Измерительные трансформаторы

1. Цель работы

Изучение типов измерительных трансформаторов и их конструкцию

2. Программа работы

1. Изучить типы трансформаторов тока и их конструкцию

2. Изучить типы трансформаторов напряжения и их конструкцию

3. Краткие теоретические сведения

Трансформаторы тока

Общие сведения. Трансформаторы тока применяются в схемах измере­ний и учета электрической энергии. Они являются также элементами уст­ройств релейной защиты и автоматики. Через них релейные схемы получают информацию о состоянии электричес­ких цепей высокого напряжения.

При помощи трансформаторов то­ка первичный ток уменьшают до зна­чений, наиболее удобных для питания измерительных приборов и реле. Вто­ричные токи принимают равными 1 или 5 А.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в рассечку фазы электрической цепи. От первичной об­мотки, находящейся под высоким на­пряжением, вторичная обмотка надеж­но изолируется, что гарантирует без­опасное обслуживание вторичных це­пей и подключенных к ним приборов и реле.

Токовые цепи нагрузки подключа­ются к зажимам вторичных обмоток трансформаторов тока последователь­но. Но даже при последовательном соединении сопротивление вторичной нагрузки невелико. Поэтому считают, что рабочий режим трансформаторов тока близок к режиму короткого за­мыкания. Размыкание вторичной об­мотки приводит к исчезновению раз­магничивающего действия вторичного тока, и тогда весь первичный ток становится током намагничивания. В этом режиме резко возрастает магнитная ин­дукция в стали магнитопровода, во много раз увеличиваются активные по­тери в стали, что приводит к ее перегре­ву, обгоранию изоляции обмотки и, в конечном счете, к повреждению транс­форматора тока.

Кроме того, большой магнитный поток наводит во вторичной обмотке значительную ЭДС, которая может достигнуть десятков киловольт, что представляет опасность, как для обслу­живающего персонала, так и для изоля­ции вторичных цепей. В связи с указан­ным вторичные обмотки трансформато­ров тока должны быть всегда замкну­ты на реле, приборы или закорочены на испытательных зажимах. При не­обходимости замены реле или прибо­ра предварительно должна устанавливаться шунтирующая их перемычка. Переносные измерительные приборы подключаются к вторичным цепям работающих трансформаторов тока спомощью разъемных испытательных зажимов или испытательных блоков позволяющих производить включение и отключение приборов без разрыва вторичной цепи.

Основной мерой безопасного про­изводства работ во вторичных токо­вых цепях в случае повреждения изоля­ции и попадания на вторичную цепь высокого напряжения является за­земление одного из концов каждой вторичной обмотки трансформатора то­ка. Такое заземление обычно произ­водится на месте их установки.

В сложных схемах релей­ной защиты (например, в схеме токовой дифференциальной защиты шин) заземление допуска­ется производить только в одной точке схемы (на панели защиты).

Особенности конструкции.Транс­форматоры тока выпускаются для на­ружной установки, для внутренней ус­тановки, встроенные в проходные вво­ды силовых трансформаторов и бако­вых выключателей, накладные - наде­вающиеся сверху на вводы силовых трансформаторов.

У встроенных и накладных транс­форматоров тока первичной обмот­кой служит токоведущий стержень ввода.

В зависимости от рода установки и класса рабочего напряжения первич­ной обмотки трансформаторы тока вы­полняются с литой эпоксидной изоля­цией, с бумажно-масляной изоляцией, с воздушной изоляцией.

Трансформаторы тока с фарфоровой изоляцией (серии ТПФ) за последние годы вытесняются из эксплуатации трансформаторами тока с литой эпоксидной изоляцией. Фарфоровые корпуса трансформаторов тока с бу­мажно-масляной изоляцией серий ТФН (новое обозначение серии ТФЗМ), ТРН(ТФРМ) заполняются маслом. Сверху на фарфоровом корпусе устанавливает­ся металлический маслорасширитель, воспринимающий температурные коле­бания объема масла. Внутренняя по­лость маслорасширителя сообщается с атмосферой через силикагелевый воздухоосушитель.

При рабочем напряжении 330 кВ и выше трансформаторы тока изготовляются в виде двух ступеней (двух каскадов), что позволяет выполнять изоляцию каждой ступени на полови­ну фазного напряжения.

Обслуживание трансформаторов то­ка заключается в надзоре за ними и выявлении видимых неисправностей, при этом контролируется нагрузка пер­вичной цепи и устанавливается, нет ли перегрузки. Перегрузка трансформато­ров тока по току первичной обмотки допускается до 20 %.

Очень важно следить за нагревом и состоянием контактов, через которые проходит первичный ток. На практике были случаи нагрева контактных шпи­лек у маслонаполненных трансформато­ров тока. И если при этом на сильно нагретый контакт попадало масло, то оно воспламенялось, и возникал по­жар.

