ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформаторы напряжения (ТН) являются измерительными преобразователями, выполняющими масштабированное понижение первичного напряжения (U) электрической сети, необходимое для работы схем измерения, учёта, защиты и автоматики.

Поскольку понижение (или повышение) значения U осуществляет также любой силовой трансформатор, может возникнуть вопрос — в чём заключаются отличительные особенности работы ТН? Рассмотрим их по пунктам.

Точность преобразования.

Трансформатор напряжения, вторичные цепи которого подключаются к аппаратуре РЗА и измерительным цепям, оказывает влияние на точность результата измерения. ТН наряду с измерительными приборами относится к средствам измерений (СИ).

Это означает, что погрешность ТН, возникающая в процессе трансформации, строго нормируется рамками присвоенного ему класса точности, а сам ТН подвергается регулярной процедуре поверки уполномоченной организацией.

Кроме этого, тип применяемого ТН должен присутствовать в Государственном реестре средств измерений. На практике это выполняется только в случаях, когда речь идёт о коммерческом учёте электроэнергии.

Чаще всего ТН имеет несколько вторичных обмоток различного назначения, класс точности которых отличается. Класс точности обмоток, нагрузкой которых являются цепи измерения, может быть от 0.1 до 3.0, в зависимости от допустимой погрешности измерения. Для питания цепей защиты и автоматики применяются обмотки класса 3Р или 6Р.

Выбор конструкционных решений и материалов, из которых изготавливаются элементы ТН, нацелен на решение именно этой задачи.

Что касается силовых трансформаторных установок, их функция заключается в преобразовании электрической энергии с минимальными потерями, в ходе которого фазовый угол исходной синусоиды U практически всегда изменяется.

Кстати, это является причиной запрета на работу в параллельном режиме линий электропередачи одного класса, приходящих с разных подстанций, так как угол сдвига по фазе у них, как правило, различный.

Режим работы.

Силовой трансформатор может работать как в режиме повышения, так и в режиме понижения, ТН предназначен только для понижения первичных параметров сети, то есть, питающей является обмотка ВН, нагрузка всегда подключается к выводам НН.

Это вытекает из основного назначения ТН, обеспечивающего цепи измерения и защит пониженным значением U.

Мощность.

Этот показатель силовых трансформаторов может исчисляться сотнями мегаватт, предельная же мощность ТН составляет порядка 1кВА. Как видно, величины несопоставимы. Для ТН мощность важна лишь с точки зрения её влияния на точность измерения.

КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Конструктивное исполнение ТН зависит от того, для работы в каких электрических сетях он предназначен, где его предполагается устанавливать и какие приборы будут к нему подключены.

Классификация трансформаторов напряжения может производиться по следующим признакам:

• класс напряжения, на которое рассчитана первичная обмотка;
• однофазное или трёхфазное исполнение;
• величина U вторичного;
• общее число обмоток — двухобмоточные или трёхобмоточные;
• класс точности, значение которого может быть 0.1, 0.2, 0.5, 1, 3, 3Р, 6Р;
• тип изоляции — сухие, литые, маслонаполненные;
место предполагаемого монтажа — наружной либо внутренней установки.

Вторичное значение U в ТН унифицировано, его величина зависит от схемы подключения первичной обмотки. Трёхфазные и однофазные трансформаторы, подключаемые к фазам первичной сети, на выходе выдают 100 вольт. Однофазные ТН, при включении их на фазное напряжение имеют на низкой стороне 100/√3 вольт.

Вид исполнения изоляции и способ охлаждения тепла при изготовлении ТН выбирается так же, как для силовых трансформаторов.

Обмотки и магнитная система маслонаполненного ТН помещены в стальной бак, заполненный трансформаторным маслом. Масло в данном случае играет роль изолятора и осуществляет отвод тепла к стенкам бака и в окружающее пространство.

Чаще всего бак имеет форму цилиндра, на верхнем торце которого установлены фарфоровые изоляторы проходного типа. Изоляторы являются вводами ТН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

К основным техническим параметрам трансформаторов напряжения относятся:

• номинальное значение напряжения электрической сети, для работы в которой предназначен ТН;
• коэффициент трансформации;
• мощность — номинальная величина и её максимально допустимое значение.

Поскольку величина U на низкой стороне трансформатора напряжения любого класса имеет одинаковое значение, числовое значение коэффициента трансформации равно напряжению первичной сети, делённому на 100 или на 100/√3.

Вторичные измерительные приборы обычно имеют шкалу на 100 вольт, которая проградуирована в первичных единицах. Например, при измерении в сети 35 кВ номинальное значение U вольтметра составляет 100 вольт, при этом показания прибора составляют 35 кВ.

В схемах учёта при определении реального значения потреблённой электрической энергии показания счётчика умножаются на коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

При определении фактической мощности нагрузки измерительных трансформаторов обычно пользуются величиной суммарного сопротивления приборов, подключенных к низкой стороне.

Оптимальное значение мощности нагрузки, при которой обеспечивается соответствие основных параметров ТН, лежит в пределах 25% – 100% номинала.