Сопротивление в разомкнутом треугольнике трансформатора напряжения

Схемы защит трансформаторов напряжения от феррорезонанса

Варианты схем, разработанных конструкторами ОАО «СЗТТ» для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса.

Схема защиты от феррорезонанса

Краткое описание и преимущества применения

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы.

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы — это самая распространенная схема защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса, которая применяется в сетях на класс напряжения (6-10) кВ.

Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополнительные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4 А.

Также трехфазные группы выпускаются со встроенным защитным предохранителем, что обеспечивает дополнительную защиту обмоток ВН от сверхтоков при феррорезонансе.

Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн.

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн практически не имеет отличий от предыдущего варианта. Отличие лишь в том, что в дополнительные обмотки соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, включаются устройство СЗТн . Устройство можно применять одновременно с защитным реле и сопротивлением 25 Ом. Параллельное подключение не влияет на защитные функции СЗТн.

Применение устройства СЗТн значительно повышает антирезонансные свойства трехфазной группы.

Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ.04(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через дополнительный трансформатор напряжения нулевой последовательности.

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ.04(П) с заземлением нейтрали через реактор состоит из трех однофазных заземляемых трансформаторов напряжения, соединенных в звезду с выведенной нейтралью, и дополнительного трансформатора напряжения нулевой последовательности (ТНП), который включается между нейтралью звезды и землей. Вывод «Х» ТН, входящих в звезду, рассчитан на полную изоляцию, что позволяет испытывать внутреннюю изоляцию ТН полным уровнем приложенного напряжения промышленной частоты.

ТНП позволяет измерять напряжение нулевой последовательности , а его большое реактивное сопротивление эффективно предотвращает возникновение устойчивого феррорезонанса.

Данная схема для защиты от феррорезонанса является наиболее эффективной, универсальной и может применяться в широком диапазоне ëмкостных параметров сетей, класса напряжения (6-35) кВ.

Антирезонансная трехфазная группа 3хНОЛ(П) на базе однофазных незаземляемых трансформаторов напряжения.

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью разработана трехфазная группа 3хНОЛ-6(10), состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ-6(10) – отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией. Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Внутреннюю

изоляцию трансформаторов можно испытывать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Возможно изготовление трансформаторов с основной и дополнительной вторичной обмоткой. Дополнительная обмотка предназначена для питания цепей собственных нужд и не является измерительной.

Антирезонансная схема с R/C –гасителями.

Антирезонансная схема с R/C – гасителями. В схеме могут быть использованы заземляемые или незаземляемые трансформаторы напряжения. В случае использования заземляемых трансформаторов напряжения, R/C – гасители и трансформаторы напряжения включаются параллельно в сеть, по схеме звезда / звезда. В случае с использованием незаземляемых трансформаторов, R/C – гасители включаются по схеме звезда, трансформаторы напряжения по схеме открытого или полного треугольника.

Схемы с R/C – гасителями применяются, как правило, для защиты трансформаторов напряжения от воздействия перенапряжений, низкого качества электрической энергии и других негативных факторов влияющих на надежность трансформаторов напряжения.

Схема 5 разработана совместно с партнером — ООО «Экспертный центр технологических решений» г. Екатеринбург. Подробная информация по ссылке.

Источник

Защита от повреждений трансформаторов напряжения 6-35 кВ при феррорезонансных процессах

Ежегодно в сетях напряжением 6-35 кВ повреждаются примерно 6-8% трансформаторов напряжения (ТН). Причиной повреждения является длительное протекание по первичной обмотке ТН токов, величина которых значительно превышает максимально допустимую по условию тепловой устойчивости изоляции обмотки. Эти токи возникают при феррорезонансных процессах (ФРП) в контуре, образующемся при определённых режимах сети, когда после угасания дуги через индуктивность обмоток ТН «стекает» ёмкостный заряд.

