Измерительные трансформаторы

Назначением измерительных трансформаторов является преобразование токов или напряжений до значений, удобных для непосредственного пользования измерительными приборами. Шкалы приборов, подключенных к измерительным трансформаторам, градуируются в первичных значениях величин. Измерительные трансформаторы как аппараты ВН устанавливаются в распределительных устройствах. Связь измерительных трансформаторов с приборами, установленными на щитах, пультах управления, рабочих площадках, в машинных залах, осуществляется контрольными кабелями, сечения жил которых чаще всего выбираются наименьшими по механической прочности.

Во избежание попадания обслуживающего персонала под высокое напряжение установки в случае пробоя изоляции измерительного трансформатора или контрольных кабелей обязательно наличие заземления вторичных цепей. Это устраняет опасность появления высокого напряжения на вторичных цепях при пробое изоляции (переходе высокого напряжения на вторичные цепи).

Трансформаторы тока (ТТ) служат для измерения как переменного, так и постоянного тока, а также для передачи информации о режиме работы сильноточной цепи высокого напряжения в цепь низкого напряжения для последующей ее обработки. При этом ТТ одновременно обеспечивают изоляцию первичной цепи ВН от вторичной, имеющей потенциал земли, и снижение вторичного тока до нормируемой величины 1, 2 или 5 А. ТТ могут иметь несколько обмоток: для целей измерения и для питания системы релейной защиты (РЗ). От достоверности получаемой информации зависит правильность действия устройств РЗ.

Применяемая изоляция может быть либо твердой (эпоксидная смола), либо жидкой (бумажно-масляная), либо газовой (элегаз). ТТ, применяемые для внутренней установки, встроены в конструкцию выключателя и имеют, как правило, твердую изоляцию (до 20 кВ). ТТ для внешней установки от 35 кВ и выше имеют бумажно-масляную изоляцию с внешней фарфоровой рубашкой либо газовую (элегазовую).

Основное требование, предъявляемое к ТТ, – обеспечение заданной, в зависимости от класса точности, передачи информации как в статическом режиме, так и в переходных режимах при коротких замыканиях. На практике единственным фактором, обеспечивающим выполнение ТТ своих характеристик, является согласование параметров фактической нагрузки ТТ с нормируемой. Это актуально в настоящее время, так как все чаще нагрузка становится не аналоговой, а цифровой (например, счетчики), что снижает фактическую нагрузку на вторичной обмотке ТТ. Для обеспечения согласования мощности вторичной цепи с нормируемой некоторые зарубежные фирмы (например, «RITZ») стали выпускать балластные нагрузочные сопротивления дроссельного типа с коэффициентом мощности . Это актуально и для обмоток, применяемых в системе релейной защиты. При использовании микроконтроллеров требования практически не отличаются, поэтому производители (фирма «RITZ») стали выпускать ТТ с одинаковыми вторичными обмотками как для целей измерения, так и для целей защиты.

Трудности выполнения твердой изоляции между первичной и вторичными обмотками привели к созданию ТТ на напряжение 110 кВ и выше с элегазовой изоляцией. Это позволило существенно снизить массогабаритные показатели. Например, при общей массе ТТ 500 кг доля элегаза составляет 5-7 кг при давлении 0,2…0,5 МПа. В цепях переменного тока первичную обмотку ТТ включают последовательно в цепь измеряемого тока. Ко вторичным обмоткам присоединяют токовые катушки измерительных приборов и реле защиты (рис. 9.1, а). Схема замещения показана на рис. 9.1, б, векторная диаграмма – на рис. 9.1, в.

Трансформаторы тока характеризуются номинальными значениями напряжения, первичного и вторичного тока, коэффициентом трансформации, вторичной нагрузкой, классом точности. Кроме того, для них устанавливаются номинальная предельная кратность первичного тока К_ном, токи электродинамической i_д и термической I_T стойкости и их кратности К_д и К_Т

Рис. 9.1. Трансформатор тока:

а – схема устройства; б – схема замещения;

в – векторная диаграмма трансформатора тока

Трансформаторы тока выпускаются на номинальные напряжения от 0,66 до 750 кВ и первичные токи от 1…40000 А. На номинальный первичный ток I_1ном рассчитывается сам ТТ, на номинальный вторичный ток – токовые обмотки измерительных и защитных приборов. Значение вторичного тока I_2ном может быть 1, 2 или 5 А.

