Для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжения электрического тока с помощью силовых трансформаторов повышают до сотен тысяч вольт. Поскольку высокие напряжения очень опасны, то для работы электроприборов используют ток после силового понижающего трансформатора. Однако на всей протяженности ЛЭП установлено множество защитных устройств. Для отделения напряжений цепей этих приборов от потенциалов линий электропередач применяют трансформатор напряжения (ТН).
Приборы этого типа часто используются для безопасного способа подключения измерительных приборов. Задача ТН состоит в преобразовании высоковольтных токов линий (свыше 6 кВ) до безопасного уровня. Применение таких трансформаторов удешевляет эксплуатацию энергосистем за счет снижения затрат на изоляцию оборудования, работающего в низковольтных сетях.
Устройство и принцип действия
Конструктивно ТН особо не отличается от других типов преобразующих устройств. Его устройство:
- магнитный сердечник, шихтованный из пластин электротехнической стали;
- первичная катушка;
- одна или две вторичные обмотки;
- защитный кожух (для конструкций уличного типа).
Внешний вид и схематическое изображение изделия смотрите на рис.1. На картинке изображено устройство с одной (основной) вторичной обмоткой. На некоторых моделях есть дополнительная вторичная обмотка, которая может использоваться, например, для подключения приборов измерения.
Рис. 1. Трансформатор напряжения. Строение
Обратите внимание на то, что между выводами первичных обмоток и вторичными катушками отсутствует гальваническая связь. Это главное отличие измерительных трансформаторов от конструкции обычного понижающего трансформатора.
Защитные кожухи изготовляются из разных материалов. В моделях, используемых для обслуживания высоковольтных ЛЭП, применяют диэлектрики, изготовленные из фарфора (рис. 2),
Рис. 2. ТН на 110 кВ
Для охлаждения обмоток таких высоковольтных агрегатов применяют специальные трансформаторные масла.
В сетях средней мощности применяют модели с корпусами на основе эпоксидных смол (рис. 3).
Рис. 3. ТН наружного типа
Трехфазные ТН с нулевыми выводами выполняются на магнитопроводе с пятью стержнями. Такая конструкция защищает обмотки от перегрева, так как при однофазных замыканиях в цепях высоковольтных проводов цепь линий суммарного магнитного потока в самом трансформаторе замыкается по стали сердечника.
Принцип действия также мало отличается от работы силового понижающего трансформатора. Магнитный поток, возникающий в первичной катушке, распространяется по магнитопроводу, вызывая напряжение ЭДС во вторичной обмотке. Величина напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках. Поскольку вторичные обмотки состоят из малого количества витков, то и выходное напряжение небольшое (обычно оно не превышает 100 В).
Принцип работы ТН объясняет схема на рисунке 4.
Рис. 4. Принцип работы трансформатора напряжения
Важной задачей при изготовлении трансформаторов данного типа является выполнение требований по достижению необходимых амплитудных и угловых параметров синусоиды, определяющих соответствующий класс точности: 0,5; 1; 3. В эталонных образцах применяется класс точности 0,2. Для измерительных приборов важно чтобы класс точности был максимально высоким. Чем он выше, тем меньшая погрешность измерения прибора.
Точность параметров преобразованных переменных токов зависит от нагрузки. Чем выше нагрузка вторичной цепи, тем больше погрешность трансформатора напряжения (снижается класс точности). Оптимальные параметры напряжения на выходе трансформатора достигаются при номинальных нагрузках. В этом режиме эффективность преобразования тока возрастает по мере приближения к номинальному коэффициенту трансформации.
Работа ТН эффективна при малых номинальных мощностях во вторичных цепях. Для этих устройств длительное состояние в режиме холостого хода является нормой. Поэтому они эффективно используются в системах защиты линий, которые большую часть времени находятся в режиме ожидания и потребляют мало тока.
Устройство
Трансформатор типа НТМИ 6 (10) кВ применимо для изменения показателей напряжения, учета электроэнергии в сети. Применяются в системах с нейтралью изолированного класса. Пользователи спрашивают при покупке, обязательно ли заземление для представленных конструкций. Паспорт прибора дает четкий ответ. В автоматических сетях обязательна нейтраль и заземление. Схема подключения трансформатора, обслуживание агрегата представлены производителем в инструкции.
Емкость трансформатора является металлической конструкцией. На крышке предусмотрены крюки, позволяющие транспортировать и устанавливать прибор на выделенной территории. Внизу конструкция имеет пробку для масла. Здесь установлен болт заземления. Сверху агрегата находятся выходы ВН, НН. Отверстие для доливки масляного охладителя находится здесь же, закрывается пробкой.
