Трансформаторы напряжения - назначение и принцип действия. Трансформаторы напряжения емкостные1.4 Ёмкостные трансформаторы напряженияЭлектромагнитные измерительные ТН для высоких первичных напряжений получаются громоздкими и дорогими. Особые трудности возникают при выполнении их внутренней изоляции. Поэтому для первичных напряжений 110кВ, 150кВ, 220кВ и 330кВ измерительные ТН выполняются многоступенчатыми каскадного типа. В таких трансформаторах всё напряжение сети равномерно распределяется между двумя, - тремя отдельными каскадами. В сетях с номинальным напряжением 500кВ и выше для питания устройств РЗ применяются ёмкостные делители напряжения совместно с электромагнитными ТН. Если между фазным проводом линии электропередачи и землёй включить последовательно два конденсатора (две группы конденсаторов) С1 и С2 (рисунок 1.7), то фазное напряжение линии U1ф распределится между конденсаторами обратнопропорционально их ёмкостям (1.14) Здесь С1 <<C2.
Рисунок 1.7 Ёмкостный измерительный ТН Обычно ёмкости конденсаторов С1 и С2 выбираются таким образом, чтобы при номинальном фазном напряжении линии U1ф,ном напряжение на конденсаторе С2 составляло (0,05 ÷ 0,1) U1ф,ном. Если к конденсатору С2 подключить первичную обмотку трансформатора, то напряжение на его вторичной обмотке U2 будет пропорционально фазному напряжению линии с учётом соотношения ёмкостей С1 и С2. Ёмкостное сопротивление участка фаза-земля (рисунок 1.7) равно (1.15) Ток, проходящий через ёмкостный делитель (1.16) Напряжение на конденсаторе С2 равно (1.17) С учётом коэффициента трансформации КU (1.18) При отсутствии нагрузки (вторичная цепь ТН разомкнута) напряжение U2 совпадает по фазе с напряжениями U1 и U1ф. При подключении к ТН обмоток реле искажается как величина вторичного напряжения, так и его фаза относительно первичного напряжения, что обусловливает возрастание погрешностей fU и δ. Для уменьшения погрешностей в работе ёмкостного ТН принимаются дополнительные меры – применяется компенсирующее устройство (рисунок 1.8), состоящее из дросселя L и дополнительного конденсатора С3. Соответствующим подбором их параметров и ограничением нагрузки (уменьшением потребляемой мощности подключённых реле) можно с достаточной точностью обеспечить пропорциональность и совпадение по фазе напряжений U2 и U1.
Рисунок 1.8 Упрощённая схема ёмкостного ТН с коррекцией Другими словами компенсирующее устройство позволяет уменьшить угловую погрешность δ и погрешность по напряжению ΔU (fU). Существенным недостатком ёмкостных делителей напряжения является их относительно небольшая мощность (порядка 100 ÷ 150 В∙А), что может ограничивать количество подключённых реле. 1.5 Работа измерительных трансформаторов напряжения в переходных режимахДля трансформаторов напряжения , используемых в устройствах РЗ, необходимо рассматривать ряд переходных режимов их работы. К таким режимам относятся:
Переходные процессы и соответствующие им вторичные напряжения у электромагнитных и ёмкостных ТН существенно различаются. Опыт эксплуатации и исследования режимов работы электромагнитных ТН дают возможность сделать следующие выводы:
Примечание. В отличие от измерительных ТН в силовых трансформаторах БНТ, возникающий при включении их под напряжение, затухает весьма продолжительное время (до 15 ÷ 20 периодов промышленной частоты). Из первого и второго выводов следует, что при КЗ в защищаемом элементе (а также в некоторых других режимах работы ТН) электромагнитные трансформаторы напряжения работают с приемлемой точностью, т.е. они без особого искажения трансформируют основную гармонику первичного напряжения, обычно используемую для обеспечения действия устройства РЗ. Анализ работы ёмкостных ТН в переходных режимах свидетельствует о том, что наличие ёмкостей, а также дополнительных компенсирующих индуктивностей (дросселя L, реактора LR) приводит к затягиванию по времени переходного процесса в трансформаторе, что, в свою очередь, обусловливает появление недопустимых устойчивых ферромагнитных перенапряжений. Последние, как показывает опыт эксплуатации ёмкостных ТН, могут быть причиной выхода из строя ТН. Поэтому для подавления ферромагнитных колебаний и сокращения времени их существования принимаются различные меры (например, подключение к зажимам вторичной обмотки балластного сопротивления). При близких КЗ в защищаемой сети, когда фазное напряжение U1ф на ёмкостном делителе быстро снижается в пределе до нуля, вторичное напряжение U2 снижается медленнее, так как требуется время для рассеивания энергии, запасённой во время нормальной работы (до возникновения КЗ) во всех реактивных элементах ёмкостного ТН. Некоторые измерительные органы релейных защит (особенно быстродействующих защит) могут при этом работать неправильно. Поэтому согласно требованию МЭК остаточное вторичное напряжение через 0,02с после снижения фазного первичного напряжения до нуля не должно превышать 10% от U2 ном. studfiles.net Трансформаторы напряжения. | ЭЛЕКТРОлабораторияДоброе время суток, дорогие друзья! Сегодня продолжим разговор о измерительных трансформаторах. Поговорим о трансформаторах напряжения. В ходе работы мне чаще всего приходится сталкиваться с трансформаторами напряжения следующих типов: НТМИ, который сейчас вытесняется НАМИ и ЗНОЛ. Назначение трансформаторов напряжения (ТН). При напряжении свыше 1000 В, непосредственное включение приборов недопустимо как по условию изоляции, так и безопасности обслуживающего персонала. В связи с этим при высоких напряжениях измерительные приборы включаются через промежуточные измерительные трансформаторы, называемые трансформаторами напряжения (ТН). ТН предназначены как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания автоматики, синхронизации и релейной защиты ЛЭП от замыканий на землю. Обозначения некоторых ТН, наиболее используемых в электроустановках. НОМ – ТН. Однофазный, масляный; ЗНОМ – заземляемый ввод ВН, напряжения, однофазный, масляный; НТМИ – напряжения, трехфазный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;
Рисунок 1. Внешний вид ТН НТМИ-6(10)кВ.