Номинальный коэффициент трансформации ТТ п_ном равен отношению первичного тока I_1ном ко вторичному I_2ном или для идеального ТТ (при отсутствии тока намагничивания I₀) – отношению витков вторичной обмотки ω_2ном к виткам первичной обмотки ω_2ном. На шкале измерительного прибора записывается, с каким коэффициентом трансформации отградуирован данный прибор, например п_ном = 400/5.

Вторичная нагрузка ТТ – это суммарное сопротивление приборов, соединительных проводов и контактов , выраженное в омах. Вместе с сопротивлением должен указываться коэффициент мощности. Нагрузку ТТ можно оценивать и кажущейся мощностью: . Под номинальной нагрузкой ТТ понимается максимальная нагрузка, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов рассматриваемого класса точности.

Класс точности – это обобщенная характеристика трансформатора, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы. Трансформаторы тока могут работать в различных классах точности: 0,1; 0,2; 0,2S; 0,5; 0,5S; 1; 3; 5; 10; 5Р; 10Р, где цифры означают токовую погрешность в процентах (ГОСТ 7746-2001). ТТ в схемах релейной защиты и автоматики имеют класс точности 5, 10, 5Р, 10Р. Токовые цепи счетчиков электрической энергии для технического учета подключают к измерительным трансформаторам классов 0,5 и 1,0.

Системы коммерческого учета электроэнергии субъектов оптового рынка должны являться источниками достоверной информации о фактическом производстве и потреблении электроэнергии на оптовом рынке. К приборам коммерческого учета предъявляются повышенные требования надежности и точности. Трансформаторы тока, используемые для коммерческого учета электроэнергии, должны соответствовать классу точности 0,5S или 0,2S.

Токовая погрешность – погрешность, которую трансформатор вносит в измерение тока и которая возникает вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному. Она определяется в процентах:

,

где – действительные первичный и вторичный токи.

Кроме того, каждый класс точности характеризуется определенным значением угловой погрешности. Угловая погрешность ТТ δ – угол между векторами первичного и вторичного токов при таком выборе их направления, чтобы для идеального ТТ он равнялся нулю (см. рис. 9.1, в): . Угловая погрешность δ выражается в минутах или антирадианах (градусах) и считается положительной, когда вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока.

При КЗ в сети ( ) пользуются полной погрешностью, которая, по существу, есть отношение намагничивающего тока I₀ к первичному току . Все виды погрешностей зависят от относительного значения намагничивающего тока I₀/I₁, от первичного тока, вторичной нагрузки, размеров и материала сердечника. Все виды погрешностей увеличиваются с увеличением тока намагничивания .

Существуют несколько методов уменьшения погрешности. Можно увеличить первичную результирующую магнитодвижущую силу ( увеличить сечение магнитопровода, но уменьшить среднюю длину пути потока по магнитопроводу, изготовить магнитопровод из материала с высокой относительной магнитной проницаемостью и малым углом потерь. Если искусственно увеличить относительную магнитную проницаемость материала магнитопровода путем изменения положения рабочей точки на кривой намагничивания (компенсация погрешности) либо с помощью магнитного шунта, создающего подмагничивание полем рассеяния, либо за счет подмагничивания магнитопровода компенсационными обмотками, то погрешность ТТ тоже уменьшится. Последний метод позволяет улучшить характеристики на участке, охватывающем диапазон токов от 10 до 120% номинального.

Наименьшая погрешность ТТ имеет место при замкнутой накоротко вторичной обмотке (нагрузка равна 0). Чем больше вторичная нагрузка, тем больше погрешность ТТ. При разомкнутой вторичной обмотке (сопротивление равно бесконечности) результирующая МДС резко возрастает и становится равной МДС первичной обмотки. Магнитная индукция в сердечнике по сравнению с нормальным режимом увеличивается в десятки раз. Увеличиваются потери в стали сердечника, что приводит к его нагреву вихревыми токами и высушиванию изоляции. Такое явление называют «пожаром стали» [3]. Из-за насыщения стали индукция изменяется во времени по трапециевидному закону, а так как вторичная ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока, кривая вторичного напряжения приобретает пикообразный характер. Значение вторичного напряжения от 10…20 В нормальном режиме возрастает до сотен и тысяч вольт, что может быть опасно как для изоляции приборов и проводов, так и для обслуживающего персонала. Поэтому режим XX трансформатора тока является аварийным, недопустимым в эксплуатации.

