Редукторы 1 к 320
Редукторы 1 к 320: принцип действия, конструкция и применение в измерительных цепях высокого напряжения
Редуктор 1 к 320, также известный как делитель напряжения или трансформатор напряжения (ТН) с коэффициентом трансформации 10000/√3 В / (100/√3 В) или 10000/√3 В / (100/3 В) в зависимости от схемы подключения, является ключевым элементом в высоковольтных измерительных цепях и цепях релейной защиты. Его основное назначение – пропорциональное и гальванически развязанное снижение первичного напряжения до стандартизированного вторичного значения, безопасного для подключения измерительных приборов, счетчиков электроэнергии и устройств защиты. Точное соотношение 1:320 (или кратные ему) возникает при работе в специфических схемах включения.
Принцип действия и получение коэффициента 1:320
Коэффициент трансформации 1:320 не является паспортным коэффициентом одного однофазного трансформатора напряжения. Это результирующий коэффициент, получаемый при соединении двух или трех однофазных ТН в определенную схему для работы в сетях с изолированной нейтралью или сетях, где необходимо контролировать напряжение относительно земли. Базовым элементом служит однофазный ТН с номинальными напряжениями, например, 10000/√3 В / 100/√3 В. При соединении в схему «разомкнутый треугольник» (неполная звезда) или при использовании в схемах контроля изоляции, результирующий коэффициент на некоторых вторичных обмотках составляет 10000/√3 В / (100/3 В), что математически и дает соотношение 1:320 (поскольку 10000/√3 / (100/3) = 300/√3 ≈ 173.2, а для линейного напряжения 10000 В фазное составляет 5773.5 В, и 5773.5 / (100/3) = 173.2, что является коэффициентом для фазного напряжения; для линейного 10000 / (100/√3) = 173.2. Коэффициент 1:320 является округленным и удобным для расчетов обозначением данной схемы).
Конструктивные особенности
Редукторы, используемые для получения такого коэффициента, представляют собой маслонаполненные или элегазовые (SF6) герметичные аппараты. Основные конструктивные узлы:
- Магнитопровод: Набирается из листовой электротехнической стали, обеспечивает путь для магнитного потока.
- Первичная обмотка: Рассчитана на полное рабочее напряжение сети (например, 6, 10, 35 кВ). Выполняется с усиленной изоляцией.
- Вторичные обмотки: Основная обмотка (для измерения) и дополнительная обмотка (для соединения в разомкнутый треугольник или контроля изоляции). Номинальное вторичное напряжение основной обмотки – 100/√3 В, дополнительной – 100/3 В или 100 В.
- Изоляция: Основной барьер между обмотками высокого и низкого напряжения. В масляных ТН используется бумажно-масляная изоляция, в элегазовых – газ SF6 под давлением.
- Корпус (баак): Герметичный стальной резервуар, заполненный трансформаторным маслом или элегазом.
- Выводы: Высоковольтные выводы (проходные изоляторы) и низковольтная коробка для подключения вторичных цепей.
- Схема с тремя однофазными ТН: Первичные обмотки соединяются в звезду с заземленной нейтралью. Основные вторичные обмотки соединяются в звезду для измерения междуфазных напряжений. Дополнительные обмотки соединяются последовательно в разомкнутый треугольник. В нормальном режиме напряжение на выводах разомкнутого треугольника близко к нулю. При однофазном замыкании на землю в сети появляется напряжение нулевой последовательности, которое суммируется на обмотках разомкнутого треугольника, создавая на его выходах напряжение 3U0 ≈ 100 В (для металлического замыкания). Коэффициент от первичного фазного напряжения сети до этого вторичного 100 В и составляет 1:320 для сети 10 кВ (5770 В / (100/3 В) ≈ 173.2, но при линейном 10000 В и схеме «треугольник» в первичной цепи коэффициент будет именно 1:320).
- Схема с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (ДГР): В таких сетях контроль смещения нейтрали и компенсации емкостного тока является критически важным. Напряжение на обмотке разомкнутого треугольника (3U0) точно указывает на уровень смещения нейтрали и используется для сигнализации и управления ДГР.
- Релейная защита: Формирование сигнала на отключение или сигнализацию при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) через защиты, реагирующие на напряжение 3U0 (напряжение нулевой последовательности).
- Контроль изоляции сети: Постоянный мониторинг напряжения в обмотке разомкнутого треугольника для обнаружения ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью или компенсированных сетях.
- Автоматическая компенсация емкостного тока: Напряжение 3U0 является управляющим сигналом для автоматических систем настройки дугогасящих реакторов (АРКТ).
- Сбор телеметрической информации: Передача данных о фазных и междуфазных напряжениях в системы АСКУЭ и SCADA.
Схемы включения и формирование напряжения 3U0
Ключевое применение редукторов с итоговым коэффициентом 1:320 связано с получением сигнала напряжения нулевой последовательности (3U0) для защиты от замыканий на землю.
