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.

    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.

    • 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.

    Основные технические характеристики и параметры

    Выбор и эксплуатация редуктора 1:63 определяются его техническими параметрами, регламентированными ГОСТ 1983-2001 и МЭК 61869-2.

    ПараметрТипичное значение / ОписаниеКомментарий
    Номинальное первичное напряжение (U)6000/√3 В; 6300/√3 В; 10000/√3 В; 10500/√3 ВДля включения в фазное напряжение сети. Указывается в документации.
    Номинальное вторичное напряжение (U)100/√3 В; 100 В; 100/3 ВНаиболее распространено 100/√3 В для соединения в неполную звезду.
    Класс точности0.2; 0.5; 1.0; 3.0; 3P; 6P0.2 и 0.5 – для коммерческого учета; 1.0 и 3.0 – для измерений; 3P/6P – для защиты.
    Номинальная вторичная нагрузка (S)5; 10; 15; 20; 30; 50 ВАСуммарная мощность, которую можно подключить к вторичным цепям без превышения погрешности.
    Рабочая частота50 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) = 105Фактический 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.

    • 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.

    Области применения и подключение аппаратуры

    Вторичные цепи редукторов 1:63 подключаются к:

    • 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.

    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

    КритерийЭлектромагнитный ТНЕмкостный делитель (КНТ)
    Принцип действияЭлектромагнитная индукцияЕмкостной делитель + промежуточный трансформатор
    Габариты и массаМеньше на напряжениях 6-10 кВБольше из-за батареи конденсаторов
    Частотная характеристикаУже, возможен резонанс на гармоникахШире, лучше для измерений в широком диапазоне
    Стойкость к феррорезонансуНиже, требуются демпфирующие устройстваВыше, благодаря демпфирующему эффекту емкости
    Стоимость для ВН 6-35 кВНижеВыше
    Основное применениеРаспределительные сети 6-35 кВ, КРУСети 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:

    • 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.

    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:

    • 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.

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 S 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.

Войти

Зарегистрироваться

Сбросить пароль

Пожалуйста, введите ваше имя пользователя или эл. адрес, вы получите письмо со ссылкой для сброса пароля.