КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Номинальное напряжение первичной обмотки ТН должно соответствовать номинальному напряжению сети, в которую он включается. Если ТН включается между фазой и землей — то номинальному фазному напряжению.
Номинальное вторичное напряжение ТН должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки.
Нагрузка должна быть равномерно распределена по фазам ТН. Суммарная нагрузка на фазу ТН должна быть меньше допустимой при заданных классе точности и коэффициенте мощности.
Сечение проводников, соединяющих ТН с нагрузкой, должно быть таким, чтобы падение напряжения на них составляло доли процента номинального вторичного напряжения.

При напряжении до 35 кВ конструкции ТН и силовых трансформаторов аналогичны. При этом индукция в магнитопроводе значительно меньше, чем у силовых трансформаторов. Это снижает погрешность, позволяет в некоторых случаях проводить испытания индуцированным напряжением Для испытания трансформатора напряжения на выводы вторичной обмотки подается удвоенное напряжение частотой 50 Гц. На первичной обмотке появляется также удвоенное напряжение Индукция не должна превышать индукцию насыщения.
При эксплуатации возможны случаи, когда первичная обмотка, рассчитанная на работу при фазном напряжении, попадает под линейное напряжение вместо фазного При этом магнитопровод не должен насыщаться.

Для напряжений до 35 кВ выпускаются однофазные ТН, у которых оба или один из выводов обмотки высокого напряжения изолированы от 3   земли (второй вывод заземлен)  На рис. 23 5, а показан однофазный ТН на напряжение 6 кВ с масляной изоляцией. Оба вывода первичной обмотки изолированы от корпуса.

Рис. 23 5 ТН с масляной (а) и литой (б) изоляцией

Перспективным является отказ от масляной изоляции. В этом случае при меняется заливка трансформатора напряжения эпоксидным компаундом. Наряду с резким сокращение 1 массы и габаритов упрощается эксплуатация, делается ненужным уход за маслом Трансформаторы с литой пластмассовой изоляцией пожаробезопасны, удобны в передвижных установках и КРУ Для сравнения на рис 23 5 показаны ТН с одинаковыми параметрами при масляной и литой изоляции Габариты трансформатора напряжения в значительной степени определяются изоляцией Поэтому там, где возможно, ТН включаются между фазой сети и землей, что исключает необходимость в изоляции заземленного вывода первичной обмотки Линейное напряжение получается путем соединения в звезду вторичных обмоток таких ТН Такие способы позволяют уменьшить габариты, массу и стоимость трансформатора напряжения.

Рис 23 6 Схемы включения трансформатора напряжения в трехфазных цепях

Основные схемы включения однофазных ТН нормального исполнения показаны на рис 23 6 В схеме рис 23 6 о используются ТН, у которых оба вывода первичной обмотки изолированы от земли. Такая схема удобна при измерении мощности и энергии К каждому ТН может подключаться номинальная нагрузка   Схема позволяет получать как фазное, так и линейное напряжение Uca=—[Uab + Ubc). В последнем случае измерительные приборы подключаются между точками а и с. Однако при таком включении создаются дополнительные погрешности за счет тока приборов, проходящего через обе вторичные обмотки. В этом случае нагрузка трансформатора напряжения должна быть меньше номинальной.
В схеме рис. 23.6, б могут применяться ТН с одним заземленным выводом первичной обмотки. Каждая из обмоток подключена к фазному напряжению сети, поэтому номинальное напряжение ТН должно равняться £/Ном/]/"3. Нагрузка подключается по схеме звезды или треугольника. Номинальное напряжение каждой вторичной обмотки равно 100/1/3.
Для контроля сопротивления изоляции и питания защиты, срабатывающей при КЗ на землю, имеются дополнительные обмотки, которые включаются по схеме разомкнутого треугольника. При симметричном режиме сумма ЭДС, наводимых в этих обмотках, равна нулю. Если один из проводов заземляется, то равновесие ЭДС нарушается и на выводах разомкнутого треугольника возникает напряжение, которое подается на звуковой сигнализатор.

