Редукторы 1 к 63
Редукторы 1 к 63: конструкция, принцип действия и применение в электротехнических сетях
Редуктор 1 к 63, также известный как делитель напряжения 1:63 или трансформатор напряжения (ТН) с коэффициентом трансформации 63, является ключевым измерительным устройством в высоковольтных сетях. Его основное назначение – пропорциональное снижение первичного высокого напряжения до стандартного вторичного значения, безопасного для подключения измерительных приборов, устройств релейной защиты и систем учета электроэнергии. Коэффициент 63 не является случайным: он напрямую связан с номинальным линейным напряжением распределительных сетей 6 кВ (6300 В) и 10 кВ (10500 В). При первичном напряжении 6300 В или 10500 В, вторичное напряжение составляет 100 В или 100/√3 ≈ 57.7 В в зависимости от схемы соединения обмоток.
Конструктивные особенности и типы редукторов 1:63
Конструктивно редукторы 1:63 делятся на два основных класса: электромагнитные (классические трансформаторы напряжения) и емкостные (емкостные делители).
Электромагнитные трансформаторы напряжения (НТМИ, НОМ, ЗНОЛ)
Представляют собой маслонаполненные или литые эпоксидной смолой аппараты, работающие на принципе электромагнитной индукции. Основные элементы:
- Магнитопровод: Собран из листов электротехнической стали, обеспечивает путь для магнитного потока.
- Первичная обмотка: Рассчитана на полное номинальное напряжение сети (6, 10 кВ). Выполняется проводом с соответствующей изоляцией.
- Вторичная обмотка: Рассчитана на 100 В или 100/√3 В. Часто имеет несколько секций для получения разных вторичных напряжений.
- Изоляция: В масляных исполнениях – бумажно-масляная, в сухих – литая эпоксидная компаундом, обеспечивающая высокую механическую прочность и стойкость к загрязнениям.
- Корпус и выводы: Герметичный корпус с высоковольтными и низковольтными выводами. Обязательно наличие заземляющего вывода.
- Высоковольтный емкостный плечо (C1): Состоит из последовательно-параллельного набора конденсаторов, формирующих требуемую емкость.
- Низковольтное емкостное плечо (C2): Емкость, с которой снимается пониженное напряжение.
- Промежуточный трансформатор (ПТ): Для дальнейшего снижения и гальванической развязки напряжения с плеча C2 до стандартных 100 В.
- Дроссель компенсационный (Lк): Компенсирует фазовые погрешности, возникающие из-за внутреннего сопротивления делителя.
- Соединение в неполную звезду (V/V): Два однофазных ТН. Позволяет измерять междуфазные напряжения. Не контролирует напряжение нулевой последовательности. Наиболее экономичная схема для сетей 6-10 кВ.
- Соединение в звезду/звезду (Y/Y): Три однофазных или один трехфазный ТН. Позволяет измерять все междуфазные и фазные напряжения. При наличии вывода нейтрали первичной обмотки позволяет контролировать напряжение смещения нейтрали.
- Соединение «Разомкнутый треугольник» (Zн): Дополнительная обмотка трехфазной группы или три однофазных ТН с двумя вторичными обмотками. Назначение – получение напряжения 3U0 (напряжение нулевой последовательности) для защиты от замыканий на землю.
- Счетчикам электроэнергии: Трехфазные счетчики прямого и трансформаторного включения для коммерческого и технического учета.
- Вольтметрам и измерительным преобразователям: Для визуального контроля уровня напряжения на шинах РУ.
- Блокам релейной защиты и автоматики (РЗА): Напряжение является ключевым параметром для функций UV/OV (защита от понижения/повышения напряжения), дистанционной защиты, синхронизации, АВР.
- Микропроцессорным терминалам и системам АСКУЭ/АСТУЭ: Для сбора телеметрии и анализа качества электроэнергии.
- Напряжение питания цепей управления: Через дополнительные понижающие трансформаторы или стабилизаторы.
