Трансформаторы напряжения

В принципе трансформатор напряжения – это небольшой силовой трансформатор, работающий в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление его нагрузки (параллельных катушек приборов и реле) большое, а ток, потребляемый ею, невелик. В отличие от силовых трансформаторов у трансформаторов напряжения выбирают меньшую плотность тока в обмотках и меньшую индукцию в магнитопроводе. Это позволяет уменьшить их погрешности.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1.38; первичная обмотка включена на напряжение сети U₁, а ко вторичной обмотке (напряжение U₂) присоединены приборы и реле. Для безопасности обслуживания один вывод вторичной обмотки заземлен.

Рис. 1.38. Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Выводы первичной обмотки маркируют символами А и Х , а выводы вторичной обмотки - символами a и x. На электрических схемах трансформаторы напряжения имеют позиционное обозначение TV.

К основным параметрам трансформаторов напряжения относятся:

U _{I ном} - номинальное напряжение первичной обмотки;

U _{2 ном} - номинальное напряжение вторичной обмотки;

K_U - номинальный коэффициент трансформации;

S_ном - номинальная мощность;

S_max - максимальная мощность;

U - погрешность в напряжении;  - угловая погрешность.

В зависимости от величины погрешности трансформаторов напряжения они разделяются на несколько классов точности и имеют такие области применения:

Класс точности

U, %

 минут

Применение

0,2

0,2

10

Образцовые

0,5

0,5

20

Для счетчиков электроэнергии

1

1,0

40

Щитовые

3

3,0

Не нормируется

Щитовые

Один и тот же трансформатор напряжения в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности и переходить из одного класса в другой при изменении нагрузки относительно его номинальной мощности. Поэтому в каталогах и паспортах на трансформаторы напряжения указываются несколько значений мощности: номинальная мощность в вольт-амперах (для нескольких классов точности), с которой трансформатор напряжения может работать с гарантированной точностью, и предельная мощность, с которой трансформатор напряжения может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность трансформатора напряжения в несколько раз превышает номинальную. Так, у трансформатора напряжения типа НОМ-6 с коэффициентом трансформации 6000/100 для класса точности 1 номинальная мощность составляет 50 В·А, а предельная - 300 В·А.

Номинальные первичные напряжения трансформаторов стандартизованы в соответствии со шкалой номинальных линейных напряжений сетей. Исключение составляют однофазные трансформаторы, предназначенные для включения в звезду с заземленной нейтралью первичной обмотки, для которых в качестве номинальных первичных напряжений приняты фазные напряжения сетей, например 35000/1,73 или 220000/1,73 В.

Номинальные вторичные напряжения основных вторичных обмоток трансформаторов напряжения установлены равными 100 или 100/1,7З В.

Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением: K_U=U_1ном/U_2ном, где U_1ном и U_2ном - номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

U% = (K_U U₂ - U₁)·100 / U₁.

Так же как и в трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180°. Это определяет угловую погрешность. В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы напряжения. Трехфазные применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы напряжения могут быть сухими, масляными и с литой или элегазовой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5 - трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кB). Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, 3HOM-20, 3HOM-35. Внешний вид, а также схемы обмоток трансформаторов напряжения НОМ-35 и 3HOM-35 показаны на рис. 1.39.

Рис. 1.39. Трансформаторы напряжения:

а - HOM-35; б - 3HOM-35

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на U_ф / 2.

Для разновидностей трансформаторов напряжения в технической литературе используются следующие буквенные обозначения:

О - однофазный, Т - трехфазный; С - сухой, М - масляный;

Л - литая изоляция;

Г - газовая изоляция;

И - измерительный;

К – компенсированный;

К - каскадный;

3- заземленный вывод обмотки ВН; Ф - фарфоровый корпус; А – антирезонансный;

Е – емкостный.

В зависимости от конструкции трансформаторы напряжения имеют следующие области применения:

Сухие - до 1 кВ;

Масляные - от 6 до 1150 кВ; С литой изоляцией - от 6 до 24 кВ; Однофазные - на все напряжения; Трехфазные - до 20 кВ;

Каскадные - от 110 до 500 кВ; Элегазовые -110 и 220 кВ; Емкостные - от 110 до 1150 кВ.

Один из трехфазных трансформаторов напряжения показан на рис. 1.40, а два однофазных элегазовых - на рис. 1.41.

Рис. 1.40. Трансформатор напряжения НТМИ-10

Рис. 1.41. Элегазовые трансформаторы напряжения:

а – ЗНГ-110; б - ЗНГ-220