Trasformatori di tensione dello strumento

Scopo e principio di funzionamento del trasformatore di tensione

Il trasformatore di tensione di misura viene utilizzato per ridurre l'alta tensione fornita negli impianti CA a contatori e relè per la protezione e l'automazione.

Un collegamento diretto ad alta tensione richiederebbe dispositivi e relè molto ingombranti a causa della necessità di realizzarli con isolamento ad alta tensione. La produzione e l'uso di tali apparecchiature è praticamente impossibile, soprattutto a tensioni di 35 kV e superiori.

L'utilizzo di trasformatori di tensione consente l'utilizzo di dispositivi di misura standard per misurare l'alta tensione, ampliandone i limiti di misura; anche le bobine di relè collegate tramite trasformatori di tensione possono avere versioni standard.

Inoltre, il trasformatore di tensione isola (separa) i dispositivi di misura ei relè dall'alta tensione, garantendo così la sicurezza del loro servizio.

I trasformatori di tensione sono ampiamente utilizzati negli impianti elettrici ad alta tensione, la precisione dipende dal loro funzionamento misure elettriche e la misurazione dell'elettricità, nonché l'affidabilità della protezione dei relè e dell'automazione di emergenza.

Il trasformatore di tensione di misura, secondo il principio di progettazione, non differisce da trasformatore step-down di alimentazione… È costituito da un'anima in acciaio costituita da piastre elettriche in lamiera d'acciaio, un avvolgimento primario e uno o due avvolgimenti secondari.

Nella fig. 1a mostra un diagramma schematico di un trasformatore di tensione con un singolo avvolgimento secondario. Un'alta tensione U1 viene applicata all'avvolgimento primario e un dispositivo di misurazione è collegato alla tensione secondaria U2. L'inizio degli avvolgimenti primari e secondari è contrassegnato con le lettere A e a, le estremità con X e x. Tali designazioni vengono solitamente applicate al corpo del trasformatore di tensione accanto ai terminali dei suoi avvolgimenti.

Il rapporto tra la tensione nominale del primario e la tensione nominale del secondario è chiamato tensione nominale. fattore di trasformazione trasformatore di tensione Kn = U1nom / U2nom

Riso. 1. Schema e diagramma vettoriale del trasformatore di tensione: a - diagramma, b - diagramma vettoriale di tensione, c - diagramma vettoriale di tensione

Quando un trasformatore di tensione funziona senza errori, le sue tensioni primarie e secondarie corrispondono in fase e il rapporto dei loro valori è uguale a Kn. Con un fattore di trasformazione Kn = 1 tensione U2= U1 (Fig. 1, c).

Legenda: H — un terminale è collegato a terra; O — monofase; T — trifase; K — cascata o con bobina di compensazione; F — s isolamento esterno in porcellana; M - olio; C — secco (con isolamento aereo); E — capacitivo; D è un divisore.

I terminali dell'avvolgimento primario (HV) sono etichettati A, X per trasformatori monofase e A, B, C, N per trasformatori trifase. I terminali principali dell'avvolgimento secondario (LV) sono contrassegnati rispettivamente con a, x e a, b, c, N, terminali dell'avvolgimento secondario aggiuntivo - ad techend.

Inizialmente gli avvolgimenti primario e secondario sono collegati rispettivamente ai terminali A, B, C e a, b, c. Gli avvolgimenti secondari principali sono solitamente collegati a stella (gruppo di connessione 0), aggiuntivi - secondo lo schema delta aperto. Come sapete, durante il normale funzionamento della rete, la tensione ai terminali dell'avvolgimento aggiuntivo è prossima allo zero (tensione squilibrata Unb = 1 - 3 V) e per guasti a terra è pari a tre volte il valore della tensione 3UО con fase UО di sequenza zero.

In una rete con neutro a terra il valore massimo è 3U0 pari alla tensione di fase, con sollecitazione di tensione isolata - trifase. Di conseguenza, vengono eseguiti avvolgimenti aggiuntivi di tensione nominale Unom = 100 V e 100/3 V.