- Резкому увеличению тока намагничивания (в десятки раз).
- Перегреву и тепловому разрушению изоляции первичной обмотки.
- Возникновению высокого напряжения (до нескольких киловольт) на обрывах вторичной цепи из-за индуктивных выбросов, что опасно для персонала и изоляции низковольтных кабелей.
- Класс 0.5: Определяет предел приведенной погрешности по напряжению в рабочем диапазоне (от 80% до 120% Uном) при номинальной вторичной нагрузке. Используется для точных измерений и коммерческого учета.
- Класс 3P: Определяет погрешность по напряжению в расширенном диапазоне (от 5% до 150-200% Uном) для релейной защиты. Буква «P» (protection) указывает на назначение для защиты. Главное – обеспечить точность в условиях глубоких понижений напряжения при КЗ, где измерительным приборам точность уже не важна, а защита должна корректно сработать.
Емкостные делители напряжения (НДЕ, НДЭ)
Используются, как правило, в комплектах конденсаторных трансформаторов напряжения (КНТ) для сетей 110 кВ и выше, но встречаются и на 6-10 кВ. Принцип действия основан на делении напряжения цепочкой последовательно соединенных конденсаторов.
Основные технические характеристики и параметры
Выбор и эксплуатация редуктора 1:63 определяются его техническими параметрами, регламентированными ГОСТ 1983-2001 и МЭК 61869-2.
| Параметр | Типичное значение / Описание | Комментарий |
|---|---|---|
| Номинальное первичное напряжение (U1н) | 6000/√3 В; 6300/√3 В; 10000/√3 В; 10500/√3 В | Для включения в фазное напряжение сети. Указывается в документации. |
| Номинальное вторичное напряжение (U2н) | 100/√3 В; 100 В; 100/3 В | Наиболее распространено 100/√3 В для соединения в неполную звезду. |
| Класс точности | 0.2; 0.5; 1.0; 3.0; 3P; 6P | 0.2 и 0.5 – для коммерческого учета; 1.0 и 3.0 – для измерений; 3P/6P – для защиты. |
| Номинальная вторичная нагрузка (S2н) | 5; 10; 15; 20; 30; 50 ВА | Суммарная мощность, которую можно подключить к вторичным цепям без превышения погрешности. |
| Рабочая частота | 50 Гц (реже 60 Гц) | Соответствует частоте сети. |
| Номинальный коэффициент трансформации (Kн) | (6000/√3) / (100/√3) = 60; (6300/√3) / (100/√3) = 63; (10000/√3) / (100/√3) = 100; (10500/√3) / (100/√3) = 105 | Фактический коэффициент 63 соответствует U1н=6300/√3 В, U2н=100/√3 В. |
Схемы соединения обмоток редукторов в трехфазных сетях
Способ включения ТН определяется задачами системы релейной защиты и измерения.
Области применения и подключение аппаратуры
Вторичные цепи редукторов 1:63 подключаются к:
Монтаж, эксплуатация и безопасность
Монтаж должен выполняться в соответствии с ПУЭ (глава 4.2). Высоковольтные выводы подключаются к шинам через контактные наконечники и изолирующие проходные изоляторы. Корпус и один вывод вторичной обмотки подлежат обязательному заземлению для безопасности персонала. При эксплуатации запрещается работа со разомкнутой вторичной цепью – это может привести к перенапряжению и пробою изоляции из-за резонансных явлений. Вторичные цепи должны быть защищены от КЗ предохранителями или автоматическими выключателями. Периодическая поверка коэффициента трансформации и угловой погрешности является обязательной, особенно для ТН, используемых в коммерческом учете.
