Антирезонансные индуктивные и емкостные трансформаторы напряжения
В электрических сетях с глухозаземленной нейтралью 110 кВ и выше используются как индуктивные, так и емкостные трансформаторы напряжения (ТН). До недавнего времени преимуществом обладали емкостные ТН из-за устойчивости к феррорезонансным явлениям. Однако после внедрения в эксплуатацию антирезонансных индуктивных ТН серии НАМИ 110 – 220 – 330 кВ, выпускаемых Раменским электротехническим заводом, это преимущество нивелировалось и представляется необходимым сравнение других технических характеристик данного оборудования.
Одним из основных показателей качества в последнее время стала стабильность класса точности, необходимая для коммерческого учета электроэнергии. Класс точности желательно иметь не хуже 0,2 при всевозможных изменениях условий эксплуатации.
У индуктивных ТН погрешности определяются в основном соотношением чисел витков обмоток, устанавливаемым раз и навсегда на заводе-изготовителе. Отклонения от номинального коэффициента трансформации у нагруженного трансформатора, вызванные колебаниями температуры окружающей среды, а также напряжения и частоты, проявляется слабо. На изменение погрешности влияет только значение вторичной нагрузки.
Стабилизация погрешности в емкостных ТН – более сложная и трудно выполнимая техническая задача. Дело в том, что помимо понижающего индуктивного трансформатора в электромагнитном устройстве имеется еще предварительная ступень снижения напряжения емкостным делителем. Коэффициент деления последнего определяется отношением емкостей верхнего и нижнего плечей и существенно зависит от температуры конденсаторов (если не применять специальных мер). Конденсаторы данных плечей имеют различные удельные показатели, по-разному нагреваются в процессе работы и могут неодинаково изменять свои емкости при разных температурах. Добиться независимости величины емкостей от температуры в широком диапазоне (от -60 до +45°С) можно только специальными мерами, которые довольно дорогостоящие и предполагают использование импортных материалов.
Емкостные ТН – резонансные аппараты, в которых сопротивление емкостного делителя компенсируется в электромагнитном устройстве индуктивным сопротивлением реактора. Оно настраивается в резонанс на заводе-изготовителе при номинальной частоте 50 Гц. Однако с изменением частоты напряжения резонансная настройка нарушается и появляется дополнительная погрешность, пропорциональная отклонению частоты. Нагрузочная способность ем- костных ТН значительно хуже индуктивных, поэтому предельные мощности и мощности в низших классах точности у предлагаемых на рынке ТН обычно в 1,5 – 2 раза ниже, чем у индуктивных.
Второй показатель качества – правильность передачи информации для релейной защиты (РЗ) в переходных процессах. В этом емкостные ТН также уступают индуктивным. Частота переходных процессов в индуктивных ТН составляет сотни и тысячи Герц, поэтому они затухают в течение десятых долей полупериода промышленной частоты и практически не влияют на работу РЗ. Переходные процессы в емкостных ТН носят затяжной характер и вызваны нелинейными низкочастотными колебаниями разряда емкости делителя через индуктивность намагничивания понижающего трансформатора или реактора.
Различают три вида переходных процессов, характер которых регламентируется специальными разделами ГОСТ 1983-89 (Трансформаторы напряжения. Общие технические условия) и публикацией МЭК 186А (Publication IEC 186 Voltage transformers). По этим стандартам предел остаточного вторичного напряжения при внезапных КЗ в первичной сети не должен превышать 10% в течение одного периода промышленной частоты. Появление столь значительной погрешности в значении вторичного напряжения (10%) может отрицательно сказаться на работе дистанционных защит.
Превышение вторичного напряжения, вызванное феррорезонансом, возникающим при отключении КЗ во вторичной цепи, должно снизится до 10% за время не более 10 периодов промышленной частоты. При этом превышение напряжения в течение процесса подавления феррорезонанса не регламентируется и может, как показывает практика, в 2 раза превышать значение рабочего напряжения. Это необходимо учитывать при настройке защит от повышения напряжения. Последняя должна также отстраиваться от Ложных повышений напряжения (на 50% и более) при включении емкостных трансформаторов толчком под рабочее напряжение. Время затухания этих процессов не регламентируется и исчисляется десятками полупериодов промышленной частоты.
