Зависимость погрешности тр-ра напряжения от нагрузки

Зависимость погрешности транс­форматора напряжения от нагрузкилегко проследить с помощью век­торной диаграммы:

При n=K_HOM погрешность в напряжении должна быть отсчитана по вертикальной оси от точки А до точки F — проек­ции конца вектора U ₁ на эту ось. Поскольку напряжение U'₂ меньше напряжения U₁ , погрешность отри­цательна. На диаграмме слева дана шкала, позволяющая определить погрешность в процентах.

Угловая погрешность должна быть отсчитана по горизонтальной оси от точки А до точки G — проек­ции конца вектора U₁ на эту ось. На диаграмме снизу дана шкала, позволяющая определить угловую погрешность в минутах.

Треугольник CDE соответствует номинальной нагрузке трансформа­тора с созф=0,8. При нагрузке, меньшей номинальной, стороны треугольника должны быть пропор­ционально уменьшены; при этом конец вектора U₁, переместится по отрезку ЕС вниз.

Соответственно уменьшится погрешность. На диа­грамме показаны окружности, со­ответствующие нагрузкам, равным 1,0; 0,75, 0,5 и 0,25 номинальной.

При коэффициенте мощности, отличном от 0,8, треугольник CDE должен быть повернут около точки С. На диаграмме, показаны его положения для коэффициентов мощности 1,0 и 0,5. Соответственно изменяются и погрешности.

Таким образом, по диаграмме легко проследить зависимости по­грешности в напряжении от нагруз­ки при различных коэффициентах мощности. Эти зависимости показа­ны па рис., а пунктирными ли­ниями:

 

Как видно из диаграммы, характеристики представляют на клонные прямые, проведенные из общей точки, соответствующей по­грешности при холостом ходе. На­клон характеристик определяется коэффициентом мощности нагрузки и углом ф_к из выражения:

При коэффициенте мощности, равном единице, наклон характери­стики наименьший. Наибольший наклон характеристики имеет место при ф2=фк (рассматривается толь­ко индуктивная нагрузка трансфор­матора).

 

Характеристики угловой погреш­ности имеют также вид наклонных прямых. При холос­том ходе угловая погрешность по­ложительна. При ф₂=фн характе­ристика погрешности горизонталь­на, т. е. погрешность не зависит от нагрузки. При ф2<фк характерис­тика угловой погрешности имеет наклон вниз, а при ф>ф_к — наклон вверх.

 

Витковая коррекция ТН, зависимость погрешности от напряжения.

Из выражений для f и δ (полученных при анализе схемы замещения) следует, что при R-L нагрузке и k_ном = n погрешность в напряжении всегда отрицательна, т.е. вторичное напряжение

несколько приуменьшено. Для увеличения точности измерений отношение чисел витков обмоток выбирают меньшим номинального (к-та трансформации). Для этого уменьшают число витков первичной обмотки. (Это уменьшение и называют ВИТКОВОЙ КОРРЕКЦИЕЙ) Характеристики погрешностей при этом смещаются вверх параллельно самим себе.

 

На угловую погрешность витковая коррекция не влияет.

Погрешность ТН также зависит от первичного напряжения, что видно на построенной диаграмме.

При построении аналогичной диаграммы для напряжения, отличного от номинала, нужно учесть, что: при отклонении напряжения от номинала изменяются и падения напряжения на сопротивлениях тр-ра (но относительное изменение их не зависит от U₁).

То есть, необходимо заново выбрать масштаб, заново построить треугольник холостого хода.

На диаграмме вследствие этого сместится точка С. Например, при U₁<U_н треугольник уменьшится и С сместится вниз и влево. То есть изменится и положение треугольника нагрузки, и погрешность тр-ра.

Поскольку составляющая погрешности от намагничивающего тока намного меньше составляющей тока нагрузки, уменьшение напряжения мало отражается на полной погрешности тр-ра. При увеличении первичного напряжения погрешность может сильно возрасти, если индукция, соответствующая номинальному напряжению, относительно высока.

Схемы включения ТН.

Схема включения зависит от величин, подлежащих измерению (линейных, фазных или напряжения нулевой последовательности, возникающего при замыкании на землю). Линейные напряжения подводятся к соответствующим обмоткам измерительных приборов и реле. Напряжения фазные и нулевой последовательности используют для релейной защиты, а также для сигнализации о замыканиях на землю в сетях, где повреждения этого вида могут длительно существовать. Для измерения перечисленных напряжений применяются одно- и трёхфазные ТН, включаемые соответствующим образом.

1. Однофазные тр-ры, включенные в «звезду» с заземлённой нейтралью ВН (Y₀/Y₀).

Эта схема распространена вследствие её универсальности (особенно в установках 35кВ и выше)

Обмотки тр-ров могут изолироваться на полное напряжение с одного конца. Второй конец обмоток подлежит заземлению. Это упрощает конструкцию и снижает стоимость. Схема позволяет измерять как линейные, так и фазные напряжения. Напряжение нулевой последовательности можно измерить с помощью дополнительных вторичных обмоток, включенных в разомкнутый треугольник.

