ЕМКОСТНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Помимо электромагнитных ТН для понижения высокого напряжения могут быть использованы емкостные делители. Принципиальная схема подобного устройства, понижающего напряжение сети 500 кВ, приведена на рис. 23.9. Делитель Д состоит из конденсаторной батареи С1 и конденсатора С2.
В чисто емкостной цепочке (цепь ТН АХХ разомкнута) напряжение U$ делится обратно пропорционально значениям емкостей. Емкость С2 на порядок больше С1, и ток цепочки определяется конденсатором С1. Емкость С2 выбирается так, чтобы напряжение на ней Uc2 находилось в пределах 4—12 кВ. Для дальнейшего понижения напряжение через реактор Р подается на ТН нормального исполнения и низкой стоимости. Нагрузка, имеющая номинальное напряжение 1-00 В, включается на вторичную обмотку этого трансформатора напряжения.
Если в схеме отсутствует реактор Р, то с ростом нагрузки уменьшается входное сопротивление трансформатора напряжения и выходное напряжение начинает падать. Если реактор настроен в резонанс с емкостью С1+С2 при частоте сети / = 50 Гц, то выходное напряжение мало зависит от нагрузки.

Рис. 23.9. Емкостный делитель

Для выявления основных свойств делителя примем, что ТН идеальный и погрешности не вносит. Если пренебречь током холостого хода трансформатора напряжения, то схема рис. 23.9 может быть преобразована в схему рис. 23.10. Трансформатор и нагрузку можно заменить сопротивлением нагрузки Z'v приведенным к первичной обмотке трансформатора напряжения.

Рис. 23.10. Упрощенная расчетная схема емкостного делителя

При КЗ на вторичной стороне появятся перенапряжения на конденсаторе С2, которые могут привести к его пробою. Для ограничения этих перенапряжений параллельно конденсатору С2 ставится разрядник или используется аппарат защиты от КЗ в цепи нагрузки.
При использовании в качестве конденсатора С1 конденсаторной бумагомасляной изоляции проходных изоляторов мощность полезной нагрузки ограничивается из-за малости емкости С1. Так, при номинальном напряжении Uном=10 кВ мощность нагрузки составляет 15 В-А.
Погрешность по напряжению достигает 5 %, а угловая погрешность доходит до 5°. В настоящее время в релейной защите высоковольтных линий широко используются сигналы высокой частоты. Релейная защита, работающая на высокой частоте (блок ВЧ, рис. 23.9), связана с линией высокого напряжения через конденсатор С1. Сигналы высокой частоты подаются в линию высокого напряжения и воспринимаются устройством, расположенным в другой точке линии. Для таких защит разработаны специальные конденсаторы большой емкости. Эти конденсаторы используются в емкостном делителе и дают возможность увеличить мощность нагрузки до 1000 В-А. Для того чтобы не пропускать токи высокой частоты, в цепь ТН устанавливается высокочастотный заградитель 3, играющий роль фильтра. Емкостный делитель может быть использован также для отбора больших мощностей (многих киловольт-ампер) вместо понижающих силовых трансформаторов.
В СССР выпускаются емкостные делители мощностью до 300 В-А первого класса точности. Исследования показали возможность создания делителей класса точности 0,2.
В конструкции реакторов и ТН предусмотрена возможность регулирования параметров для компенсации технологических разбросов по емкости конденсаторов делителя.

Индуктивность реактора регулируется изменением воздушного зазора в магнитопроводе и с помощью отводов обмотки. В ТН с помощью отводов обмотки регулируется коэффициент трансформации.
Сравнение стоимости емкостного делителя и каскадных ТН показывает, что делители целесообразно применять при напряжениях выше 110 кВ. При напряжениях 400 кВ и выше стоимость емкостного делителя примерно в 2 раза ниже стоимости каскадного ТН. При напряжении ниже 110 кВ использование делителя не дает ощутимого экономического эффекта.
Наличие конденсаторов делителя и нелинейных индуктивностей создает возможность феррорезонансных явлений не только на основной, но и на низших частотах (субгармониках) .
В результате таких явлений могут возникать перенапряжения, опасные для изоляции, а также ложные срабатывания защиты. Возможно даже повреждение присоединяемых приборов. В настоящее время разработано много схем, эффективно ограничивающих эти перенапряжения.
Работа делителя зависит также от изменения частоты измеряемого напряжения, так как при этом возможны нарушения условия резонанса между реактором и конденсаторами.