Насыщение магнитопровода может возникнуть, если энергия, запасённая в емкостях сети, к моменту угасания дуги окажется больше порогового значения электромагнитной энергии, запасённой в индуктивностях ТН.

В [Л1] приведены три причины возникновения ФРП:

1. Величина ёмкости сети Сэкв должна находиться в интервале, определённом пределами изменения индуктивности ТН, т.е.

• Lхх и Lн — индуктивности холостого хода и насыщения, соответственно;
• w — угловая частота напряжения сети.

Приведенные в [Л2] расчёты показали, что для ТН типа ЗНОМ-35 при емкостном токе сети равном 4 А и более на один ТН феррорезонанс не возникает. Однако, в сетях с воздушными линиями, особенно на напряжении 6-10 кВ, емкостный ток может быть меньше.

2. Феррорезонанс возникнет в контуре с резонансными параметрами после скачкообразного понижения напряжения от Uл до Uф при отключении однофазного замыкания (ОЗЗ) на землю. Феррорезонанс в сети с ТН не возникает при номинальной индукции, равной 0,9 Тл. В настоящее время величина индукции выпускаемых ТН составляет 1,5 Тл.

3. Величина энергии, поступающей в феррорезонансный контур при каждом изменении индуктивности ТН, должна быть больше величины потерь в нём. Данный показатель позволяет оценить эффективность включения резистора сопротивлением rвт=25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН, как указано в ПУЭ. Величина сопротивления резистора определена длительно допустимой мощностью ТН, равной 400 ВА при напряжении 100 В.

В соответствии с [Л2] эквивалентная ёмкость сети определяется из выражения:

где: R1 — сопротивление rвт, приведенное к первичной стороне и определяемое из выражения:

— коэффициент трансформации ТН.

В соответствии с ПУЭ rвт= 25 (Ом).

Ёмкости Сэкв соответствует емкостный ток сети, определяемый из выражения:

Для сети напряжением 35 кВ Ic= 0,013 А, что значительно меньше фактических значений Ic. Для сети напряжением 10 кВ Ic= 0,044 А, что также значительно меньше фактических значений Ic.

Таким образом, включение резистора сопротивлением 25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН не имеет практического эффекта, а уменьшение его сопротивления приведёт к недопустимому для ТН увеличению мощности.

Из практики известно, что наступление феррорезонанса происходит, когда емкостной ток на ТН находится в интервале 0,3-4 А, что характерно для воздушных линий напряжением 6 -35 кВ. Поэтому целесообразно включение между фазным проводником и землёй конденсаторной установки необходимой мощности.

Для исключения феррорезонанса в сети 35 кВ необходимо в нейтраль силового трансформатора включить высоковольтный резистор.

В сети 6 — 10 кВ необходимо в обмотку разомкнутого треугольника трансформатора заземления нейтрали включить низковольтный резистор.

Подобное резистивное заземление нейтрали ограничивает также напряжение смещения нейтрали в компенсированных сетях.

В [Л1] доказана эквивалентность схем подключения высоковольтного и низковольтного резистора с точки зрения уровня перенапряжений при ОЗЗ. Результаты моделирования дугового ОЗЗ полностью совпали. Кратность уровня напряжения в обеих схемах не превышала 2-2,5 величины фазного напряжения.

Кроме подавления феррорезонансных процессов, резистор разряжает сеть в случае, когда дуга замыкается один раз за период и, фактически, является выпрямителем, приводящим к перевозбуждению индуктивности сети постоянным током.

Сопротивление резистора выбирается по условию ограничения напряжения при ОЗЗ и обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ.

На распределительных устройствах, подключаемых к питающей подстанции, необходимо применение ТН без заземления нейтрали.

Одной из причин высокой повреждаемости ТН является полное отсутствие их защиты. Применение предохранителей ПКН001 и ПКТ неоправданно, так как их токи срабатывания значительно превышают предельно допустимые токи первичных обмоток ТН, составляющие для ТН 6 кВ — 0,115 А, для ТН 10 кВ — 0,109 А и для ТН 35 кВ — 0,049 А.