Трансформатор категории НТМИ 10 (6) кВ наделен стальным сердечником. Контур катушек медный.
Разновидности
По конструкции и способам подключения трансформаторы напряжения классифицируются следующим образом:
- двухобмоточный ТН (состоит из первичной катушки и основной вторичной обмотки);
- трехобмоточный (имеет две вторичные обмотки. Одна из них является основной, а другая – дополнительной);
- заземляемый (конструкция однофазных ТН у которых один вывод первичной обмотки уходит на землю.В моделях трехфазных ТН наглухо заземлены все нейтрали);
- незаземляемый;
- тип каскадных трансформаторов (первичную обмотку образуют каскады из секций);
- семейство емкостных трансформаторов, конструкция которых содержит элементы емкостных делителей;
- модели антирезонансных трансформаторов (см. рис. 5).
Рис. 5. Модель антирезонансного ТН
Можно отдельно выделить низковольтные конструкции, которые используются в некоторых электронных устройствах. Данный класс электронных трансформаторов применяют в тех случаях, когда в электронных схемах необходима развязка, отделяющая цепи высоких напряжений от низких.
Монтаж трансформаторов напряжения 6—10 кВ
Трансформаторы напряжения предназначены для питания катушек напряжения электроизмерительных приборов, реле, цепей сигнализации, управления, автоматики. По устройству и принципу действия они напоминают обычные силовые трансформаторы, отличаясь от них небольшой мощностью (например, мощность наиболее распространенного трансформатора НОМ-10 составляет всего 720 В-А). Трансформаторы напряжения различают: по числу фаз — однофазные и трехфазные; по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные; по классу точности — 1 и 3 (в сетях, подстанции и РУ промышленных предприятий) и 0,5 (для учета электроэнергии); по способу охлаждения — с масляным охлаждением и естественным воздушным (сухие); по роду установки — внутренней и наружной. Буквы в условном обозначении трансформаторов напряжения означают следующее: Н — трансформатор напряжения, О — однофазный, М—масляный, С — сухой, К — залитый компаундом (в обозначении НОС К) или с компенсационной обмоткой (в обозначении НТМК), И — пятистержневой, Т — трехфазный (в обозначении НТМИ). Цифры после букв указывают номинальное напряжение обмотки ВН. Выводы первичной обмотки ВН трехфазных трансформаторов маркируют буквами А, В, С, а вторичной НН — а, б, с и цифрой 0. В однофазных трансформаторах выводы имеют соответственно обозначение А —X, а —х. Трансформаторы напряжения понижают до 100 В высокое напряжение, необходимое для питания приборов и цепей вторичных устройств и релейной защиты от замыкания на землю. В распределительных устройствах и подстанциях напряжением 6—10 кВ применяют преимущественно трансформаторы напряжения НОМ-6-10, НТМИ-6-10 или НТМК-6-10. Трансформаторы напряжения на 6—10 кВ других типов по своему устройству, принципу действия и схеме включения в сеть почти не отличаются от перечисленных. Масляный трансформатор напряжения НОМ-6 (и аналогичный ему по конструкции НОМ-10) показан на рис. 1. Он состоит из бака 4, заполненного маслом, магнитопровода, обмоток 9 и выводов на крышке бака в виде проходных изоляторов 1 и 5.
Рис. 1.