Рисунок 2. Схема соединения обмоток ТН НТМИ-6(10)кВ. НАМИ – напряжения, антирезонансный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;
Рисунок 3. Внешний вид ТН НАМИ-6(10)кВ.
Рисунок 4. Схема соединения обмоток ТН НАМИ-6(10)кВ. НКФ – напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке; СР – серия трансформаторов напряжения: измерительный, однофазный, емкостной напряжением 110-500 кВ. НОЛ.11-6.05; НОЛ.0.8; НОЛ.12; НОЛ – незаземляемые трансформаторы напряжения 3-6-10 кВ; ЗНОЛ.06; ЗНОЛЭ-35; ЗНОЛ – заземляемые ТН; ЗхЗНОЛ; ЗхЗНОЛП – трехфазные антирезонансные группы ТН;
Рисунок 5. Внешний вид ТН 3хЗНОЛ-6(10)кВ
Рисунок 6. Схема соединения обмоток ТН 3хЗНОЛ-6(10)кВ. Хочу отметить, что в высоковольтных узлах учета, устанавливаемых на ВЛ-10кВ вместо резисторов R1; R2; R3 (2,4кОм) устанавливается один резистор R (0,8кОм). Часто возникающий дефект – прогорание изоляции в точке соединения вывода Х ТН и резистора R1(R2 илиR3), что приводит перегоранию предохранителя в фазе, в которой стоит поврежденный резистор ЗНОЛП; НОЛП – заземляемые и незаземляемые ТН со встроенными защитными предохранительными устройствами. В трансформаторах этих серий высоковольтные выводы первичной обмотки выполнены со встроенными защитными предохранительными устройствами (ЗПУ), которые, также как и магнитопровод с обмотками залиты изоляционным компаундом, образуя монолитный блок. ЗПУ выполнено в виде разборной конструкции с плавкой вставкой, представляющей собой металлодиэлектрический резистор, подобранный для каждого типа трансформаторов. Это устройство срабатывает при токах менее 1 А, время отключения от 5 до 10 секунд. После срабатывания ЗПУ подлежит перезарядке, которая производится персоналом предприятия, эксплуатирующего трансформатор.
Рисунок 7. Расположение ТН в высоковольтной ячейке. Какое напряжение принято во вторичной обмотки ТН . Для основной вторичной обмотки ТН с номинальным напряжением, соответствующим линейному напряжению сети, установлено напряжение 100 В. Соответственно для ТН с фазным номинальным напряжением основной вторичной обмотки 100 / Номинальное напряжение дополнительных вторичных обмоток устанавливается таким образом, чтобы максимальное значение напряжения 3Uо (на разомкнутом треугольнике) при однофазном замыкании на землю в сети, когда линейное напряжение соответствует номинальному напряжению ТН, было 100 В. Поэтому для дополнительных обмоток ТН, предназначенных для сети с заземленной нейтралью, установлено Uном = 100 В, а в сети с изолированной нейтралью Uном=100/3 В. Трансформаторы напряжения производятся со следующим исполнением внутренней изоляции: · Сухая (трансформаторы напряжения до 10кВ включительно типа НОСК-6, ЗНОЛТ-3, ЗНОЛТ-6, ЗНОЛТ-10 и др.). · Бумажно-масляная (трансформаторы напряжением до 35кВ включительно типа НОМ-10, НОМ-35) с изоляцией выводов обмотки на полное номинальное напряжение. · Литая эпоксидная (чешские однофазные трансформаторы напряжения и трансформаторы типа НОЛ). Испытания ТН. Объём испытаний трансформаторов напряжения: 1) измерение сопротивления изоляции обмоток первичной и вторичной (вторичных) (К, М) 2) испытание повышенным напряжением трансформаторов напряжения с литой изоляцией (К, М). 3) испытание трансформаторного масла (К, М). Сразу отмечу, что в ТН до 35кВ трансформаторное масло допускается не испытывать Примечание: К – капитальный ремонт, испытание при приёмке в эксплуатацию; М – межремонтные испытания Измеренные значения сопротивления изоляции при вводе в эксплуатацию и в эксплуатации должны быть не менее значений, приведённых в таблице 5.
Испытания повышенным напряжением следует проводить согласно таблицы 6 или требований заводов изготовителей.