La tensione nominale TV è la sua tensione nominale dell'avvolgimento primario; questo valore può differire dalla classe di isolamento. Si presume che la tensione nominale dell'avvolgimento secondario sia 100, 100/3 e 100/3 V. Normalmente, i trasformatori di tensione funzionano in modalità a vuoto.

Trasformatori di tensione di misura con due avvolgimenti secondari

I trasformatori di tensione con due avvolgimenti secondari, oltre ai misuratori di potenza e ai relè, sono progettati per azionare dispositivi di segnalazione di guasto a terra in una rete con neutro isolato o per la protezione di guasto a terra in una rete con neutro a terra.

Un diagramma schematico di un trasformatore di tensione con due avvolgimenti secondari è mostrato in Fig. 2, un. I terminali del secondo avvolgimento (aggiuntivo), utilizzato per la segnalazione o la protezione in caso di guasto a terra, sono siglati ad e xd.

Nella fig. 2.6 mostra uno schema dell'inclusione di tre di questi trasformatori di tensione in una rete trifase. Gli avvolgimenti primario e secondario principale sono collegati a stella. Il neutro dell'avvolgimento primario è collegato a terra. Tre fasi e neutro possono essere applicati a contatori e relè dagli avvolgimenti secondari principali. Ulteriori avvolgimenti secondari sono collegati a triangolo aperto. Da questi, la somma delle tensioni di fase di tutte e tre le fasi viene alimentata ai dispositivi di segnalazione o protezione.

Nel normale funzionamento della rete in cui è collegato il trasformatore di tensione, questa somma vettoriale è zero. Questo può essere visto dai diagrammi vettoriali in fig. 2, c, dove Ua, Vb e Uc sono i vettori delle tensioni di fase applicate agli avvolgimenti primari e Uad, Ubd e Ucd sono i vettori di tensione degli avvolgimenti aggiuntivi primari e secondari. tensioni degli avvolgimenti secondari aggiuntivi, coincidenti in direzione con i vettori dei corrispondenti avvolgimenti primari (lo stesso di Fig. 1, c).

Riso. 2. Trasformatore di tensione con due avvolgimenti secondari. a — diagramma; b — inclusione in un circuito trifase; c — diagramma vettoriale

La somma dei vettori Uad, Ubd e Ucd si ottiene combinandoli secondo lo schema di collegamento degli avvolgimenti aggiuntivi, mentre si presume che le frecce dei vettori delle tensioni primarie e secondarie corrispondano all'inizio degli avvolgimenti del trasformatore.

La tensione risultante 3U0 tra la fine dell'avvolgimento di fase C e l'inizio dell'avvolgimento di fase A nel diagramma è zero.

In condizioni reali, di solito c'è una tensione di squilibrio trascurabile all'uscita di un triangolo aperto, non superiore al 2-3% della tensione nominale. Questo squilibrio è creato dalla leggera asimmetria sempre presente delle tensioni di fase secondarie e da una leggera deviazione della forma della loro curva dalla sinusoide.

La tensione che garantisce il funzionamento affidabile dei relè applicati al circuito a triangolo aperto compare solo in caso di guasto a terra sul lato del primario del trasformatore di tensione. Poiché i guasti a terra sono associati al passaggio di corrente attraverso il neutro, la tensione risultante all'uscita del triangolo aperto secondo il metodo dei componenti simmetrici è chiamata tensione di sequenza zero ed è indicata con 3U0. In questa notazione, il numero 3 indica che la tensione in questo circuito è la somma di tre fasi. La designazione 3U0 si riferisce anche al circuito di uscita a triangolo aperto applicato al relè di allarme o protezione (Fig. 2.6).

Riso. 3. Diagrammi vettoriali delle tensioni degli avvolgimenti aggiuntivi primari e secondari con guasto a terra monofase: a - in una rete con neutro messo a terra, b - in una rete con neutro isolato.

La tensione 3U0 ha il valore più alto per un guasto a terra monofase.Va tenuto presente che il valore massimo della tensione 3U0 in una rete con neutro isolato è molto più alto che in una rete con neutro a terra.

