Spanningstransformatoren voor instrumenten
Doel en werkingsprincipe van de spanningstransformator
De meetspanningstransformator wordt gebruikt om de hoogspanning die wordt geleverd in AC-installaties af te bouwen naar meters en relais voor beveiliging en automatisering.
Een directe hoogspanningsaansluiting zou zeer omslachtige apparaten en relais vereisen vanwege de noodzaak om ze te implementeren met hoogspanningsisolatie. De productie en het gebruik van dergelijke apparatuur is praktisch onmogelijk, zeker bij spanningen van 35 kV en hoger.
Het gebruik van spanningstransformatoren maakt het gebruik van standaard meetapparatuur mogelijk om hoogspanning te meten, waardoor hun meetlimieten worden uitgebreid; relaisspoelen aangesloten via spanningstransformatoren kunnen ook standaarduitvoeringen hebben.
Bovendien isoleert (scheidt) de spanningstransformator de meetapparaten en relais van de hoogspanning, waardoor de veiligheid van hun service wordt gegarandeerd.
Spanningstransformatoren worden veel gebruikt in elektrische hoogspanningsinstallaties, de nauwkeurigheid hangt af van hun werking elektrische metingen en elektriciteitsmeting, evenals de betrouwbaarheid van relaisbeveiliging en noodautomatisering.
De meetspanningstransformator verschilt volgens het ontwerpprincipe niet van voeding step-down transformator… Het bestaat uit een stalen kern bestaande uit elektrische staalplaatplaten, een primaire wikkeling en één of twee secundaire wikkelingen.
In afb. 1a toont een schematisch diagram van een spanningstransformator met een enkele secundaire wikkeling. Op de primaire wikkeling wordt een hoogspanning U1 aangelegd en op de secundaire spanning U2 wordt een meetapparaat aangesloten. Het begin van de primaire en secundaire wikkelingen is gemarkeerd met de letters A en a, de uiteinden met X en x. Dergelijke aanduidingen worden meestal toegepast op het lichaam van de spanningstransformator naast de klemmen van de wikkelingen.
De verhouding tussen de nominale spanning van de primaire en de nominale spanning van de secundaire wordt de nominale spanning genoemd. transformatie factor spanningstransformator Kn = U1nom / U2nom
Rijst. 1. Schema en vectordiagram van de spanningstransformator: a - diagram, b - spanningsvectordiagram, c - spanningsvectordiagram
Wanneer een spanningstransformator zonder fouten werkt, komen de primaire en secundaire spanningen in fase overeen en is de verhouding van hun waarden gelijk aan Kn. Met een transformatiefactor Kn = 1 spanning U2= U1 (Fig. 1, c).
Legenda: H — één aansluiting is geaard; O — enkelfasig; T — driefasig; K — cascade of met compensatiespoel; F — s porseleinen buitenisolatie; M — olie; C — droog (met luchtisolatie); E — capacitief; D is een deler.
De terminals van de primaire wikkeling (HV) zijn gelabeld met A, X voor enkelfasige en A, B, C, N voor driefasige transformatoren. Hoofdaansluitingen van de secundaire wikkeling (LV) zijn respectievelijk gemarkeerd met a, x en a, b, c, N, klemmen van de secundaire extra wikkeling - ad techend.
Eerst worden de primaire en secundaire wikkelingen aangesloten op respectievelijk de klemmen A, B, C en a, b, c. De belangrijkste secundaire wikkelingen zijn meestal aangesloten in een ster (verbindingsgroep 0), extra - volgens het open delta-schema. Zoals u weet, is tijdens de normale werking van het netwerk de spanning op de klemmen van de extra wikkeling bijna nul (ongebalanceerde spanning Unb = 1 - 3 V), en voor aardfouten is deze gelijk aan driemaal de waarde van 3UО spanning met nulreeks UО fase.
In een netwerk met een geaarde nulleider is de maximale waarde 3U0 gelijk aan de fasespanning, met geïsoleerde - driefasige spanningsbelasting. Dienovereenkomstig worden extra wikkelingen met nominale spanning Unom = 100 V en 100/3 V uitgevoerd.
Nominale spanning TV is de primaire wikkeling van de nominale spanning; deze waarde kan afwijken van de isolatieklasse. De nominale spanning van de secundaire wikkeling wordt verondersteld 100, 100/3 en 100/3 V te zijn. Normaliter werken spanningstransformatoren in de onbelaste modus.
Instrumentspanningstransformatoren met twee secundaire wikkelingen
Spanningstransformatoren met twee secundaire wikkelingen zijn, naast voedingsmeters en relais, ontworpen om aardfoutsignaleringsapparaten te bedienen in een netwerk met een geïsoleerde nulleider of voor aardfoutbeveiliging in een netwerk met een geaarde nulleider.
Een schematisch diagram van een spanningstransformator met twee secundaire wikkelingen wordt getoond in Fig. 2, een. De klemmen van de tweede (extra) wikkeling, gebruikt voor signalering of beveiliging in geval van aardfouten, zijn gelabeld ad en xd.
In afb. 2.6 toont een diagram van de opname van drie van dergelijke spanningstransformatoren in een driefasig netwerk. De primaire en secundaire hoofdwikkelingen zijn in ster geschakeld. De nulleider van de primaire wikkeling is geaard. Drie fasen en neutraal kunnen worden toegepast op meters en relais van de secundaire hoofdwikkelingen. Extra secundaire wikkelingen zijn aangesloten in open delta. Hieruit wordt de som van de fasespanningen van alle drie de fasen naar de signaal- of beveiligingsinrichtingen gevoerd.
Bij normaal bedrijf van het netwerk waarop de spanningstransformator is aangesloten, is deze vectorsom nul. Dit is te zien aan de vectordiagrammen in Fig. 2, c, waarbij Ua, Vb en Uc de vectoren zijn van fasespanningen die worden toegepast op de primaire wikkelingen, en Uad, Ubd en Ucd - spanningsvectoren van de primaire en secundaire aanvullende wikkelingen. spanningen van de secundaire extra wikkelingen, samenvallend in richting met de vectoren van de overeenkomstige primaire wikkelingen (dezelfde als in figuur 1, c).
Rijst. 2. Spanningstransformator met twee secundaire wikkelingen. een — diagram; b — opname in een driefasig circuit; c — vectordiagram
De som van de vectoren Uad, Ubd en Ucd wordt verkregen door ze te combineren volgens het schema van het verbinden van extra wikkelingen, terwijl wordt aangenomen dat de pijlen van de vectoren van zowel primaire als secundaire spanningen overeenkomen met het begin van de transformatorwikkelingen.
De resulterende spanning 3U0 tussen het einde van de fase C-wikkeling en het begin van de fase A-wikkeling in het diagram is nul.
Onder werkelijke omstandigheden is er meestal een verwaarloosbare onbalansspanning aan de uitgang van een open delta, niet meer dan 2 tot 3% van de nominale spanning. Deze onbalans wordt gecreëerd door de altijd aanwezige lichte asymmetrie van de secundaire fasespanningen en een kleine afwijking van de vorm van hun curve van de sinusoïde.
De spanning die de betrouwbare werking garandeert van de relais toegepast op het open delta-circuit verschijnt alleen in het geval van aardfouten aan de kant van de primaire wikkeling van de spanningstransformator. Aangezien aardfouten worden geassocieerd met de doorgang van stroom door de nulleider, wordt de resulterende spanning aan de uitgang van de open delta volgens de methode van symmetrische componenten de nulvolgordespanning genoemd en wordt deze aangeduid met 3U0. In deze notatie geeft het getal 3 aan dat de spanning in dit circuit de som is van drie fasen. De aanduiding 3U0 verwijst ook naar het open delta-uitgangscircuit dat wordt toegepast op het alarm- of beveiligingsrelais (Fig. 2.6).
Rijst. 3. Vectordiagrammen van de spanningen van de primaire en secundaire extra wikkelingen met een enkelfasige aardfout: a - in een netwerk met een geaarde nulleider, b - in een netwerk met een geïsoleerde nulleider.
De spanning 3U0 heeft de hoogste waarde voor een enkelfasige aardlek.Er moet rekening mee worden gehouden dat de maximale waarde van de spanning 3U0 in een netwerk met een geïsoleerde nulleider veel hoger is dan in een netwerk met een geaarde nulleider.