Возможны два режима работы схемы рис. 23.6, б. Если нейтраль сети изолирована или заземлена через реактор, то заземление одной из фаз сети, например С, не ведет к КЗ. Установка может оставаться длительное время в работе. При этом напряжение на обмотке С падает до нуля, а на обмотках Л и В увеличивается до линейного. В связи с этим индукция в магнитопроводах трансформатора напряжения А и В увеличивается 1/^3 раз. Во избежание недопустимого нагрева и резкого возрастания погрешности магнитопроводы не должны насыщаться при таком увеличении индукции.
В установках с заземленной нейтралью заземление одной из фаз сети вызывает КЗ и срабатывание релейной защиты. Напряжение на неповрежденных фазах при этом не поднимается выше (l,2-f-l,3) U„.
Габариты и стоимость трансформатора напряжения могут быть уменьшены путем объединения трех однофазных ТН в один трехфазный Применяются трехстержневые и пятистержневые ТН. Трехфазные трехстержневые ТН выполняются с изолированной нулевой точкой на стороне высокого напряжения. Если нулевую точку заземлить, то при заземлении одной фазы в сетях с изолированной нейтралью возникает аварийный режим работы [3.1].
Для контроля сопротивления изоляции систем с изолированной нейтралью применяются трехфазные пятистержневые ТН (рис. 23.7). При заземлении одной из фаз магнитные потоки, созданные обмотками неповрежденных фаз, замыкаются по крайним стержням, имеющьм малое магнитное сопротивление. Дополнительные обмотки, соединенные в открытый треугольник а\Хи обеспечивают работу сигнализации и релейной защиты. При симметричном режиме в сети на выходе  напряжение отсутствует.

Рис. 23.7. ТН с пятистержневым магнитопроводом

При напряжениях выше 35 кВ ввиду резкого возрастания габаритов и стоимости трансформатора напряжения нормальной конструкции применяются каскадные ТН. В двухкаскадном ТН на напряжение 110 кВ (рис. 23.8) каждый каскад имеет свой магнитопровод (/ и 11). Обмотки высокого напряжения ВН каждого каскада рассчитаны на 50 % фазного напряжения. Один из выводов каждой обмотки ВН соединен с магнитопроводом. На стороне низкого напряжения НН выходные обмотки ах, аяха предназначены для питания измерительных приборов и реле в схеме защиты. Обмотка связи weB\ расположена на магнитопроводе 1, а обмотка связи о>св2 — на магнитопроводе 11.
При отсутствии обмоток связи, если нагрузка не подключена к выходным обмоткам, напряжение разделится поровну между обмотками ВН, так как их индуктивные сопротивления холостого хода одинаковы.
При включении нагрузки вторичный ток размагничивает магнитопровод / и поток в нем уменьшается. Реактивное сопротивление ступени / также уменьшается. Это ведет к тому, что напряжение между ступенями поделится неравномерно, причем большая часть ляжет на ступень 11.
Обмотки связи служат для выравнивания распределения напряжения между обмотками при включении нагрузки. При холостом ходе ЭДС в этих обмотках одинаковы, так как равны потоки в магнитопроводах / и 11. Обмотки wCB включены встречно друг другу и уравнительный ток равен нулю. При включении нагрузки поток в магнитопроводе / падает. ЭДС в обмотке wCB2 становится больше, чем ЭДС в обмотке Шсви В результате в этих обмотках протекает уравнительный ток, который размагничивает магнитопровод II и подмагничивает магнитопровод /. Этот ток таков, что верхний элемент воспринимает на себя половину нагрузки, включенной на выходных обмотках.
Более совершенным является вариант рис. 23.8, б. При этом же напряжении 110/1/^3 кВ ТН имеет один магнитопровод. На верхнем горизонтальном стержне магнитопровода расположены обмотки связи гё>Св1 и первая обмотка высокого напряжения ВНи на нижнем — обмот-5ка связи о>св2, вторая обмотка высокого напряжения ВН2 и две обмотки низкого напряжения НН. Один из концов каждой обмотки ВЯ; и bhz соединяется с магнитопроводом. Каждая обмотка ВН имеет изоляцию относительно магнитопровода, рассчитанную на напряжение >/г Уф, что уменьшает размеры трансформатора напряжения. Собранный магнитопровод с изоляционными стойками показан на рис. 23 8, г.

Рис. 23.8. Каскадные трансформаторы напряжения

В трансформаторах на напряжение 110 кВ для снижения атмосферных перенапряжений необходимо равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки ВН. С этой целью поверх обмоток ВН располагаются экраны Эк, которые электрически соединяются с последними витками этих обмоток. Магнитопровод с обмотками крепится на изоляционных стойках, устанавливается в фарфоровый кожух и заливается маслом.
ТН на напряжение 220 кВ собирается из двух ТН на 110 кВ. Аналогично выполняются ТН на напряжения до 500 кВ. Для выравнивания напряжения между каскадами применяют охранные кольца. Изоляция верхних элементов, подвергающихся большей электрической нагрузке, соответственно усиливается.
Результирующее активное и индуктивное сопротивление обмоток каскадных ТН значительно больше, чем у ТН нормального исполнения. Поэтому для получения высокого класса точности приходится снижать нагрузку.
Как указывалось, для трансформатора напряжения характерна малая плотность тока в обмотках. В том случае, когда ТН используется как источник мощности и погрешность не играет особой роли, нагрузку обмоток можно значительно увеличить. Так, например, для трансформатора напряжения типа НОМ-10 при классе точности 0,5 допустима нагрузка 80 В-А, хотя максимальная мощность, которая может быть снята со вторичной обмотки, равна 720 В-А.