Schemi generali di commutazione dei trasformatori di tensione

Lo schema più semplice usando uno trasformatore di tensione monofasemostrato in fig. 1, a, viene utilizzato all'avvio degli armadi motore e nei punti di commutazione 6-10 kV per accendere il voltmetro e il relè di tensione del dispositivo AVR.

La figura 4 mostra gli schemi di collegamento dei trasformatori di tensione monofase ad avvolgimento singolo per l'alimentazione di circuiti secondari trifase. Un gruppo di trasformatori monofase a tre stelle mostrato in Fig. 4, a, viene utilizzato per alimentare dispositivi di misurazione, dispositivi di misurazione e voltmetri per il monitoraggio dell'isolamento in impianti elettrici da 0,5-10 kV con una rete neutra isolata e non ramificata, dove non è richiesta la segnalazione del verificarsi della messa a terra monofase.

Per rilevare la "terra" su questi voltmetri, devono mostrare l'entità delle tensioni primarie tra le fasi e la terra (vedere il diagramma vettoriale in Fig. 3.6). A tale scopo, il neutro degli avvolgimenti AT è messo a terra ei voltmetri sono collegati alle tensioni secondarie di fase.

Poiché in caso di guasto a terra monofase i trasformatori di tensione possono essere alimentati a lungo, la loro tensione nominale deve corrispondere alla prima tensione concatenata. Di conseguenza, in modalità normale, quando si opera a tensione di fase, la potenza di ciascun trasformatore, e quindi dell'intero gruppo, diminuisce una volta di √ 3. Poiché il circuito ha zero avvolgimenti secondari messi a terra, i fusibili secondari sono installati in tutte e tre le fasi .

Riso. 4.Schemi di collegamento dei trasformatori di misura della tensione monofase con un avvolgimento secondario: a - circuito stella-stella per impianti elettrici di 0,5 - 10 kV con zero isolato, b - circuito aperto a triangolo per impianti elettrici 0,38 - 10 kV, c - lo stesso per impianti elettrici 6 - 35 kV, d - inclusione di trasformatori di tensione 6 - 18 kV secondo lo schema a stella triangolare per alimentare i dispositivi ARV delle macchine sincrone.

Nella fig. 4.6 e trasformatori di tensione progettati per alimentare dispositivi di misurazione, contatori e relè collegati alla tensione fase-fase sono collegati in un circuito a triangolo aperto. Questo schema fornisce una tensione simmetrica tra le linee Uab, Ubc, U°Ca quando si utilizzano trasformatori di tensione in qualsiasi classe di precisione.

funzione circuito a triangolo aperto questo è un uso insufficiente della potenza dei trasformatori, poiché la potenza di un tale gruppo di due trasformatori è inferiore alla potenza di un gruppo di tre trasformatori collegati in un triangolo completo non di 1,5 volte, ma di √3 una volta.

Lo schema in fig. 4, b viene utilizzato per alimentare circuiti di tensione non ramificati di impianti elettrici 0,38 -10 kV, che consente di installare la messa a terra dei circuiti secondari direttamente sul trasformatore di tensione.

Nei circuiti secondari del circuito di fig. 4, c, al posto dei fusibili, è installato un interruttore bipolare, quando viene attivato, il contatto del blocco chiude il circuito di segnale «interruzione di tensione»... La messa a terra degli avvolgimenti secondari viene eseguita sullo schermo in fase B, che è inoltre messa a terra direttamente al trasformatore di tensione tramite fusibile guasto.L'interruttore garantisce la disconnessione dei circuiti secondari del trasformatore di tensione con un'interruzione visibile. Questo schema viene utilizzato negli impianti elettrici 6 - 35 kV quando si alimentano circuiti secondari ramificati da due o più trasformatori di tensione.

Nella fig. 4, g i trasformatori di tensione sono collegati secondo il circuito delta - stella, fornendo una tensione sulla linea secondaria U = 173 V, necessaria per alimentare i dispositivi di controllo automatico dell'eccitazione (ARV) di generatori sincroni e compensatori. Per aumentare l'affidabilità del funzionamento dell'ARV, i fusibili nei circuiti secondari non sono installati, il che è consentito PUE per circuiti di tensione non ramificati.

Guarda anche: Schemi di collegamento dei trasformatori di tensione di misura