На этом у меня на сегодня все. Если есть вопросы, задавайте, будем вместе искать ответы. Успехов! elektrolaboratoriy.ru Презентация на тему: Конструкция ТН 110-500 кВ
Магнитопровод ТН типа НКФ Конструкция ТН110-500кВНа напряжения 220-500кВ применяют каскадные ТН. ТН 220 кВ состоит из двух идентичных модулей 110 кВ, ТН 330 кВ – из трёх. Исключением является ТН 500 кВ, состоящий из трёх-четырёхмодулей по125-166кВ. Обмотки НН есть только на нижнем каскаде. Антирезонансные ТН110-500кВТН 110-500кВ также подвержены повреждениямиз-заферрорезонанса. Антирезонансные ТН110-500кВ имеют обозначение НАМИ. В конструкции магнитопровода ТН типа НАМИ используется толстолистовая конструкционная сталь ТН типа НАМИ 110-500кВ - феррорезонансный процесс в ТН типа НКФ при отключении холостой ошиновки Элегазовые трансформаторы напряжения
ТН с элегазовой изоляцией чаще выполняются ёмкостного типа, но есть и электромагнитные ТН с элегазовой изоляцией Ёмкостные трансформаторы напряженияПо своей сути представляют собой ёмкостный делитель напряжения. В конструкцию ёмкостного ТН входит также электромагнитный ТН, регулируемая катушка индуктивности, защитные аппараты и средства высокочастотной связи. Выпускаемые в России ТН ёмкостного типа имеют обозначение НДЕ. ТН ёмкостного типа серии CP•номинальное напряжение 110-750кВ •высокий класс точности 0,2 •высокая емкость •минимальный риск повреждения из-заферрорезонанса •высокая стабильность точностых характеристик •возможность подключения аппаратуры высокочастотной связи ТН ёмкостного типа серии CPВ различных модификациях производится с начала 50-хгодов. Смешанная диэлектрическая система позволяет использовать их в цепях коммерческого учета. Установлено более 25000 фаз в более чем 100 странах мира 1955 2000 ТН ёмкостного типа серии CPНоминальное напряжение72-800кВ Емкостной делитель Высокая или экстра высокая емкость Смешанный тип изоляции: 2 слоя бумаги + 1 слой полипропиленовой пленки, стабильность в 3-4раза больше чем у других типов Преимущества Лучшая стойкость в переходных режимах Высокая стабильность точностных характеристик Лучшие способности при работе с ВЧ связью Ёмкостный ТН типа TEMP1.Фарфоровая оболочка 2.Заполненный маслом расширительный бачок 3.Секции конденсатора 4.Основание, заполненное маслом 5.Промежуточный трансформатор 6.Токоограничивающий реактор 7.Стабилизирующая вторичная нагрузка 8.Низковольтная распределительная коробка 9.Окошко для контроля уровня масла studfiles.net Для чего нужны ТНыДля чего нужны трансформаторы напряжения (ТН)Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:
Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем. Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала. Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки - а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В - это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) - это магнитопровод ТНа. Принцип работы ТНПринцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения. Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать. Классификация трансформаторов напряженияТНы классифицируются по следующим параметрам:
На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними. электромагнитные и емкостныеЕсли открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования. Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так. А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему. Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования. Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера. Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности. Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа. Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов. pomegerim.ru Емкостный трансформатор - напряжение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Емкостный трансформатор - напряжениеCтраница 1 Емкостные трансформаторы напряжения поставляются заказчику в виде полностью собранных элементов. [2] Емкостный трансформатор напряжения 12, выполненный из емкостей, предназначен осуществлять намерение напряжения и выравнивание напряжения между двумя разрывами дугогаситель-но-го устройства. [4] Емкостные трансформаторы напряжения безусловно должны привести к росту переходных явлений во время коротких замыканий. [5] Емкостные трансформаторы напряжения в основном удовлетворяют этому требованию настолько, насколько точно рассчитана индуктивность. [7] Емкостный трансформатор напряжения ( ЕТН) состоит из емкостного делителя напряжения и присоединенного к нему электромагнитного согласующего устройства. Делитель напряжения состоит из двух конденсаторов, включенных последовательно. [8] Погрешности емкостных трансформаторов напряжения составляют примерно 3 - 5 % по напряжению и 5 по углу. [10] Наряду с емкостными трансформаторами напряжения в отечественной практике намечается расширить использование для некоторых случаев в качестве делителей напряжения конденсаторных вводов высокого напряжения трансформаторов и автотрансформаторов. [11] Основной принцип действия емкостных трансформаторов напряжения был известен давно, но они в течение долгого времени использовались лишь от случая к случаю. Современные успехи в проектировании и конструировании емкостных трансформаторов напряжения, повышении их точности действия приводят к тому, что они могут быть использованы также для высокочастотной связи и защиты. Наконец, экономические преимущества таких трансформаторов приводят к расширению области их применения, особенно в системах сверхвысокого напряжения. Мы обсудим основные принципы работы трансформаторов, которые