Сравнительный анализ: электромагнитные vs. емкостные редукторы
| Критерий | Электромагнитный ТН | Емкостный делитель (КНТ) |
|---|---|---|
| Принцип действия | Электромагнитная индукция | Емкостной делитель + промежуточный трансформатор |
| Габариты и масса | Меньше на напряжениях 6-10 кВ | Больше из-за батареи конденсаторов |
| Частотная характеристика | Уже, возможен резонанс на гармониках | Шире, лучше для измерений в широком диапазоне |
| Стойкость к феррорезонансу | Ниже, требуются демпфирующие устройства | Выше, благодаря демпфирующему эффекту емкости |
| Стоимость для ВН 6-35 кВ | Ниже | Выше |
| Основное применение | Распределительные сети 6-35 кВ, КРУ | Сети 110 кВ и выше, иногда для точных измерений на 6-35 кВ |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему именно коэффициент 63? Откуда взялось это число?
Коэффициент 63 является производным от стандартизированных номиналов напряжений. В России номинальное междуфазное напряжение распределительной сети среднего класса напряжения – 6 кВ (фактически 6300 В) и 10 кВ (10500 В). Для измерения фазного напряжения используется значение, деленное на √3. Таким образом, первичное фазное напряжение: 6300 В / √3 ≈ 3637 В. Стандартное вторичное напряжение для измерительных цепей – 100 В / √3 ≈ 57.7 В. Деление 3637 В / 57.7 В дает коэффициент, близкий к 63. Фактический паспортный коэффициент указывается как (6300/√3) / (100/√3) = 63.
Чем опасен разрыв (обрыв) вторичной цепи работающего трансформатора напряжения?
Разрыв вторичной цепи приводит к переходу трансформатора в режим, близкий к холостому ходу. Ток во вторичной обмотке падает до нуля, а магнитный поток в магнитопроводе резко возрастает, так как он больше не компенсируется потоком от вторичной обмотки. Это вызывает сильное насыщение магнитопровода, что приводит к:
Поэтому вторичные цепи ТН должны быть всегда замкнуты на нагрузку или закорочены, а коммутация производится только через испытательные блоки.
Можно ли использовать редуктор 1:63 в сети 10 кВ?
Нет, для номинального междуфазного напряжения 10 кВ (10500 В) требуется редуктор с коэффициентом 105. Использование ТН 1:63 в сети 10 кВ приведет к значительному завышению показаний вторичных приборов (примерно в 105/63 = 1.67 раза) и, что критично, к работе первичной обмотки в режиме значительного перенапряжения, что вызовет ускоренное старение изоляции и возможный пробой.
В чем разница между классами точности 0.5 и 3P?
Классы точности 0.5 и 3P регламентируют разные виды погрешностей в разных режимах:
Таким образом, ТН класса 0.5 не подходит для цепей защиты, а класса 3P – для коммерческого учета.
Как правильно выбрать номинальную мощность (ВА) трансформатора напряжения?
Мощность выбирается по суммарной нагрузке всех подключаемых приборов с учетом их cosφ. Расчетная вторичная нагрузка Sрасч (в ВА) не должна превышать номинальную S2н выбранного ТН для его класса точности. Нагрузка рассчитывается по формуле: Sрасч = √((ΣP)2 + (ΣQ)2), где P и Q – активная и реактивная мощности приборов в каждой фазе. Обязательно учитывается длина и сечение контрольного кабеля, так как сопротивление проводов добавляет нагрузку. Рекомендуется запас не менее 20%.
Что такое напряжение нулевой последовательности (3U0) и как его получить?
Напряжение нулевой последовательности (3U0) – это векторная сумма трех фазных напряжений. В нормальном режиме симметричной сети оно равно нулю. При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение поврежденной фазы падает, а напряжение неповрежденных фаз возрастает до междуфазного, при этом сумма векторов дает значение 3U0 ≈ 100 В (во вторичных цепях). Для его получения используется схема соединения вторичных обмоток трех однофазных ТН в «разомкнутый треугольник». Напряжение снимается между началами обмоток, соединенных встречно. Это напряжение подается на реле защиты от замыканий на землю.