При феррорезонансе токи достигают нескольких десятков ампер. Поэтому по рекомендации завода-изготовителя необходимо применение ТН со встроенным предохранительным устройством с током срабатывания не более 0,7 А за время срабатывания не более 20-30 с, например, антирезонансных ТН типа ЗхЗНОЛП напряжением 6 -10 кВ.

1. Для исключения перенапряжений необходимо предусмотреть:

• в сетях 35 кВ — подключение к нейтрали 35 кВ силового трансформатора высоковольтного резистора;
• в сетях 10 кВ — подключение в разомкнутый треугольник трансформаторов заземления нейтрали низковольтного резистора.

2. Для исключения феррорезонанса целесообразно между фазным проводником и землёй подключить конденсаторную установку необходимой мощности на ток не менее 4 А.

3. Для защиты от повреждений необходимо применение антирезонансных ТН со встроенными в ТН предохранительными устройствами, например, типа ЗхЗНОЛП напряжением 6-10 (кВ).

4. На распределительных устройствах, где не требуется контроль изоляции, целесообразно применение ТН без заземления нейтрали.

1. Сивокобыленко В. Ф., Лебедев В. К., Сердюков Р. П. Переходные процессы в электрических сетях с резистивным заземлением нейтрали. Тезисы. Технические науки — Электротехника. – Донецкий национальный технический университет.
2. Халимов Ф. X., Евдокунин Г. А., Таджибаев А. Н. Защита сетей 6 — 10 кВ от перенапряжения. — Санкт-Петербург, 2001

Источник

Схемы соединений и особенности разомкнутого треугольника трансформатора напряжения

Автор: Евгений Живоглядов. Дата публикации: 17 июля 2013. Категория: Статьи.

Следует отличать соединение в разомкнутый треугольник (рисунок 1, а) от соединения в открытый треугольник (рисунок 1, б), называемого иногда V-образным. Рассмотрим на нескольких типичных примерах области их применения.

Рисунок 1. Различие между соединениями в разомкнутый (а) и открытый (б) треугольники. Примеры применения соединений в разомкнутый треугольник: утроитель частоты (в) и фильтр напряжения нулевой последовательности (г).

Схемы соединений трансформаторов напряжения в открытый и разомкнутый треугольник

Схема соединения в открытый треугольник подразумевает, что оборудование подключено между сторонами двух фаз. При этом проводится электрический ток с внешней стороны, с вторичных обмоток числа пропорционально этому показателю. Реле и основная нагрузка пускаются между вторичной сетью, что позволяет получить нужный уровень сопротивления.

Данная схема позволяет подключить разу три источника. Обратить внимание следует на то, что подача организуется линейным способом, и нужно избегать прохождения тока от первого к третьему источнику и наоборот.

Разомкнутый же тип подключения применяются в выпрямительному оборудовании. При помощи соединения типа достигают тока тройной частоты, что при работе со звездой или открытым симметричным невозможно. Применяется вариант, когда три трансформатора с одной фазой подключаются к прибору, который увеличивает пропорционально три частоты работы.

При помощи рассматриваемой фигуры получают нулевую последовательность, то есть в нормальном функционале UP будет равно нулю.

Нейтраль первичной обмотки в обязательном порядке заземляется, а для вторичной выбирают параметры не менее чем в 100 Вольт, если заземление. Для изолированной коэффициент берется 100 к 3 В. Коэффициент троиться, следовательно, вторичные обмотки суммируют коэффициент трансформации также в три раза. Следовательно, для описанного выше примера он состоит 6 тысяч к ста к трем. Пик получается от трансформаторных обмоток внешней поверхности, так как подача ведется через вторичку. Обязательно заземление.

Обратно же возникает риск не для прибора, а для обслуживавшего его персонала. На производстве строго запрещено устанавливать защитную или коммутационную технику между приборами такого типа.