Ток термической стойкости – наибольшее действующее значение тока короткого замыкания за промежуток времени, которое трансформатор тока выдерживает в течение этого промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах короткого замыкания и без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Термическая стойкость оценивается током односекундной или трехсекундной стойкости ( ) или его отношением к номинальному току (кратность) K_lT, К_3т. Ток электродинамической стойкости – наибольшее амплитудное значение тока короткого замыкания за все время его протекания, которое ТТ выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Электродинамическая стойкость может быть задана кратностью тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального тока : . Между токами электродинамической и термической стойкости должно выдерживаться соотношение .

Трансформатор, предназначенный для систем защиты от коротких замыканий, должен иметь погрешность, обеспечивающую устойчивость работы релейной защиты. Для оценки работы ТТ в этом режиме используются кривые предельной кратности.

Обозначение ТТ состоит из букв и цифр. Первая буква Т обозначает – трансформатор тока, последующие буквы – способ установки (В – встроенный, П – проходной), конструкцию первичной обмотки (О – одновитковая, Ш – в виде шины, К – катушечная, З – звеньевая), основную изоляцию (Л – литая, Ф – фарфоровая), род установки (Н – наружная). Буквой М обозначают модернизированную конструкцию.

Первая группа цифр – номинальное линейное напряжение. Буквы с цифрами – климатическое исполнение, вторая группа – первичный и вторичный номинальные токи, третья – класс точности (0,5 или Р).

Пример обозначения: ТЛМ – 6УЗ-400/5-0,5/10Р. Это трансформатор тока с литой изоляцией, модернизированной конструкции, внутренней установки (нет буквы Н в обозначении). Номинальное линейное напряжение – 6 кВ, климатическое исполнение У – умеренный климат, З – для закрытых помещений с естественной вентиляцией. Номинальные токи 400 А – первичный и 5 А – вторичный. ТТ имеет два сердечника со вторичными обмотками – один класса 0,5, второй – для релейной защиты и автоматики (Р). По справочным данным, номинальная мощность нагрузки сердечника класса 0,5 -

По числу витков первичной обмотки ТТ делятся на одно- и многовитковые. Наиболее совершенной конструкцией являются одновитковые ТТ, у которых первичная обмотка представляет собой шину (пакет) или стержень. Такие ТТ компактны, просты и дешевы, у них высокая электродинамическая стойкость. Однако высокий класс точности (0,5 и выше) можно получить при значениях первичного тока не ниже 600 А. В то же время следует отметить, что для эксплуатационного контроля электрических параметров установок таких классов точности обычно не требуется.

Различают стержневые, встроенные и шинные одновитковые ТТ. Стержневые ТТ изготовляют для напряжений до 35 кВ и номинальных первичных токов от 400 до 1500 А. Это трансформаторы серии ТПОЛ. Его первичная обмотка выполнена в виде прямолинейного стержня 4 с зажимами на концах. На рис. 9.3 показан трансформатор ТПОЛ-10. На стержень надеты два тороидальных магнитопровода 1 с вторичными обмотками 2. Они собраны в единую конструкцию крепежным кольцом 3 и залиты эпоксидной смолой. Такой трансформатор тока используется одновременно и как проходной изолятор.

