Назначение трансформаторов напряжения и их типы.
ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Область применения
Требования данной инструкции по эксплуатации трансформаторов напряжения распространяются на трансформаторы напряжения, установленные на подстанциях электрических сетей такие как: НКФ-110, ЗНОМ-35, НОМ-35, НТМИ-6, НАМИ-10.
Инструкция составлена на основании действующих «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правил устройства электроустановок», Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТН различных типов – ИТЛУ.
Назначение трансформаторов напряжения и их типы.
Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для понижения высокого напряжения до значения, равного 100 В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств.
Для питания защитных устройств применяются трехобмоточные трансформаторы с дополнительной вторичной обмоткой.
Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя пределы измерения; обмотки реле, включаемых через ТН, также могут иметь стандартные исполнения.
Трансформатор напряжения изолирует измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.
ТН применяются в наружных или внутренних электроустановках переменного тока напряжением 0,38 – 110 кВ и номинальной частотой 50 Гц от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.
ТН с двумя вторичными обмотками предназначается не только для питания измерительных приборов и реле, но и для работы в устройстве сигнализации замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.
Трехобмоточные трансформаторы серии ЗНОМ, НОМ и НТМИ, НАМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ – с заземленной нейтралью.
Типовое обозначение трансформаторов напряжения расшифровывается следующим образом:
НКФ – трансформатор напряжения каскадный в фарфоровой покрышке;
НОМ – трансформатор напряжения однофазный масляный;
ЗНОМ – трансформатор напряжения однофазный масляный с заземленным выводом первичной обмотки;
НТМИ – трансформатор напряжения трехфазный масляный с дополнительной вторичной обмоткой (для контроля изоляции сети);
НАМИ – трансформатор напряжения антирезонансный масляный с обмоткой для контроля изоляции;
НТМК – трансформатор напряжения трехфазный масляный с компенсирующей обмоткой для уменьшения угловой погрешности;
Цифровая часть в обозначении трансформаторов напряжения обозначает – класс напряжения.
| Технические данные — Эксплуатация трансформаторов напряжения |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Основные технические данные, конструктивные особенности трансформаторов напряжения. Трансформаторы с номинальным первичным напряжением до 110 кВ изготавливаются в классах точности для основной вторичной обмотки 0,2; 0,5; 1,0 и 3,0. Класс точности вторичной дополнительной обмотки всех трансформаторов 3,0. Номинальные напряжения обмоток, предельные мощности и номинальные мощности для каждого класса точности трансформаторов напряжения приведены в Таблице 1. Трансформаторы с номинальным напряжением вторичной дополнительной обмотки 100:3 В предназначены для работы в сетях с изолированной нейтралью, а с номинальным напряжением 100 В — в сетях с эффективно-заземленной нейтралью. Погрешности трансформаторов в зависимости от классов точности удовлетворяют нормам, приведенным в Таблице 2, при условии, что: 1. частота питающей сети (50±0,5) Гц; 2. первичное напряжение – от 80 до 120% номинального значения; 3. мощность нагрузки обмоток при номинальном напряжении – от 25 до 100% номинального значения; 4. коэффициент мощности активно – индуктивной нагрузки вторичной обмотки, равный 0,8. Таблица 1 – Технические характеристики трансформаторов напряжения.
|
Таблица 2 – Погрешности трансформаторов напряжения.
| Класс точности | Предельные значения | |
| погрешности напряжения, % | угловой погрешности | |
| 0,5 | ± 0,5 | ± 20 |
| 1,0 | ± 1,0 | ± 40 |
| 3,0 | ± 3,0 | не нормируется |
Наибольшее распространение имеют однофазные трансформаторы, выпускаемые на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ. Широко распространены также трехфазные трансформаторы напряжения, которые выпускаются на рабочие напряжения до 18 кВ.
Однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения могут иметь одну или две вторичные обмотки.
К первичной обмотке трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками, включенной на напряжение фаза — земля в нормальном режиме, приложено фазное напряжение. При замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение фаза — земля может возрасти до линейного. Поэтому трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, предназначенные для использования в сети с изолированной нейтралью и имеющие номинальное напряжение, равное фазному напряжению сети, рассчитываются на длительную работу под линейным напряжением.
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, выпускаемые для работы в сети с заземленной нейтралью, должны без повреждений выдерживать в течение 30 с повышение первичного фазного напряжения до 1,5 UФ.НОМ.
