Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Рисунок 2.3. Векторная диаграмма трансформатора тока с активно-индуктивной вторичной нагрузкой

Построение начинается с вектора вторичного тока İ ₂, направление которого выбирается произвольно (в нашем случае по оси ординат). Вторичная ЭДС при вторичной активно-индуктивной нагрузке E ₂ = R ₂ I ₂ + jX₂ I ₂ опережает вектор тока İ ₂ на угол ; а ЭДС E ₂ опережает поток Ф ₀ – на угол 90^о.

Ток намагничивания İ ₀, приведенный также к вторичной обмотке,опережает поток на угол потерь в стали . Первичный ток İ ₁ получают путём векторного суммирования векторов токов İ ₂ и İ ₀.

Величина вторичного тока зависит от кратности первичного тока ( - номинальный первичный ток ИТТ) и сопротивления нагрузки .

С увеличением и вторичный ток уменьшается по сравнению со значением İ ₁ из-за увеличения намагничивающего тока İ ₀. Допустимая погрешность трансформации обеспечивается работой ИТТ в режиме, близком к короткому замыканию вторичной обмотки , т.е. с небольшим . При размыкании вторичной обмотки İ ₁ = İ ₀, поток резко возрастает и мгновенные значения ЭДС во вторичной обмотке могут оказаться недопустимо большими, что может вызвать пробой изоляции обмотки и выход из строя ИТТ. Поэтому при протекании тока по первичной обмотке ИТТ вторичную обмотку нельзя размыкать. При необходимости замены измерительного прибора или реле вторичная обмотка ИТТ предварительно накоротко замыкается (или шунтируется обмотка реле, прибора).

При выполнении релейной защиты схемы цепей тока строятся так, чтобы была обеспечена необходимая её чувствительность при использовании наименьшего количества оборудования. По числу фаз, в которые включены используемые в схеме ИТТ, различают: трёхфазные схемы (ИТТ включены в три фазы) и двухфазные (ИТТ включены в две фазы), которые могут использоваться лишь в защитах от многофазных КЗ. Основные схемы соединения обмоток ИТТ приведены на рис. 2.4 (здесь ИО_i – измерительные органы - токовые обмотки реле).

Рисунок 2.4. Схемы соединения обмоток ИТТ (а – схема полной звезды, б – схема соединения с полным треугольником, в - схема соединения ИТТ в фильтр токов нулевой последовательности)

Схема полной звезды – трёхфазная, трёхрелейная (рис. 2.4, а) – может быть использована в защитах от всех видов многофазных и однофазных замыканий.

Соединение ИТТ полным треугольником – трёхфазная, трёхрелейная - (рис. 2.4, б) – может быть использована в защитах от всех видов многофазных и однофазных замыканий.

Соединение ИТТ в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 2.4, в). ИТТ устанавливаются в трёх фазах, одноимённые зажимы соединяются параллельно.

Измерительные трансформаторы напряжения

ИТН выполняют в виде двухобмоточного понижающего трансформатора. Схема подключения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку заземляют. Условное обозначение трансформатора напряжения такое же, как двухобмоточного трансформатора.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Особенностью работы ИТН является режим близкий к холостому ходу его вторичной цепи. Первичная обмотка ИТН с числом витков включается на напряжение сети . В режиме холостого хода под действием напряжения по обмотке протекает намагничивающий ток , создающий в магнитопроводе магнитный поток . Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной и вторичной обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно

и

Откуда получаем следующее отношение:

,

где - коэффициент трансформации ИТН.

В режиме холостого хода ток , а ток в первичной обмотке равен току намагничивания . При этом и напряжение незначительно отличается от ЭДС . Следовательно,

.

Работа ИТН с нагрузкой сопровождается протеканием тока и увеличением (по сравнению с холостым ходом) тока . Появление тока во вторичной обмотке увеличивает первичный ток по сравнению с током холостого хода на величину, пропорциональную вторичному току . Вторичный ток как бы проходит через первичную цепь с соответствующим пересчётным множителем .

Эти токи создают падение напряжения в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего Ú₂ = Ú′₁ - ∆U ( - напряжение первичной обмотки, приведенное к вторичной). Таким образом, вторичное напряжение отличается от приведенного первичного по значению на и по фазе на угол d. Поэтому ИТН имеет две погрешности: погрешность напряжения в %

,

и угловую погрешность, которая определяется углом d между векторами напряжений U ₁ и U ′₂.

На рис. 2.6 показана маркировка зажимов ИТН (а), его Т-образная схема замещения (б).

Рисунок 2.6. Маркировка зажимов ИТН (а) и его Т -образная схема замещения (б)

Построим качественную векторную диаграмму трансформатора (рис.2.7). Построение начинают с векторов напряжения и тока вторичной цепи, соответственно, Ú₂ и İ ₂. Обычно трансформаторы в электроэнергетических установках имеют активно-индуктивную нагрузку; в этом случае вектор тока İ ₂ отстаёт от вектора напряжения Ú₂ на угол , причём .

Рисунок 2.7. Векторная диаграмма линейного трансформатора

Вектор падения напряжения от вторичного тока на активном сопротивлении İ ₂ R ₂ совпадает по фазе с вектором тока, а на индуктивном сопротивлении рассеяния - опережает его на . Суммируя геометрически векторы: Ú₂, İ ₂ R ₂ и получим падение напряжения на ветви намагничивания от тока намагничивания . Ток намагничивания равен геометрической разности первичного и вторичного токов

İ ₀ = İ ₁ - İ ₂

Падение напряжения на ветви намагничивания это ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке ,а ток намагничивания отстаёт от неё на . Суммируя геометрически векторы вторичного тока İ ₂ и тока намагничивания İ ₀ получим вектор первичного тока İ ₁ = İ ₂ + İ ₀.

Падение напряжения от первичного тока на активном сопротивлении İ ₁ R ₁ совпадает по фазе с вектором тока, а на индуктивном сопротивлении рассеяния - опережает его на . Суммируя геометрически векторы: , и получим вектор ЭДС, приложенной к первичной обмотке E ₁.

В зависимости от значения допускаемых погрешностей ИТН подразделяют на три класса точности: 0,5; 1 и 3. Обозначение класса соответствует значению относительной погрешности при номинальном напряжении .

Измерительные органы, в частности реле напряжения, включаются на фазные и междуфазные напряжения. Для этого используются однофазные и трёхфазные ИТН.

Основные схемы соединения обмоток однофазного трёхобмоточного ИТН приведены на рис. 2.8.

Рисунок 2.8. Типовая схема соединения обмоток однофазного трёхобмоточного ИТН

Первичная обмотка соединена в звезду с заземлённой нейтралью. Вторичны обмотки соединены в звезду (верхняя) и разомкнутый треугольник (нижняя).

Для измерения фазных и междуфазных напряжений первичная обмотка соединена в звезду с заземлением нейтрали, которое называется рабочим заземлением.

Для защиты цепей ИТН от замыканий используются предохранители (в цепях ИТТ они недопустимы).

Заземление вторичных обмоток называется защитным.

С повышением напряжения в электроустановках значительно возрастает стоимость изоляции ИТН. Поэтому в установках 500 кВ и выше в качестве ИТН применяются ёмкостные делители напряжения с использованием конденсаторов высокочастотной связи.