Размещено на http://www.allbest.ru/

27

1. Трансформаторы напряжения. Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения

1.1 Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) по принципу действия и конструкции аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис 3.1, трансформатор напряжения состоит из стального сердечника С, набранного из тонких пластин трансформаторной стали, двух обмоток - первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника. Первичная обмотка W1, состоящая из большого числа витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения. К зажимам вторичной обмотки W2, состоящей из меньшего числа витков, параллельно подключаются реле, измерительные приборы и устройства РЗ.

По конструкции и области применения ТН классифицируются:

- по роду установки (для внутренней и наружной установки);

- по способу изоляции (с сухой или масляной);

- по числу фаз: однофазные и трёхфазные (трёхстержневые или пятистержневые);

- по числу вторичных (с одной, двумя и более обмотками);

- по количеству высоковольтных вводов однофазных ТН (с одним вводом для подключения на фазное напряжение и двумя вводами для подключения на линейное напряжение).

Трансформатор напряжения

Обозначение обмоток трансформаторов напряжения аналогично силовым трансформаторам ( А,Х -для первичной; а,х - для вторичной).

Трансформатор напряжения является разновидностью первичного измерительного преобразователя напряжения, который обеспечивает изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяет независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинальное вторичного напряжение 100в. Особенностью ТН является режим холостого хода (или близкий к нему) его вторичной цепи. Под воздействием напряжения U1 по обмотке w1 походит намагничивающий ток Iнам, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток наводит в первичной и вторичной обмотках ЭДС Е1 и Е2. Отношение w1/ w2 называется коэффициентом трансформации

.

При работе под нагрузкой Zн во вторичной обмотке протекает ток I2 и I'1. Эти токи создают падение напряжения ?U в первичной и вторичной обмотках, поэтому

.

Из векторной диаграммы следует, что U2 отличается от приведённого U'1 на ?U (по величине) и на угол д (по фазе).

1.2 Погрешность трансформаторов напряжения

ТН работает с погрешностью, искажающей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе. В «идеальном» ТН, работающем без погрешностей, вторичное напряжение равно:

, (3.1)

где U1- первичное напряжение;

Кu - коэффициент трансформации (отношение количества витков первичной и вторичной обмоток). Однако, за счёт падения напряжения U в первичной и вторичной обмотках действительное значение вторичного напряжения будет равно:

, (3.2)

что вытекает из эквивалентной схемы замещения ТН и векторной диаграммы (рис3.2.)

Из этой же схемы следует:

(3.3)

Падение напряжение U в обмотках ТН обуславливает появление погрешности, искажающей значение и фазу U2 по сравнению с расчётным напряжением по выражению:

(3.4)

Таким образом, с увеличением вторичного тока I2 увеличивается падение напряжения ?U и, как следствие, погрешность трансформатора. В зависимости от погрешностей установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Поскольку значения Z1 и Z2 , а также ток намагничивания I определены конструкцией ТН, в условиях эксплуатации уменьшить его погрешность можно только уменьшением тока нагрузки I2.

Существуют различные схемы соединений измерительных трансформаторов напряжения и реле (рис.3.3.):

- включение однофазного трансформатора напряжения (рис.3.3,а) где первичная обмотка включается на напряжение двух любых фаз и когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение;

Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора напряжения.

- соединение обмоток двух однофазных трансформаторов напряжения: первичные включают на два любых междуфазных напряжения, вторичные обмотки соединяются последовательно (открытый треугольник, рис.3.3,б);

- соединение обмоток трансформатора напряжения: первичной и вторичной в звезду при помощи трёх однофазных или одного трёхфазного пятистержневого (рис.3.3, в);

- соединение обмоток трансформатора напряжения: первичной - в звезду с заземлённой неитралью, а вторичной - в разомкнутый треугольник (в фильтр напряжения нулевой последовательности, рис.3.3,г);

- соединение обмоток трансформатора: первичной обмотки - в звезду с заземлённой нейтралью, а одну вторичную - в разомкнутый треугольник, а другую вторичную - в звезду с заземлённой нейтралью (3.3,д).

