Μετασχηματιστές τάσης οργάνου
Σκοπός και αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή τάσης
Ο μετασχηματιστής τάσης μέτρησης χρησιμοποιείται για τη μείωση της υψηλής τάσης που παρέχεται σε εγκαταστάσεις AC σε μετρητές και ρελέ για προστασία και αυτοματισμό.
Μια απευθείας σύνδεση υψηλής τάσης θα απαιτούσε πολύ δύσκαμπτες συσκευές και ρελέ λόγω της ανάγκης εφαρμογής τους με μόνωση υψηλής τάσης. Η παραγωγή και η χρήση τέτοιου εξοπλισμού είναι πρακτικά αδύνατη, ειδικά σε τάσεις 35 kV και άνω.
Η χρήση μετασχηματιστών τάσης επιτρέπει τη χρήση τυπικών συσκευών μέτρησης για τη μέτρηση της υψηλής τάσης, επεκτείνοντας τα όρια μέτρησής τους. Τα πηνία ρελέ που συνδέονται μέσω μετασχηματιστών τάσης μπορούν επίσης να έχουν τυπικές εκδόσεις.
Επιπλέον, ο μετασχηματιστής τάσης απομονώνει (διαχωρίζει) τις συσκευές μέτρησης και τα ρελέ από την υψηλή τάση, διασφαλίζοντας έτσι την ασφάλεια της υπηρεσίας τους.
Οι μετασχηματιστές τάσης χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις υψηλής τάσης, η ακρίβεια εξαρτάται από τη λειτουργία τους ηλεκτρικές μετρήσεις και τη μέτρηση ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και την αξιοπιστία της προστασίας ρελέ και του αυτοματισμού έκτακτης ανάγκης.
Ο μετασχηματιστής τάσης μέτρησης, σύμφωνα με την αρχή του σχεδιασμού, δεν διαφέρει από μετασχηματιστής υποβάθμισης τροφοδοσίας… Αποτελείται από έναν πυρήνα από χάλυβα που αποτελείται από ηλεκτρικές πλάκες χάλυβα, ένα πρωτεύον τύλιγμα και μία ή δύο δευτερεύουσες περιελίξεις.
Στο σχ. Το σχήμα 1α δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ενός μετασχηματιστή τάσης με μία μόνο δευτερεύουσα περιέλιξη. Μια υψηλή τάση U1 εφαρμόζεται στο πρωτεύον τύλιγμα και μια συσκευή μέτρησης συνδέεται στη δευτερεύουσα τάση U2. Η αρχή της κύριας και δευτερεύουσας περιέλιξης σημειώνεται με τα γράμματα A και a, τα άκρα με X και x. Τέτοιοι χαρακτηρισμοί συνήθως εφαρμόζονται στο σώμα του μετασχηματιστή τάσης δίπλα στους ακροδέκτες των περιελίξεων του.
Ο λόγος της ονομαστικής τάσης του πρωτεύοντος προς την ονομαστική τάση του δευτερεύοντος ονομάζεται ονομαστική τάση. παράγοντα μετασχηματισμού μετασχηματιστής τάσης Kn = U1nom / U2nom
Ρύζι. 1. Σχέδιο και διανυσματικό διάγραμμα του μετασχηματιστή τάσης: α — διάγραμμα, β — διανυσματικό διάγραμμα τάσης, γ — διανυσματικό διάγραμμα τάσης
Όταν ένας μετασχηματιστής τάσης λειτουργεί χωρίς σφάλματα, οι πρωτεύουσες και δευτερεύουσες τάσεις του ταιριάζουν σε φάση και ο λόγος των τιμών τους είναι ίσος με Kn. Με συντελεστή μετασχηματισμού Kn = 1 τάση U2= U1 (Εικ. 1, γ).
Υπόμνημα: H — ένας ακροδέκτης είναι γειωμένος. O — μονοφασικό. T — τριφασικό. K — καταρράκτη ή με πηνίο αντιστάθμισης. F — s εξωτερική μόνωση από πορσελάνη. Μ — λάδι; C — στεγνό (με μόνωση αέρα). E — χωρητική; Το D είναι διαιρέτης.
Οι ακροδέκτες της κύριας περιέλιξης (HV) φέρουν την ένδειξη A, X για μονοφασικούς μετασχηματιστές και A, B, C, N για τριφασικούς μετασχηματιστές. Οι κύριοι ακροδέκτες της δευτερεύουσας περιέλιξης (LV) επισημαίνονται αντίστοιχα με a, x και a, b, c, N, ακροδέκτες της δευτερεύουσας πρόσθετης περιέλιξης — ad techend.
