Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов напряжения

В электроэнергетических установках ИТН применяются для включения в их вторичную цепь параллельных обмоток приборов контрольно–измерительных систем, устройств синхронизации, релейной защиты, автоматики, для контроля изоляции и других целей.

Подключаемые приборы различаются назначением, потребляемой мощностью, коэффициентом мощности, местом установки, требованиями к надежности и точности измерений.

Поэтому для разных участков главной схемы электрических соединении – генераторов, трансформаторов, сборных шин и. т. п.- в зависимости от условий и назначения выбираются включаемые по разным схемам один или несколько однофазных или трехфазных ИТН. На небольших подстанциях ИТН иногда служат для питания осветительной сети.

В принципе ИТН – это небольшой силовой трансформатор, работающий в режиме, близком к режиму холостого хода. Для идеального ИТН (без потерь и погрешностей) коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков

(4.1)

поэтому

(4.2)

Номинальное вторичное напряжение обычно равно 100В или 100/ В. Шкалы подключаемых приборов градуируются по первичному напряжению.

У реальных ИТН возникают погрешности изменения из-за потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи и из-за нагрева обмоток, эти погрешности снижают точность измерений.

Погрешность напряжения (в процентах) определяется выражением

(4.3)

При построении диаграммы приняты следующие условности : векторы и изображены повернутыми на 1800, величины со штрихом, а именно: , , , приведены к первичной обмотке.

Рисунок 4.1 - Векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (ИТН)

Угловая погрешность определяется углом δ между векторами первичного и повернутого на 1800 вторичного напряжения.

Векторная диаграмма ИТН представлена на рисунке 10.

Для снижения погрешностей применяются сердечники с возможно меньшим магнитным сопротивлением, уменьшается индукция в магнитопроводах, магнитное рассеяние, плотность тока в обмотках.

Группировка ИТН по классу точности согласно ГОСТ 1983-77 приведена в таблице 4.1.

ИТН класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований при наладочных работах, приемных испытаниях оборудования, для подключения вычислительных машин, приборов автоматического регулирования частоты, градуировки эксплуатационных приборов и т.п., ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций.

Т а б л и ц а 4.1

Класс точности Наибольшая погрешность
напряжения, % Угловая
…… град
0,2 ±0,2 ±10 ±0,3
0,5 ±0,5 ±20 ±0,6
±1 ±40 ±1,2
±3 Не нормируется

ИТН классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах. Они служат для подключения щитовых приборов, расчетных и контрольных счетчиков и прочих измерительных устройств, у которых погрешность в напряжении не должна превышать 0,5 или 1%. Для подключения расчетных счетчиков обязательно применение ИТН класса 0,5.

ИТН класса 3 и грубее используются в релейных защитах, устройствах автоматики, для питания сигнальных ламп и т.п., где допустима погрешность измерения больше 3%.

Класс точности существенно зависит от вторичной нагрузки ИТН, при увеличении которой он снижается. Нагрузка (мощность) однофазного ИТН (в вольт – амперах) определяется выражением

(4.4)

или

(4.5)

где U – номинальное напряжение вторичной обмотки, В;

I- ток вторичной обмотки, А;

∑ Р = S cos φ – суммарная активная мощность;

∑ Q = S sin φ-суммарная реактивная мощность;

z = - полное сопротивление вторичной цепи, Ом;

r = z cos φ – активное сопротивление вторичной цепи;

х = z sin φ – реактивное сопротивление вторичной цепи.

С увеличением числа включенных приборов сопротивление вторичной цепи уменьшается, а нагрузка ИТН увеличивается.

Программа работы

4.2.1 Записать технические данные, ознакомиться и изучить конструкции представленных в работе измерительных трансформато­ров напряжения.

4.2.2 Проверить полярность выводов трансформаторов напряже­ния.

4.2.3 Определить погрешности и коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

4.2.4 Произвести проверку работы схемы для контроля изоляции.

Подготовка к работе

4.3.1 Ознакомиться с описанием настоящей работы и литерату­рой, указанной в конце сборника.

