Transformadores de tensão de instrumento

Finalidade e princípio de operação do transformador de tensão

O transformador de tensão de medição é utilizado para reduzir a alta tensão fornecida em instalações CA para medidores e relés para proteção e automação.

Uma conexão direta de alta tensão exigiria dispositivos e relés muito complicados devido à necessidade de implementá-los com isolamento de alta tensão. A produção e uso de tais equipamentos é praticamente impossível, especialmente em tensões de 35 kV e acima.

A utilização de transformadores de tensão permite a utilização de aparelhos de medição padronizados para medição de alta tensão, ampliando seus limites de medição; bobinas de relé conectadas via transformadores de tensão também podem ter versões padrão.

Além disso, o transformador de tensão isola (separa) os dispositivos de medição e relés da alta tensão, garantindo assim a segurança de seu serviço.

Os transformadores de tensão são amplamente utilizados em instalações elétricas de alta tensão, a precisão depende de sua operação medições elétricas e medição de eletricidade, bem como a confiabilidade da proteção do relé e automação de emergência.

O transformador de tensão de medição, de acordo com o princípio de design, não difere de transformador abaixador de alimentação… Consiste em um núcleo de aço composto por chapas de aço elétricas, um enrolamento primário e um ou dois enrolamentos secundários.

Na fig. 1a mostra um diagrama esquemático de um transformador de potencial com um único enrolamento secundário. Uma alta tensão U1 é aplicada ao enrolamento primário e um dispositivo de medição é conectado à tensão secundária U2. O início dos enrolamentos primário e secundário é marcado com as letras A e a, as extremidades com X e x. Tais designações são geralmente aplicadas ao corpo do transformador de tensão próximo aos terminais de seus enrolamentos.

A relação entre a tensão nominal do primário e a tensão nominal do secundário é chamada de tensão nominal. fator de transformação transformador de tensão Kn = U1nom / U2nom

Arroz. 1. Esquema e diagrama vetorial do transformador de tensão: a — diagrama, b — diagrama vetorial de tensão, c — diagrama vetorial de tensão

Quando um transformador de tensão opera sem erros, suas tensões primária e secundária coincidem em fase e a relação entre seus valores é igual a Kn. Com fator de transformação Kn = 1 tensão U2= U1 (Fig. 1, c).

Legenda: H — um terminal está aterrado; O — monofásico; T — trifásico; K — cascata ou com bobina de compensação; F — s isolamento externo de porcelana; M — óleo; C — seco (com isolamento de ar); E — capacitivo; D é um divisor.

Os terminais do enrolamento primário (HV) são rotulados como A, X para transformadores monofásicos e A, B, C, N para transformadores trifásicos. Os terminais principais do enrolamento secundário (LV) são marcados respectivamente a, x e a, b, c, N, terminais do enrolamento adicional secundário — ad techend.

Inicialmente, os enrolamentos primário e secundário são conectados aos terminais A, B, C e a, b, c, respectivamente. Os enrolamentos secundários principais geralmente são conectados em estrela (grupo de conexão 0), adicional - de acordo com o esquema delta aberto. Como você sabe, durante a operação normal da rede, a tensão nos terminais do enrolamento adicional é próxima de zero (tensão desequilibrada Unb = 1 - 3 V) e, para falhas de aterramento, é igual a três vezes o valor da tensão 3UО com fase UО de seqüência zero.

Em uma rede com neutro aterrado, o valor máximo é de 3U0 igual à tensão de fase, com estresse de tensão isolado - trifásico. Consequentemente, enrolamentos adicionais de tensão nominal Unom = 100 V e 100/3 V são executados.

Tensão nominal TV é seu enrolamento primário de tensão nominal; este valor pode diferir da classe de isolamento. A tensão nominal do enrolamento secundário é assumida como 100, 100/3 e 100/3 V. Normalmente, os transformadores de potencial operam no modo sem carga.

Transformadores de tensão de instrumento com dois enrolamentos secundários

Os transformadores de potencial com dois enrolamentos secundários, além de alimentar medidores e relés, são projetados para operar dispositivos de sinalização de falta à terra em uma rede com neutro isolado ou para proteção de falta à terra em uma rede com neutro aterrado.

Um diagrama esquemático de um transformador de potencial com dois enrolamentos secundários é mostrado na Fig. 2, a. Os terminais do segundo enrolamento (adicional), usados ​​para sinalização ou proteção em caso de faltas à terra, são rotulados ad e xd.

Na fig. 2.6 mostra um diagrama da inclusão de três desses transformadores de tensão em uma rede trifásica. Os enrolamentos primário e secundário principal são conectados em estrela. O neutro do enrolamento primário é aterrado. Três fases e neutro podem ser aplicados a medidores e relés dos enrolamentos secundários principais. Enrolamentos secundários adicionais são conectados em delta aberto. Destes, a soma das tensões de fase de todas as três fases é alimentada aos dispositivos de sinalização ou proteção.

Na operação normal da rede na qual o transformador de potencial está conectado, esta soma vetorial é zero. Isso pode ser visto nos diagramas vetoriais na fig. 2, c, onde Ua, Vb e Uc são os vetores das tensões de fase aplicadas aos enrolamentos primários, e Uad, Ubd e Ucd — vetores de tensão dos enrolamentos adicionais primário e secundário. tensões dos enrolamentos adicionais secundários, coincidentes em direção com os vetores dos enrolamentos primários correspondentes (o mesmo que na Fig. 1, c).