Трансформатор напряжения НОМ: а — общий вид, б — выемная часть; 1,5 — проходные изоляторы, 2 — болт заземления, 3 — сливная пробка, 4 — бак, 6 — сердечник, 7 — винтовая пробка, 8 — контакт высоковольтного вывода, 9 — обмотки
Магнитопровод однофазный, броневого типа. Обмотки слоевые, намотанные на цилиндр из электрокартона одна поверх другой. Обмотка ВН состоит из двух последовательно соединенных катушек, имеет два электростатических экрана для защиты от перенапряжения. На крышке смонтированы выводы первичного и вторичного напряжения, расположена пробка для доливки масла. На баке 4 закреплен болт 2 для заземления трансформатора. В трансформаторах напряжения тропического исполнения дополнительно имеется воздухоосушающий фильтр для очистки от влаги и промышленных загрязнений воздуха, поступающего в них при температурных колебаниях масла. Трехфазный трансформатор напряжения НТМИ-10 применяют в сетях напряжением 10 кВ для питания различных приборов и одновременного контроля изоляции. В отличие от других трансформаторов напряжения он имеет три основных стержня и два добавочных. На основных стержнях, находящихся в центре магнитопровода, расположены одна первичная и две вторичные обмотки — основная и дополнительная; на добавочных стержнях обмоток нет, они используются в качестве шунтов. Первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду и нулевая точка выведена наружу, при установке трансформатора она заземляется. К основной вторичной обмотке присоединяют цепи, питания измерительных приборов, а к дополнительной — цепи контроля изоляции сети, реле замыкания на землю и приборы сигнализации. Дополнительная обмотка предназначена для контроля изоляции в первичной сети. При замыкании на землю одной из фаз сети магнитный поток неповрежденных фаз замыкается через крайние стержни, вследствие чего на зажимах дополнительной обмотки появится некоторое напряжение (порядка 100 В) и через обмотки трансформатора и присоединенного к нему реле напряжения пойдет ток, реле сработает и, замкнув контакты цепи сигнализации, даст сигнал о замыкании на землю. Наряду с масляными изготовляют трансформаторы напряжения с литой изоляцией из эпоксидных смол. Они лишены недостатков масляных трансформаторов напряжения: не требуют постоянного надзора и периодической замены масла; не имеют ограничений при монтаже в помещениях с повышенной пожарной опасностью и для передвижных установок; характеризуются меньшей массой и размерами. В качестве примера рассмотрим однофазный трансформатор напряжения НОЛ-11-06 (рис. 
с литой изоляцией, представляющий собой магнитопровод броневого типа, на среднем стержне которого расположены обмотки, пропитанные эпоксидным компаундом. Концы первичной обмотки соединяются с высоковольтными выводами в верхней части трансформатора. Концы вторичных обмоток подведены к контактным зажимам в нижней части. Магнитопровод и обмотки, залитые эпоксидным компаундом, представляют сплошной литой блок.
Рис. 8. Трансформатор напряжения НОЛ-11-06: 1 — литой блок, 2 — контакт высоковольтного вывода, 3 — контакты выводов вторичной обмотки, 4 — болт заземления, 5 — кронштейны
При монтаже трансформаторов напряжения соблюдают следующие требования: при установке на двух угольниках для беспрепятственного доступа к спускному крану передний угольник обращают ребром вниз; маслоспускной кран и указатель уровня масла обращают в сторону коридора обслуживания; в пробках с дыхательными отверстиями удаляют прокладки; изоляционные расстояния (в свету) между головками изоляторов и расстояния между осями фаз выдерживают по чертежам проекта; расстояния между кожухами трансформаторов для обеспечения нормального охлаждения выдерживают не менее 100 мл (в свету); к трехфазным трансформаторам НТМК или НТМИ шины со стороны ВН подводят так, чтобы желтая фаза была присоединена к выводу с пометкой А, зеленая — к выводу В, красная — к выводу С (вывод, имеющий пометку X, заземляют); при однофазных трансформаторах НОМ вывод ВН, имеющий пометку А, присоединяют к любой из трех шин высокого напряжения (если устанавливают три однофазных трансформатора, все выводы, имеющие пометку X, соединяют общей шиной и заземляют); корпуса трехфазных и однофазных трансформаторов напряжения присоединяют к заземляющей магистрали отдельными шинками. Первичные и вторичные обмотки трансформаторов напряжения закорачивают на выводах и надежно заземляют на весь период монтажа. Ревизию трансформаторов напряжения проводят аналогично ревизии трансформаторов тока. При неудовлетворительных результатах измерения обмотки сушат тепло- воздуходувкой при температуре воздуха не выше 90 °С или током. Напряжение, подводимое к первичной обмотке, подбирают так, чтобы замкнутая накоротко цепь вторичной обмотки обтекалась током, составляющим 80—85 % длительно допустимого тока для трансформатора, подвергающегося сушке. Ток во вторичной обмотке контролируют амперметром. При сушке выводы трансформаторов напряжения должны быть замкнуты между собой и заземлены. Трансформаторы напряжения устанавливают в камерах на конструкциях свободно без креплений. Подъем их выполняют вручную за кожух, а не за изоляторы. Вторичную обмотку трансформаторов напряжения присоединяют к проводникам вторичных цепей лишь по окончании всех монтажных работ перед наладочными работами и после удаления монтажного персонала из помещения РУ. Это необходимо для того, чтобы не было случайной подачи на шины РУ высокого напряжения вследствие обратной трансформации.
