Назначение измерительных трансформаторов напряжения и их классификация

В релейной защите измерительные трансформаторы напряжения предназначены:

- для передачи информации о величине напряжения на защищаемом элементе электрической сети в измерительные органы РЗ;

- для понижения первичного напряжения сети до величин, приемлемых для нормального функционирования цепей напряжения измерительных органов устройств РЗ;

- для изолирования низковольтных цепей устройств РЗ от высоковольтных цепей защищаемых элементов.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) имеют ряд исполнений, основными из которых являются:

- электромагнитные ТН;

- ёмкостные ТН;

- измерительные ТН каскадного типа.

Электромагнитные ТН по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам. Трансформатор напряжения состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух обмоток – первичной W₁ и вторичной W₂, изолированных друг от друга и от магнитопровода. Сердечник ТН набирается из тонких пластин трансформаторной стали. Первичная обмотка W₁ имеет большое число витков (несколько тысяч). Вторичная обмотка W₂ имеет значительно меньшее число витков. К первичной обмотке ТН подводится измеряемое (контролируемое) фазное или междуфазное напряжение U₁ от защищаемого элемента. Вторичное напряжение U₂, пропорциональное первичному, подаётся в устройство РЗ или на измерительные приборы (вольтметры, ваттметры).

Первичная обмотка W₁ включается непосредственно в сеть высокого напряжения. На станциях и подстанциях трансформатор напряжения своей первичной обмоткой (W₁) подключается к шинам подстанции (станции) или к иным тоководам. Ко вторичной обмотке W₂ трансформатора напряжения подключается сеть низкого переменного напряжения, с помощью которой вторичное напряжение U₂ подаётся на входные зажимы различных реле.

Под действием напряжения сети U ₁ по первичной обмотке ТН проходит ток I ₁, создающий в сердечнике магнитный поток Ф ₁. Поток Ф ₁, пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС Е₂. При

Рисунок 1.1 Общее устройство и схема включения измерительного ТН. Маркировка вводов однофазного двухобмоточного ТН

разомкнутой вторичной цепи (режим работы ТН – холостой ход) значение напряжения на зажимах ах U_2xx равно значению ЭДС Е₂. В свою очередь, действующее значение ЭДС Е₂ определяют по формуле

, (1.1)

где - магнитный поток намагничивания сердечника в случае холостого хода, когда I₂ = 0, .

В режиме ХХ значение первичного тока I₁, а следовательно и Ф₁, ограничивается полным сопротивлением первичной обмотки Z₁. Поскольку число витков первичной обмотки велико, то активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки ТН также велики. Полное сопротивление Z₁ первичной обмотки определяется из треугольника сопротивлений.

(1.2)

Из сказанного выше можно сделать вывод: трансформатор напряжения, работающий в режиме ХХ, не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.

В нагрузочном режиме, когда ко вторичной обмотке ТН подключены реле и протекает ток I ₂, в сердечнике возникает магнитный поток Ф ₂, пропорциональный току I ₂ и встречный потоку Ф ₁. В установившемся режиме (при наличии нагрузки) в результате геометрического сложения потоков Ф ₁ и Ф ₂ в сердечнике ТН устанавливается единый магнитный поток намагничивания Ф _нам. В нагрузочном режиме значение тока I₁ несколько больше, чем в режиме ХХ. Однако, и в этом режиме (когда к ТН подключены реле) трансформатор напряжения не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.

В режиме ХХ напряжение U_2хх во столько раз меньше первичного, во сколько раз число витков первичной обмотки больше числа витков вторичной обмотки, т.е.

(1.3)

Отношение чисел витков первичной и вторичной обмоток называется витковым коэффициентом трансформации

(1.4)

Учитывая последнее выражение, можно записать:

(1.5)

Если ко вторичной обмотке ТН подключены реле и (или) измерительные приборы, то напряжение на её зажимах ах U₂ будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Это падение напряжения невелико, и в расчётах не учитывается. Поэтому принимают

(1.6)