Αρχικά, οι πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις συνδέονται στους ακροδέκτες A, B, C και a, b, c αντίστοιχα. Οι κύριες δευτερεύουσες περιελίξεις συνδέονται συνήθως σε ένα αστέρι (ομάδα σύνδεσης 0), επιπλέον - σύμφωνα με το σχήμα ανοιχτού δέλτα. Όπως γνωρίζετε, κατά την κανονική λειτουργία του δικτύου, η τάση στους ακροδέκτες της πρόσθετης περιέλιξης είναι κοντά στο μηδέν (μη ισορροπημένη τάση Unb = 1 — 3 V) και για σφάλματα γείωσης είναι ίση με το τριπλάσιο της τιμής της τάσης 3UO με μηδενική ακολουθία UO φάση.
Σε ένα δίκτυο με γειωμένο ουδέτερο, η μέγιστη τιμή είναι 3U0 ίση με την τάση φάσης, με απομονωμένη - τριφασική τάση τάσης. Αντίστοιχα, εκτελούνται πρόσθετες περιελίξεις ονομαστικής τάσης Unom = 100 V και 100/3 V.
Η τηλεόραση ονομαστικής τάσης είναι η κύρια περιέλιξη της ονομαστικής τάσης. αυτή η τιμή μπορεί να διαφέρει από την κατηγορία μόνωσης. Η ονομαστική τάση της δευτερεύουσας περιέλιξης θεωρείται ότι είναι 100, 100/3 και 100/3 V. Κανονικά, οι μετασχηματιστές τάσης λειτουργούν σε λειτουργία χωρίς φορτίο.
Μετασχηματιστές τάσης οργάνου με δύο δευτερεύουσες περιελίξεις
Οι μετασχηματιστές τάσης με δύο δευτερεύουσες περιελίξεις, εκτός από μετρητές τροφοδοσίας και ρελέ, έχουν σχεδιαστεί για τη λειτουργία συσκευών σηματοδότησης σφαλμάτων γείωσης σε δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο ή για προστασία από σφάλματα γείωσης σε δίκτυο με γειωμένο ουδέτερο.
Ένα σχηματικό διάγραμμα ενός μετασχηματιστή τάσης με δύο δευτερεύουσες περιελίξεις φαίνεται στο Σχήμα. 2, α. Οι ακροδέκτες της δεύτερης (πρόσθετης) περιέλιξης, που χρησιμοποιούνται για σηματοδότηση ή προστασία σε περίπτωση σφαλμάτων γείωσης, φέρουν τις ετικέτες ad και xd.
Στο σχ. Το 2.6 δείχνει ένα διάγραμμα της συμπερίληψης τριών τέτοιων μετασχηματιστών τάσης σε ένα τριφασικό δίκτυο. Η κύρια και η κύρια δευτερεύουσα περιέλιξη συνδέονται με αστέρι. Ο ουδέτερος του πρωτεύοντος τυλίγματος είναι γειωμένος. Τρεις φάσεις και ουδέτερο μπορούν να εφαρμοστούν σε μετρητές και ρελέ από τις κύριες δευτερεύουσες περιελίξεις. Πρόσθετες δευτερεύουσες περιελίξεις συνδέονται σε ανοιχτό δέλτα. Από αυτές, το άθροισμα των τάσεων φάσης και των τριών φάσεων τροφοδοτείται στις συσκευές σηματοδότησης ή προστασίας.
Στην κανονική λειτουργία του δικτύου στο οποίο είναι συνδεδεμένος ο μετασχηματιστής τάσης, αυτό το διανυσματικό άθροισμα είναι μηδέν. Αυτό φαίνεται από τα διανυσματικά διαγράμματα στο σχ. 2, c, όπου Ua, Vb και Uc είναι τα διανύσματα των τάσεων φάσης που εφαρμόζονται στις πρωτεύουσες περιελίξεις και Uad, Ubd και Ucd — διανύσματα τάσης των πρωτευόντων και δευτερευόντων πρόσθετων περιελίξεων. τάσεις των δευτερευόντων πρόσθετων περιελίξεων, που συμπίπτουν σε κατεύθυνση με τα διανύσματα των αντίστοιχων πρωτευουσών περιελίξεων (όπως στο Σχ. 1, γ).
