Устройство измерительных трансформаторов напряжения

Приборы, которые применяются в электросетях (Рис. 1) – счетчики, реле, ваттметры, амперметры, вольтметры рассчитаны на небольшие значения токов и напряжений. Это связано с целесообразностью изготовления этих приборов с малой изоляцией (габариты, стоимость). Однако рост мощности электрических станций влечет за собой увеличение тока и напряжения в первичных сетях. Для измерения параметров электрических сетей используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Они могут применяться как самостоятельные комплектующие в электросетях, а также на электрических и испытательных станциях и в распределительных устройствах.

Рис. 1. Измерительные приборы

Измерительные трансформаторы напряжения

Для изолирования цепей высокого (от 6, 10 кВ и выше) от низкого напряжения вторичных обмоток (как правило, 100 В) используют измерительный трансформатор напряжения (ТН) рис. 2. Первичное и вторичное напряжение в нем соотносятся друг с другом.

Рис. 2. Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) УХЛ2

Как подключить в сеть трансформатор напряжения

Если в цепи переменного тока напряжение выше 220 В, необходимо использовать трансформаторы напряжения. Способ подключения устройства будет зависеть от конструкции трансформатора. Так, на линейное напряжение подключается однофазный незаземляемый трансформатор в трехфазной сети, как показано на рис. 3, а на фазное – заземляемый.

Рис. 3. Схема включения трансформатора напряжения в сеть, где U₁ – междуфазное (линейное) напряжение первичной обмотки 1; U₂ – напряжение вторичной обмотки 2; 3 – магнитопровод трансформатора; F – предохранители трансформатора; A, X и а, х – выводы первичной и вторичной обмотки соответственно (вывод «х» необходимо заземлить); w₁ и w₂ – количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно; V – вольтметр; W – ваттметр; KV – реле напряжения (устройство защиты)

Принцип работы

Принцип работы всех трансформаторов основан на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток первичной обмотки создаёт изменяющееся во времени магнитное поле.
• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

От внешнего источника на первичную обмотку подается напряжение. По ней же протекает переменный ток I₁ намагничивания. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток за счет электромагнитной индукции, которая создаёт электродвижущую силу (ЭДС) индукции в обмотке. ЭДС индукции во вторичной обмотке приводит к протеканию тока I₂ в ней.

Рис. 4. Условная схема трансформатора

Класс точности измерительных трансформаторов

В реальных трансформаторах преобразование тока сопровождается потерями энергии. Эта энергия расходуется на создание магнитного потока в магнитопроводе, на его нагрев и перемагничивание, а также нагрев проводов обмоток и вторичной цепи. Это создает погрешности в работе трансформаторов.

Класс точности – обобщенная характеристика трансформатора напряжения, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы. Чтобы обозначить класс точности вторичной обмотки, надо знать ее назначение.

Значения классов точности обмоток трансформатора напряжения:

• 0,2, 0,5, 1, 3 – для измерений,
• 3Р, 6Р – для защиты.

Конструкция измерительных трансформаторов напряжения

Активная часть

Основной узел трансформаторов тока и напряжения – это сборка медных обмоток и магнитопровода. Технические параметры будущего трансформатора будут зависеть именно от нее. В активную часть устройств входят также литая изоляция, различные контакты и втулки, картонные прокладки и шайбы и т.п.

Магнитопровод

В трансформаторах напряжения применяются С-образные ленточные магнитопроводы рис. 5, которые получаются путем распила овальных магнитопроводов на две части.

Рис. 5. Магнитопровод трансформатора напряжения

Первичная и вторичная обмотки трансформатора напряжения

Они мотаются концентрически друг на друга, сначала вторичные, затем первичная. Обмотки трансформаторов напряжения изолируются друг от друга прокладками из электроизоляционного картона. Первичная обмотка состоит из нескольких тысяч витков тонкого провода диаметром 0,14-0,16 мм, намотанных виток к витку слой за слоем. Межслоевая изоляция – пленка.

Сборка заливочной формы

Готовая активная часть устанавливается в заливочную форму, для дальнейшего залития компаундом. Компаунд представляет собой смесь нескольких веществ: эпоксидная смола, отвердитель, ускоритель, пластификатор и кварцевый песок, смешанных в нужных пропорциях. Готовый компаунд обладает отличными электроизоляционными и механическими свойствами. Является корпусом трансформатора.