Рис. 9.3. Одновитковый ТТ типа ТПОЛ

Встроенные трансформаторы тока в качестве первичной обмотки используют вводный стержень или токоведущий проводник оборудования ВН (выключателя, электропечного трансформатора). Погрешность таких трансформаторов выше, чем стержневых, так как даже несмотря на наличие отпаек у некоторых типов на вторичной обмотке трудно подобрать нужный коэффициент трансформации при изменяющихся рабочих токах первичной цепи. Для уменьшения погрешности встроенных ТТ устанавливается нес-колько магнитопроводов со своими вторичными обмотками, схему соединения которых можно изменять. Встроенные трансформаторы тока предназначены для установки на вводах баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 10-35 кВ и выше. Это трансформаторы типов ТВ, ТВТ. Трансформаторы тока типов ТВ-110-IV и TB-220-IV встраиваются в элегазовые выключатели. При пользовании встроенными ТТ широко применяется последовательное или параллельное соединение вторичных обмоток. При последовательном соединении общий коэффициент трансформации не изменяется, так как удваивается число витков первичной и вторичной обмоток, сохраняется и значение вторичного тока. Но при этом вторичную нагрузку на ТТ можно увеличить в 2 раза в том же классе точности из-за увеличения вдвое вторичной ЭДС

При малых значениях первичных токов или когда по различным причинам I_1ном ТТ значительно превосходит рабочий ток, в целях увеличения точности отсчета показаний и приближения измеряемой величины к стандартному значению 5 А вторичные обмотки соединяют параллельно, что удваивает показания прибора. Это важно, так как обычно встроенные ТТ достаточно далеко удалены от измерительных приборов.

При использовании в качестве первичной обмотки шины или пакета шин конструкция трансформаторов тока существенно упрощается. У шинных ТТ исчезает дополнительное контактное соединение в первичной цепи. Шинные трансформаторы изготовляют для напряжений до 24 кВ и номинальных первичных токов до 40 кА. К ним относятся трансформаторы: ТШЛ, ТШЛП, ТЛШ, ТНШЛ, ТШВ и др.

В электротехнологических установках нашли широкое распространение трансформаторы тока типа ТНШЛ-0,66УЗ (низковольтный, шинный, литая изоляция, на токи до 25 кА), ТНШ-0,66 (изоляция воздушная, токи до 25 кА) и ТШЛ-0,66 (до 5 кА, класс точности 0,5) (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Шинные ТТ

При малых первичных токах для получения высокого класса точности применяются многовитковые ТТ. Трансформаторы многовитковые выполняются для всей шкалы номинальных напряжений и для номинальных первичных токов до 3000 А. Наличие нескольких витков в первичной обмотке усложняет конструкцию трансформатора. Вид изоляции и конструкция обмоток трансформаторов определяются номинальным напряжением. Для напряжений 6 и 10 кВ изготовляют катушечные и петлевые трансформаторы с эпоксидной литой изоляцией типов ТЛМ, ТЛ, ТОЛ, ТОЛК, ТПЛ, ТПЛУ. В настоящее время для трансформаторов тока внутренней установки до 35 кВ и наружной установки до 10 кВ применяют в основном литую изоляцию на основе эпоксидных смол.

Трансформатор тока ТПЛ-10 (рис. 9.5) имеет два прямоугольных шихтованных магнитопровода 6, на которых расположены вторичные обмотки 2. Первичная обмотка 3 выполнена из медной шины и может иметь необходимое количество витков. На концах первичной обмотки припаяны зажимы 4. Все элементы залиты эпоксидной смолой и представляют собой литой корпус 5. Выводы вторичных обмоток присоединены к зажимам 1. Опорно-проход-ной трансформатор тока типа ТПЛК-10 предназначен для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и (или) устройствам защиты и управления, в установках переменного тока частоты 50, 60 Гц с номинальным напряжением 10 кВ.

Рис. 9.5. Многовитковый ТТ типа ТПЛ-10

В последние годы выпускается много ТТ, разработанных специально для встраивания в ячейки КРУ. С увеличением напряжения стоимость ТТ возрастает примерно пропорционально квадрату напряжения в основном за счет стоимости изоляции, поэтому при напряжениях 220 кВ и выше применяют каскадную схему. В этом случае к выводам вторичной обмотки первой ступени подсоединяют выводы первичной обмотки второй ступени, т.е. имеют две последовательные трансформации. Погрешность такого ТТ увеличена, но изоляция каждого каскада рассчитывается на половинное общее напряжение. Стоимость двухступенчатого ТТ примерно в 2 раза меньше стоимости одноступенчатого. Компенсационные ТТ применяются при питании обмоток измерительных приборов.

Трансформаторы тока типа T3JIM-1, ТЗЛ-1, ТЗЛК, предназначенные для питания схем релейной защиты от замыкания на землю отдельных жил трехфазного кабеля путем трансформации токов нулевой последовательности, устанавливаются на кабель (рис. 9.6) [3].

