Transformadores de tensión de medida

Propósito y principio de funcionamiento del transformador de voltaje.

El transformador de tensión de medida se utiliza para reducir la alta tensión suministrada en instalaciones de CA a contadores y relés para protección y automatización.

Una conexión directa de alta tensión requeriría dispositivos y relés muy engorrosos debido a la necesidad de implementarlos con aislamiento de alta tensión. La producción y el uso de dicho equipo es prácticamente imposible, especialmente a voltajes de 35 kV y superiores.

El uso de transformadores de tensión permite el uso de aparatos de medida estándar para medir alta tensión, ampliando sus límites de medida; las bobinas de relé conectadas a través de transformadores de tensión también pueden tener versiones estándar.

Además, el transformador de voltaje aísla (separa) los dispositivos de medición y los relés del alto voltaje, lo que garantiza la seguridad de su servicio.

Los transformadores de tensión son muy utilizados en instalaciones eléctricas de alta tensión, la precisión depende de su funcionamiento mediciones electricas y medición de electricidad, así como la confiabilidad de la protección de relés y la automatización de emergencia.

El transformador de tensión de medida, según el principio de diseño, no difiere del transformador reductor de fuente de alimentación… Consta de un núcleo de acero formado por placas de chapa de acero eléctrico, un devanado primario y uno o dos devanados secundarios.

En la Fig. 1a muestra un diagrama esquemático de un transformador de voltaje con un solo devanado secundario. Se aplica un alto voltaje U1 al devanado primario y se conecta un dispositivo de medición al voltaje secundario U2. El comienzo de los devanados primario y secundario está marcado con las letras A y a, los extremos con X y x. Tales designaciones generalmente se aplican al cuerpo del transformador de voltaje junto a los terminales de sus devanados.

La relación entre la tensión nominal del primario y la tensión nominal del secundario se denomina tensión nominal. factor de transformación transformador de tensión Kn = U1nom / U2nom

Arroz. 1. Esquema y diagrama vectorial del transformador de voltaje: a — diagrama, b — diagrama vectorial de voltaje, c — diagrama vectorial de voltaje

Cuando un transformador de tensión funciona sin errores, sus tensiones primaria y secundaria coinciden en fase y la relación de sus valores es igual a Kn. Con un factor de transformación Kn = 1 voltaje U2= U1 (Fig. 1, c).

Leyenda: H: un terminal está conectado a tierra; O — monofásico; T — trifásico; K — cascada o con bobina de compensación; F — s aislamiento exterior de porcelana; M—aceite; C — seco (con aislamiento de aire); E — capacitivo; D es un divisor.

Los terminales del devanado primario (HV) están etiquetados A, X para transformadores monofásicos y A, B, C, N para transformadores trifásicos. Los terminales principales del devanado secundario (LV) están marcados respectivamente con a, x y a, b, c, N, terminales del devanado adicional secundario — ad techend.

Al principio, los devanados primario y secundario están conectados a las terminales A, B, C y a, b, c respectivamente. Los devanados secundarios principales generalmente están conectados en una estrella (grupo de conexión 0), adicional, según el esquema delta abierto. Como saben, durante el funcionamiento normal de la red, el voltaje en los terminales del devanado adicional es cercano a cero (voltaje desequilibrado Unb = 1 - 3 V), y para fallas a tierra es igual a tres veces el valor del voltaje 3UО con secuencia cero fase UО.

En una red con neutro puesto a tierra, el valor máximo es 3U0 igual a la tensión de fase, con esfuerzo de tensión trifásico aislado. En consecuencia, se realizan devanados adicionales de tensión nominal Unom = 100 V y 100/3 V.

La tensión nominal TV es su devanado primario de tensión nominal; este valor puede diferir de la clase de aislamiento. Se supone que la tensión nominal del devanado secundario es de 100, 100/3 y 100/3 V. Normalmente, los transformadores de tensión funcionan en modo sin carga.

Transformadores de tensión de medida con dos devanados secundarios

Los transformadores de tensión con dos devanados secundarios, además de alimentar contadores y relés, están diseñados para operar dispositivos de señalización de falta a tierra en una red con neutro aislado o para protección de falta a tierra en una red con neutro puesto a tierra.

Un diagrama esquemático de un transformador de voltaje con dos devanados secundarios se muestra en la Fig. 2, un. Los terminales del segundo devanado (adicional), utilizados para señalización o protección en caso de fallas a tierra, están etiquetados ad y xd.

En la Fig. 2.6 muestra un diagrama de la inclusión de tres transformadores de voltaje de este tipo en una red trifásica. Los devanados primario y secundario principal están conectados en estrella. El neutro del devanado primario está conectado a tierra. Se pueden aplicar tres fases y neutro a medidores y relés desde los devanados secundarios principales. Los devanados secundarios adicionales se conectan en triángulo abierto. A partir de estos, la suma de los voltajes de fase de las tres fases se alimenta a los dispositivos de señalización o protección.

En el funcionamiento normal de la red en la que está conectado el transformador de tensión, esta suma vectorial es cero. Esto se puede ver en los diagramas vectoriales de la fig. 2, c, donde Ua, Vb y Uc son los vectores de voltajes de fase aplicados a los devanados primarios, y Uad, Ubd y Ucd son vectores de voltaje de los devanados adicionales primario y secundario. voltajes de los devanados adicionales secundarios, coincidentes en dirección con los vectores de los devanados primarios correspondientes (igual que en la Fig. 1, c).

Arroz. 2. Transformador de tensión con dos devanados secundarios. un diagrama; b — inclusión en un circuito trifásico; c — diagrama vectorial

La suma de los vectores Uad, Ubd y Ucd se obtienen combinándolos de acuerdo con el esquema de conexión de devanados adicionales, mientras que se supone que las flechas de los vectores de voltajes primario y secundario corresponden al comienzo de los devanados del transformador.