Важный показатель ТН – пожаро- и взрывобезопасность. В этом отношении оба типа ТН примерно равноценны. Их можно заполнять газом, маслом, смесью масла с песком. Внешняя изоляция бывает фарфоровой или полимерной с различной длиной пути утечки. Важно также соотношение стоимости и качества трансформаторов. Для конкретного пользователя это соотношение индивидуально. Однако и здесь можно про- следить основную тенденцию – чем ниже класс напряжения, тем выгоднее использовать индуктивные ТН.
Это происходит потому, что в емкостных трансформаторах всех классов напряжения электромагнитное устройство и нижнее плечо емкостного делителя практически одинаковы. Отличаются только верхние плечи делителя, причем емкостной ток делителя остается неизменным. Правда, с ростом номинальных напряжений увеличивается и высота колонны конденсаторов. При этом ее механическая прочность может оказаться недостаточной. Тогда переходят на конденсаторы с большим диаметром изоляционной покрышки, что несколько удорожает трансформатор в целом. Доля электромагнитного устройства в общей стоимости трансформатора в этом случае еще больше снижается.
В индуктивных ТН напротив, с ростом номинальных напряжений конструкция непропорционально усложняется. Растет число ступеней в каскаде и все труднее обеспечить достаточную мощность в требуемых классах точности. Возникают также трудности с выравниванием импульсных напряжений по ступеням каскада. Поэтому серия антирезонансных трансформаторов напряжения НАМИ ограничивается классом напряжения 330 кВ включительно.
Таким образом, сравнение показывает, что индуктивные антирезонансные ТН серии НАМИ 110 – 220 – 330 кВ производства Раменского электротехнического завода отличаются от емкостных ТН лучшей стабильностью в наивысших классах точности, меньшими погрешностями в переходных процессах, большей нагрузочной способностью и более выгодным соотношением стоимость/качество.
Источник
Трансформаторы напряжения — назначение и принцип действия
Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:
- уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
- защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
- повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
- на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю
Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.
Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.
Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки — а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В — это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) — это магнитопровод ТНа.
Принцип работы ТН
Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.
Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.
Классификация трансформаторов напряжения
ТНы классифицируются по следующим параметрам:
- напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
- напряжение основной вторичной обмотки (100 В — для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 — однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В — однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 — однофазные в сети с изолированной нейтралью
- число фаз (однофазные, трехфазные)
- количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
- класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
- способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
- изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)
На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.
электромагнитные и емкостные
Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.
Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.
А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.
Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.
Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.
Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.
Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.
Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.
Источник
Устройство емкостного трансформатора напряжения
Емкостные трансформаторы напряжения
Типы TEVF , TEVP , TEMF , TEIRF , TEMP ,
TEHMF , TEHMP , TEIMF
Емкостные трансформаторы напряжения
Компания Trench – общепризнанный мировой лидер в области проектирования и производства высоковольтного оборудования, предназначенного для применения в энергосистемах общего пользования и высокомощных промышленных системах. Часть ассортимента продукции нашей компании состоит из ряда измерительных трансформаторов, которые устанавливаются на энергосистемах с напряжением 69-800 кВ. В число измерительных трансформаторов входят: трансформаторы напряжения (как индуктивные, так и ёмкостные); трансформаторы тока и комбинированные измерительные трансформаторы (трансформаторы напряжения и тока в одном).
Емкостные трансформаторы напряжения должны преобразовывать высокое напряжение (уровня высоковольтных ЛЭП) в стандартное низкое напряжение, которое легко поддается измерению и используется для учета, защиты и контроля высоковольтной энергосистемы. В данном случае крайне важно обеспечить точное и надежное преобразование напряжения. Кроме того, емкостные трансформаторы напряжения применяются в качестве разделительных конденсаторов для передачи высокочастотных сигналов на линию передачи.
В данном проспекте подробно описаны возможности и характеристики емкостных трансформаторов напряжения. Пожалуйста, обращайтесь к проспекту Trench E 210 для получения более подробной общей информации о высоковольтных измерительных трансформаторах, а также проспекту Е235.10 – относительно разделительных конденсаторов.