могут быть выполнены, с точки зрения их влияния на работу современных релейных защит. Перспективы применения таких трансформаторов напряжения будут возрастать, и мы уверены, что они могут быть использованы для целей релейной защиты, не приводя к ее неправильным действиям. [12] В объем проверки емкостных трансформаторов напряжения типа НДЕ ( рис. 7 - 27) входят внешний осмотр элементов, проверка и испытание емкостного делителя напряжения, испытание трансформаторного устройства, измерение тока холостого хода и испытание вентильного разрядника. [13] На стадии предмонтажной проверки емкостных трансформаторов напряжения типа НДЕ в соответствии с требованиями Норм проводятся электрические испытания емкостного делителя напряжения, вентильного разрядника, трансформаторного устройства по методике, изложенной в гл. [14] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Презентация на тему: Измерительные трансформаторы напряженияТрансформаторы напряжения служат для преобразования высокого напряжения в низкое, стандартной величины, удобное для работы измерительных приборов и реле. Основные параметры ТН: Номинальные напряжения обмоток Номинальный коэффициент трансформации Погрешность по напряжению Угловая погрешность По конструкции ТН напоминают силовые трансформаторы На напряжения 6-35кВ выпускаются ТН как однофазной, так и трёхфазной конструкции. На напряжения 110 кВ и выше выпускаютсяоднофазные ТН. ТН на напряжения 220 кВ и выше имеют каскадную конструкцию. Трансформаторы напряжения 6-35кВРазличают заземляемые инезаземляемые ТН6-35кВ. Одной из основных функций заземляемых ТН являетсяконтроль изоляции сети. По виду изоляции различают ТН смасляной и слитой эпоксидной изоляцией. Заземляемые ТН: НТМИ, НТМК, ЗНОМ, ЗНОЛ. Незаземляемые ТН: НОМ, НОЛ
Конструкция ТН 6-35кВОднофазные незаземляемые ТН имеют два вывода, изолированные на номинальное напряжение. Магнитопровод ТН – бронестержневого типа Обмотки ТН – как правило, многослойные, циллиндрические и катушечные ТН типа НОМ-6 ТН с литой изоляцией обычно имеют витой разъёмный магнитопровод. Конструкция ТН 6-35кВЗаземляемые ТН – трёхобмоточные, со вторичными обмотками, рассчитаными на 100 и 100/√3 В ТН типа НТМК не предназначены для контроля изоляции сети и выполняются с трёхстержневым магнитопроводом У заземляемых ТН, предназначенных для контроля изоляции ТН типа НТМИ-10 (ТНКИ) необходимо обеспечить путь магнитному потоку нулевой последовательности. ТНКИ трёхфазного исполнения выполняются либо с пятистержневым магнитопроводом, либо с тремяотдельными магнитопроводами в одном корпусе Магнитопровод ТН типа НТМК Магнитопровод ТН типа НТМИ-18 Конструкция ТН 6-35кВТНКИ могут представлять собой трёхфазную группу из однофазных ТН типа ЗНОМ (ЗНОЛ) Эти ТН выполняются с одним изолированным выводом обмотки ВН, второй вывод обмотки принципиально заземляется. Заземляемые ТН характеризуются меньшими чем у незаземляемых ТН значениями рабочей индукции, т.к. при ОЗЗ в сетях6-35кВ напряжение на здоровых фазах возрастает долинейного. ТН типа ЗНОМ-35ТН типаЗНОЛ-6 Трёхфазная группа ТН типа ЗНОЛП-6 Антирезонансные ТН6-35кВ
Напряжения и токи в фазах ТНКИ в режиме феррорезонанса Заземляемые ТН подвержены возникновению автоколебательного процесса в контуре нулевой последовательности сети с ТН в результате ОДЗ или отключения ОЗЗ. Это явление, также называемое «феррорезонанс», является основной причиной повреждения заземляемых ТН. Большинство разрабатываемых в настоящее время ТН имеет антирезонансную конструкцию. Антирезонансные ТН типа НАМИЭквивалентная схема нулевой последовательности сети сТН типа НАМИ ТН типа НАМИ выполнен с трёхстержневым Принципиальная схема магнитопроводом Магнитное сопротивление потоку нулевой последовательности из за воздушного зазора очень велико
Антирезонансный ТН типа НАМИТВ нейтральную точку обмотки ВН ТН типа НАМИТ включён дополнительный трансформатор (ТНП), вторичная обмотка которого коммутируется релейной защитой в зависимости от напряжения нулевой последовательности. Трёхфазная антирезонансная группа ТН типаНАЛИ-СЭЩТрёхфазная группа образована из однофазных трансформаторов типа Принципиальная схема НОЛ с двумя изолированными выводами обмотки ВН В конструкции ТН типа НАЛИ также применяется ТНП с коммутируемой вторичной обмоткой. studfiles.net Емкостные трансформаторы напряжения в коммерческом учете: надежность и стабильность параметров - Энергетика и промышленность России - № 6 (70) июнь 2006 года - WWW.EPRUSSIA.RUГазета "Энергетика и промышленность России" | № 6 (70) июнь 2006 года Практическая независимость параметров емкостных трансформаторов напряжения от температуры во всем диапазоне их применения, неизменность класса точности в течение всего срока службы (более 30‑40 лет) и высокое качество позволяют применять их как для защиты, так и для коммерческого учета. А учитывая их стоимость по сравнению с индуктивными трансформаторами напряжения, их применение становится наиболее выгодным.