Проверяется выполнение всех изоляционных расстояний. Собираются оставшиеся элементы заливочной формы (установочные втулки, заглушки). Форма отправляется на заливку, а затем в печь для дальнейшей полимеризации – процесс образования литой изоляции.

Конструктивные и технологические особенности

К конструктивным и технологическим особенностям измерительных трансформаторов напряжения относится:

1. Изготовление трансформаторов напряжения со съемным предохранительным устройством, которое не имеет аналогов в мире, а его действие основывается на электромагнитном принципе действия СПУЭ, собственного производства, на стороне высокого напряжения.
2. Возможность изготовления трансформатора напряжения с тремя вторичными обмотками. Переключаемые трансформаторы напряжения – возможность переключения номинального первичного напряжения. Являются аналогами зарубежных производителей, не имеют аналогов в России.
3. Применение глубокой вакуумизации исключает воздушные включения и раковины в литой изоляции. Влияет на надежность конструкции и срок службы трансформаторов.
4. Применение магнитопроводов различной формы, для возможности изготовлений трансформаторов необходимых габаритов по требованию заказчика.

Применяемые материалы и изделия

Группа СВЭЛ очень трепетно относится к выбору поставщиков и материалов, так как от их качества зависит надежность трансформаторов и сроки поставки готовой продукции. Материал первичной и вторичных обмоток измерительных трансформаторов – медь, обеспечивающая минимальные активные потери в трансформаторе. Детали для основных узлов измерительных трансформаторов с ростом и возможностью собственного производства изготавливаются на площадках группы СВЭЛ, что позволяет снижать себестоимость и быть конкурентоспособными на рынке трансформаторостроения.

Реализация защиты трансформатора

Высококачественная литая изоляция без воздушных включений и строгое соблюдение всех изоляционных расстояний при сборке активной части в заливочную форму, применение качественных электроизоляционных материалов гарантирует долгосрочную службу и повышенную надежность устройств производства СВЭЛ-ИТ.

На трансформаторах напряжения на первичную обмотку устанавливается защитный экран, который защищает трансформатор при перенапряжениях в результате грозовых импульсов. Конструкция трансформаторов напряжения СВЭЛ антиферрорезонансная. Феррорезонанс – это неблагоприятные явления в сети, термически разрушающие первичную обмотку. Как правило, однофазные замыкания на землю дают такой результат. Возникновение феррорезонанса зависит от параметров сети, когда емкости и индуктивности при определенных условиях уравниваю друг друга. Емкость - это параметр сети. Один из основных параметров трансформатора – индуктивность. Из-за насыщения магнитопровода имеет нельнейный характер. Чтобы бороться с феррорезанансом, мы используем заниженную индукцию в нашем трансформаторе. Устройство не уходит в насыщение в случае короткого замыкания, индуктивность при этом линейная, и феррорезонанс не возникает. А при возникновении гасится потерями в резисторах, которые мы рекомендуем устанавливать.

«Ноу хау» нашей компании - съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия (СПУЭ) рис. 6. Устанавливается на устройства типа ЗНОЛ-СВЭЛ-6(10). По назначению аналогичен предохранителям с плавкой вставкой (перегорающий проводник), однако преимуществом его использования – удобство в эксплуатации и возможность многоразового использования.

Рис. 6. Съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия

Классификация трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения делятся по следующим признакам согласно ГОСТ 1983-2001:

1. По категории размещения и климатическому исполнению.
2. По виду изоляции.
3. По принципу действия.
4. По количеству фаз: однофазные или трехфазные.
5. По особенностям конструктивного исполнения.
6. По числу ступеней трансформации.
7. По наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки.
8. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.

Категория размещения и климатическое исполнение по ГОСТ 15150

Буквенная часть категории размещения обозначает климатическую зону:

У — умеренный климат;
ХЛ — холодный климат;
УХЛ — умеренный и холодный климат;
Т — тропический климат;
М — морской умеренно-холодный климат;
О — общеклиматическое исполнение (кроме морского);
ОМ — общеклиматическое морское исполнение;
В — всеклиматическое исполнение.