Рассмотренные вопросы
- Каково устройство трансформаторов напряжения НОМ-10 и НОЛ-11-06?
- Рассмотрены правила монтажа трансформаторов напряжения.
Расшифровка маркировки
Для различения разновидностей моделей к ним применяют буквенную маркировку:
- Н – трансформатор напряжения;
- Т – трехфазная модель;
- О – однофазный ТН;
- С – сухой (воздушное охлаждение);
- М – масляный;
- А – антирезонансные модели;
- К – каскадные устройства;
- Ф – фарфоровый тип корпуса;
- И – пятистержневой трансформатор, содержащий обмотку для контроля изоляции;
- Л – конструкции в литом корпусе;
- ДЕ – емкостные;
- З – заземляемые (первичную катушку необходимо заземлять).
Обозначение
Агрегаты представленного типа обозначаются по установленной системе. Маркировка позволяет определить особенности аппаратуры. Обслуживающий персонал должен видеть табличку с информацией о виде аппаратуры. Расшифровка данных следующая: НТМИ-6(10) – УЗ (ТЗ).
- Н — трансформатор напряжения.
- Т — трехфазный.
- М – охладитель системы масляного типа, циркуляция естественная.
- И – измерительный, предусмотрена дополнительная обмотка типа КИЗ.
- 6(10) – параметры обмотки выводов ВН, кВ.
- УЗ (ТЗ) – разновидность климатического размещения.
Информация наносится на специальную табличку, которая крепится винтами к корпусу трансформатора. Маркировку необходимо разместить в доступном для обозрения месте.
Технические параметры
Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.
Рис. 6. Шильдик трансформатора
Технические параметры трансформаторов:
- величина напряжения на первичном фазном входе;
- напряжение на выводах вторичных фазных обмоток;
- коэффициенты мощности;
- максимальные напряжения короткого замыкания.
К важным сведениям относится параметры номинальной частоты и класс точности для номинального коэффициента трансформации. На некоторых моделях изготовители указывают угловые погрешности и допустимые погрешности напряжений.
Схемы подключения
Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР. Пример такой схемы показан на рис. 7.
Рис. 7. Простая схема подключения трансформатора напряжения
На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды. Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью.
Рис. 8. Еще пример схемы подключения
Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.
Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.
В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.
Схемы подключения трансформатора
Для осуществления максимальной токовой защиты применяются различные схемы подключения трансформаторов тока (ТТ). Какая из схем будет использоваться, зависит от того, где именно применяются ТТ. Так например, в городских сетях может использоваться схема «полной звезды», а в сельских – «неполной звезды». В дифференциальных и других защитах трансформаторы могут включать в треугольник, а реле — в звезду.
Полная звезда
Схема подключения трансформаторов тока «полная звезда» (рис.1), при которой ТТ устанавливают во всех трёх фазах, а нулевые точки вторичных обмоток последовательно соединены одним нулевым проводником. При таком подключении в реле тока (обозначены на рисунке I, II и III) протекают токи равные токам проходящие через первичные обмоток ТТ, делённые на коэффициент трансформации nT. В нулевом же проводе протекает геометрическая сумма всех токов Iн.п., которая в случае равенства этих трёх токов равна нулю.
Коэффициент схемы Ксх, представляющий собой отношение тока в реле к току в фазе, равен 1, поскольку ток в каждом из трёх реле равен току в соответствующей фазе.
Неполная звезда
На рис. 2 показана схема «неполная звезда». Отличием данной схемы от предыдущей является то, что ТТ установлены только на дух фазах из трех. В остальном же схема аналогична: обмотки реле (I и III) и вторичные обмотки ТТ установлены так же, как в полной звезде. В нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов тех двух фаз, к которым подключены трансформаторы.
Также, как и для предыдущей схемы коэффициент Ксх = 1.
Треугольник
На рис. 3 показана схема подключения устройств максимальной токовой защиты в «треугольник». При такой схеме подключения вторичные обмотки ТТ соединены последовательно с противоположными выводами, образуя треугольник. Таким образом, в каждом из реле протекает ток, равный геометрической разнице тока в соответствующей фазе и тока в фазе, следующей за ней:
При этом Ксх = , поскольку ток в каждом из реле в раз больше, чем ток соответствующей фазе.
«Восьмёрка» («неполный треугольник»)
На рис. 4 показано подключение ТТ по схеме «восьмёрка» (неполный треугольник). В данной схеме трансформаторы установлены только в двух фазах, а вторичные обмотки соединены друг с другом противоположными выводами. Ток в реле равен разнице токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы. При такой схеме подключения Ксх = 2.