Примерная оценка ситуации в Северной Америке свидетельствует о том, что для классов напряжений до 245 кВ примерно 70-80% от производимых трансформаторов напряжения являются емкостными трансформаторами напряжения. Для более высоких классов напряжений используются практически только емкостные трансформаторы напряжения (95% и более). Функционируя как трансформатор напряжения, емкостные трансформаторы напряжения обеспечивают напряжение во вторичной цепи, которое практически точно повторяет приложенное напряжение с коэффициентом деления, называемым коэффициентом трансформации. Вторичное напряжение используется для целей защиты, измерения и управления. Трансформатор должен обеспечивать надежную изоляцию от высоковольтной стороны и может использоваться при передаче информации по высоковольтным линиям (ВЧ‑связь). Благодаря внедрению разработок последних десятилетий, использованию комбинированного диэлектрика (полипропиленовая пленка и крафт-бумага, пропитанная синтетическим маслом) и проведению соответствующих испытаний сегодняшние CVT’s могут использоваться во всех применимых диапазонах температур с требуемым уровнем надежности и точности. Как и для любой другой продукции, здесь важно выбрать изготовителя, обладающего достаточным опытом в области технологии и проектирования. В обеспечении долговременной стабильности параметров ключевую роль играет конструкция высоковольтных конденсаторов. Для сохранения коэффициента заполнения необходимо поддерживать постоянное положительное давление на конденсаторные пакеты. На это давление не должны оказывать заметного влияния ни скачки температуры, ни изменение количества масла в пакетах. Кроме того, важную роль играет соблюдение технологии сборки. Герметичное уплотнение и заполнение исключительно обработанным маслом также является обязательным для обеспечения высокой долговечности и постоянства изоляционных характеристик. Герметичное уплотнение может выдерживать все механические, электрические и температурные напряжения в течение всего срока службы оборудования который составляет более 30 лет. Важными составляющими также являются используемые материалы и выполняемая механическая обработка. Это отражается на статистике погрешностей. В 1990 г. CIGRE опубликовало статистику отказов за период с 1975 г. по 1985 г. (CIGRE WG 23.07, Results of failure survey on high voltage instrument transformers, 1990). Проведенные подсчеты по всему миру показали, что в диапазоне напряжений от 60 кВ до 500 кВ емкостные трансформаторы напряжения надежнее, чем трансформаторы напряжения других типов. Другое исследование охватывало период с 1985 г. по 1995 г. и 131207 измерительных трансформаторов по всему миру. Интенсивность серьезных отказов емкостных трансформаторов напряжения почти вдвое ниже по сравнению с другими трансформаторами напряжения. Еще в начале 80‑х годов существовало мнение, что CVT’s непригодны для коммерческого учета электроэнергии. Начиная с первых приборов 20‑х годов и до современного широко применяемого оборудования, емкостные трансформаторы напряжения прошли существенные этапы изменений конструкции в результате появления новых знаний, материалов и технологий. Это развитие можно разделить на две категории: прогресс в конструкции CVT’s и усовершенствование технологии изготовления высоковольтных конденсаторов. В последнее время прогресс в основном касается технологии силовых конденсаторов. CVT’s можно классифицировать следующим образом: 1. В отношении конструкции конденсатора: a) Конденсатор втулочного типа (намотка обкладок – цилиндрическая). Емкостной делитель образован емкостью втулки трансформатора (или исторически конденсатор связи) и внешним или встроенным конденсатором (по выбору). Эта конструкция имеет ограничения по вторичной нагрузке и точности. b) Разделительный конденсатор несущей частоты Разделительный конденсатор несущей частоты используется как емкостной делитель. 2. В отношении магнитной цепи: a) Не резонансного типа Этот тип как таковой непригоден для применения со стандартизованными вторичными нагрузками, однако он вновь начинает использоваться в сочетании с электронным оборудованием и для измерений гармонических составляющих. b) Резонансного типа с реактором в первичной цепи понижающего трансформатора Этот тип пригоден для повышения точности работы CVT’s и широко используется в настоящее время. c) Резонансного типа с реактором во вторичной цепи понижающего трансформатора. Этот тип не используется для применения со стандартизованными вторичными нагрузками и высокой точностью. Он может использоваться для емкостных трансформаторов с конденсатором втулочного типа. CVT’s берут свое начало от разделительного конденсатора 20‑х годов, который использовался для подачи несущего сигнала в высоковольтные линии. К нему добавлялся низковольтный конденсатор, и получавшийся в результате емкостной делитель использовался для индикации напряжения и релейной защиты. Для обеспечения работы с разумными вторичными нагрузками напряжение ответвления должно составлять несколько киловольт. Поэтому добавлялся понижающий трансформатор. Во вторичную цепь понижающего трансформатора вводился реактор с целью компенсации емкостного падения напряжения. Такой тип трансформаторов напряжения на основе разделительного конденсатора используется начиная с середины 30‑х годов. С тех пор на эту тему было несколько публикаций. Эта конструкция CVT демонстрировала стабильность и точность, достаточные для индикации напряжения и релейной защиты. Для синхронизации можно было использовать конденсатор втулочного типа. Интересно, что уже в 30‑х годах были подтверждены экономические преимущества применения емкостных трансформаторов для системных напряжений выше 123 кВ. С точки зрения надежности емкостные и индуктивные трансформаторы считались идентичными. Начиная с 40‑х и до 70‑х годов проводились интенсивные исследования, и было опубликовано много статей. Причиной этого был переход на более высоковольтные классы (от 362 кВ до 800 кВ) линий электропередачи в развитых странах. Сопряжение сетей создает необходимость измерений на этом высоком уровне напряжений. Экономические преимущества CVT’s по сравнению с индуктивными трансформаторами напряжения