Ρύζι. 2. Μετασχηματιστής τάσης με δύο δευτερεύουσες περιελίξεις. α — διάγραμμα. β — συμπερίληψη σε τριφασικό κύκλωμα. γ — διανυσματικό διάγραμμα
Το άθροισμα των διανυσμάτων Uad, Ubd και Ucd λαμβάνεται συνδυάζοντάς τα σύμφωνα με το σχήμα σύνδεσης πρόσθετων περιελίξεων, ενώ θεωρείται ότι τα βέλη των διανυσμάτων τόσο των πρωτογενών όσο και των δευτερευουσών τάσεων αντιστοιχούν στην αρχή των περιελίξεων του μετασχηματιστή.
Η προκύπτουσα τάση 3U0 μεταξύ του τέλους της περιέλιξης της φάσης Γ και της αρχής της περιέλιξης της φάσης Α στο διάγραμμα είναι μηδέν.
Υπό πραγματικές συνθήκες, υπάρχει συνήθως μια αμελητέα τάση ανισορροπίας στην έξοδο ενός ανοιχτού δέλτα, που δεν υπερβαίνει το 2 έως 3% της ονομαστικής τάσης. Αυτή η ανισορροπία δημιουργείται από την πάντα παρούσα ελαφρά ασυμμετρία των τάσεων δευτερογενούς φάσης και μια μικρή απόκλιση του σχήματος της καμπύλης τους από το ημιτονοειδές.
Η τάση που εγγυάται την αξιόπιστη λειτουργία των ρελέ που εφαρμόζεται στο ανοιχτό κύκλωμα τριγώνου εμφανίζεται μόνο σε περίπτωση σφαλμάτων γείωσης στην πλευρά της κύριας περιέλιξης του μετασχηματιστή τάσης. Δεδομένου ότι τα σφάλματα γείωσης σχετίζονται με τη διέλευση ρεύματος μέσω του ουδέτερου, η προκύπτουσα τάση στην έξοδο του ανοιχτού δέλτα σύμφωνα με τη μέθοδο των συμμετρικών συνιστωσών ονομάζεται τάση μηδενικής ακολουθίας και συμβολίζεται με 3U0. Σε αυτή τη σημείωση, ο αριθμός 3 υποδεικνύει ότι η τάση σε αυτό το κύκλωμα είναι το άθροισμα τριών φάσεων. Η ονομασία 3U0 αναφέρεται επίσης στο κύκλωμα εξόδου ανοιχτού τριγώνου που εφαρμόζεται στον συναγερμό ή στο ρελέ προστασίας (Εικ. 2.6).
Ρύζι. 3. Διανυσματικά διαγράμματα των τάσεων των πρωτογενών και δευτερευόντων πρόσθετων περιελίξεων με μονοφασικό σφάλμα γείωσης: α — σε δίκτυο με γειωμένο ουδέτερο, β — σε δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο.
Η τάση 3U0 έχει την υψηλότερη τιμή για μονοφασικό σφάλμα γείωσης.Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η μέγιστη τιμή της τάσης 3U0 σε ένα δίκτυο με απομονωμένο ουδέτερο είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι σε ένα δίκτυο με γειωμένο ουδέτερο.
Γενικά σχήματα μεταγωγής μετασχηματιστών τάσης
Το απλούστερο σχέδιο που χρησιμοποιεί ένα μονοφασικός μετασχηματιστής τάσηςφαίνεται στο σχ. 1, a, χρησιμοποιείται κατά την εκκίνηση ντουλαπιών κινητήρα και σε σημεία μεταγωγής 6-10 kV για την ενεργοποίηση του βολτόμετρου και του ρελέ τάσης της συσκευής AVR.
Το σχήμα 4 δείχνει τα διαγράμματα σύνδεσης για μονοφασικούς μετασχηματιστές τάσης μονού τυλίγματος για την τροφοδοσία τριφασικών δευτερευόντων κυκλωμάτων. Μια ομάδα μονοφασικών μετασχηματιστών τριών αστέρων που φαίνεται στο Σχ. 4, α, χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία συσκευών μέτρησης, συσκευών μέτρησης και βολτόμετρων για παρακολούθηση μόνωσης σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις 0,5-10 kV με απομονωμένο ουδέτερο και μη διακλαδισμένο δίκτυο, όπου δεν απαιτείται σηματοδότηση για την εμφάνιση μονοφασικής γείωσης.
Προκειμένου να ανιχνευθεί η «γη» σε αυτά τα βολτόμετρα, πρέπει να δείχνουν το μέγεθος των πρωταρχικών τάσεων μεταξύ των φάσεων και της γης (δείτε το διανυσματικό διάγραμμα στο Σχ. 3.6). Για το σκοπό αυτό, ο ουδέτερος των περιελίξεων HV γειώνεται και τα βολτόμετρα συνδέονται με τις τάσεις δευτερεύουσας φάσης.