Общие сведения

Трансформаторами напряжения, как правило, называют разновидность трансформаторов, которые предназначены не для передачи мощности, а для гальванического разделения высоковольтной стороны от низковольтной.

Такие трансформаторы предназначены для питания измерительных и управляющих приборов. На «высокой» стороне различных трансформаторов напряжения, естественно, напряжение может быть разным, это и 6000, и 35000 вольт и даже много более, а вот на «низкой» стороне (на вторичной обмотке) оно не превышает 100 вольт.

Это очень удобно для унификации приборов управления. Если делать измерительные приборы и приборы управления, а это в основном реле, на высокое напряжение, то они, во-первых, будут очень большими, а во-вторых, очень опасными в обслуживании.

Коэффициент трансформации указан на самом трансформаторе и может выглядеть как Кu = 6000/100, либо просто 35000/100. Разделив одно число на другое, получим в первом случае этот коэффициент 60, во втором 350.

Данные трансформаторы бывают как «сухие», в которых в качестве изоляции используется электрокартон. Они применяются, обычно, для напряжений до 1000 вольт. Пример НОС-0,5. Где, Н означает напряжение, имеется ввиду трансформатор напряжения, О – однофазный, С – сухой, 0,5 – 500 вольт (0,5кВ). А так же масляные: НТМИ, НОМ, 3НОМ, НТМК, в которых масло играет роль, как изолятора, так и охладителя. И литые, если быть точным, то с литой изоляцией (3НОЛ – трехобмоточный трансформатор напряжения однофазный с литой изоляцией), в которых все обмотки и магнитопровод залиты эпоксидной смолой.

Различие между соединениями

Основное отличие разомкнутого треугольника от открытого состоит в том, что при помощи него возможно получить напряжение нулевой последовательности. В случае же открытого подсоединения значения зажимов вторичек всегда пропорциональны междуфазному.

Но в любом случае для защиты трансформаторов с такой схемой используются автоматы и предохранители. Если происходит обрыв фазы, то происходит короткое замыкание.

Блокировка при помощи автоматов позволит избежать скачка, которое приводит к неисправностям обмотки. Контроль проводится с возможностью измерения.

Схема полной звезды ТТ

В схеме полной звезды (рис. 1, а) в реле проходят вторичные токи измерительных трансформаторов, поэтому коэффициент схемы kcx=1.

Защита может срабатывать при любом виде КЗ. Эта схема применяется обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью, в которых могут возникать не только междуфазные, но и однофазные КЗ, сопровождающиеся протеканием тока в одной фазе. В сетях с изолированной (компенсированной) нейтралью (6-35 кВ) схема, как правило, не применяется, так как в этих сетях могут возникать лишь междуфазные КЗ, для фиксации которых достаточно иметь трансформаторы тока в двух фазах. Схема относительно дорогая, так как требует трех ТТ и трех реле тока.

В каких случаях применяют

Схематичное построение разомкнутого варианта для трансформатора применяется довольно часто на производстве. Дело в том, что благодаря ней можно использовать синхронизацию на силовых тс. Используется для соединения трансформаторов с одной фазой, если нет возможности установить трехфазный. Уберегает механизмы, в том числе и электрические двигатели от подачи на два, если нет напряжения в одной из фаз. Единственно допустимой схемой сборки является в случае, если ротор установлен в расточку статора.

О­со­бен­ности схем под­клю­че­ния наг­ру­зок к ти­рис­торно­му ре­гу­ля­то­ру

Наиболее часто на практике используется четыре схемы подключения нагрузок к тиристорному регулятору: звезда, треугольник, звезда с рабочей нейтралью и разомкнутый треугольник.

