4. Измерительные трансформаторы напряжения: схема замещения, принципы работы, векторная диаграмма, погрешности.

Схема замещения трансформатора напряжения.

Принцип дейстивия.

Переменное напряжение U1 от источника тока подается на одну из обмоток (первичную), преобразованное напряжениеU2 с выводов вторичной обмотки поступает на нагрузку (потребитель Zн).

В основе принципа преобразования напряжения в трансформаторе лежит явление электромагнитной индукции. При подаче напряжения на первичную обмотку протекающий в ее витках переменный ток i1 создает в сердечнике магнитный поток Ф.

З амыкаясь по сердечнику, этот поток индуцирует в первичной и вторичной обмотках переменные ЭДС (w1,w2), величины которых зависят от количества витков первичной (w1) и вторичной (w2) обмоток и скорости изменения этого магнитного потока (dФ/dt).

Векторная диаграмма.

Последовательность построения векторной диаграммы трансформатора напряжения от тока I₂ во вторичной цепи до тока I₁ в первичной цепи трансформатора такая же, как и в трансформаторе тока.

Векторы напряжений U₂ на вторичной обмотке трансформатора и ЭДС Е₂ находят на основании следующих уравнений:

где R и X - эквивалентные активное и реактивное сопротивления приборов во вторичной цепи; R₂ и Х₂ - активное сопротивление вторичной обмотки и его реактивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния.

Вектор первичного напряжения U₁ получен путем сложения повернутого на 180° вектора ЭДС Е₂ с напряжениями на активном сопротивлении R₁ первичной обмотки трансформатора и его реактивном сопротивлении X₁, обусловленном потоком рассеяния

Так как I₁= I₀ – I₂, получаем:

14.3

Из 14.3 следует, что вектор первичного напряжения U₁ не равен вектору вторичного напряжения U₂, несмотря на то что было принято ω₁= ω₂. Отличие напряжений U₁ и U₂, а следовательно, погрешности напряжения γ_U и угловая δ_U зависят от токов I₂ и I₀ и сопротивлений обмоток трансформатора.

Наибольшее влияние на погрешности оказывает нагрузка во вторичной цепи трансформатора.

На рис. 14.14 приведены типичные графики погрешностей трансформатора напряжения с номинальной мощностью 50 В-А в зависимости от мощности во вторичной цепи при разных cos φ₂, т. е. при разном характере нагрузки вторичной цепи. Начиная с некоторого значения мощности, погрешности непрерывно увеличиваются. Во вторичную цепь нужно включать такое количество приборов, чтобы потребляемая ими мощность не превышала номинальной мощности трансформатора, обычно указываемой на его щитке.

Рис. 14. 14. Зависимость погрешностей трансформатора напряжения от нагрузки при разных cos φ₂.

5. Измерительные трансформаторы напряжения: особенности эксплуатации, примеры схем и расчётов.

Особенности работы трансформаторов напряжения регламентируются главой 1.5 Правил устройства электроустановок. Так, нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов, к которым присоединяются счетчики, не должна превышать номинальных значений. Сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25 % номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5 % при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Для обеспечения этого требования допускается применение отдельных кабелей от трансформаторов напряжения до счетчиков. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до счетчиков технического учета должны составлять не более 1,5 % номинального напряжения.

Особенности работы ТН в сетях с изолированной и заземлённой нейтралями

В сетях с заземлённой нейтралью при замыкании на землю напряжение повреждённой фазы около места замыкания уменьшается до нуля, вектор   получается сложением векторов фазных напряжений (сложение фазных векторов, расположенных 120° относительно друг от друга) и следовательно напряжение   возрастает до фазного напряжения.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю все фазные напряжения (относительно нулевой точки) остаются без изменения, но относительно земли фазные напряжения увеличиваются до линейного, при этом трансформируясь во вторичную обмотку (при обязательном заземлении нулевой точки первичной обмотки ТН) они геометрически суммируются, при этом вектора этих напряжений расположены друг относительно друга на 60°, то  , где  ,  — напряжения неповреждённых фаз относительно земли. Поскольку напряжения неповреждённых фаз относительно земли увеличились до  , то  , то есть   возрастает до утроенного значения фазного напряжения относительно нуля.

Исходя из вышеуказанных особенностей у ТН для работы в сетях с заземлённой нейтралью дополнительная обмотка выполняются на 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

а) Схема включения измерительного трансформатора напряжения.

Рис. 2. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Рис. 3. Схема соединение трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду