Магнитные трансформаторы напряжения
Магнитные трансформаторы напряжения используются для обеспечения вторичного сигнала, который пропорционален фактическому преобладающему первичному значению. Эти сигналы используются для подачи измерительных приборов, счетчиков, реле и других подобных устройств.
Принцип работы и подключения магнитных трансформаторов напряжения (фото: ABB)
Измеряемые первичные значения представляют собой токи системы и напряжения. Доступный вторичный сигнал должен соответствовать следующим критериям:
- Стандартизованное номинальное значение
- Ошибки минимального отношения и смещения фаз
- Возможность подачи энергии, требуемой вторичными защитными и измерительными устройствами
- Необходимый уровень изоляции для первичных цепей
- Предсказуемая производительность в нормальных условиях первичной системы и особенно при ненормальных условиях
На первичную обмотку влияет фактическое напряжение сети в каждый момент времени. Затем это первичное значение напряжения преобразуется во вторичное значение напряжения, основанное на номинальном коэффициенте трансформации напряжения трансформатора напряжения.
Наиболее распространенное соединение трансформатора напряжения находится между каждой фазой и землей отдельно (однополюсный), поэтому измеряемое значение представляет собой значение напряжения фазы от земли.
В некоторых приложениях также используется соединение между фазами (двухполюсное). Третий вариант был бы трехфазной единицей, где трехфазные единицы находятся в одном физическом корпусе, а фазы соединены звездами с землей.
Как и в случае с трансформаторами тока, для измерения и защиты используются несколько отдельных вторичных сердечников. Также возможно использовать одно ядро для измерения и защиты.
Рисунок 1 - Представление однополюсного (слева) трансформатора напряжения с двумя вторичными сердечниками и двухполюсным (справа) с одним вторичным сердечником
В отличие от трансформаторов тока, трансформаторы напряжения обычно удовлетворяют одному фиксированному коэффициенту трансформации, а специальные конструкции с двойными коэффициентами преобразования могут использоваться на основе индивидуальных потребностей приложения.
Номинальные вторичные уровни напряжения переменного тока обычно равны либо 100 В, либо 110 В, хотя существуют и другие, в основном в странах, под воздействием стандартного ANSI.
Наиболее распространенным типом трансформатора напряжения на стороне распределения является набор из трех однополюсных, имеющих два отдельных сердечника, а именно связанный с звездой один для целей измерения и подключенный к разлому треугольник для измерения остаточного напряжения.
Рисунок 2 - Набор из трех однополюсных ВТ, имеющих два вторичных сердечника
Вторичные цепи трансформатора напряжения должны быть защищены предохранителями или миниатюрными автоматическими выключателями. Эти защитные устройства должны монтироваться как можно ближе к трансформаторам напряжения.
Если нагрузочный резистор подключен к сердечнику с открытым треугольником трансформатора напряжения для ослабления колебаний, вызванного явлением феррорезонанса, резистор должен быть подключен к стороне трансформатора напряжения устройства защиты вторичной цепи.
Явление феррорезонанса обусловлено резонансной схемой, образованной однополюсной индуктивностью VT на землю и незаземленной емкостью системы на землю. Этот резонансный контур может приводить к колебаниям, приводящим к нагреву и, наконец, к повреждению трансформаторов напряжения. Чтобы ослабить эти колебания, нагрузочный резистор подключается через обмотку с открытым треугольником.
Эти проблемы, скорее всего, происходят в незаземленных системах с минимальной длиной фидера.
66 кВ с масляной изоляцией напольного типа однополюсный магнитный ВТ
Рисунок 3 - Манометрический однофазный магнитный трансформатор напряжения на открытом воздухе 66 кВ
Где:
- Первичный терминал
- Смотровое стекло уровня масла
- масло
- Кварцевое наполнение
- изоляционный материал
- Подъемный наконечник
- Вторичная клеммная коробка
- Нейтральный и терминальный
- Система расширения
- Изоляция бумаги
- танк
- Первичная обмотка
12 кВ закрытый эпоксидный полимерный однофазный магнитный VT
Рисунок 4 - Однофазный магнитный трансформатор напряжения на 12 кВ
Где:
- Клеммы среднего напряжения
- Первичная катушка
- Магнитная цепь
- Вторичная обмотка
- Эпоксидное тело
- Вторичные выходы
- Базовая плита
- Крышка вторичных клемм, используемых для герметизации на выходе
- табличка с именем
При идеальном трансформаторе напряжения соотношение между первичным и вторичным напряжениями всегда равно отношению между первичными и вторичными витками обмотки.
Рисунок 5 - Принципиальное представление магнитного трансформатора напряжения
Поведение трансформаторов напряжения и соответствие основным законам электроснабжения можно продемонстрировать с использованием эквивалентной схемы, показанной ниже.
Рисунок 6 - Эквивалентная схема магнитного трансформатора напряжения
Из вышеприведенной эквивалентной схемы видно, что с неидеальным трансформатором всегда имеются некоторые ошибки, включенные в измерение. Эти ошибки в основном вызваны током возбуждения (I o) и током нагрузки (I 2), который вводит как ошибки отношения, так и ошибки угла между уменьшенным первичным напряжением и фактическим вторичным напряжением.
Подробные основные данные описывают основные характеристики в отношении предполагаемого приложения. Эти данные могут быть выражены в соответствии с рекомендациями одного из нескольких международных стандартов, таких как IEC, британские стандарты или IEEE. Ниже приведены стандарты, предоставленные IEC.
К проблеме обращается пример. Здесь предполагается, что для измерения энергии и защиты от остаточного перенапряжения используется трехфазный комплект однополюсного трансформатора напряжения, имеющий нижеуказанные метки данных.
Пример считывания данных трансформатора напряжения
Давайте посмотрим на этот пример VT:
- 6600: √3 / 100: √3 / 100: 3V
- a - n 30VA cl.0.5
- da - dn 100VA cl.6P 50Hz 400VA
- 7.2 / 20 / 60kV
- 1.9xUn 8h
6600: √3 / 100: √3 / 100: 3V
Эти значения определяют отношение номинального напряжения. Трансформатор напряжения является однополюсным, предназначенным для измерения напряжения между землей. Номинальное первичное напряжение составляет 6600: √3В, а номинальные вторичные напряжения 100: √3В и 100: 3В.
Первый вторичный сердечник предназначен для соединения звезд, выдающего сигнал напряжения фаза-земля на основаниях 100: √3V (приблизительно 57, 7 В). Второй вторичный сердечник предназначен для измерения остаточного напряжения с использованием открытого треугольного соединения на основаниях 100: 3 В (приблизительно 33, 3 В).
При полном (полное сопротивление по ошибке - нулевое) состояние замыкания на землю в незаземленных системах, измеренное значение от открытого треугольника будет составлять приблизительно 100 В.
a - n 30VA cl.0.5
Маркировка a - n 30VA cl.0.5 - это подробные данные для первого вторичного сердечника, предназначенного для измерения. Номинальная вторичная нагрузка составляет 30 ВА, а класс точности - 0, 5.
Маркировка «a» и «n» относится к маркировке вторичных клемм на вторичной соединительной коробке трансформатора напряжения. Чтобы соответствовать указанному классу точности, трансформатор напряжения должен удовлетворять определенным требованиям относительно ошибок смещения напряжения и фаз, как показано ниже.
Эти ограничения относятся к второстепенному обременению от 25 до 100% от номинальной нагрузки.
Рисунок 7 - Требования к измерениям трансформатора напряжения для классов 0, 5 и 0, 2 в соответствии со стандартами IEC. На развернутых линиях показано поведение трансформатора, используемого в приведенном выше примере
da - dn 100VA cl.6P
Маркировка da-dn 100VA cl.6P - это подробные данные для второго вторичного сердечника, предназначенного для защиты. Номинальная вторичная нагрузка составляет 100 ВА, а класс точности 6P.
Маркировка «da» и «dn» относится к маркировке вторичных клемм на вторичной соединительной коробке трансформатора напряжения. Чтобы соответствовать указанному классу точности, трансформатор напряжения должен удовлетворять определенным требованиям относительно ошибок смещения напряжения и фаз, как показано ниже.
Эти ограничения относятся к второстепенному обременению от 25 до 100% от номинальной нагрузки. Если обмотка вторичной защиты с открытым треугольником используется только для резистора сопротивления торможению, он не должен соответствовать требованиям точности.
Требования к точности классов защиты трансформаторов напряжения
| Класс защиты | Ошибка напряжения ±% | Смещение фазы ± мин. |
| 3P | 3.0 | 120 |
| 6P | 6, 0 | 240 |
50 Гц 400 ВА
Номинальная частота трансформаторов напряжения (50 Гц). Указанный термоограничивающий выход составляет 400 ВА. Это относится к кажущейся величине мощности при номинальном вторичном напряжении, которое может быть взято из вторичной обмотки в условиях номинального первичного напряжения, без превышения предела повышения температуры (классы, указанные стандартом).
В этом случае пределы погрешности могут быть превышены. Если трансформатор напряжения имеет более чем одну вторичную обмотку, это значение следует указывать отдельно, как дополнение к конкретным данным вторичного ядра.
7.2 / 20/60 кВ
7.2 кВ - самое высокое напряжение для оборудования (среднеквадратичное значение). 20 кВ - номинальная частота мощности, выдерживающая напряжение (среднеквадратичное значение). 60 кВ - номинальный импульс молнии, выдерживающий напряжение (пиковое значение испытания).
1.9xUn 8h
Номинальный коэффициент напряжения (1.9) является кратным номинального первичного напряжения для определения максимального напряжения, при котором трансформатор должен соответствовать соответствующим требованиям к тепловой нагрузке и заявленным требованиям к точности для указанного (8 часов) номинального времени. Коэффициент напряжения определяется максимальным рабочим напряжением в конкретной системе.
С другой стороны, максимальное рабочее напряжение зависит от первичных обмоток трансформаторов напряжения и условий заземления системы.
Следующая таблица демонстрирует зависимости.
Стандартные значения номинальных коэффициентов напряжения и номинального времени согласно IEC
Ссылка // Справочник по автоматизации распространения - Элементы систем распределения энергии от ABB