Категория размещения (цифровая часть, которая следует за буквенной):

1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации, атмосферных осадков;
3 — в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4 — в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление);
5 — в помещениях с повышенной влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Основные параметры трансформаторов напряжения согласно ГОСТ 1983-2001:

Взаимосвязь технических характеристик и конструктивных особенностей.

Габариты и материал магнитопровода трансформаторов напряжения заданы изначально. Поэтому почти все параметры устройства являются постоянными. Это отличает трансформаторы напряжения от трансформаторов тока.

Номинальные первичные и вторичные напряжения указаны в ГОСТ 1983-2001. Это важно: при указании фазных напряжений (в случае ЗНОЛ) необходимо деление на корень из трех. При указании линейного напряжения (НОЛ или 3хЗНОЛ) это не требуется.

Номинальная мощность и класс точности напрямую определяют друг друга: чем больше мощность, тем больше погрешность в устройстве, а значит ниже класс точности.

Предельная мощность так же задана и определяется сечением провода вторичной обмотки. При указании параметров трехфазной группы 3хЗНОЛ значения номинальной и предельной мощности следует умножить на 3.

Структура условного обозначения трансформаторов напряжения

Например: ЗНОЛП – СВЭЛ – 10 – УХЛ 2

Номенклатура измерительных трансформаторов напряжения «СВЭЛ»

НОЛ-СВЭЛ-6(10)

НОЛ-СВЭЛ-6(10) – незаземляемый двухполюсный двухобмоточный трансформатор напряжения. Номинальное напряжение первичной обмотки составляет 6 или 10 кВ. Климатическое исполнение возможно в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Устройство устанавливается в комплектном распределительном устройстве и служит для измерения параметров электрической сети. Трансформатор может применяться как силовое устройство без указания гарантированного класса точности. Мы можем предложить исполнение трансформатора с нестандартной нагрузкой по вашему заказу (см. каталог). Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение 1/1-0.

Рис. 7. Трансформатор напряжения НОЛ-СВЭЛ-10

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35)

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35) – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения. Изготавливается со стандартным номинальным напряжением 6/√3, 10/√3, 35/√3 кВ. в климатическом исполнении в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Основная вторичная обмотка (звезда с нулем) предназначена для измерения, а для контроля изоляции сети – дополнительная (разомкнутый треугольник). По вашему заказу мы можем изготовить устройство с 2 основными вторичными обмотками: первая - класса 0,2 для коммерческого учета и вторая - класса 0,5 для технического учета. Группа СВЭЛ производит трансформаторы с переключением первичного напряжения (отпайки во вторичной обмотке), т.е. номинальное напряжение (6/√3)-(10/√3) кВ в зависит от подключения к панели контактов. Группа СВЭЛ изготовит по вашему заказу не имеющее аналогов оборудование с предохранителем СПУЭ, разработанным на нашем предприятии. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение: 1/1/1-0-0, или 1/1/1/1-0-0-0 (для четырех обмоточных трансформаторов).

Рис. 8. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-10

Рис. 9. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-35

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения (Рис. 10). Имеет класс напряжения 35 кВ и климатическое исполнение в двух вариантах: УХЛ 1 или Т по ГОСТ 15150-69. То есть это устройство наружного (уличного) исполнения. Оно используется на открытых распределительных устройствах.

Рис. 10. Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10)

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10) – 3-фазная антиферрорезонансная группа трансформаторов напряжения. Устойчива к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в случае замыкания одной из фаз сети на землю. Возможно климатическое исполнение: УХЛ 2 или Т. Устройство имеет номинальное напряжение 6 или 10 кВ. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение Y/Y/п-0, когда дополнительные вторичные обмотки трансформаторов соединяются в открытый треугольник.

Также есть группа трансформаторов 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) со СПУЭ уменьшенных габаритов внутри литого корпуса трансформатора (Рис. 11).

Рис. 11. Трехфазная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-10

Габаритный чертеж

Габаритный чертеж – документ, содержащий изображение изделия (трансформатора) с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Для этого необходимо знать наибольшие длину, высоту и ширину трансформатора, то есть габаритный размер.

Для определения установочных и присоединительных размеров потребуются значения расстояния между отверстиями крепления, диаметров отверстий под болты, присоединительные размеры резьбы и другие данные, позволяющие измерить величины элементов. Это поможет установить трансформатор или присоединить его к другому оборудованию.