Лабораторный измерительный трансформатор тока ТЛЛ-35 предназначен для питания цепей измерения тока, мощности и энергии, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в электрических установках переменного тока на класс напряжения до 35 кВ в лабораториях и на испытательных станциях промышленных предприятий.

Для наружной установки выпускаются опорные трансформаторы тока с масляным заполнением и фарфоровой изоляцией типа ТФМ и ТФЗМ (с обмотками звеньевого типа). Схемы соединения трансформаторов тока и подключаемых приборов могут быть различны в зависимости от вида нагрузки, необходимого количества приборов, требуемой точности измерения и т.д. (рис. 9.7). Распространенным является фазное включение приборов к трансформаторам тока (рис. 9.7, а), схемы «звезда» (рис. 9.7, б)и «неполная звезда» (рис. 9.7, в).

Рис. 9.7. Схемы и векторные диаграммы включения ТТ

При подключении измерительных приборов (электрических счетчиков и ваттметров) и реле нужно обращать внимание на начала и концы обмоток ТТ. Выводы первичной обмотки обозначают: Л₁ – начало обмотки, Л₂ – конец обмотки. Выводы вторичной обмотки обозначают, соответственно: И₁ и И₂ ТТ напряжением выше 1 кВ устанавливаются в ячейках с выключателями РП часто в двух (крайних) фазах (для учета электрической энергии, измерения тока и релейной защиты от КЗ). В третьей фазе ТТ не устанавливается, так как защита с ТТ в двух фазах реагирует на все виды междуфазных КЗ, а замыкание одной фазы на землю не сопровождается большим током, что объясняется тем, что нейтраль сети напряжением 6-10 кВ изолирована.

В установках, работающих на постоянном токе (например, вакуумные дуговые печи и др.), для замера значения рабочего тока используют специальные трансформаторы постоянного тока (ТПТ). ТПТ представляет собой магнитный усилитель, работающий в режиме вынужденного подмагничивания. Этот режим характерен тем, что в цепи управления протекает ток, который определяется только параметрами цепи управления. Принципиальная схема ТПТ на двух магнитопроводах представлена на рис. 9.8.

Рис. 9.8. Трансформатор постоянного тока (ТПТ)

Измеряемый постоянный ток проходит по обмотке управления ω_упр, представляющей собой токоподводящую шину короткой сети. Рабочие обмотки ω_раб включены встречно. Последовательно с рабочими обмотками через выпрямитель включена нагрузка R_H– токовые обмотки измерительных приборов. В измерительную схему подано напряжение промышленной частоты U_раб.

Измеряемый ток, проходя по обмоткам управления, намагничивает до состояния насыщения оба магнитопровода. В определенный момент в первом магнитопроводе I магнитный поток от обмотки управления складывается с потоком от рабочей обмотки, а в этот момент во втором магнитопроводе II потоки направлены встречно. Поскольку магнитопровод I находится в насыщенном состоянии, сопротивление первой рабочей обмотки переменному току практически равно 0, и ток в цепи рабочих обмоток определяется перемагничиванием магнитопровода II. При идеальной кривой намагничивания и малом сопротивлении нагрузки ЭДС обмотки II уравновешивает U_раб, переменная индукция меняется по синусоидальному закону и .

Поскольку , то и для мгновенных, и для средних значений . Пропорциональность тока I_раб и I_у сохраняется при изменении I_раб от 0 до 0,84 I_{раб max}, равного U_раб/R_раб, где . В следующий полупериод процесс повторится, но ток будет определяться перемагничиванием магнитопровода I.

Трансформаторы напряжения (ТН) применяют в установках переменного тока для питания измерительных приборов и реле защиты (рис. 9.9).

Рис. 9.9. Схема устройства однофазного ТН

Трансформаторы напряжения имеют два назначения: изолировать вторичную обмотку низкого напряжения и обезопасить обслуживающий персонал; понизить напряжение до стандартной величины: 100; 100 ; 100/3 В. Для безопасности обслуживания приборов один конец вторичной обмотки заземляется.