Последовательное и параллельное включение трансформаторов тока
На рис.5 представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. При таком соединении вторичных обмоток ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации сила тока такая же, как при включении в цепь только одного из трансформаторов, при этом нагрузка распределяется поровну по двум. Такая схема может применяться при использовании трансформаторов малой мощности.
При соединении трансформаторов тока по схеме указанной на рисунке 6 ток в реле равен сумме токов во вторичных обмотках каждого из трансформаторов. Обычно, данная схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.
Применение
Основное применение первичных преобразователей напряжений – подача питания на обмотки измерительных приборов и подключение реле защиты в сетях 380 В и выше. Трансформаторы позволяют расширить диапазоны измерений и изоляцию реле от высоких межфазных потенциалов. Включение выводов первичных обмоток между фазой и землей дает возможность градуировать шкалы приборов с учетом коэффициента трансформации, что позволяет контролировать первичные параметры линий ЛЭП.
Изменение параметров напряжений в первичных цепях влияет на поведение переменных магнитных потоков. Эти возмущения фиксируются вторичными обмотками, которые реагируют изменением амплитуды тока и частоты колебаний. Сигналы поступают на различные защитные устройства, которые автоматически отключают участки линий с КЗ и с другими критичными отклонениями.
Схема подключения ПКУ 3ТТ 3ТН пункт коммерческого учёта
- Главная →
- Статьи →
- Схема подключения ПКУ 3ТТ 3ТН пункт коммерческого учёта
Схема подключения ПКУ 3ТТ 3ТН пункт коммерческого учёта используется чаще всего. Рассмотрим особенности учета электрической энергии в сетях с напряжением 6 и 10 кВ и применяемые схемы подключения такого оборудования. Применение трансформаторов напряжения и тока
Подключение электросчетчиков напрямую в воздушные линии высокого и среднего напряжения не применяется, так как это значительно удорожало бы приборы учета. Для снятия показаний в этих случаях используются группы понижающих трансформаторов напряжения (ТН) и тока (ТТ). Такое подключение счетчиков к сети называют косвенным. Главная проблема такого способа подключения ранее заключалась в том, что из-за малой величины измерительного тока при сниженной нагрузке, учет потребления счетчиками индуктивного типа не выполнялся. В современных моделях электросчетчиков этот недостаток сведен к минимуму. Измерительные трансформаторы являются комбинированными, то есть их дополнительная обмотка используется еще и для собственных нужд пункта учета (питания и обогрева его элементов, контроля изоляции, для релейной (микропроцессорной) защиты и автоматики). Благодаря использованию понижающих трансформаторов и подключению счетчика через испытательную коробку, возможна его «горячая» замена (без снятия напряжения) и техническое обслуживание. Параллельно с этим измерительные трансформаторы защищают счетчик электроэнергии при аварийных ситуациях в сети. Подключение по схеме 3ТТ 3ТН
В этом случае антирезонансные измерительные трансформаторы подключаются к каждой фазе сети. Такая схема подключения ПКУ 3ТТ 3ТН (пункт коммерческого учёта) является универсальной и гарантирует точный учет потребления электроэнергии при любых режимах работы электросети. Устанавливаемая в ПКУ группа современных измерительных трансформаторов отличается устойчивостью к феррорезонансу, а также воздействию перемежающейся дуги, возникающей в случае короткого замыкания фазы сети. Применяемые в высоковольтном модуле трансформаторы тока и напряжения сертифицированы, а классы точности позволяют использовать их в автоматических системах коммерческого учета потребления. Другие схемы подключения
В трехфазных сетях без нулевого провода также может применяться подключение по схеме 2ТТ 3ТН. Подключения счетчика в этом случае выполняется с помощью трех трансформаторов напряжения и двух трансформаторов тока, подключаемых только на две фазы сети. Такой способ подключения неприменим в сетях с глухозаземленной нейтралью. Схема подключения ПКУ 2ТТ 2ТН является самой простой и дешевой в исполнении, но она используется только при симметричной нагрузке в сети.
Подключение счетчика ПКУ согласно выбранной заказчиком схеме выполняется производителем пункта во время его изготовления. С изменением числа измерительных трансформаторов варьируется и стоимость пунктов учета. Так, разница в цене ПКУ со схемой 2ТТ 2ТН и 3ТТ 3ТН составляет где-то 30 тысяч рублей.