Εφόσον στην περίπτωση μονοφασικών σφαλμάτων γείωσης, οι μετασχηματιστές τάσης μπορούν να ενεργοποιηθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ονομαστική τους τάση πρέπει να ταιριάζει με την πρώτη τάση γραμμής προς γραμμή. Ως αποτέλεσμα, σε κανονική λειτουργία, όταν λειτουργεί σε τάση φάσης, η ισχύς κάθε μετασχηματιστή, και επομένως ολόκληρης της ομάδας, μειώνεται κατά √3 μία φορά. Επειδή το κύκλωμα έχει μηδενικές δευτερεύουσες περιελίξεις γειωμένες, τοποθετούνται δευτερεύουσες ασφάλειες και στις τρεις φάσεις .
Ρύζι. 4.Διαγράμματα σύνδεσης μονοφασικών μετασχηματιστών μέτρησης τάσης με μία δευτερεύουσα περιέλιξη: α — κύκλωμα αστέρα-αστέρα για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις 0,5 — 10 kV με απομονωμένο μηδέν, β — ανοιχτό κύκλωμα τριγώνου για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις 0,38 — 10 kV, γ — το ίδιο για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις 6 — 35 kV, d — συμπερίληψη μετασχηματιστών τάσης 6 — 18 kV σύμφωνα με το σχήμα τριγωνικού αστέρα για την τροφοδοσία των συσκευών ARV σύγχρονων μηχανών.
Στο σχ. 4.6 και οι μετασχηματιστές τάσης που έχουν σχεδιαστεί για να τροφοδοτούν συσκευές μέτρησης, μετρητές και ρελέ που συνδέονται με τάση φάσης φάσης συνδέονται σε ανοιχτό κύκλωμα τριγώνου. Αυτό το σχήμα παρέχει συμμετρική τάση μεταξύ των γραμμών Uab, Ubc, U°Ca κατά τη λειτουργία μετασχηματιστών τάσης σε οποιαδήποτε κατηγορία ακρίβειας.
Λειτουργία ανοιχτού κυκλώματος δέλτα πρόκειται για ανεπαρκή χρήση της ισχύος των μετασχηματιστών, επειδή η ισχύς μιας τέτοιας ομάδας δύο μετασχηματιστών είναι μικρότερη από την ισχύ μιας ομάδας τριών μετασχηματιστών που συνδέονται σε ένα πλήρες τρίγωνο όχι κατά 1,5 φορές, αλλά κατά √3 μια φορά.
Το διάγραμμα στο σχ. 4, b χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία κυκλωμάτων μη διακλαδισμένης τάσης ηλεκτρικών εγκαταστάσεων 0,38 -10 kV, γεγονός που επιτρέπει τη γείωση των δευτερευόντων κυκλωμάτων να εγκατασταθεί απευθείας στον μετασχηματιστή τάσης.
Στα δευτερεύοντα κυκλώματα του κυκλώματος που φαίνονται στο σχ. 4, c, αντί για ασφάλειες, τοποθετείται διακόπτης διπλού πόλου, όταν ενεργοποιείται, η επαφή του μπλοκ κλείνει το κύκλωμα σήματος «διακοπή τάσης»... Η γείωση των δευτερευουσών περιελίξεων πραγματοποιείται στη θωράκιση στο φάση Β, η οποία επιπλέον γειώνεται απευθείας στον μετασχηματιστή τάσης μέσω της ασφάλειας αστοχίας.Ο διακόπτης εξασφαλίζει την αποσύνδεση των δευτερευόντων κυκλωμάτων του μετασχηματιστή τάσης με ορατή διακοπή. Αυτό το σχήμα χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις 6 — 35 kV όταν τροφοδοτούνται διακλαδισμένα δευτερεύοντα κυκλώματα από δύο ή περισσότερους μετασχηματιστές τάσης.
Στο σχ. 4, g μετασχηματιστές τάσης συνδέονται σύμφωνα με το κύκλωμα δέλτα — αστέρι, παρέχοντας μια τάση στη δευτερεύουσα γραμμή U = 173 V, η οποία είναι απαραίτητη για την τροφοδοσία συσκευών αυτόματης ελέγχου διέγερσης (ARV) σύγχρονων γεννητριών και αντισταθμιστών. Για να αυξηθεί η αξιοπιστία της λειτουργίας ARV, δεν έχουν τοποθετηθεί ασφάλειες στα δευτερεύοντα κυκλώματα, κάτι που επιτρέπεται PUE για κυκλώματα μη διακλαδισμένης τάσης.
Δείτε επίσης: Διαγράμματα σύνδεσης μετασχηματιστών μέτρησης τάσης