Конструктивные размеры и масса трансформаторов напряжения определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами ее выводов высокого напряжения. Это объясняется тем, что при малой мощности трансформатора напряжения, работающего, как правило, в режиме, близком к холостому ходу, объем изоляции высокого напряжения значительно превосходит требуемый по мощности объем меди первичной обмотки. Для обеспечения необходимой механической прочности первичной обмотки приходится завышать и сечение ее провода. Увеличение объема обмотки высокого напряжения против необходимого по мощности, естественно, вызывает и увеличение размеров магнитопровода. В результате размеры и масса трансформатора напряжения, выполненного на более высокое напряжение, всегда больше, чем трансформатора той же конструкции и мощности с меньшим номинальным напряжением первичной обмотки.
Для уменьшения размеров и массы трансформаторов напряжения 110 кВ и выше применяется каскадное (ступенчатое) исполнение их. При этом рабочее напряжение распределяется между каскадами и изоляция каждого из них выполняется на более низкое напряжение. С той же целью на высоком напряжении применяются трансформаторы напряжения на 10—15 кВ, включаемые через емкостный делитель напряжения.
Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком). У трансформаторов напряжения 10—500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло). Имеются также исполнения трансформаторов напряжения на 2—6 кВ с масляной изоляцией и на 6—24 кВ с сухой (литой) изоляцией.
Для уменьшения влияния атмосферных перенапряжений на витки верхних (входных) слоев первичной обмотки они защищаются во всех трансформаторах напряжения 3 кВ и выше электростатическими экранами, соединенными с линейными вводами. Экран выполняется в виде металлической полосы, охватывающей обмотку с небольшим зазором между его краями (во избежание образования короткозамкнутого витка).
Однофазные трансформаторы напряжения. Изоляция первичной обмотки и ее обоих выводов выполняется на полное рабочее напряжение только у трансформаторов с одной вторичной обмоткой, которые могут включаться на междуфазное напряжение. Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, включаемые на напряжение фаза — земля, имеют только один вывод первичной обмотки, рассчитанный на полное рабочее напряжение; второй ее конец выводится через ввод низкого напряжения. Участок первичной обмотки, близкий к заземленному выводу, обычно выполняется с пониженной изоляцией относительно земли и вторичной обмотки.
Трехфазные трансформаторы напряжения. На рис.1 приведена схема трансформатора напряжения (с одной вторичной обмоткой на каждой фазе) с трехстержневым магнитопроводом. Первичные обмотки (выводы А, В, С) соединены в звезду, благодаря чему к каждой из них приложено фазное напряжение. Вторичные обмотки также соединены в звезду, и их начала выведены на зажимы а, Ь, с, а нейтраль — на зажимы 0.
На рис. 2 показана схема трехфазного трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками на каждой фазе. Основные вторичные обмотки соединены в звезду и имеют выводы а, b, с, 0. Дополнительные обмотки всех трех фаз соединены последовательно (как на рис. 5), и цепь 3Uo выведена на зажимы аД, хД. Для обеспечения действия реле сигнализации замыканий на землю, включаемого на напряжение 3U0, нулевая точка первичных обмоток должна быть заземлена.
Трансформаторы с двумя вторичными обмотками выполняются на пятистержневых магнитопроводах (рис. 2). Крайние стержни, свободные от обмоток, предназначены для замыкания магнитного потока несимметрии, пропорционального напряжению 3U0 и возникающего при однофазных замыканиях на землю, когда первичная обмотка одной из фаз закорочена и вследствие этого магнитный поток в ее стержне отсутствует, а магнитные потоки в двух других стержнях возрастают в 
раз.
При применении вместо пятистержневого трехстержневого магнитопровода магнитный поток несимметрии мог бы замыкаться только по воздуху и через кожух трансформатора, т. е. по пути с большим магнитным сопротивлением, что привело бы к значительному возрастанию токов намагничивания неповрежденных фаз и опасному перегреву их первичных обмоток. Поэтому во избежание повреждений трансформаторов с трехстержневыми магнитопроводами заземление нулевой точки их первичных обмоток не допускается. Их первичные и вторичные обмотки выполняются на фазное напряжение; нуль первичной обмотки не выводится. 