При осмотре обращают внимание на отсутствие признаков внешних по­вреждений (обгорание контактов, тре­щин в фарфоре), так как трансформа­торы тока подвержены термическим и динамическим воздействиям при про­хождении через них сквозных токов короткого замыкания.

Важное значение имеет состояние внешней изоляции трансформаторов тока. Более 50 % случаев повреждений трансформаторов тока с литой изоля­цией происходит в результате перекры­тий по загрязненной и увлажненной по­верхности изоляторов при воздействии коммутационных и грозовых перена­пряжений.

У маслонаполненных трансформа­торов тока проверяют уровень мас­ла по маслоуказателю, отсутствие подтеков масла, цвет силикагеля в воздухоосушителе (силикагель с зер­нами розовой окраски должен за­меняться).

При обнаружении дефектов токоведущих частей и изоляции транс­форматор тока вместе с присоеди­нением, на котором установлен, дол­жен быть выведен в ремонт, подвер­гнут тщательному осмотру и испы­танию.

Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи

Общие сведения. Трансформаторы напряжения служат для преобразова­ния высокого напряжения в низкое стандартных значений (100, 100/ , 100/3 В), используемое для питания измерительных приборов и различных реле управления, защиты и автомати­ки. Они, так же как и трансформато­ры тока, изолируют (отделяют) изме­рительные приборы и реле от высоко­го напряжения, обеспечивая безопас­ность их обслуживания.

По принципу устройства, схеме включения и особенностям работы электромагнитные транс­форматоры напряжения мало, чем отли­чаются от силовых трансформаторов. Однако по сравнению с последними мощность их не превышает десятков или сотен вольт-ампер. При малой мощ­ности режим работы трансформато­ров напряжения приближается к режи­му холостого хода. Размыкание вторич­ной обмотки трансформатора напряже­ния не приводит к опасным последст­виям.

На напряжении до 35 кВ трансфор­маторы напряжения, как правило, включаются через предохранители для того, чтобы при повреждении трансформатора напряжения он не стал причи­ной развития аварии. На напряжении 110 кВ и выше предохранители не устанавливаются, так как согласно имеющимся данным повреждения та­ких трансформаторов напряжения про­исходят редко.

Включение и отключение трансфор­маторов напряжения производятся разъединителями.

Для защиты трансформатора напря­жения от тока короткого замыкания во вторичных цепях устанавливают съемные трубчатые предохранители или автоматические выключатели максимального тока. Предохранители устанавливают в том случае, если трансфор­матор напряжения не питает быстро! действующих защит, так как эти защи­ты могут ложно подействовать при недостаточно быстром перегорании плав­кой вставки. Установка же автоматических выключателей обеспечивает эф­фективное срабатывание специальных блокировок, выводящих из действия отдельные виды защит при обрыве цепей напряжения.

Для безопасного обслуживания вто­ричных цепей в случае пробоя изоля­ции и попадания высокого напряже­ния на вторичную обмотку один из за­жимов вторичной обмотки или нуле­вая точка присоединяется к заземле­нию. В схемах соединения вторичных обмоток в звезду чаще заземляется не нулевая точка, а начало обмотки фа­зы b. Это объясняется стремлением сократить на 1/3 число переключаю­щих контактов во вторичных цепях, так как заземленная фаза может пода­ваться на реле помимо рубильников и вспомогательных контактов разъеди­нителей.

При использовании трансформаторов напряжения для питания оперативных цепей переменного тока допускается заземление нулевой точки вторичных обмоток через пробивной предохрани­тель, что вызывается необходимостью повышения уровня изоляции оператив­ных цепей.

На время производства работ не­посредственно на трансформаторе напряжения и его ошиновке правилами безопасности предписывается создании видимого разрыва не только со стороны ВН, но также и со стороны вторичных цепей, чтобы избежать появления напряжения на первичной обмотке за счет обратной трансформации напряже­ния от вторичных цепей, питающихся от какого-либо другого трансформа­тора напряжения. Для этого во вторич­ных цепях трансформатора напряжения устанавливаются рубильники или ис­пользуются съемные предохранители. Отключение автоматических выключа­телей, а также разрыв вторичных це­пей вспомогательными контактами разъединителей не обеспечивают види­мого разрыва цепи и поэтому считают­ся недостаточными.

Особенности конструкции.На под­станциях находят применение как однофазные, так и трехфазные двух- и трехобмоточные трансформаторы напря­жения. Это главным образом масляные трансформаторы напряжения, магнито-проводы и обмотки которых погру­жены в масло. Масляное заполнение бака или фарфорового корпуса предох­раняет от увлажнения и изолирует обмотки от заземленных конструк­ций. Оно играет также роль охлаждаю­щей среды.

В закрытых распределительных уст­ройствах до 35 кВ успешно используют­ся трансформаторы напряжения с литой эпоксидной изоляцией. Они обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с маслонаполненными при установке в комплектных распредели­тельных устройствах.