на этих уровнях напряжений стимулировали разработку CVT’s для измерительных применений. Основные улучшения конструкции были связаны с перемещением компенсирующего реактора в первичную цепь понижающего трансформатора, повышением емкости батареи конденсаторов и напряжения ответвления. Низковольтный конденсатор стал составной частью батареи конденсаторов. На протяжении многих лет были успешно разработаны различные стратегии подавления феррорезонанса. Все это приводило к повышению точности измерений с помощью CVT’s. Современный CVT состоит из емкостного делителя, который понижает напряжение линии электропередачи до уровня 10‑20 кВ; компенсирующего реактора для компенсации емкостного падения напряжения и понижающего трансформатора со стандартным вторичным напряжением, обеспечивающим разумные вторичные нагрузки. Демпфирующая цепь предоттвращает феррорезонанс во вторичной цепи. В 70‑х годах коммунальные службы Северной Америки провели обширное исследование с целью сбора данных, подтверждающих способность CVT’s сохранять точность измерений без периодической проверки (калибровки). На тот момент времени конструкция не была достаточно совершенной, что вызывало вполне обоснованные сомнения. Основное беспокойство было связано с: 1) влиянием температуры, окружающих элементов и срока службы 2) отсутствием явных признаков неисправности при коротком замыкании отдельных конденсаторов 3) отсутствием подтвержденной точности и стабильности. Это сравнительное исследование показало, что лучшая фирма-изготовитель в Северной Америке способна выпускать трансформаторы класса точности 0.3 (ANSI) с вторичной нагрузкой 400 ВА и продемонстрировала оборудование на напряжение 170 кВ и 500 кВ, обеспечивающее требуемую точность при изменениях температуры, частоты и уровня загрязнения. Даже при использовании бумажно-масляной изоляции с минеральным маслом конструкция позволяла выполнять требования класса точности. Батарея конденсаторов и емкость ответвления имели аналогичную конструкцию и размещались в одном кожухе. Коэффициент делителя будет оставаться постоянным при идентичных температурных коэффициентах и общем температурном дрейфе. Равномерное распределение внутреннего нагрева масла обеспечивает дополнительные преимущества конструкции. Эффект расстройки из‑за изменения емкости и уходов фазового угла в результате изменения тангенса угла диэлектрических потерь был намного меньше диапазона, допустимого для класса точности 0.3 (ANSI). Сильный дождь, туман или загрязнение поверхности фарфорового изолятора могут вызывать токи утечки и приводить к погрешностям выходного сигнала емкостного делителя. Это влияние может быть ограничено выбором формы фарфорового изолятора, повышением емкости и напряжения ответвления. Испытания показывают, что даже под дождем с интенсивностью 300 мм/ч и очень низким удельным сопротивлением характеристика погрешности смещается на очень малую величину. Даже обматывание более 30% поверхности изолятора сверху или снизу алюминиевой фольгой не приводит к выходу трансформатора за пределы его класса точности. Изменение точности в результате старения должно устраняться выбором параметров конструкции и методов изготовления трансформатора. Старение может возникать в результате: 1) Механической неустойчивости Изменение размеров конденсаторных пакетов вызывает изменение емкости. Для устранения этого эффекта конденсаторные пакеты должны закрепляться под давлением. Крепеж не должен выполняться из материала с низким коэффициентом температурного расширения. 2) Химической реакции Внутренние примеси вызывают изменение диэлектрической проницаемости или повреждение конденсаторного рулона. Изготовители признали, что при использовании бумажно-масляной изоляции с минеральным маслом напряженность электрического поля необходимо существенно снижать по сравнению с силовыми конденсаторами во избежание возникновения опасных разрядов и их побочных продуктов. Оборудование должно быть надежно герметизировано. Все конструктивные проблемы трансформатора и реактора можно было считать решенными. Конструкция реактора предусматривала отсутствие влияния температуры и вибрации на величину зазора. Особое внимание должно было уделяться областям полюсных наконечников и их расположению. Более того, конструкция сердечника должна была тщательно разрабатываться и изготавливаться с использованием надлежащей технологии. Дальнейшие улучшения были возможны только за счет усовершенствования технологии изготовления конденсаторов. Во второй половине 70‑х годов ведущая европейская фирма-изготовитель внедрила CVT’s класса точности 0.2 с вторичной нагрузкой 100 ВА для системных напряжений до 800 кВ. Характеристики были подтверждены на испытаниях 420 кВ трансформатора, проведенных независимой лабораторией (PTB), обладающей государственным сертификатом, а также опытом эксплуатации. Основные проблемы были связаны с паразитной емкостью, током утечки, рабочим диапазоном температур и долговременной стабильностью. При использовании CVT’s с напряжением 800 кВ для измерений с высокой точностью особое внимание должно уделяться паразитной емкости и токам утечки. Паразитная емкость. Испытания были проведены в цилиндрической камере диаметром 6,6 м, предназначенной для климатических испытаний. Влияние стенок камеры на коэффициент трансформации составило всего 0,06%. Диапазон температур. Испытания показали, что при изменении температуры от – 30°C до +45°C максимальный уход коэффициента трансформации составил 0,05%, а сдвига фаз 1,5 минуты. Долговременная стабильность. Показания CVT сравнивались с показаниями