По габаритным чертежам не изготавливают изделия, в них не отражены данные для изготовления и сборки. Он максимально прост и только схематично указывает на характеристики устройства.

Чтобы присоединить трансформатор к другому устройству. Нужно обозначить установочные и присоединительные размеры с предельными отклонениями.

Техническая спецификация

Спецификация — перечисление специфических особенностей чего-либо, необходимый набор параметров и требований к конкретному объекту.

Техническая спецификация (ТС) на измерительные трансформаторы является частью договора поставки оборудования. Ошибки в этом документе недопустимы и могут привести к несоответствию запрашиваемой и произведенной продукции. Следует крайне внимательно отнестись к заполнению всех технических характеристик.

Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) (Рис. 12) хорошо иллюстрирует схемы соединения устройств. Условно обозначается следующим образом - Как видно из схемы, первичная и основная вторичная обмотки соединяются по схеме звезда с нейтралью, а дополнительная вторичная соединяется по схеме открытого треугольника.

Рис. 12. Принципиальная схема соединения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10)

Нормативная документация

Технические условия

Технические условия (ТУ) — это документ, устанавливающий технические требования, которым должны удовлетворять конкретное изделие, материал, вещество и пр. или их группа. Кроме того, в них должны быть указаны процедуры, с помощью которых можно установить, соблюдены ли данные требования.

Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта конструкторской или другой технической документации на продукцию.

Требования, установленные техническими условиями, не должны противоречить обязательным требованиям государственных или межгосударственных стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

Руководство по эксплуатации

Руководство по эксплуатации входит в состав конструкторской документации на готовое изделие (трансформатор).

Руководство по эксплуатации предназначено для двух видов деятельности:

• целевое применение трансформатора;
• техническое обслуживание трансформатора.

Задача руководства по эксплуатации — обеспечить необходимой технической информацией, как для применения, так и для обслуживания оборудования.

В руководстве по эксплуатации оборудования должны быть описаны:

Описание и работа оборудования; эксплуатация оборудования; поверка оборудования; техническое обслуживание; хранение оборудования; транспортирование оборудования и другое.

Фактически, это разделы руководства по эксплуатации.

Испытания измерительных трансформаторов напряжения

Любой трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ. Чтобы это подтвердить, проводят испытания. следует проводить испытания: для утверждения типа, на соответствие утвержденному типу, квалификационные, приемосдаточные, периодические, типовые. Самые основные описаны ниже.

Квалификационные испытания проводятся для нового типа оборудования. Данные испытания включают в себя весь перечень испытания согласно требованиям ГОСТ.

Типовым испытаниям должен быть подвергнут каждый новый тип электрооборудования. Так же типовые испытания проводят при изменении конструкции, применяемых материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать влияние на характеристики или параметры трансформаторов. В отличии от квалификационных, в типовые входят только те испытания, на которые могли бы повлиять изменения конструкции и т.п.

Приемосдаточные испытания проводятся для каждого трансформатора службой технического контроля или другой уполномоченной на это службой предприятия-изготовителя. СВЭЛ имеет собственную лицензированную испытательную станцию, которая может осуществлять весь перечень необходимых приемосдаточных испытаний, таких как: испытание электрической прочности изоляции; измерением тока холостого хода для ТН; проверка полярности; метрологические испытания на соответствие заявленному классу точности и т.п. Испытания на уровень частичных разрядов допускается не проводить для трансформаторов с изоляцией уровня «б».

Сертификаты

Чтобы сертифицировать средства измерений (СИ), их проверяют на безопасность, отслеживают электромагнитную совместимость, а тип устройства вносят в соответствующий государственный реестр. Исходя из этого, необходимо получить два сертификата соответствия для большинства средств измерения:

• сертификат утверждения типа средств измерения;
• сертификат соответствия в системе обязательной сертификации ГОСТ Р или декларации о соответствии ГОСТ Р.

Свидетельство об утверждении типа удостоверяет, что устройство прошло требуемые для данного типа испытания образцов, показало положительные результаты, тип устройства средства измерений был утвержден, прошел официальную государственную регистрацию в соответствующем реестре, ему присвоен уникальный регистрационный номер в реестре, СИ разрешено к использованию для измерений на территории РФ.