Схемы соединений обмоток измерительных трансформаторов напряжения и реле

Реле в указанных схемах соединяются следующим образом:

- реле включается на междуфазное напряжение (рис.3.3,а);

- реле могут включаться как на все междуфазные напряжения (например, реле KV1-KV3) и на напряжения фаз относительно исскуственной нейтральной точки системы междуфазных напряжений (например, реле KV4-KV6 - в звезду, рис.3.3,б);

- реле KV1- KV6 могут включаться, как и в предыдущей схеме, а реле KV7 -KV9 - на любые фазные напряжения (рис.3.3,в);

- реле включаются на сумму фазных напряжений благодаря соединению вторичных обмоток в разомкнутый треугольник (рис.3.3,г);

- реле могут включаться как в схеме на рис.3.3, в и г (в зависимости от схемы включения вторичных обмоток - звезда или разомкнутый треугольник).

1.3 Фильтры

По назначению фильтры подразделяются на фильтры симметричных составляющих, частотные и сглаживающие фильтры.

В трёхфазных симметричных системах некоторые повреждения приводят к нарушению симметрии и появлению обратной или нулевой последовательности в напряжениях и токах.

Таким образом, при нарушении симметричного режима 3-фазной системы вследствие несимметричных КЗ в полных фазных токах и напряжениях наряду с током и напряжением прямой последовательности (I1,U1) появляются составляющие обратной (I2,U2) и нулевой последовательности (I0,U0) при КЗ на землю. Выделение этих составляющих позволяет выполнить защиту, реагирующую на появление этих составляющих, и позволяет более чётко отличать аварийные режимы от нормальных.

Для выделения из полных фазных токов и напряжений этих составляющих используются фильтры симметричных составляющих (прямой, обратной и нулевой).

На рис. 3.4. показана защита с фильтром симметричных составляющих.

Защита с фильтром симметричных составляющих

Эти фильтры используются для выделения в многофазной системе токов или напряжений прямой, обратной и нулевой последовательности. Через фильтр ZА симметричных составляющих тока подключают

реле КА к трансформаторам тока. Ток в реле IР можно выразить через токи фаз или составляющие прямой ( I1), обратной ( I2 ) и нулевой ( Iо ) последовательностей:

,(3.4)

где КА, КВ, Кс, К1, К2, Ко -коэффициенты пропорциональности, зависящие от свойств фильтра ZА.

Фильтры симметричных составляющих выполняются соединением специальным образом элементов с активными и реактивными сопротивлениями. Широкое распространение получили фильтры токов и напряжений нулевой последовательности, выполненные на трансформаторах тока и напряжения. Токовый фильтр нулевой последовательности рассмотрен в лекции 2. Однако такой фильтр получил небольшое распространение из-за значительного тока небаланса, протекающего через реле в нормальном режиме.

Больше распространение получил фильтр нулевой последовательности в виде специального трансформатора нулевой последовательности (ТНП).

В качестве фильтра нулевой последовательности может служить вторичная обмотка пятистержневого трансформатора напряжения типа НТМИ-10, соединённая в разомкнутый треугольник. В нормальном режиме напряжения на вторичных обмотках разомкнутого треугольника суммируются и равны нулю (векторы этих сигналов сдвинуты на 120є ). При замыкании на землю одной из фаз первичной обмотки (нулевая точка заземлена) система становится несимметричной и составляющие нулевой последовательности суммируются в разомкнутом треугольнике. Напряжение на вторичной обмотке равно

Эти составляющие напряжения вызывают появление в магнитопроводе магнитных потоков нулевой последовательности, которые замыкаются по пятистержневому магнитопроводу.

Существуют способы выполнения фильтров напряжений нулевой и обратной и прямой последовательности с помощью сопротивлений или конденсаторов (рис.3.5, рис.3.6). В схеме на рис.3.6. сопротивления подбираются так, чтобы напряжение Umn на выходе было равно нулю, если междуфазные напряжения не содержат составляющих обратной последовательности. трансформатор напряжения фильтр

Если в этой схеме поменять местами резисторы и конденсаторы, то получим фильтр напряжений прямой последовательности.

Схемы фильтров нулевой последовательности

Схема фильтра напряжения обратной последовательности

Размещено на Allbest.ru