трансформатора напряжения на протяжении примерно трех лет. Изменения погрешностей коэффициента трансформации и фазового угла для емкостного и индуктивного трансформатора напряжения лежали в одном диапазоне. Даже в зимние и летние дни отклонения составляли малую долю от требований класса точности 0.2. Для достижения таких характеристик требуется тщательная разработка конструкции CVT. Хорошие конструкции лучших поставщиков доказали долговременную стабильность в процессе эксплуатации. Первым из широко распространенных диэлектриков для высоковольтных конденсаторов явилась бумага, пропитанная минеральным маслом. Было доказано, что твердый парафин и вазелин непригодны для высоковольтных применений. Этот вывод основывался на работоспособности, эффективности и опыте эксплуатации. Конденсаторы имеют твердые слои алюминиевой фольги, проложенные бумагой. Вскоре укладку материалов в пачку заменили намоткой. Соединения выполнялись введением отводов по длине электрода. Масло служило диэлектрической и охлаждающей средой. В тридцатые годы стали доступны синтетические хлорированные масла. Более высокая диэлектрическая проницаемость позволила радикально уменьшить размеры и объем масла. Однако конструкцию пришлось изменить, уменьшив расстояние между активными элементами и корпусом и обеспечив адекватный отвод тепла. Дальнейшее улучшение хлорированных масел и замена тряпичной бумаги на бумагу из древесной пульпы (крафт-бумагу) позволили еще значительнее уменьшить размеры и повысить надежность. Однако в семидесятые годы полихлорированные бифенилы (PCB) были запрещены во многих странах по соображениям охраны окружающей среды. С целью снижения диэлектрических потерь была проведена большая работа по уменьшению толщины бумаги, количества наколов, ионных примесей в виде натрия, калия и смесей. Температурная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь имеет форму седла, при этом меньшие потери при повышенной температуре дают возможность вводить более высокие нагрузки. Рабочая часть всегда остается в виде «масло/бумага». Рабочая часть не только определяет допустимые рабочие нагрузки, но также определяет срок службы. Тангенс угла диэлектрических потерь влияет на внутреннюю рабочую температуру конденсатора. Несмотря на отработку конструкции и использование бумаги с низкой плотностью случаи температурных отказов или неисправностей CVT повторялись, особенно в жарком климате. Причинами могли быть неподходящая конструкция, повышенное содержание примесей в материалах или низкое качество изготовления. Повышенное содержание примесей в материалах может приводить к значительному сокращению срока службы, потери имеют ионную природу и поэтому зависят от температуры. Пример этому был представлен в 1990 г. Устройства класса напряжения 138 кВ и 330 кВ претерпевали температурные уходы параметров в Австралии после 7‑10 лет службы. Причиной отказа был температурный уход параметров из‑за повышенного тангенса диэлектрических потерь. Другой случай произошел в Таиланде в 1989 г. После года эксплуатации при проверке тепловизором трансформаторов класса напряжения 115 кВ и 230 кВ был обнаружен подъем температуры. Перегрев был вызван олеамидом, содержавшимся в бумаге. Олеамид является компонентом, используемым только для деловой бумаги. Эти случаи связаны с технологией, предшествующей восьмидесятым годам, и их не следует использовать в дальнейшем, чтобы характеризовать CVT. Недостатком бумажно-масляной изоляции, используемой для CVT, была температурная зависимость емкости и тангенса угла диэлектрических потерь. Обе зависимости оказывают влияние на коэффициент деления емкостного делителя и, следовательно, на точность. Коэффициент мощности может меняться в 4 раза в диапазоне от – 50°C до +50°C, а емкость – на 2‑6% в том же диапазоне температур. В силовых конденсаторах в семидесятые годы стали использоваться смешанные диэлектрики. Цельнобумажные диэлектрики были заменены чередующимися слоями бумаги и полипропиленовой (PP) пленки. Пленка может выдерживать более высокие напряженности электрического поля, чем бумага, и имеет более низкие диэлектрические потери. Это компенсируется более низкой диэлектрической проницаемостью. Бумага действует как фитиль для жидкого пропитывающего вещества и, по замыслу, преодолевает ионизацию, возникающую в случае использования только пластиковых пленок. Что касается термических, химических, относящихся к пропитывающему веществу, и экономических соображений, наибольшую важность приобретает двухосно ориентированная полипропиленовая пленка. Изначально использовалась комбинация двух слоев бумаги и одного слоя пленки. Но с пониманием того, что пропитывающая жидкость проникает также и в пленку и что имеется пленка с текстурированной (т. е. замутненной) стороной, стала использоваться комбинация «алюминиевая фольга – пленка – бумага – пленка – фольга». Диэлектрические потери в такой системе составляют четверть от потерь в бумажно-масляной конструкции. Бумажно-масляные конденсаторы имеют ограничения как по температуре, так и по градиенту напряжения. Следовательно, конструктивные ограничения в отношении диэлектрических потерь устранены. Более низкая, чем у бумаги, проницаемость полипропилена является преимуществом в смешанных диэлектриках, где напряженность электрического поля обратно пропорциональна диэлектрической постоянной. Таким образом, более электрически прочная пленка подвергается более высокой электрической нагрузке, чем бумага. Характеристики частичного разряда более благоприятны для бумажно-масляной изоляции. Характеристики образования пузырьков схожи, однако