Основные технические характеристики
При выборе и эксплуатации редукторов 1:320 необходимо учитывать следующие параметры:
| Параметр | Типовое значение | Пояснение |
|---|---|---|
| Номинальное первичное напряжение, Uн1 | 6000 В; 10000 В; 11000/√3 В | Напряжение сети, в которую включается ТН. |
| Номинальное вторичное напряжение основной обмотки | 100/√3 В (57.7 В) | Для подключения вольтметров, ваттметров, счетчиков. |
| Номинальное вторичное напряжение дополнительной обмотки | 100/3 В (33.3 В) или 100 В | Для соединения в разомкнутый треугольник и получения 3U0. |
| Класс точности | 0.5; 3P; 6P | 0.5 – для измерений, 3P/6P – для защиты. |
| Номинальная мощность | 25 ВА; 50 ВА; 100 ВА | Мощность, которую может отдать вторичная обмотка, не выходя за класс точности. |
| Группа соединения обмоток | Y/Y/Δ-0-0 (по ГОСТ) или I/I/Δ (условно) | Определяет фазовый сдвиг между первичными и вторичными напряжениями. |
Области применения
Требования к монтажу и эксплуатации
Монтаж должен выполняться с соблюдением ПУЭ. Обязательно заземление корпуса и одной из точек вторичной цепи (обычно нейтрали звезды) для безопасности. Сечение контрольных кабелей во вторичных цепях должно выбираться исходя из допустимого падения напряжения (не более 3% для цепей учета). Запрещается работа со снятыми предохранителями в первичной цепи при поданном высоком напряжении, а также короткое замыкание вторичных цепей и работа в режиме холостого хода при разомкнутой первичной цепи. Необходим периодический контроль состояния изоляции, характеристик масла (для маслонаполненных ТН) и проверка класса точности.
Сравнение с другими типами измерительных трансформаторов
| Тип преобразователя | Принцип действия | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| Электромагнитный ТН (редуктор 1:320) | Электромагнитная индукция | Высокая точность, надежность, стандартизированные выходы, простота интеграции в существующие схемы РЗА. | Большие габариты и вес, риск феррорезонанса, необходимость в высоковольтных предохранителях. |
| Емкостной делитель напряжения (CDV) | Делитель на конденсаторах | Отсутствие риска феррорезонанса, меньшая стоимость для сверхвысоких напряжений (СВН). | Зависимость коэффициента от частоты, влияние температуры, необходимость в усилителе для низкоуровневого сигнала. |
| Оптический трансформатор напряжения (OVT) | Эффект Поккельса или Фарадея в оптическом кристалле | Высокая помехозащищенность, широкий динамический диапазон, малые габариты, отсутствие магнитного насыщения. | Очень высокая стоимость, сложность, чувствительность к механическим воздействиям и температуре, требует АЦП и специального интерфейса. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему при нормальном режиме в схеме разомкнутого треугольника напряжение не равно нулю, а составляет несколько вольт?
Напряжение несколько вольт (обычно до 3-5 В) является следствием неидеальности элементов системы: неполной симметрии емкостей фаз на землю, технологического разброса параметров самих трансформаторов напряжения и небольшого несимметричного намагничивания. Это напряжение называется «напряжением небаланса» и учитывается при настройке уставок защит.
Можно ли использовать три однофазных ТН 10000/√3 / 100/√3 / 100/3 В в сети 6 кВ?
Да, можно. При этом первичная обмотка будет работать в недонапряженном режиме (6000/√3 В вместо 10000/√3 В), что не является проблемой для трансформатора напряжения. Однако вторичные напряжения будут пропорционально ниже, и коэффициент трансформации для цепи 3U0 изменится. Необходимо пересчитать уставки защит, реагирующих на это напряжение.
Что такое феррорезонанс в цепях ТН и как с ним бороться?
Феррорезонанс – это опасный резонансный режим в колебательном контуре, образованном нелинейной индуктивностью намагничивания ТН и емкостью сети на землю. Проявляется в перенапряжениях, перегреве, гуле и может привести к повреждению ТН. Методы борьбы: применение ТН с повышенным магнитным потоком (антирезонансные ТН), включение активной демпфирующей нагрузки (резистор) в открытый треугольник или в нейтраль, использование специальных реле-антирезонансных терминаторов.
Как проверить правильность соединения обмоток и коэффициент трансформации 1:320?
Проверка выполняется методом подачи пониженного трехфазного напряжения (380 В) на первичные обмотки, соединенные в звезду. Затем измеряются все вторичные напряжения: между фазами основной обмотки, между выводами разомкнутого треугольника. По соотношению первичного линейного напряжения (например, 380 В) и полученного вторичного напряжения в разомкнутом треугольнике (должно быть примерно 380/320 = 1.1875 В) подтверждается правильность сборки схемы и коэффициент.
Чем опасно обрыв (обрыв нуля) во вторичных цепях звезды?
Обрыв цепи заземления нейтрали вторичных обмоток («обрыв нуля») приводит к тому, что вольтметры, подключенные к фазам, начинают показывать не фазные, а какие-то усредненные напряжения, зависящие от нагрузки каждой фазы. Это приводит к грубым ошибкам в измерениях и может вызвать ложное срабатывание устройств, чувствительных к симметрии напряжений. Заземление нейтрали вторичных обмоток является обязательным требованием безопасности и обеспечения правильности измерений.