Трансформаторы напряжения, как и трансформаторы тока, в установках высокого напряжения служат для питания измерительных приборов, счетчиков электрической энергии, реле защиты и т. п.
По своему устройству трансформаторы напряжения подобны силовым трансформаторам, однако для снижения погрешности при измерении режим работы трансформаторов напряжения при номинальной нагрузке приближается к режиму холостого хода.
Трансформаторы напряжения можно классифицировать следующим образом: по роду установки — для внутренних и открытых установок; по способу охлаждения — с воздушным и масляным охлаждением; по числу фаз — одно- и трехфазные (трехфазные трансформаторы, в свою очередь, подразделяются на трех- и пятистержневые).
Трехфазные пятистержневые трансформаторы напряжения служат дополнительно к своему обычному назначению еще и для питания реле напряжения, контролирующего однофазное короткое замыкание на стороне высокого напряжения при изолированной нейтрали. При замыкании, например, фазы А на землю векторная диаграмма напряжений искажается (см. рис. 14-2,г). Векторы фазового напряжения Uв и Uc приобретают вид UВ и Uс. При этом они увеличиваются на √3, угол сдвига между ними уменьшается от 120 до 60°. Эти несимметричные напряжения по методу симметричных составляющих могут быть разложены на системы прямой и нулевой последовательности. В соответствии с этим магнитные потоки прямой последовательности в фазах сдвинуты на 120° и замыкаются в сердечнике. Магнитные потоки нулевой последовательности во всех трех стержнях будут направлены одинаково и замыкаются через воздух. Вследствие большого магнитного сопротивления потокам нулевой последовательности токи нулевой последовательности настолько велики, что представляют опасность для обмотки.
Уменьшение магнитного сопротивления потоку нулевой последовательности, а следовательно, и уменьшение результирующих токов в фазах может быть достигнуто путем применения двух дополнительных стержней (рис. 50-1). Дополнительная обмотка в пятистержневом трансформаторе соединяется в разомкнутый треугольник. На зажимах этой обмотки (а1, х1) при замыкании одной из фаз на землю потоками нулевой последовательности наводится э. д. с., равная 100 в.
Схемы соединения трансформаторов напряжения изображены на рис. 50-2. Один однофазный трансформатор (рис. 50-2, а) позволяет измерить лишь напряжение между двумя фазами поэтому им пользуются сравнительно редко. Два однофазных трансформатора, соединенных в открытый (неполный) треугольник (рис. 50-2,б), дают возможность точно измерить напряжение между всеми фазами, поэтому они применяются сравнительно широко.
Рис. 50-1. Схема трехфазного пятистержневого трансформатора напряжения: А, В, С, О — первичная обмотка; а, b, с, о — основная вторичная обмотка: а1, х1 — дополнительная вторичная обмотка
В сетях 110—220 кВ используют три однофазных трансформатора с соединением обмоток первичной и вторичной сторон в звезду с заземлением нейтралей. Схемы соединения трехфазных трансформаторов напряжения приведены на рис. 50-2,в и г.
Со стороны высокого напряжения присоединение трансформаторов напряжения к шинам может быть выполнено либо через высоковольтные предохранители (см. рис. 50-2,а), либо с добавлением разъединителей (см. рис. 50-2,б). Когда мощность предохранителей по токам короткого замыкания недостаточна, применяют токоограничивающие сопротивления (см. рис. 50-2,в). Эти сопротивления практически не оказывают влияния на .точность измерений, но снижают ток к. з.
Со стороны низкого напряжения трансформаторы защищаются предохранителями. Однако счетчики учета электроэнергии при денежном расчете присоединяются до предохранителей.
Для защиты персонала и приборов от высокого напряжения в случае пробоя между обмотками высокого и низкого напряжений последние заземляются.
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения указывается на заводском щитке и равен
Первичное напряжение трансформаторов, присоединяемых к между фазовому напряжению, соответствует шкале номинальных напряжений. Вторичное между фазовое напряжение всегда, равно 100 в. Если однофазные трансформаторы со стороны первичных обмоток соединяются в звезду, то номинальные напряжения их обмоток будут соответственно
Рис. 50-2. Схема соединения трансформаторов напряжения:
а — однофазный трансформатор; б — два однофазных трансформатора, соединенных в открытый треугольник; в — трехфазный трехстержневой трансформатор; г — трехфазный пятистержневой трансформатор
Погрешности трансформаторов напряжения, аналогично трансформаторам тока, различают по коэффициенту трансформации или напряжения (∆u)] и по углу δ. Погрешность в напряжении:
На погрешность трансформаторов напряжения существенно влияет величина нагрузки. Например, однофазный трансформатор НОМИ-10 с коэффициентом трансформации 10 000/100 при номинальной мощности 80 ВА работает в классе 0,5. При нагрузке 150 ВА переходит в класс 1, а при 400 ВА — в класс 3. Предельная мощность по нагреву обмоток этого трансформатора — 540 ВА.
Конструкция трансформаторов напряжения отличается от силовых трансформаторов тем, что вследствие небольшой их нагрузки они не нуждаются в специальных видах
охлаждения. Для уменьшения потерь стремятся к уменьшению потоков рассеяния, для чего применяют качественные магнитные стали.
На напряжение до 1 кВ трансформаторы напряжения выпускаются сухими, начиная с 6 кВ — масляными.
Рис. 50-3. Трансформатор напряжения типа НТМК-10: 1 — пробка для спуска масла; 2 — болт для заземления; 3 — заводской щиток; 4 — пробка для заливки масла
Рис. 50-4. Трансформатор напряжения типа НОМ-10
Наиболее ходовым типом трансформаторов напряжения для тяговых подстанций является трехфазный масляный трансформатор с компенсированными обмотками типа НТМК-10 (рис. 50-3). Реже применяется пятистержневой трансформатор типа НТМИ-10. Для небольших тяговых подстанций применяют два однофазных трансформатора типа НОМ-10 (рис. 50-4).