после образования их интенсивность значительно снижается. Ключевой характеристикой для применения в CVT является изменение емкости от температуры. Поскольку тепловое расширение бумаги и пленки противоположно, может быть сконструирован смешанный диэлектрик со значительно меньшей температурной зависимостью по сравнению с бумажно-масляной изоляцией. В отношении двух ключевых характеристик – температурных зависимостей емкости и тангенса угла диэлектрических потерь – смешанный диэлектрик показывает изменение емкости 0,65% от – 50°C до +50°C и изменение коэффициента мощности в 1,5 раза. Дальнейшими улучшениями являются ожидаемый срок службы и стабильность тангенса угла диэлектрических потерь. Большая работа была также проведена по пропитывающей жидкости, в особенности после запрета PCB. Главными характеристиками являлись газовыделение и взаимодействие с пленкой. Коэффициент газовыделения соотносится со стойкостью к перенапряжениям. Важными факторами являются насыщение, разбухание и растворимость пленки. В результате были разработаны синтетические жидкости, превосходящие PCB. Современные синтетические жидкости типа SAS 40 сочетают высокую ароматичность с очень низкой вязкостью при низких температурах. Это обеспечивает хорошие характеристики частичного разряда как при низких, так и при высоких температурах. В восьмидесятые годы был накоплен достаточный опыт в области конструирования, материалов и технологии для успешного применения смешанных диэлектриков в CVT. Чтобы понять задержку по времени, следует поразмышлять о первичных требованиях к измерительным трансформаторам как о надежности, отнесенной к цене и электрическим потерям. Растущая стоимость энергии мотивировала в конце семидесятых разработку цельнопленочной конструкции. Она была более затратной из‑за применения тех же расчетных нагрузок при более низкой диэлектрической постоянной. При использовании тисненого алюминия и замутненной пленки бумажный фитиль мог быть исключен. Большая работа была проведена с целью повышения допустимого градиента напряжения, особенно на краях алюминиевого электрода. Другая работа была посвящена металлизированным пленкам, герметизированным конденсаторам и улучшению технологии. Было установлено, что однородный коэффициент заполнения (слои масла в рулоне конденсатора) является необходимым условием оптимальных характеристик конденсатора. Эта технология включена только для полноты. В настоящее время применение технологии для CVT ограничено или не дает преимуществ при данных обстоятельствах. Как указано выше, очень важно минимизировать зависимость емкости от температуры, это лучше всего достигается при использовании смешанного диэлектрика. Для CVT нет экономической необходимости минимизировать потери в цепи. Требования к емкости могут быть удовлетворены внутри пространства, требуемого механической прочностью изоляционного столба и разрядным промежутком. Поэтому электрическая нагрузка может поддерживаться на низком уровне и теоретический срок службы изоляции намного превышает ожидаемые 30‑50 лет. В добавление, это оставляет широкие рамки для устойчивости материалов и производства. Бумажный клин ускоряет цикл пропитки и помогает в определении коэффициента заполнения. Правильно выбранная конструкция и типовые испытания лишь отчасти гарантируют высокое качество оборудования. Только строгие контрольные испытания могут обеспечить качество такой сложной конструкции, как CVT. Между тем, периодические измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь, экстраполированные испытания на срок службы (испытания на выдерживаемое напряжение на промышленной частоте), измерение частичных разрядов и импульсные испытания должны являться частью контрольных высоковольтных испытаний. Это требует тщательного отбора материалов и квалификации персонала. Главным шагом в этом отношении стало появление в конце 70‑х «мостовой балансной системы детекторов» (Balanced Bridge Detector System) Вместо измерений коронного разряда измерителем интенсивности шума (который мог быть вызван крепежом внутреннего диэлектрика) изготовитель приобретал возможность испытать диэлектрик с высокой чувствительностью. Другими важными испытаниями являются контрольные импульсные испытания. Отказы при испытаниях, которые были вызваны пробоями рулонов, обычно происходят на импульсных испытаниях. Ускоренные испытания на срок службы не дают информации о качестве продукции. CVT являются жизнеспособной альтернативой индуктивным трансформаторам напряжения и явно доминируют на рынке Северной Америки. Преимущества в конструкции, материалах и промышленной технологии делают оборудование пригодным для серийного применения. Кроме особенностей, которые должны быть учтены при применении, например, точность воспроизведения переходных процессов и возможность феррорезонанса во вторичной цепи, устройство имеет следующие преимущества: более низкая цена, особенно при высоких уровнях напряжения, отсутствие феррорезонанса системы, простота транспортировки и установки, способность выдерживать короткие замыкания во вторичной цепи в течение длительного времени, способность выдерживать высокие перенапряжения, улучшение изоляционных характеристик подстанций и применение как ВЧ носителя. Проблемы и сомнения, возникшие в отношении их применения, часто носят исторический характер. Современная конструкция доказала свою пригодность начиная с 80‑х годов. www.eprussia.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
В при включении их по схеме звезда-звезда вторичное линейное напряжение, соответствующее номинальному, будет тоже 100 В.