Схемы подключения звезда и треугольник приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 Подключение нагрузки к трехфазному тиристорному регулятору по схемам звезда и треугольник

Основное достоинство этих двух схем – простота и минимальное количество силового провода, за счет чего они и получили наиболее широкое распространение. При соединении нагрузки звездой максимальное напряжение на нагрузочном сопротивлении равно фазному напряжению Uф, а при соединении треугольником – линейному Uл. Соответственно, звездой соединяют нагрузку, рассчитанную на напряжение 220 В, а треугольником – 380 В.

Кривая тока, протекающего по фазному проводу изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 Кривая тока в фазах при соединении звездой или треугольником, активная нагрузка

Однако у простоты схемы есть обратная сторона медали – напряжения на нагрузочных сопротивлениях распределяются поровну только при условии строго равенства фазных напряжения (Uа = Ub = Uс) и равенства сопротивлений нагрузок (Ra = Rb = Rc или Rab = Rbc = Rca). Как правило, на практике это условие почти никогда не выполняется и возникает небаланс напряжений: на разных сопротивления нагрузки при полностью включенных тиристорах устанавливаются неравные напряжения, например, на одном сопротивлении 210 В, на другом 215 В, на третьем 230 В.

В большинстве своем эти небалансы невелики: разброс по напряжению невелик и составляет не больше 4-8%, что вполне допустимо. Но иногда при неудачном соотношении параметров – сильном «перекосе» фаз с одновременно неравными сопротивлениями нагрузки — напряжения могут распределиться с большим разбросом, например 190, 220 и 250 В. Это ведет к неравномерному износу ТЭНов и преждевременному выгоранию одного из них.

Довольно часто бывает, что в одной из фаз постоянно выгорает ТЭН неизвестно от чего. Обычно это является следствием выше описанного явления.

В схемах подключения звезда с рабочей нейтралью и разомкнутый треугольник (рисунок 3) это явление проявляется гораздо меньшей степени.

Рисунок 3 Подключение нагрузок по схемам звезда с рабочей нейтралью и разомкнутый треугольник

При подключении нагрузки по схеме звезда с нулем максимальное напряжение на нагрузочном сопротивлении равно фазному напряжению сети, при этом ток каждой фазы определяется лишь напряжением фазы и сопротивлением нагрузочного резистора, включенного в эту фазу, и не зависит напряжений других фаз и от сопротивлений остальных нагрузочных сопротивлений, то есть Ia = Ua / Ra, Ib = Ub / Rb, Ic = Uc / Rc.

Другое важное свойство схемы – возможность выравнивания токов, напряжений и мощностей на нагрузочных сопротивлениях в случае «перекоса» фаз питающей сети. Например, тиристорный регулятор ТРМ-С может автоматически корректировать напряжение на нагрузке таким образом, чтобы на каждом сопротивлении нагрузки выделялась равная мощность. Это способствует продлению срока службы ТЭНов, а также энергосбережению – за счет устранения перекосов по фазам достигается дополнительная экономия электроэнергии 1-3%.

Еще один плюс этой схемы – это меньший уровень излучаемых электромагнитных помех.

Все выше сказанное также верно и для схемы разомкнутого треугольника, с той лишь разницей, что максимальное напряжение на нагрузочных сопротивлениях равно линейному, а ток нагрузки определяется линейным напряжением Iab = Uab / Rab, Ibc = Ubc / Rbc, Ica = Uca / Rca.

Недостатков у схемы звезда с нейтралью два. Первый – это необходимость подключения нулевого провода, что на практике иногда бывает затруднительно. Например, у нагревательного аппарата может быть сделано три вывода для подключения фазных проводов, а общая точка звезды – внутри аппарата и недоступна для подключения. В этом случае реализовать подключение по схемы звезды с нейтралью невозможно.

Второй недостаток – это протекание тока через нейтраль при фазо-импульсном управлении даже при полностью равных сопротивлениях нагрузки и фазных напряжениях, что проиллюстрировано на рисунке 4: в верхней его части изображены кривые токов, протекающие по фазам А, В и С, а внизу – ток в нулевом проводе.