В нормальном состоянии напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно нулю. При замыкании в нём появляется 3·U₀. Число витков на фазу дополнительной обмотки выбирают так, чтобы при замыкании в сети напряжение на его зажимах составляло 100В.

ТН для незаземл. сетей, где 3·U₀ достигает U_ф, имеют дополнительные обмотки с напряжением 100/3 В (на фазу). ТН в эффективно заземлённых сетях имеют дополн. обмотки с напряжением 100В на фазу, поскольку напряжение нулевой последовательности тут меньше.

 

2. Трёхфазные ТН.

Они применяются в установках до 20 кВ (заменяют группу однофазных ТН, соединённых в «звезду» и при этом отличаются меньшей стоимостью). Трёхфазные тр-ры имеют пятистержневые магнитопроводы броневого типа, обеспечивающие замыкание в них магнитных потоков нулевой последовательности, вознивающих при замыкании на землю. Обмотки соединяют Y₀/Y₀-12. Дополнительные обмотки также соединяют в разомкнутый треугольник. Погрешности трёхфазных ТН больше погрешности однофазных вследствие несимметрии магнитной системы. При несимметричной нагрузке они возрастают ещё больше.

3. Неполный треугольник.

Эта схема позволяет непосредственно измерить два линейных напряжения. Она целесообразна, когда нагрузку ТН составляют счётчики и ваттметры. Рассматриваемая схема позволяет получить и третье напряжение (например, U_CA), но при включении приборов на эти зажимы нагружаются оба тр-ра. При этом угловые сдвиги тока по отношению к соответствующим напряжениям неодинаковы, что вызывает увеличение погрешности. Поэтому присоединения приборов к этим зажимам следует избегать.

 

Конструкции ТН.

Измерительный ТН во многом похож на силовой тр-р малой мощности для той же ступени напряжения. Но есть и отличия (назначение и условия работы). Так силовой тр-р должен рассчитываться на отвод большого кол-ва тепла, выделяющегося при работе. В измерительном ТН оно ничтожно мало.

Основные задачи, решаемые при конструировании измер. ТН, помимо точности, заключаются в создании надёжной изоляции, обеспечении минимальных размеров и массы, безаварийной работы с минимальным уходом.

До недавнего времени измерительные тр-ры (ИТН) на 6-35кВ выполняли с бумажной изоляцией, погруженной в масло. По мере повышения напряжения размеры, масса и стоимость их резко возрастают. Для устранения этих недостатков меняют метод изоляции.

Известно, что при двухслойной изоляции (например, бумажной) напряжённость поля обратно пропорциональна диэл. проницаемости сред. Поскольку диэл. проницаемость бумаги примерно в 2 раза больше диэл. проницаемости масла, твёрдая изоляция используется слабо. В новых конструкциях принимают однородную изоляцию из бумаги, пропитанной маслом, похожую на изоляцию маслонаполненного кабеля. Масляные каналы устранены, что позволило резко уменьшить изоляционные расстояния, размеры магнитопровода и кожуха. Изоляция вводов является продолжением изоляции обмотки и входит в фарфор изоляторов. Масло в изоляторах сообщается с маслом в кожухе, при этом количество масла уменьшено (тр-ры типа НОМ).

 

Однофазные тр-ры до 24кВ изготавливают с литой изоляцией на основе метакриловых смол и кварца (тр-ры типа НОЛ). Они имеют малые габариты и предназначены для комплектных РУ.

 

ТН 110кВ и выше изготавливаются каскадного типа. Они состоят из нескольких ступеней (тр-ров), изолированных друг от друга. Число ступеней определяется из номинального напряжения (примерно по 50кВ на ступень). Изоляция выполняется на напряжение ступени (U_н/N, N – число ступеней). Первичные обмотки изолированы с одного конца и соединены последовательно. Начало первичной обмотки верхней ступени присоединяют к проводу, напряжение которого нужно измерить. Для равномерности распределения U_СЕТИ предусмотрены связующие обмотки.

Тр-ры каскадного типа имеют меньшую массу и стоимость, но их погрешности выше, чем у одноступенчатых. Каскадные ТН выпускают на напряжение 110, 220, 330, 500 кВ с числом ступеней 2,4,6 и 10 соответственно.

 

Емкостные ТН.

Так называют устройства для измерения напряжений 110кВ и выше, состоящие из емкостного делителя напряжения и ТН. Погрешность емкостных ТН выше, чем у ТН, но они распространены в системах релейной защиты и измерений, не требующих большой точности. Стоимость их также ниже, чем у ТН.

Основная часть емкостного тр-ра – делитель напряжения, состоящий из конденсаторов С₁ и С₂.

С₁ присоединяется к проводу, напряжение которого нужно измерить. К C₂ присоединяется ТН с нагрузкой на вторичных зажимах. При отключенном тр-ре U_C2 пропорционально U₁.

. При включенном ТН соотношение несправедливо, т.к. часть тока ответвляется в нагрузку. Для обеспечения пропорциональности U₁ и U₂ предусмотрен реактор, сопротивление которого .