Каскадные трансформаторы напряжения. Принцип выполнения поясняется схемой трансформатора, состоящего из двух каскадов (I и II), приведенной на рис. 3. Каждый каскад представляет собой трансформатор с номинальным напряжением, равным половине рабочего напряжения, которое приложено к выводам А и X обмотки ВН. Трансформатор каждого из каскадов размещается в фарфоровом кожухе, залитом трансформаторным маслом, причем кожух первого каскада устанавливается непосредственно на кожухе второго, вследствие чего ввод высокого напряжения А имеет двойную изоляцию относительно земли.
Сердечник первого каскада соединен с концом обмотки ВН, что позволяет выполнить ее изоляцию на половину рабочего напряжения с ослаблением в слоях, ближних к концу.
Вторичная обмотка низкого напряжения с выводами а, х расположена на заземленном сердечнике нижнего второго каскада.
Для распределения вторичной нагрузки, отдаваемой обмоткой НН между трансформаторами нижнего и верхнего каскадов, на каждом из них имеются связующие обмотки Р, соединенные между собой. Для первого каскада обмотка Р является вторичной, а для второго — дополнительной первичной. Благодаря наличию связующих обмоток нагрузка делится между каскадами пополам. Половина нагрузки трансформируется в обмотку НН из обмотки ВН, а вторая половина — из обмотки Р.
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками предназначаются не только для питания измерительных приборов и реле, но и для работы в устройстве сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или защиты от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.
Схема трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками показана на рис. 4. Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд. На рис. 5 приведена схема включения трех таких трансформаторов напряжения в трехфазной сети. Первичные и основные вторичные обмотки соединены в звезду. Нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и реле от основных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них на устройства сигнализации или защиты подается сумма векторов фазных напряжений всех трех фаз. При нормальной работе сети, в которой включен трансформатор напряжения, эта сумма равна нулю. Это видно из векторных диаграмм рис. 6, где UА, UВ и UС — векторы фазных напряжений, приложенных к первичным обмоткам.
В реальных условиях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно малое напряжение небаланса, не превышающее 2—3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и небольшим отклонением формы их кривой от синусоиды. Напряжение, обеспечивающее срабатывание реле, подключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. При этом векторная сумма фазных напряжений не равна нулю и согласно методу симметричных составляющих является утроенным напряжением нулевой последовательности 3U0. Выходные цепи разомкнутого треугольника, подаваемые на реле сигнализации или защиты, также обозначаются 3Uo (рис. 5).
Наибольшее значение напряжение ЗU0 имеет при однофазном замыкании на землю. При этом следует иметь в виду, что максимальное значение напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью значительно больше, чем в сети с заземленной нейтралью.
Если напряжение на дополнительных вторичных обмотках в нормальном трехфазном режиме равно номинальному напряжению этих обмоток, то при возникновении однофазного замыкания на землю максимальное значение 3Uо в сети с заземленной нейтралью будет равно этому номинальному напряжению, а в сети с изолированной нейтралью — в 3 раза больше.
4. Устройство и принцип действия трансформаторов напряжения. Трансформаторы напряжения типа НКФ – 110. Масляный трансформатор напряжения типа НКФ-110 кВ в фарфоровом кожухе выпускается для наружной установки. Он состоит из двух каскадов, выполненных на одном общем магнитопроводе. Обмотка высшего напряжения (ВН) разделена на две одинаковые последовательно соединенные секции, представляющие собой первый и второй каскад. Магнитопровод соединен с серединой обмотки ВН и находится под напряжением, равным половине рабочего напряжения. Благодаря этому изоляция обмотки ВН каждого каскада может быть выполнена на половину рабочего напряжения, что существенно уменьшает размеры и массу ТН по сравнению с ТН обычного (не каскадного) исполнения. Активная часть трансформатора напряжения размещена внутри фарфоровой покрышки, соединенной болтами внизу с плитой стальной подставки сварной конструкции, а вверху – с маслорасширителем. Соединения фарфора покрышки со сталью плиты и расширителя выполнены через уплотняющие прокладки из маслоупорной резины. Покрышка и половина расширителя заполнены трансформаторным маслом. При установке ТН крепится к опорной конструкции