4.3.2 Подготовить все необходимые рисунки.

4.3.3 Подготовить таблицы, необходимые для записи результа­тов соответствующих измерений.

4.3.4 Ответить устно на контрольные вопросы по заданной лабораторной работе.

Порядок выполнения работы

4.4.1 Изучение конструкции ТН

В данном пункте работы необходимо:

1) Записать паспортные данные следующих ТН: НОМ-6, НОМ-10, HTМK-6, НТМИ-6, И-50.

2) Ознакомиться и изучить конструкции перечисленных выше ТН. Обратите внимание на тип магнитопровода, количество и размещение обмоток трансформатора, изоляцию обмоток, выводы и маркировку выводов с низкой и высокой стороны, схемы соединения обмоток (для 3-х фазных ТН), бак с маслом и его заземление.

4.4.2 Проверка полярности выводов ТН

Для правильного подключения к вторичной обмотке ТН обмоток ваттметров, счетчиков электроэнергии и т.п. необходимо знать по­лярность зажимов обмоток ТН.

Все ТН должны иметь четкие обозначения выводов. На отечест­венных ТН однополярные выводы обозначаются одинаковыми буквами, прописными со стороны высокого напряжения и строчными со стороны низкого напряжения.

На однофазных ТН выводы обмотки со стороны высокого напря­жения обозначаются:

А - начало обмотки, X - конец обмотки.

Однополярные с ними выводы низкого напряжения соответствен­но "а" и "х".

У трехфазных пятистержневых ТН со схемой соединения обмоток "звезда-звезда" - "разомкнутый треугольник" ( ) выводы со стороны высокого напряжения обозначаются: А, В, С, О и со сторо­ны низкого напряжения соответственно а, в, с, о а выводы обмоток соединенной в разомкнутый треугольник обозначаются "ад" и "хд".

Для определения полярности выводов или проверки правильнос­ти их обозначения наиболее удобным является способ гальванометра, при котором необходимо иметь источник постоянного тока ( ), однополюсный выключатель и гальванометр или любой измерительный прибор магнитоэлектрической системы с обозначением полярности вы­водов.

Для выполнения данного пункта нa панель стенда выведены вы­воды обмоток однофазного ТН типа HOM-6: 6000/l00B.

В данном пункте студент должен:

1) Определить правильность обозначения выводов НОМ-6. Для этого подключить выводы обмоток НОМ-6 к поляриметру по схеме рисунка 4.1. При кратковременном замыкании цепи первичной обмотки НОМ-6 кнопкой “К” во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, направление которой зависит от того, к каким выводам подключен контрольно-измерительный прибор. Если стрелка прибора отклоня­ется вправо от среднего положения, то полярность обозначения соответствует изображенной на рисунке 4.1. Если отклонение влево, то следует изменить полярность на одной из обмоток (следует пом­нить, что при размыкании кнопки "К" направление отклонения стрел­ки прибора будет противоположным).

Рисунок 4.1 – Определение полярности ТН методом гальванометра

2) При известном обозначении выводов И-60 определить полярность выводов обмотки низкого напряжения НН а2 и х2 трансформатора НОМ-6 по схеме рисунка 4.1.

Рисунок 4.2 – Определение полярности ТН методом образцового трансформатора

Собрать схему по рисунку 4.2 и определить полярность выводов обмотки низшего напряжения НОМ-6 (а2 и х2). Для этого при отключенном выключателе (В) с помощью ЛАТРа установить на вто­ричной стороне образцового трансформатора напряжения И-50 IOGB соответствующего напряжению 6000В на первичной стороне. Если выводы обмотки высокого напряжения А2 и Х2 НОМ-6 однополярны с выводами низкого напряжения а2 и х2, то при замыкании цепи выключателем (В) вольтметр V1 покажет ноль. Если вольтметр V1 покажет напряжение, то необходимо поменять местами выводы обмот­ки низкого напряжения НОМ-6.

3) Разработать схему определения полярности выводов двух трехфазных групп TH-1 и ТН-2 со схемой соединения обмоток (12 группа) с помошью двух вольтметров.