Рис. 4.1.Схемы трансформаторов напряжения типов НКФ-110 (д), НКФ-220 (б):

ВН - первичная обмотка; НН - вторичные обмотки; Я - выравнивающие обмотки; Р - свя­зующие обмотки; М — магнитопровод; U_ф — фазное напряжение

На подстанциях 110—500 кВ приме­няются каскадные трансформаторы напряжения серии НКФ. В каскадном трансформаторе напряжения обмотка ВН делится на части, размещаемые на разных стержнях одного или несколь­ких магнитопроводов, что облегчает ее изоляцию. Так, у трансформатора напряжения типа НКФ-110 обмотка ВН разделена на две части (ступени), каждая из которых размещается на противоположных стержнях двухстержневого магнитопровода (рис. 4.1,а). Магнитопровод соединен с серединой обмотки ВН и находится по отношению к земле под потенциалом U_ф/2, благо­даря чему обмотка ВН изолируется от магнитопровода только на U_ф/2, что существенно уменьшает размеры и мас­су трансформатора.

Ступенчатое исполнение усложняет конструкцию трансформатора. Появляется необходимость в дополнительных обмотках. Показанная на рис. 4.1 выравнивающая обмотка П предназначе­на для равномерного распределения мощности, потребляемой вторичны­ми обмотками, по обеим ступеням.

Каскадные трансформаторы напря­жения на 220 кВ и выше имеют два и более магнитопровода (рис. 4.1,б). Число магнитопроводов обычно вдвое меньше числа ступеней каскада. Для передачи мощности с обмоток одного магнитопровода на обмотки другого служат связующие обмотки Р. Вторич­ные обмотки у трансформаторов напря­жения серии НКФ располагаются вбли­зи заземляемого конца X обмотки ВН, имеющего наименьший потенциал относительно земли.

Наряду с обычными электромагнит­ными трансформаторами напряжения для питания измерительных приборов и релейной защиты применяют емкостные делители напря­жения.

Рис. 4.2.Схема включения емкостного делителя на­пряжения типа НДЕ-500

Они получили распростра­нение на линиях электропередачи напряжением 500 кВ и выше. Принципиальная схема емкостного делителя напряжения типа НДЕ-500 приведена на рис 4.2. Напряжение между конденсаторами распределяется обратно пропорционально емкостям U₁/U₂ = C₂/C₁ где С\ и С₂ — емкости конденсаторов; U₁ и U₂ — напряжения на них. Подбором емкостей добиваются получения на нижнем конденсаторе С₂ некоторой требуемой доли общего напряжения U_фЕсли теперь к конденсатору С₂ подключить понижающий трансформатор Т, то он будет выполнять те же функции, что и обычный трансформатор напряжения.

Емкостный делитель напряжения типа НДЕ-500 состоит из трех конденсаторов связи типа СМР-166/ и одного конденсатора отбора мощности типа ОМР-15-0,017. Первичная обмотка трансформатора Т рассчитана на напряжение 15 кВ. Она имеет восемь ответвлений для регулирования напряжения. Заградитель L препятствует ответвлению токов высокой частоты в трансформатор Т во время работы высокочастотной связи, аппаратура которой подключается к конденсаторам через фильтр присоединения ФП. Реактор LR улучшает электрические свой­ства схемы при увеличении нагрузки. Балластный фильтр или резистор R служит для гашения феррорезонансных колебаний во вторичной цепи при вне­запном отключении нагрузки.

4. Порядок выполнения работы

1. Рассмотреть особенности работы трансформатора тока.

2. Рассмотреть особенности работы трансформатора напряжения.

Выводы

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Общие сведения о трансформаторах тока.

2. Особенности конструкции трансформаторов тока.

3. Трансформаторы напряжения. Общие понятия.

4. Вторичные цепи в трансформаторе напряжения.

5. Особенности конструкции трансформаторов напряжения.

6. Каскадные трансформаторы напряжения.

7. Схема включения емкостного делителя напряжения.

Список литературы

1. Ульянов С.А. Переходные электромагнитные процессы в электриче­
ских системах -М.: высшая школа, 1989 г.

2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электри­
ческих системах-М.: высшая школа, 1985 г.

3. Винославский В.Н., Пивняк Г.Г., Несен Л.И., Рыбалко А.Я., Проко­
пенко В.В. Переходные процессы в системах электроснабжения - Киев: выс­
шая школа, 1989 г.

4. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным про­
цессам М.: «Энергия» 1968 г.

Согласовано: Утверждаю:

Декан инженерного факультета проректор по учебной

Профессор работе РГСХА

Бышов Н.В. Плаксин В.Н.

«___» ___________ 2005г. «___»____________2005г.

Рассмотрено: Рассмотрено:

На заседании кафедры методическим советом

«Электроснабжение» инженерного факультета

Протокол №___ от______2005г Протокол №___от______2005г.

Зав. кафедрой, д.т.н., профессор Председатель, д.т.н., профессор

Васильева Т.Н. Лопатин А.М.

«___»____________2005 г. «___»_____________2005 г.