Емкостные трансформаторы напряжения . Тип TEVF 345
- Соответствует всем стандартам точности IEC и ANSI на измерительные и защитные устройства (соответствие другим стандартам возможно под заказ)
- контроль качества согласно стандарта ISO 9001
- Дают возможность связывания сигнала линии связи по линии передачи с сетью
- Большее значение собственной емкости обеспечивает высококачественное связывание сигнала линии связи по линии передачи (ЛСЛП), лучшие переходные характеристики и большую стабильность
- Оптимизированная система изоляции с применением минерального масла или синтетических изолирующих жидкостей, переработанных высокотехнологическими методами
- Стабильная емкость и точность в течение долгого периода времени благодаря новаторской системе зажимов
- Расширение масла, благодаря герметическому н/ж сильфону обеспечивает целостность системы изоляции в течение долгого периода времени
- Пробойник сильфона дает возможность отвода избыточного давления в случае работы в экстремальном режиме, приводящей к частичным разрядам
- В случае применения пробойника изолирующая жидкость стекает по фарфору, образуя на нем масляное пятно, являющееся визуальным индикатором проблемы.
- Особо прочные фарфоровые части обеспечивают как превосходную сейсмостойкость, так и возможность установки крупных линейных заградителей непосредственно на емкостном трансформаторе, что дает экономию расходов на установку
- Не требующее ухода основание из литейного алюминия заполнено маслом
- Превосходные переходные характеристики
- Производитель проводит испытания по стандартам качества, превосходящим международные, в обязательном порядке проводятся импульсные испытания и измерение частичных разрядов
- Не подвержены феррорезонансным колебаниям в сети или отключающем конденсаторе
- Пассивный контур подавления феррорезонанса обеспечивает эффективное демпфирование не снижая переходных характеристик. Это дает возможность более быстрой работы реле и снижает вероятность выхода за пределы зоны 1.
- Емкостные трансформаторы с высоким емкостным сопротивлением, при установке в непосредственной близости от автоматических прерывателей сверхвысокого напряжения, обеспечивают более стабильную работу прерывателя в условиях короткого замыкания или переходного восстанавливающегося напряжения
- Проверенная сейсмостойкость:
- Емкостные изоляторы в фарфоровом корпусе компании Trench прошли самые строгие испытания на вибростенде и выдержали реальные землетрясения в процессе эксплуатации
Емкостные трансформаторы компании Trench состоят из двух основных частей: секций высоковольтного конденсатора и основания, в котором расположены электромагнитные части.
Соединенные последовательно элементы конденсатора, каждый из которых герметичен, заключенные в фарфоровые оболочки, называются секциями конденсатора. Части конденсатора изолированы высококачественным диэлектриком из полипропиленовой пленки и бумаги и залиты переработанной синтетической жидкостью. Каждая секция конденсатора оборудована расширительным бачком из н/ж стали, позволяющим жидкости расширяться и сжиматься в зависимости от температуры окружающего воздуха. В случае, если в секции конденсатора образуется избыточное давление, расширительный бачок следует проколоть пробойником, что приведет к отводу давления и визуальной индикации проблемы.
Именно в этих конденсаторных секциях (1-4 секции на каждый емкостный трансформатор напряжения) будет в основном гаситься высокое напряжение.
Напряжение ответвления (приблизительно 5-12 кВ в зависимости от типа) отводится от нижней секции конденсатора и подается на электромагнитную цепь в основании, выполненном из литейного алюминия. Основание содержит промежуточный трансформатор, который обеспечит конечное напряжение через ряд вторичных обмоток с отводами, реактор последовательной компенсации и схему контроля феррорезонанса. Основание заполнено обезвоженным минеральным маслом, защищающим составные части системы от вредного воздействия окружающей среды.
Простой и эффективный способ контроля феррорезонанса – применение магнитных схем с малой плотностью потока и демпфирующей цепи с насыщением, управляемой реактором, соединенным параллельно со вторичной обмоткой. Схема демпфирования феррорезонанса не снижает переходной характеристики.
Примечание: Внутренние терминалы соединяются между собой на заводе-производителе индивидуально в каждом трансформаторе
Схема типичного емкостного трансформатора напряжения
1. Токоограничивающий реактор
2. Промежуточный трансформатор напряжения
3. фильтр подавления гармоник
5. вторичная контактная колодка
7. заземляющий переключатель потенциалов
8. реактор и блок регулировки зазора
9. катушка утечки, зазор и заземляющий переключатель сигнала
Источник