Algemene schakelschema's van spanningstransformatoren
Het eenvoudigste schema met een enkelfasige spanningstransformatorweergegeven in afb. 1, a, wordt gebruikt bij het starten van motorkasten en op schakelpunten 6-10 kV om de voltmeter en het spanningsrelais van het AVR-apparaat in te schakelen.
Figuur 4 toont de aansluitschema's voor enkelfasige spanningstransformatoren met enkelvoudige wikkeling voor het voeden van driefasige secundaire circuits. Een groep van drie ster enkelfasige transformatoren getoond in Fig. 4, a, wordt gebruikt voor het voeden van meetapparaten, meetapparaten en voltmeters voor isolatiebewaking in elektrische installaties van 0,5-10 kV met een geïsoleerd neutraal en onvertakt netwerk, waar signalering van het optreden van eenfasige aarding niet vereist is.
Om "aarde" op deze voltmeters te detecteren, moeten ze de grootte van de primaire spanningen tussen de fasen en aarde tonen (zie het vectordiagram in Fig. 3.6). Hiervoor is de nulleider van de HV-wikkelingen geaard en zijn de voltmeters aangesloten op de secundaire fasespanningen.
Aangezien in het geval van enkelfasige aardfouten spanningstransformatoren lange tijd onder spanning kunnen staan, moet hun nominale spanning overeenkomen met de eerste lijn-naar-lijnspanning. Als gevolg hiervan neemt in de normale modus, wanneer op fasespanning wordt gewerkt, het vermogen van elke transformator, en dus van de hele groep, eenmaal af met √ 3. Aangezien het circuit nul secundaire wikkelingen heeft geaard, zijn secundaire zekeringen geïnstalleerd in alle drie de fasen .
Rijst. 4.Aansluitschema's van enkelfasige spanningsmeettransformatoren met één secundaire wikkeling: a - ster-sterschakeling voor elektrische installaties van 0,5 - 10 kV met geïsoleerde nul, b - open deltaschakeling voor elektrische installaties 0,38 - 10 kV, c - hetzelfde voor elektrische installaties 6 - 35 kV, d - opname van spanningstransformatoren 6 - 18 kV volgens het driehoekige sterschema voor het voeden van de ARV-apparaten van synchrone machines.
In afb. 4.6 en spanningstransformatoren die zijn ontworpen om meetapparatuur, meters en relais die zijn aangesloten op fase-fase spanning te voeden, zijn aangesloten in een open delta-circuit. Dit schema levert een symmetrische spanning tussen de lijnen Uab, Ubc, U°Ca bij gebruik van spanningstransformatoren in elke nauwkeurigheidsklasse.
Functie open deltaschakeling dit is een onvoldoende gebruik van het vermogen van transformatoren, omdat het vermogen van zo'n groep van twee transformatoren niet 1,5 keer kleiner is dan het vermogen van een groep van drie transformatoren die in een volledige driehoek zijn aangesloten, maar √3 eens .
Het diagram in afb. 4, b wordt gebruikt om onvertakte spanningscircuits van elektrische installaties 0,38 -10 kV te voeden, waardoor de aarding van de secundaire circuits rechtstreeks op de spanningstransformator kan worden geïnstalleerd.
In de secundaire circuits van het circuit getoond in Fig. 4, c, in plaats van zekeringen is een dubbelpolige onderbreker geïnstalleerd, wanneer deze wordt geactiveerd, sluit het contact van het blok het signaalcircuit «spanningsonderbreking»... De aarding van de secundaire wikkelingen wordt uitgevoerd op het schild in fase B, die bovendien via een uitvalzekering rechtstreeks op de spanningstransformator is geaard.De schakelaar zorgt voor een ontkoppeling van de secundaire circuits van de spanningstransformator met een zichtbare onderbreking. Dit schema wordt gebruikt in elektrische installaties 6 - 35 kV bij het voeden van vertakte secundaire circuits van twee of meer spanningstransformatoren.
In afb. 4, g spanningstransformatoren zijn aangesloten volgens het deltacircuit - ster, waardoor een spanning op de secundaire lijn U = 173 V wordt geleverd, wat nodig is voor het voeden van automatische excitatiebesturingsapparaten (ARV) van synchrone generatoren en compensatoren. Om de betrouwbaarheid van de ARV-werking te vergroten, zijn er geen zekeringen in de secundaire circuits geïnstalleerd, wat is toegestaan PUE voor onvertakte spanningscircuits.