Рисунок 4 Протекание тока через нулевой проводник

При этом величина тока в нулевом проводе может быть в 1,5-2 раза больше чем ток в фазах. Это приводит к необходимости прокладки нулевого проводника увеличенным сечением, что, разумеется, увеличивает и стоимость кабельных линий. Незнание или недооценка же этого явления приводит к постепенному выходу из строя нейтрального провода.

Это иногда вызывает удивление: казалось бы, напряжения фаз равные, сопротивления фаз равные, откуда ток в нуле?! Но объясняется это явление просто. Дело в том, что при фазо-импульсном управлении тиристорами форма тока становится не синусоидальной и поэтому не происходит полной компенсации токов в нулевом проводе, как при питании трехфазной нагрузки синусоидальным током.

Отсюда вывод – чтобы ток в нулевом проводе был минимальный необходимо использовать управление пропуском периодов. В этом случае токи фаз будут синусоидальны, а значит ток в нейтрали будет определятся лишь небалансом напряжений фаз и сопротивлений. Практически, это приводит к тому, что ток в нуле становится не больше 10% от тока фазы.

Напоследок, рассмотрим схему соединения разомкнутый треугольник. У схемы есть замечательное свойство – тиристоры при таком соединении коммутируют не фазные токи, а линейные, которые меньше в 1,73 раза. Например, если ток фазы составляет 650 А, то токи в линейных проводах составляют Iл = 650 / 1,73 = 380 А. По сравнению со схемой соединения обычным треугольником, это дает возможность приобретать тиристорный регулятор на меньший номинальный ток, который соответственно дешевле и меньше в габаритах. Это показано на рисунке 5. В верхней части рисунка нагрузка соединена треугольником, при этом через тиристоры протекают токи 650 А, а значит необходимо приобретение тиристорного регулятора номинальным током не менее 700-800 А. А в нижней части нагрузка соединена разомкнутым треугольником, при этом по фазам протекает такой же ток 650 А, но поскольку тиристоры коммутируют ток 380 А, то достаточно иметь тиристорный регулятор с номинальным током 400-500 А, что в 1,5-2 раза дешевле.

Рисунок 5 Сравнение схем треугольник и разомкнутый треугольник

Жаль, но несмотря на такое преимущество, эта схема не получила большого распространения. Почему? Первое, как и для звезды с нейтралью, для реализации такой схемы подключения должны быть доступны оба конца выводов нагрузок, что опять же не всегда возможно. Например, у трансформатора, первичная обмотка которого соединена треугольником чаще всего выведена только три конца, а вторые три спрятаны внутри. Второе – это увеличенная стоимость кабельного хозяйства – посмотрите внимательно на рисунок 5: при соединении разомкнутым треугольником требуется дополнительный силовой кабель ( «обратный» кабель от нагрузки). Учитывая высокую стоимость кабелей, можно сказать, что такая схема целессобразно лишь при небольшой длине кабельных линий до 20-30 метров при прокладке медным кабелем и до 50-70 метров при прокладке алюминиевым. При большой длине экономия, полученная от приобретения более дешевого регулятора обнуляется за счет более высокой стоимости кабельного хозяйства.

Схема неполной звезды ТТ с реле в обратном проводе

В схеме неполной звезды с реле в обратном проводе (рис. 1, в) через реле 3КА, включенное в обратный провод, проходит сумма вторичных токов фаз А и С или (при междуфазных КЗ) ток фазы В с обратным знаком [Л1, с.42]:

Схема обладает достоинством схемы неполной звезды (использование двух ТТ) и имеет такую же чувствительность при двухфазных КЗ за трансформатором У/Д-11, как и схема полной звезды. Коэффициент схемы kcx = 1.

Схема неполной звезды с реле в обратном проводе или без него нашла широкое распространение в токовых защитах линий напряжением до 35 кВ включительно (т.е. в сетях с изолированной нейтралью).

Источник