болтами, пропускаемыми через монтажные отверстия в раме подставки. Расширитель предназначен для компенсации температурных изменений объема масла трансформатора напряжения. В ТН НКФ-110 кВ расширителем является верхняя часть фарфоровой покрышки. Расширитель трансформатора напряжения имеет указатель уровня масла. Воздухоосушитель – это влагопоглощающий фильтр, предотвращающий свободный доступ воздуха в трансформаторе напряжения. Верхняя часть стеклянного цилиндра воздухоосушителя заполнена силикагелем – индикатором, который при насыщении влагой меняет свою окраску. Через масловыпускной патрубок цоколя производится слив и отбор проб масла. Трансформаторы напряжения типа ЗНОМ-35, НОМ-35. Конструкция трансформаторов напряжения типа ЗНОМ-35, НОМ-35 аналогична НКФ-110. Выводные концы НН трансформаторов типа ЗНОМ-35, НОМ-35 выведены на доски зажимов, расположенные в коробках, на боковых стенках бака и закрыты козырьком. ТН типов ЗНОМ-35-66, НОМ-35-66 имеют маслорасширители, установленные на вводах ВН. Эти трансформаторы герметичны, т. е. «дыхания» не имеют. У трансформаторов напряжения остальных типов маслорасширитель отсутствует, уровень масла у них находится ниже крышки на 20 – 30 мм. Трансформаторы напряжения типа НТМИ-6. Масляный трансформатор напряжения для внутренней установки выпускается для использования в сети с изолированной нейтралью. Имеет две вторичные обмотки. Одна соединена в звезду с выведенным нулем, а вторая (дополнительная) – в разомкнутый треугольник (для осуществления контроля изоляции). Трансформатор НТМИ-6 состоит из трех однофазных трансформаторов (активная часть), помещенных в один общий бак, залитый маслом. Магнитопроводы трансформаторов – однофазные, броневого типа. Обмотки слоевые, намотанные на цилиндр из электрокартона одна поверх другой. Обмотки первичного (ВН) напряжения имеют электростатический экран для защиты от перенапряжений. На крышке трансформатора смонтированы вводы первичного и вторичного напряжения, размещена пробка для доливки трансформаторного масла. На баке трансформатора имеется пробка для взятия пробы и спуска масла, болты для заземления. Трансформаторы типа НТМИ-6 являются понижающим и рассчитан таким образом, чтобы при номинальном первичном напряжении, напряжение основной вторичной обмотки составляло 100 В с погрешностью, соответствующей классу точности. При замыкании одной из фаз первичного напряжения на землю на дополнительной вторичной обмотке возникает напряжение 100 В ± 10 %, при котором срабатывает защита и сигнализация. Трансформаторы напряжения типа НАМИ-10. ТН типа НАМИ изготавливаются на номинальное напряжение первичных обмоток 6 и 10 кВ и основных вторичных обмоток 100 В. Трансформатор обеспечивает измерение трех линейных, трехфазных напряжений и напряжений нулевой последовательности. Трансформатор НАМИ благодаря антирезонансным свойствам имеет повышенную надежность и устойчив к перемежающимся дуговым замыканиям на землю. Трансформатор состоит из двух трехобмоточных трансформаторов, первичные обмотки одного включаются на линейное напряжение, а с другого – на фазное напряжение, размещаемых в одном блоке.  Схема соединения ТН приведена на рис. 7, она эквивалентна схеме трехфазного трансформатора  /  / Δ. Напряжение на выводах аД, хД разомкнутого треугольника дополнительных вторичных обмоток не превышает 3 В при активно – индуктивной нагрузке 30 ВА и симметричном номинальном первичном фазном напряжении. Этот небаланс создается всегда имеющейся незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений. Напряжение на выводах аД, хД разомкнутого треугольника дополнительных вторичных обмоток – от 90 до 110 В при изменении активно – индуктивной нагрузки от 0 до 30 ВА при номинальном первичном напряжении и при металлическом замыкании одной из фаз сети на землю. Трансформатор выдерживает однофазное металлическое замыкание на землю без ограничения длительности, а дуговые замыкания – в течении 6 часов. Напряжение, обеспечивающее срабатывание реле, подключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Выходные цепи разомкнутого треугольника, подаваемые на реле сигнализации или защиты обозначаются 3U0. Трансформаторы напряжения типа НТМК-6(10). Магнитопровод трансформатора типа НТМК-10 трехстержневой. На каждом стержне помещены обмотки ВН и НН одной из фаз. Схема соединения обмоток — звезда — звезда с выведенной нулевой точкой. В трансформаторе типа НТМК-10 применена коррекция угловой погрешности, которая осуществлена путем включения последовательно с обмотками ВН компенсационных обмоток, расположенных на стержнях других фаз. На рис. 8 показана схема включения основных и компенсационных обмоток ВН. Эта схема обеспечивает коррекцию положительной угловой погрешности. Компенсационные обмотки имеют примерно в 250 раз меньше витков, чем основные обмотки ВН А—X, В—Y, С—Z. Соответственно магнитными потоками стержней фаз А, В, С в них наводятся ЭДС приблизительно в 250 раз меньше, чем в основных обмотках. Соотношение напряжений основных и компенсационных обмоток при работе трансформатора можно считать таким же.  