Основными параметрами ТН являются:

– номинальное напряжение, равное напряжению первичной обмотки U_1ном и определяющее класс изоляции. Номинальное вторичное напряжение U_2ном равно 100 или В для включаемых между фазой и землей. По требованию потребителей допускается изготавливать трансформаторы с напряжением вторичных обмоток 100/3, 110, 110/3, 120, 120/3, 200, 200/3, 220, 220/3 В;

– номинальный коэффициент трансформации: отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному (шкалы измерительных приборов градуируются с учетом К_ном, чтобы прибор показывал действительное напряжение первичной цепи);

– номинальное напряжение, равное напряжению первичной обмотки U_1ном и определяющее класс изоляции. Номинальное вторичное напряжение U_2ном равно 100 В для однофазных трансформаторов, включаемых на напряжение между фазами, и В – для однофазных трансформаторов, включаемых на напряжение между фазой и землей;

– номинальная мощность S_ном – это наибольшая мощность нагрузки, при которой погрешность ТН не выходит за пределы в данном классе точности (мощность ТН невелика и составляет несколько сотен вольт-ампер);

– номинальная вторичная нагрузка z₂;

– погрешность – угловая δ и погрешность по напряжению ∆U,%.

Допустимая погрешность по напряжению вместе с определенной угловой при условии, что вторичная нагрузка может меняться в пределах (0,25…1,0) Sном при cosφ = 0,8, характеризует класс точности (для ТН установлены следующие классы точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 3Р; 6Р – цифры означают предельно допустимую погрешность по напряжению в процентах).

Трансформаторам, предназначенным для релейной защиты и автоматики, следует присваивать классы точности 3Р или 6Р. Для трехфазных трехобмоточных трансформаторов напряжения классы точности устанавливают только для основной вторичной обмотки. Для однофазных трехобмоточных трансформаторов классы точности устанавливают для обеих вторичных обмоток, причем для дополнительной вторичной обмотки класс точности должен быть 3, 3Р или 6Р. Номинальные мощности трансформаторов для любого класса точности следует выбирать в соответствии с ГОСТ 1983-2001.

Принцип устройства, особенности работы, схемы включения и конструкция ТН аналогичны силовым трансформаторам. В то же время, чтобы уменьшить погрешность измерительных трансформаторов, выбирают меньшую плотность тока в обмотках и меньшую магнитную индукцию в магнитопроводе по сравнению с соответствующими значениями для силовых трансформаторов. По числу фаз ТН бывают одно- и трехфазные, по роду изоляции – сухие, твердые (эпоксоидная смола), бумажно-масляные (фарфоровая рубашка с заполненным маслом), газовые (элегаз), масляные и с литой изоляцией (на основе метакриловых смол и кварца), по числу обмоток – двух- и трехобмоточные, по способу установки – для внутренней и наружной установки, по способу включения – с заземленной обмоткой высокого напряжения (ВН) – однофазные и без заземления трехфазные.

В сетях 6-10 и 35 кВ в настоящее время используются ТН типа НОС (однофазный, сухой), НОМ (однофазный, масляный), НОЛ (однофазный, с литой изоляцией), НТМИ (трехфазный, масляный, пятистержневой), НТМК (трехфазный, масляный, с компенсационной обмоткой), ЗНОМ, ЗНОЛ (добавление буквы З указывает на заземленный ввод) (рис. 9.10).

а б

Рис. 9.10. ТН с масляной (а) и литой (б) изоляцией

Трансформаторы напряжения подключаются по различным схемам (рис. 9.11): например, два однофазных трансформатора можно соединить по схеме неполного треугольника (рис. 9.11, а)или три однофазных ТН могут быть соединены по схеме звезды (рис. 9.11, б). Для защиты измерительных цепей и самого трансформатора от последствий КЗ и перегрузок используются плавкие предохранители высокого или низкого напряжения. Для установок напряжением 110 кВ и выше плавкие предохранители с необходимой отключающей способностью отсутствуют, и включение ТН на стороне ВН производится только через разъединители.

Рис. 9.11. Схемы включения ТН

Схема (рис. 9.12) позволяет получать все три междуфазных напряжения U_AB, U_BC иU_CA (не рекомендуется присоединять нагрузку между точками А и С, так как через трансформаторы будет протекать дополнительный ток нагрузки, вызывающий повышение погрешности).

