Призначення і основні параметри трансформаторів напруги

Вимірювальним трансформатором напруги (ТН) називають трансформатор, призначений для перетворення напруги до значення зручного для вимірювання, він виконується так, що вторинна напруга трансформатора, збільшена у разів, відповідає, з необхідною точністю, первинній напрузі (за умови її заміни у певних межах) як за модулем, так і за фазою. Множник – це номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора напруги.

Використання трансформаторів напруги створює безпечні умови праці для людей, які обслуговують вимірювальні прилади, релейний захист та пристрої автоматики. У трансформаторах напруги створений ізоляційний бар’єр колом низької і високої напруги. Крім того використання трансформаторів напруги дозволяє уніфікувати конструкції вимірювальних приладів, обвиток реле і виконувати їх на номінальну напругу або , що спрощує виробництво і знижує їх собівартість.

Первинна обмотка вмикається на напругу мережі, а до вторинної обвитки (напруга ) приєднуються паралельно котушки вимірювальних приладів і реле (рис. 2.1). Запобіжники FU1, FU2 служать для захисту мережі від коротких замикань у трансформаторі напруги. Запобіжник FU3 для захисту трансформатора напруги від коротких замикань у колі навантаження.

Рис. 2.1. Схема увімкнення трансформатора напруги (1 – первинна обвитка,

2 – магнітопровід, 3 – вторинна обвитка)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Завдяки великому активному і реактивному опорах обвиток трансформатора напруги під час короткого замикання у вторинному колі струм у первинному колі невеликий (порядку декількох ампер) і недостатній для спрацювання запобіжників FU1, FU2. Цим пояснюється необхідність встановлення запобіжника FU3 у вторинному колі.

У процесі монтажу і під час експлуатації можливе пошкодження ізоляції обвиток високої напруги, що створить можливість, переходу високого потенціалу у вторинне коло. Це може викликати пробій ізоляції контрольних кабелів і обвиток приладів, і створити небезпеку для обслуговуючого персоналу. Для пониження до допустимих значень напруги у вторинному колі після пробою, вторинне коло вимірювального трансформатора напруги обов’язково заземлюється, що запобігає пробою ізоляції вторинних кіл і створює безпечні умови експлуатації. В окремих конструкціях заземлюється і магнітопровід. Трансформатор напруги працює в режимі близькому до неробочого ходу, тому що опір паралельно увімкнених котушок приладів і реле великий, а струм, який вони споживають – малий.

Основними параметрами трансформатора напруги є:

Номінальна напруга первинної і вторинної обвиток (вказується на його щитку). Номінальна первинна напруга трансформатора стандартизована відповідно до шкали номінальних напруг електричних мереж. Номінальні напруги основних вторинних обмоток трансформатора напруги складають або .

Номінальна напруга трансформатора напруги дорівнює номінальній напрузі первинної обвитки. Шкали приладів, що приєднуються до вторинної обвитки градуюються за первинною напругою.

Номінальний коефіцієнт трансформації – відношення номінальної первинної напруги до номінальної вторинної

.

На відміну від силових трансформаторів номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора напруги відрізняється від відношення числа витків .

Похибка за напругою (%) визначається за рівнянням

,

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

де – напруга, яка подається на первинну обвитку; – напруга, виміряна на виводах вторинної обвитки.

Похибка за напругою додатна, якщо .

Вектор вторинної напруги зсунутий відносно вектора первинної напруги не точно на кут 180^О. Це зумовлює кутову похибку, яка визначається кутом між векторами первинної і вторинної напруги. Кутову похибку вважають додатною, якщо вектор вторинної напруги випереджує вектор первинної напруги. Кутову похибку вимірюють у хвилинах (одиниця вимірювання кутів), її необхідно враховувати під час вимірювання активної потужності, енергії і в схемах релейного захисту.

Допустима похибка трансформатора напруги за напругою у відсотках, за номінальних умов, чисельно дорівнює класу точності (0,2; 0,5; 1; 3). Трансформатор напруги з класом точності 0,2 застосовують як взірцевий, а також для точних вимірювань. Трансформатори призначені для приєднання лічильників, повинні відповідати класу точності 0,5. Для підключення щитових вимірювальних приладів використовують трансформатори класів 1 та 3. Вимоги до трансформаторів напруги для релейного захисту залежать від виду типу захисту. Тут використовують трансформатори класів 0,5; 1; 3.

У процесі вивчення режимів роботи і дослідження похибок будують векторні діаграми (рис. 2.2). У ході побудови прийняті наступні припущення: вектори і зображені повернутими на 180^О. Вектори зі штрихом, а саме , , і зведені до кількості витків первинної обвитки.

Рис. 2.2. Векторна діаграма трансформатора напруги

Похибки залежать від конструкції магнітопроводу, магнітної проникності сталі і від вторинного навантаження.

Для зниження похибок під час виготовлення трансформаторів напруги застосовують осердя з меншим магнітним опором, з пониженим значенням індукції у магнітопроводах, зменшують магнітне розсіювання, зменшують густину струму в обвитках.

Похибку за напругою можна компенсувати шляхом зменшення витків первинної обвитки. Тоді коефіцієнт трансформації стає меншим від номінального, вторинна наруга зростає, вводиться додатна похибка, яка компенсує від’ємну. Кутова похибка компенсується влаштуванням спеціальних компенсуючи обвиток.

Номінальне вторинне навантаження. Вторинне навантаження трансформатора напруги – умовне поняття, а саме: повна потужність зовнішнього вторинного кола (В·А), яку знаходять за допущення, що напруга на вторинних затискачах дорівнює номінальній

,

де – повний опір зовнішнього кола, яке приєднане до вторинних затискачів, Ом.

Номінальна потужність трансформатора напруги – найбільша потужність приладів, що увімкнені до вторинної обвитки, за якої гарантується

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

нормований найвищий клас точності. Збільшення потужності викличе зростання похибки і перехід трансформатора напруги у нижчий клас точності.