Трансформаторы напряжения играют ключевую роль в современном электроэнергетическом комплексе, обеспечивая надежное и безопасное измерение электрических параметров, а также защиту оборудования. Несмотря на внешнее сходство с обычными силовыми трансформаторами, трансформаторы напряжения имеют свои особенности, обусловленные главной задачей - обеспечением точных сигналов для измерительных приборов и устройств защитной автоматики при минимальной мощности нагрузки. Главным отличием трансформаторов напряжения от обычных силовых трансформаторов является предназначение. В то время как силовые трансформаторы служат для передачи и распределения электроэнергии, трансформаторы напряжения используются для точного снятия параметров напряжения, необходимых для контроля и управления системами. Обычно их мощность измеряется в вольт-амперах и не превышает нескольких сотен, что контрастирует с мегаваттными показателями трансформаторов для энергосистем.
В основе работы трансформатора напряжения лежит принцип электромагнитной индукции, подобный классическому трансформатору. Он состоит из первичной и вторичной обмоток, где первичная подключается параллельно к линии высокого напряжения, а вторичная - к измерительным приборам или устройствам защиты. Важной особенностью является то, что вторичная цепь обладает высоким сопротивлением, что снижает нагрузку на устройство и позволяет получать точные показатели без значительных потерь. Существует несколько типов трансформаторов напряжения, классификация которых базируется на принципе работы, фазности, типе изоляционного материала, числе обмоток и месте установки. Электромагнитные типы напоминают традиционные трансформаторы и широко используются в различных формах энергосистем.
Капацитивные трансформаторы напряжения содержат элементы конденсаторного делителя и служат для измерения напряжений в системах с заземлением нейтрали, дополнительно выполняя функции связи и защиты. Фазность трансформаторов может быть однофазной или трёхфазной. Трёхфазные трансформаторы обычно состоят из подключения трех однофазных блоков. Среди них выделяют трехфазные трансформаторы трехстолбовые и пятистолбовые конструкции. Первый тип популярен для средних и низких напряжений, а второй - для высоковольтных систем, где необходимы дополнительные конфигурации для более точного измерения и защиты.
Изоляция трансформаторов также имеет большое значение. Она влияет на долговечность и безопасность работы. Существует несколько основных типов изоляционных средств, таких как сухая, залитая смолой, газовая и масляная изоляция. Для высоковольтных систем выше 110 кВ преимущественно применяют масляные конструкции, обеспечивающие лучшее охлаждение и защиту от перенапряжений, в то время как для низковольтных систем до 35 кВ обычно используются залитые и сухие методы изоляции. Количество обмоток у трансформаторов напряжения может различаться.
Обычно применяются двухобмоточные конструкции, где одна обмотка первичная, а другая - вторичная для подачи на измерительные приборы. В более сложных системах используют несколько вторичных обмоток для различных целей, включая защиту от замыканий на землю и контроль качества электроэнергии. Подключение трансформаторов напряжения к электрическим системам требует строго соблюдения правил и стандартов. Для однофазных устройств существуют различные схемы подключения - от подключения первичной обмотки между фазой и землей до фазно-фазового включения. Особое внимание уделяется заземлению вторичной цепи, чтобы избежать повреждений оборудования и обеспечить безопасность персонала.
Трёхфазные трансформаторы часто подключаются звездой или треугольником. Подключение звездой используется для систем с изолированной или слабо заземленной нейтралью, позволяя измерять междуфазные напряжения с высокой точностью. Конструкция пятистолбового трансформатора позволяет создавать комбинированные схемы - например, основная вторичная обмотка в звезде с заземлённой нейтралью и дополнительная обмотка в открытом треугольнике для измерения нулевой последовательности, что важно для защиты от замыканий на землю. Точность трансформаторов напряжения играет решающую роль в работе измерительных систем и систем защиты. Идеальные устройства должны обеспечивать соответствие между отношением витков первичной и вторичной обмоток и реальным напряжением на выходе.
Однако в реальных условиях влиянием обладают такие факторы, как наличие тока возбуждения и сопротивление обмоток, вызывающие отклонения в измерениях. Они выражаются в виде погрешности по коэффициенту трансформации и фазовому сдвигу между первичным и вторичным напряжением. Классификация по точности подразумевает несколько уровней, начиная от высокоточных моделей для лабораторных измерений и заканчивая более простыми вариантами для общих целей. Выбор класса точности зависит от задачи - для вычисления потребления электроэнергии применяют трансформаторы с высокой точностью, тогда как для систем защиты достаточно устройств с допустимой ошибкой в несколько процентов. Важным параметром является номинальная нагрузка вторичной цепи, которая должна соответствовать максимальной мощности подключённых приборов.
При превышении этой нагрузки точность трансформатора резко падает, что может привести к неправильной работе систем измерения и защиты. При эксплуатации трансформаторов напряжения необходимо избегать коротких замыканий во вторичной цепи, так как они могут привести к значительным токам и повреждению устройства. В связи с этим во вторичных цепях устанавливаются предохранители и другие средства безопасности. Современные энергосистемы требуют строгого контроля параметров электрической сети для обеспечения надежности и безопасности. Трансформаторы напряжения играют неоценимую роль в этом процессе, позволяя получать точные данные о напряжении и своевременно реагировать на возможные аварийные ситуации.
Их правильный выбор, установка и обслуживание - залог стабильной работы всей энергетической системы. Инновации в области трансформаторов напряжения продолжают развиваться, включая улучшение точности, снижение габаритов и веса, применение новых материалов изоляции и интеграцию с системами цифрового мониторинга. Будущее электроэнергетики зависит от таких надежных и высокоточных устройств, которые делают возможным эффективное управление электроэнергией во всех масштабах. Таким образом, трансформаторы напряжения и их вторичные цепи представляют собой фундаментальные компоненты электроэнергетической инфраструктуры, обеспечивающие необходимые параметры для измерений, управления и защиты. Знание их устройства, принципов работы и особенностей подключения является обязательным для специалистов, работающих в области энергетики и электротехники.
.