Arroz. 2. Transformador de tensão com dois enrolamentos secundários. a — diagrama; b — inclusão em circuito trifásico; c — diagrama vetorial

A soma dos vetores Uad, Ubd e Ucd é obtida combinando-os de acordo com o esquema de conexão de enrolamentos adicionais, enquanto se assume que as setas dos vetores das tensões primária e secundária correspondem ao início dos enrolamentos do transformador.

A tensão resultante 3U0 entre o final do enrolamento da fase C e o início do enrolamento da fase A no diagrama é zero.

Em condições reais, geralmente há um desbalanço de tensão insignificante na saída de um delta aberto, não excedendo 2 a 3% da tensão nominal. Esse desequilíbrio é criado pela leve assimetria sempre presente das tensões da fase secundária e um leve desvio da forma de sua curva da senóide.

A tensão que garante a operação confiável dos relés aplicados ao circuito delta aberto aparece apenas no caso de faltas à terra no lado do enrolamento primário do transformador de potencial. Como as faltas à terra estão associadas à passagem de corrente através do neutro, a tensão resultante na saída do delta aberto de acordo com o método de componentes simétricos é chamada de tensão de sequência zero e é denotada como 3U0. Nesta notação, o número 3 indica que a tensão neste circuito é a soma de três fases. A designação 3U0 também se refere ao circuito de saída delta aberto aplicado ao relé de alarme ou proteção (Fig. 2.6).

Arroz. 3. Diagramas vetoriais das tensões dos enrolamentos adicionais primário e secundário com falta à terra monofásica: a — em uma rede com neutro aterrado, b — em uma rede com neutro isolado.

A tensão 3U0 tem o valor mais alto para uma falta à terra monofásica.Deve-se levar em consideração que o valor máximo da tensão 3U0 em uma rede com neutro isolado é muito maior do que em uma rede com neutro aterrado.

Esquemas gerais de comutação de transformadores de tensão

O esquema mais simples usando um transformador de tensão monofásicomostrado na fig. 1, a, é usado ao iniciar os gabinetes do motor e nos pontos de comutação 6-10 kV para ligar o voltímetro e o relé de tensão do dispositivo AVR.

A Figura 4 mostra os diagramas de conexão para transformadores de tensão monofásicos de enrolamento único para alimentação de circuitos secundários trifásicos. Um grupo de transformadores monofásicos de três estrelas mostrado na Fig. 4, a, é utilizado para alimentar aparelhos de medição, aparelhos de medida e voltímetros para monitoramento de isolação em instalações elétricas de 0,5 a 10 kV com neutro isolado e rede não ramificada, onde não é necessária a sinalização da ocorrência de aterramento monofásico.

Para detectar "terra" nesses voltímetros, eles devem mostrar a magnitude das tensões primárias entre as fases e a terra (consulte o diagrama vetorial na Fig. 3.6). Para isso, o neutro dos enrolamentos de alta tensão é aterrado e os voltímetros são conectados às tensões de fase secundária.

Como no caso de faltas à terra monofásicas, os transformadores de potencial podem ser energizados por um longo tempo, sua tensão nominal deve corresponder à primeira tensão linha a linha. Como resultado, no modo normal, ao operar na tensão de fase, a potência de cada transformador e, portanto, de todo o grupo, diminui uma vez √3. Como o circuito não tem enrolamentos secundários aterrados, fusíveis secundários são instalados nas três fases .

Arroz. 4.Esquemas de conexão de transformadores monofásicos de medição de tensão com um enrolamento secundário: a — circuito estrela-estrela para instalações elétricas de 0,5 — 10 kV com zero isolado, b — circuito aberto delta para instalações elétricas 0,38 — 10 kV, c — o mesmo para instalações elétricas 6 — 35 kV, d — inclusão de transformadores de tensão 6 — 18 kV de acordo com o esquema de estrela triangular para alimentar os dispositivos ARV de máquinas síncronas.

Na fig. 4.6 e transformadores de tensão projetados para alimentar dispositivos de medição, medidores e relés conectados à tensão fase-fase são conectados em um circuito delta aberto. Este esquema fornece tensão simétrica entre as linhas Uab, Ubc, U°Ca ao operar transformadores de tensão em qualquer classe de precisão.

A função circuito delta aberto é um uso insuficiente da potência dos transformadores, porque a potência de um grupo de dois transformadores é menor que a potência de um grupo de três transformadores conectados em um triângulo completo não em 1,5 vezes, mas em √3 uma vez.

O diagrama na fig. 4, b é usado para alimentar circuitos de tensão não ramificados de instalações elétricas 0,38 -10 kV, o que permite que o aterramento dos circuitos secundários seja instalado diretamente no transformador de tensão.

Nos circuitos secundários do circuito mostrado na fig. 4, c, em vez de fusíveis, é instalado um disjuntor bipolar, ao ser acionado, o contato do bloco fecha o circuito de sinal «interrupção de tensão»... O aterramento dos enrolamentos secundários é realizado na blindagem em fase B, que adicionalmente é aterrada diretamente ao transformador de potencial por meio de fusível de falha.A chave garante a desconexão dos circuitos secundários do transformador de tensão com interrupção visível. Este esquema é usado em instalações elétricas de 6 a 35 kV ao alimentar circuitos secundários ramificados de dois ou mais transformadores de tensão.

Na fig. 4, os transformadores de tensão g são conectados de acordo com o circuito delta - estrela, fornecendo uma tensão na linha secundária U = 173 V, necessária para alimentar dispositivos de controle automático de excitação (ARV) de geradores e compensadores síncronos. Para aumentar a confiabilidade da operação ARV, não são instalados fusíveis nos circuitos secundários, o que é permitido PUE para circuitos de tensão não ramificados.

Veja também: Diagramas de conexão de transformadores de tensão de medição