La tensión resultante 3U0 entre el final del devanado de la fase C y el comienzo del devanado de la fase A en el diagrama es cero.

En condiciones reales, suele haber un desequilibrio de tensión insignificante en la salida de un delta abierto, que no supera el 2 o 3 % de la tensión nominal. Este desequilibrio es creado por la ligera asimetría siempre presente de los voltajes de fase secundaria y una ligera desviación de la forma de su curva de la sinusoide.

La tensión que garantiza el funcionamiento fiable de los relés aplicados al circuito delta abierto aparece solo en caso de defectos a tierra en el lado del devanado primario del transformador de tensión. Dado que las fallas a tierra están asociadas con el paso de corriente a través del neutro, la tensión resultante a la salida del delta abierto según el método de componentes simétricos se denomina tensión homopolar y se denota como 3U0. En esta notación, el número 3 indica que el voltaje en este circuito es la suma de tres fases. La designación 3U0 también se refiere al circuito de salida delta abierto aplicado al relé de alarma o protección (Fig. 2.6).

Arroz. 3. Diagramas vectoriales de las tensiones de los devanados adicionales primario y secundario con defecto a tierra monofásico: a — en una red con neutro puesto a tierra, b — en una red con neutro aislado.

La tensión 3U0 tiene el valor más alto para una falta a tierra monofásica.Hay que tener en cuenta que el valor máximo de la tensión 3U0 en una red con neutro aislado es mucho mayor que en una red con neutro puesto a tierra.

Esquemas generales de conmutación de transformadores de tensión.

El esquema más simple usando uno transformador de tensión monofásicomostrado en la fig. 1, a, se usa al arrancar gabinetes de motores y en puntos de conmutación de 6-10 kV para encender el voltímetro y el relé de voltaje del dispositivo AVR.

La figura 4 muestra los esquemas de conexión de los transformadores de tensión monofásicos de un solo devanado para la alimentación de circuitos secundarios trifásicos. Un grupo de transformadores monofásicos de tres estrellas que se muestra en la Fig. 4, a, se utiliza para alimentar aparatos de medida, aparatos de medida y voltímetros para la vigilancia del aislamiento en instalaciones eléctricas de 0,5-10 kV con neutro aislado y red no ramificada, donde no se requiera señalización de la ocurrencia de puesta a tierra monofásica.

Para detectar "tierra" en estos voltímetros, deben mostrar la magnitud de los voltajes primarios entre las fases y tierra (ver el diagrama vectorial en la Fig. 3.6). Para ello, el neutro de los devanados de AT se pone a tierra y los voltímetros se conectan a las tensiones de fase secundaria.

Dado que en el caso de faltas a tierra monofásicas, los transformadores de tensión pueden estar energizados durante mucho tiempo, su tensión nominal debe coincidir con la primera tensión de línea a línea. Como resultado, en modo normal, al operar en tensión de fase, la potencia de cada transformador, y por lo tanto de todo el grupo, disminuye una vez en √ 3. Como el circuito tiene cero secundarios conectados a tierra, se instalan fusibles secundarios en las tres fases. .

Arroz. 4.Diagramas de conexión de transformadores de medida de tensión monofásicos con un devanado secundario: a — circuito estrella-estrella para instalaciones eléctricas de 0,5 — 10 kV con cero aislado, b — circuito delta abierto para instalaciones eléctricas de 0,38 — 10 kV, c — lo mismo para instalaciones eléctricas 6 — 35 kV, d — inclusión de transformadores de tensión 6 — 18 kV según el esquema de estrella triangular para alimentar los dispositivos ARV de máquinas síncronas.

En la Fig. 4.6 y los transformadores de voltaje diseñados para alimentar dispositivos de medición, medidores y relés conectados a voltaje fase-fase están conectados en un circuito delta abierto. Este esquema proporciona voltaje simétrico entre líneas Uab, Ubc, U°Ca cuando se operan transformadores de voltaje en cualquier clase de precisión.

Función circuito delta abierto este es un uso insuficiente de la potencia de los transformadores, porque la potencia de un grupo de dos transformadores de este tipo es menor que la potencia de un grupo de tres transformadores conectados en un triángulo completo no por 1,5 veces, sino por √3 una vez

El diagrama de la fig. 4, b se utiliza para alimentar circuitos de tensión no ramificados de instalaciones eléctricas de 0,38 -10 kV, lo que permite instalar la puesta a tierra de los circuitos secundarios directamente al transformador de tensión.

En los circuitos secundarios del circuito que se muestra en la fig. 4, c, en lugar de fusibles, se instala un interruptor bipolar, cuando se dispara, el contacto del bloque cierra el circuito de señal "interrupción de voltaje"... La conexión a tierra de los devanados secundarios se realiza en el escudo en la fase B, que además está conectada a tierra directamente al transformador de tensión a través de un fusible de falla.El interruptor asegura la desconexión de los circuitos secundarios del transformador de tensión con una interrupción visible. Este esquema se utiliza en instalaciones eléctricas de 6 a 35 kV cuando se alimentan circuitos secundarios ramificados de dos o más transformadores de tensión.

En la Fig. Los transformadores de voltaje 4, g están conectados de acuerdo con el circuito delta — estrella, proporcionando un voltaje en la línea secundaria U = 173 V, que es necesario para alimentar los dispositivos de control automático de excitación (ARV) de generadores síncronos y compensadores. Para aumentar la confiabilidad de la operación ARV, no se instalan fusibles en los circuitos secundarios, lo cual está permitido PUE para circuitos de voltaje no ramificados.

Ver también: Diagramas de conexión de transformadores de tensión de medida.