Для получения 3U₀ от трехфазного пятистержневого трансформатора напряжения на каждом из его основных стержней 1, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки нулевой последовательности (НП), замыкающиеся по 4 и 5 стержням магнитопровода. Последнее исключает появление повышенных значений токов в первичных обмотках ТН при замыканиях на землю в питающей сети. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения. Применяются для измерения напряжений и контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью.

Трехфазные стержневые ТН применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью только для питания измерительных приборов и РЗ. У них первичная обмотка соединяется в звезду, вторичная – в звезду с выведенной нейтралью. Их не используют для контроля изоляции и защиты от замыканий на землю, так как при заземлении первичной обмотки трансформатора и замыкании одной из фаз сети на землю в стержнях его магнитопровода появляются встречно направленные магнитные потоки, способные вызвать недопустимый нагрев обмоток.

При измерении мощности или энергии трехфазной системы применяется схема включения трансформатора напряжения, приведенная на рис. 9.14.

Трансформаторы напряжения, в основном НОМ, НОЛ, НТМИ, широко применяются в комплектных распределительных устройствах, трансформаторы с литой изоляцией могут встраиваться в одну ячейку с выключателем высокого напряжения и устанавливаться в любом пространственном положении, в том числе и наклонно, под любым углом. Это преимущество и определяет их широкое распространение в последние годы. Пример условного обозначения трансформатора напряжения заземляемого, однофазного, электромагнитного, с литой изоляцией, со встроенным предохранителем, класса напряжения 10 кВ – ЗНОЛП.

Для питания счетчиков электроэнергии используются ТН класса 0,5. Для щитовых приборов используются ТН классов 1,0 и 3,0. Требования к ТН со стороны низкого напряжения диктуются релейной защитой и мощностью, потребляемой измерительными приборами.

Нагрузка ТН должна равномерно распределяться по всем трем фазам. Суммарная нагрузка не должна превышать значение, указанное в каталоге при требуемом классе точности. Если схема соединения обмоток трансформатора напряжения соответствует схеме соединения параллельных обмоток измерительных приборов (например, ваттметров и счетчиков к двум однофазным трансформаторам напряжения, соединенным по схеме открытого треугольника), то нагрузку на каждую фазу легко определить, суммируя нагрузку всех параллельных обмоток приборов (реле): .

Если схемы соединения обмоток трансформатора напряжения и обмоток напряжения приборов различны (например, присоединение ваттметров и счетчиков к трехфазному трансформатору напряжения с соединением обмоток звезда – звезда), то нагрузку на каждую фазу точно определить нельзя. В этом случае обычно подсчитывают полную трехфазную нагрузку от всех измерительных приборов и сравнивают ее с трехфазной номинальной мощностью трансформатора или группы трех однофазных трансформаторов в данном классе точности.

За номинальную мощность ТН следует принимать:

1) мощность всех трех фаз – для трансформаторов, соединенных по схеме звезды;

2) удвоенную мощность одного трансформатора – для однофазных трансформаторов, соединенных по схеме открытого треугольника.

Определив нагрузку фаз трансформаторов, приравниваем ее к номинальной вторичной нагрузке выбранного трансформатора напряжения. Следовательно, условием соответствия трансформаторов напряжения заданному классу точности является следующее неравенство: .

Сечение проводников, соединяющих ТН и приборы, выбирается таким, чтобы потери напряжения на них не превышали 0,5% U_2ном (где U_2ном – номинальное напряжение вторичной обмотки). Для обеспечения механической прочности сечение медного кабеля должно быть не менее 1,5 мм², алюминиевого – 2,5 мм². Для защиты ТН от повреждения в цепи нагрузки во вторичную цепь включается автоматический выключатель или предохранитель. Номинальный ток аппаратов защиты равен току нагрузки.

Для защиты сети от повреждений в первичной обмотке ТН устанавливаются кварцевые предохранители типа ПКН. Номинальное напряжение предохранителя выбирается равным номинальному напряжению трансформатора.

Трансформаторы напряжения можно использовать как силовой трансформатор. Предельная мощность указана в каталожных данных. При предельной мощности температура трансформатора достигает предельного значения.