Схема соединения обмоток ТН для получения напряжений НП

Для получения напряжений НП обычно используются однофазные (свыше 35 кВ) или трёхфазные пятистержневые (до 35 кВ) трансформаторы напряжения. Их первичные обмотки соединяются в звезду, нейтраль которой заземляется (рисунок 1.14).

Рисунок 1.14 Схема включения обмоток трёх однофазных трансформаторов

напряжения в фильтр напряжений НП

Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток

U ₂ = U _а + U _b + U _с.

В нормальных условиях работы защищаемой сети, когда векторы первичных напряжений U _а + U _b + U _с представляют собой симметричную систему векторов, геометрическая сумма вторичных напряжений равна нулю.

При замыкании «без земли» U ₂ также равно нулю, так как в этом случае несимметричная система векторов полных первичных напряжений содержит лишь составляющие прямой и обратной последовательности. Вторичные напряжения U _а, U _b, U _с в этом случае можно представить в виде сумм напряжений прямой и обратной последовательностей, т.е.

U _а = U _1а + U _2а; U _b= U _1b + U _2b; U _с = U _1с + U _2с. (1.20)

Выше отмечалось, что вторичное напряжение равно

U ₂ = U _а + U _b + U _с

С учётом выражений 1.20 можно записать

U ₂ = U _1а + U _2а + U _1b + U _2b + U _1с + U _2с (1.21)

Известно, что U _1а + U _1b + U _1с = 0, а также U _2а + U _2b + U _2с = 0.

Следовательно, при коротких замыканиях в сети «без земли», когда отсутствуют напряжения НП, вторичное напряжение на выходе разомкнутого треугольника равно нулю.

При коротких замыканиях в защищаемой сети «с землёй», когда в составе полных вторичных напряжений есть составляющие нулевой последовательности, вторичное напряжение U ₂ пропорционально напряжениям НП.

U ₂ = U _р = U _оа + U _оb + U _ос = 3 U _оф (1.22)

Рисунок 1.15, поясняющий работу фильтра напряжений НП

Таким образом, рассмотренная схема включения обмоток ТН является фильтром напряжений НП. Необходимым условием работы схемы в качестве фильтра НП является обязательное заземление нейтрали первичных обмоток.

Применяя однофазные трёхобмоточные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединять первые вторичные обмотки по схеме звезды, а вторые – по схеме разомкнутого треугольника (рисунок 1.16). При таком соединении можно получить фазные и междуфазные вторичные напряжения, а также суммарное напряжение НП.

Рисунок 1.16 Условное обозначение схемы соединения трёх однофазных

трёхобмоточных ТН

Номинальные напряжения вторичных обмоток, предназначенных для включения по схеме разомкнутого треугольника, принимаются равными:

- 100 В для сетей с заземлённой нейтралью;

- 100/3 В для сетей с изолированной нейтралью.

При однофазном КЗ в сети с глухозаземлённой нейтралью (сети 110 кВ и выше, а также сети 0, 4 кВ), фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю. Напряжения неповреждённых фаз остаются равными фазным напряжениям нормального режима (рисунок 1.17).

Рисунок 1.17 Схема фильтра напряжений НП и векторная диаграмма напряжений при однофазном КЗ в сети с глухозаземлённой нейтралью

Известно, что при К⁽¹⁾ в сети с глухозаземлённой нейтралью напряжения НП в каждой фазе равны (одной трети напряжения неповреждённой фазы, рисунок 1.17, б)). При этом напряжение на выходе разомкнутого треугольника

В сетях с изолированными нейтралями (сети напряжением 6 ÷ 35 кВ) при однофазном замыкании на землю напряжения неповреждённых фаз по отношению к земле становятся равными междуфазному напряжению. При этом напряжения НП в каждой фазе (в том числе и в повреждённой) становятся по величине равными фазным напряжениям доаварийного режима (рисунок 1.18)

U_оа = U_оb = U_ос = U_ф

Рисунок 1.18 Векторная диаграмма напряжений при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью

Напряжение на выходных зажимах разомкнутого треугольника

U₂ = 3U_оф = 3U_{ф норм. реж.}

Для того, чтобы при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение, подаваемое на реле, не превышало 100В, у ТН, предназначенных для работы в данных сетях, вторичные обмотки, соединённые в разомкнутый треугольник обеспечивают увеличенный коэффициент трансформации, например,

.

1.7 Назначение и устройство пятистержневого трёхобмоточного ТН

Напряжение НП может быть получено от специальных обмоток трёхфазного ТН. В конструкции, показанной на рисунке 1.19, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. Следует отметить, что трёхстержневые трансформаторы не пригодны для выделения напряжения НП 3U_о, так как в них фазные потоки НП Ф _{о, а} , Ф _{о, b}, Ф _{о, с} замыкаются через броню трансформатора и не могут быть зафиксированы. В пятистержневых трансформаторах потоки НП беспрепятственно замыкаются через крайние стержни и наводят ЭДС на секциях W₀.

	Ф 0
			Ф 0

Рисунок 1.19 Схема соединения обмоток трёхфазного пятистержневого трансформатора напряжения

В нормальном режиме, а также при двух – и трёхфазном КЗ, когда геометрическая сумма фазных напряжений равна нулю, магнитные потоки в крайних стержнях отсутствуют. Поэтому напряжение на зажимах специальных обмоток W_о равно нулю.

При однофазном КЗ или двухфазном КЗ «с землёй», когда геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю, в магнитопроводе помимо потоков прямой и обратной последовательностей появляются магнитные потоки НП. Магнитные потоки ПП и ОП замыкаются между тремя средними стержнями, не выходя в крайние стержни. Поэтому напряжения ПП и ОП не трансформируются в специальные обмотки.

Составляющие НП возбуждают в трёх средних стержнях магнитные потоки НП, которые замыкаются через крайние стержни и наводят в специальных обмотках W_о ЭДС, пропорциональные напряжениям НП в первичных цепях.

В другой конструкции ТН (рисунок 1.20) специальные обмотки расположены на основных стержнях и соединены в схему разомкнутого треугольника.

Рисунок 1.20 Схема соединений обмоток пятистержневого ТН с дополнительными

обмотками, расположенными на средних стержнях

При включении первичных обмоток на фазные напряжения они (обмотки) соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землёй. Заземление нулевой точки первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ в защищаемой сети реле и измерительные приборы, подключённые ко вторичной обмотке, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.

С другой стороны, заземление нулевой точки первичных обмоток ТН является непременным условием получения на выходе разомкнутого треугольника напряжения, пропорционально составляющим НП

U ₂ = U _оа + U _оb + U _ос = 3 U _оф

Вторичные цепи ТН также подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединения. Это заземление является защитным.

Первичные обмотки ТН (до 35 кВ) подключаются к сети через предохранители высокого напряжения. Назначением этих предохранителей является быстрое отключение от сети трансформатора напряжения в случае его повреждения.

Для защиты обмоток ТН от длительного прохождения тока КЗ при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются предохранители низкого напряжения или автоматические выключатели (на рисунках 1.19 и 1.20 не показаны).

Предохранители могут устанавливаться на низкой стороне только в цепях ТН, не питающий быстродействующие релейные защиты, которые могут неправильно действовать при нарушении исправности цепей напряжения.