Следует иметь в виду, что для обеспечения правильной коррекции угловой погрешности необходимо при включении трансформатора соблюдать порядок чередования фаз, указанный на обозначениях его вводов ВН. Если порядок чередования фаз не соблюдается, компенсационные обмотки будут не уменьшать, а увеличивать угловую погрешность. Так, если в схеме рис. 8 поменять местами фазы В и С, то последовательно с основной обмоткой ВН фазы А окажется включенной компенсационная обмотка фазы С, а не В, что приведет к увеличению положительной угловой погрешности трансформа напряжения. В трансформаторе напряжения типа НТМК конструктивно не предусмотрена обмотка разомкнутого треугольника, так как он предназначен только для учета электроэнергии. Существующие схемы релейной защиты не дают возможность вести контроль изоляции сети 6-10 кВ с применением данного типа ТН. | |||||||||
Техобслуживание — Эксплуатация трансформаторов напряжения 5. Эксплуатация и техническое обслуживание трансформаторов напряжения. Эксплуатацию и техническое обслуживание ТН производить в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей» и в соответствии с требованиями данной инструкции. Необходимо периодически проверять состояние голубой окраски силикагеля – индикатора в воздухоосушителе, отсутствие течей масла и чистоту изоляции. При насыщении влагой окраска силикагеля становится розовой. Восстановление силикагеля – индикатора до приобретения голубой окраски производится одним из следующих способов: 1. путем продувки воздухоосушителя сухим воздухом при температуре 120°С , но не более 1300 С; 2. путем прокаливания силикагеля при температуре 100 – 120°С в течение 15 – 20 часов. При снижении пробивного напряжения масла ниже минимальных допустимых значений необходимо его заменить. Пробивное напряжение заливаемого масла и тангенс угла диэлектрических потерь должны соответствовать значениям, указанным в паспортах трансформаторов напряжения. По окончании монтажа трансформатора напряжения производится проверка их исправности, правильность установки и схемы включения. Одновременно проверяются все элементы вторичных цепей напряжения и правильность сборки схемы этих цепей. По результатам этих проверок оценивается допустимость включения ТН в работу и производится их приемка в эксплуатацию. Для проверки исправности ТН измеряется сопротивление изоляции его обмоток, испытывается повышенным напряжением электрическая прочность изоляции обмоток ВН и НН; измеряется ток холостого хода со стороны вторичной обмотки; у маслонаполненных трансформаторов напряжения производится проверка электрической прочности и химический анализ масла. Уровень масла в трансформаторах напряжения 35 кВ и выше необходимо поддерживать в пределах шкалы масло указателя для максимальной и минимальной температуры окружающего воздуха. Уровень масла в баке ТН типов НТМИ-6 (10), НТМК-6 (10), НОМ-6 (10) должен быть на 15-30 мм ниже крышки. Уровень масла в баке трансформатора напряжения типа НАМИ-6 (10) должен быть на 10-20 мм ниже крышки. В случае если уровень масла отличается от вышеуказанного, масло необходимо отлить или долить. Отбор проб масла из ТН выше 20 кВ для проверки электрической прочности и химического анализа производится с периодичностью, установленной согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ). В соответствии с ГКД 34.20.302-2002 «Нормы испытания электрооборудования» из герметичных измерительных трансформаторов с объемом масла до 30 кг (ТН до 20 кВ) пробы масла не отбираются. При эксплуатации не допускается включать трансформатор напряжения, предназначенный для работы в линии с эффективно-заземленной нейтралью, в линию с изолированной нейтралью. При оперативных и автоматических переключениях не допускается выделение участков сети с ТН без эффективно-заземленной нейтрали, если ТН предназначен для работы в сети с эффективно-заземленной нейтралью. Оперативные и автоматические переключения не должны допускать появления феррорезонансных явлений на участке с трансформатором напряжения. 6. Характерные неисправности трансформаторов напряжения и методы их устранения. Таблица №3.
Меры безопасности. При обслуживании и эксплуатации трансформаторов напряжения необходимо соблюдать «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок» и «Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий». Источник Adblockdetector |