вторинних ланцюгів напруги і правильність збирання схеми цих ланцюгів. За результатами цих перевірок оцінюється допустимість включення ТН в роботу і проводиться їх приймання в експлуатацію. Для перевірки справності ТС проводиться перевірка наступних параметрів: Вимірювання опору ізоляції; Вимірювання тангенса кута діелектричних витрат ізоляції обмоток трансформаторів струму; Випробування підвищеною напругою промислової частоти; Перевірна контрольних точок характеристики намагнічування осердя трансформаторів струму Перевірна полярності вбудованих трансформаторів струму;; Вимірювання опору обмоток постійному струмПеревірка якості ущільнень трансформаторів струму; Тепловізійний контроль; Контроль ізоляції під робочою напругою.

Вимірювання опору ізоляції

Вимірювання опору основної ізоляції обмоток.Опір вимірюється мегаомметром на напругу 2,5 кВ. Виміряні значення опору ізоляції обмоток трансформаторів напруги і трансформаторів струму мають бути не менше наведених у таблиці 1.

Вимірювання опору ізоляції вторинних обмоток.Опір вимірюється мегаомметром на напругу 0,5-1,0 кВ. Опір ізоляції вторинних обмоток не нормується, але разом з приєднаними до них колами має бути не менше ніж 1 МОм.При оціненні стану ізоляції вторинних обмоток можна орієнтуватись на такі середні значення опору ізоляції справної обмотки: - у вбудованих трансформаторах струму -10 МОм; - у виносних трансформаторах струму - 50 МОм. У трансформаторах струму 220 кВ і вище з кільцевою ізоляцією обмотки за наявності виводу від екрана вторинної обмотки вимірюється опір ізоляції між екраном і вторинною обмоткою. Значення опору ізоляції має бути не менше ніж 1 МОм.

Найменші допустимі значення опору ізоляції обмоток трансформаторів напруги та трансформаторів струму

Таблиця 1.

Використана література:

1. Будзко, І.А. Електропостачання сільського господарства / І.А. Будзко, В.І. Гессен. - М.: Колос, 1990. - 126 с. 2. Будзко, І.А. Електропостачання сільського господарства / І.А. Будзко, Н.М. Зуль. - М.: Агропромиздат, 1990. 3.Неклепаев В.Н. Електрична частина електростанцій і підстанцій:Підручник для вузів. - Л.  Енерговидав, 1986. 4. Довідник з електропостачання та електрообладнання Т1, 2 / під заг. редакцією. Федорова О.О. - М  Енерговидав, 1986 5. Буряк В.М. Експлуатація електрообладнання систем електропостачання. Навч. посібник. - Харків: ХДАМГ, 2008. 6. Буряк В.М., Н.А.Дейнеко Електрообладнання тягових підстанцій. навч.метод. посібник - Харків: ХНАМГ, 2005.