Эти трансформаторы применяются в высоковольтных электроустановках для преобразования высокого напряжения до стандартного уровня 100 В, пригодного для обработки измерительными приборами, устройствами релейной защиты и сигнализации.
Кроме того, они служат для изоляции персонала и аппаратуры от высоких напряжений.Высоковольтные трансформаторы напряжения (далее - ТН) разделяют по принципу действия на электромагнитные и емкостные делители напряжения.
Электромагнитные трансформаторы состоят из обмоток ВН и НН и магнитопровода. Принцип их действия основан на возбуждении обмотками ВН потока в магнитопроводе, который наводит во вторичных обмотках ЭДС.
По величине ЭДС вторичных обмоток можно судить о величине первичного напряжения с учетом коэффициента трансформации. Электромагнитные ТН применяют до 500 кВ включительно.
ТН 35 кВ включают в сеть через предохранители, чтобы повреждения ТН не стали причиной аварии на ПС. В электроустановках 110 кВ и выше ТН не защищаются с высокой стороны и включаются через разъединитель.
Для защиты ТН от повреждений во вторичных цепях устанавливают предохранители или автоматические выключатели. Для создания видимого разрыва вторичных цепей, при выводе ТН в ремонт, предусмотрены рубильники.
Наиболее распространенным ТН в сетях 110-500 кВ является НКФ. Он набирается из единичных каскадов, каждый из которых рассчитан на 110 кВ. Каскад представляет собой единичный элемент в фарфоровой изоляции заполненный трансформаторным маслом.
Обмотка высокого напряжения наматывается на два стержня одного магнитопровода, в целях уменьшения изоляции. Для соединения двух каскадов между собой служит связующая обмотка.
Основным недостатком электромагнитных трансформаторов, в том числе и НКФ, является нелинейность их вольтамперной характеристики.
При последовательном и последовательно-параллельном соединении емкостных элементов сети и электромагнитного трансформатора, с нелинейной ВАХ, наступает феррорезонанс. Это явление сопровождается значительным увеличением тока, тепловое воздействие которого приводит к разрушению ТН и даже его возгоранию.
Емкостные делители напряжения. Наибольшее распространение делители получили в электроустановках 500 кВ и выше. Если на напряжение 500 кВ последовательно включить четыре конденсатора связи, то напряжение между ними разделится в соответствии с их емкостью.
В основу делителя положена обратная зависимость отношений приложенных напряжений и емкостей конденсаторов. Так подобрав три конденсатора емкостью 0,014 мкФ и один конденсатор емкостью 0,107 мкФ, и включив их последовательно, напряжение между элементами разделится в обратной зависимости.
На первые три конденсатора придется 485 кВ, и на последний с самой большой емкостью - 15 кВ. Съем сигнала с делителя напряжения производится с конденсатора, к которому приложено напряжение 15 кВ, таким образом, нет необходимости применять громоздкое оборудование для обработки вторичного сигнала.
Отечественные делители маркируются НДЕ. Каждый собран из нескольких конденсаторов типа СМР, рассчитанных на 166 кВ и одного конденсатора отбора мощности ОМР. Количество единичных конденсаторов зависит от величины первичного напряжения.
В схему ТН на низкой стороне последовательно включается высокочастотный заградитель. Он препятствует попаданию сигналов высокой частоты из линии, во вторичные цепи. Кроме ВЧ заградителя устанавливают реактор, с целью расстроить возможные резонансные явления.
Схемы подключения ТН. Вторичные цепи ТН в электроустановках 110 кВ и выше, независимо от принципа подключения первичных цепей, на вторичные шинки подключаются одинаково.
Так три однофазных трансформатора соединяются в трехфазную группу с соединением обмоток звезда – звезда с заземлением нейтралей высокой и низкой стороны. Такая схема подключения дает возможность измерять линейное и фазное напряжение.
Дополнительная обмотка трансформаторов соединена в разомкнутый треугольник и в нормальном режиме напряжения на ней нет. Ее используют для проверки исправности цепей 3U0 и при проверке защит от замыкания на землю.
Вторичные обмотки трансформаторов соединенные по схеме звезда используют для измерения линейных и фазных напряжений. Обмотки, соединенные по схеме разомкнутый треугольник используют для измерения сопротивления изоляции фаз относительно земли, в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью.
Для сокращения числа коммутационных аппаратов во вторичных цепях ТН, вторичную обмотку фазы b заземляют, а ее исправность контролируют по напряжению относительно двух других фаз.
Современные ТН производства фирм ALSTOM, ABB, Siemens имеют более компактное строение, в сравнении с устаревшими типа НКФ и НДЕ. Несмотря на класс напряжения электроустановки, новые ТН выполняют однокаскадными.
Обслуживание модернизированных ТН заключается только в периодических высоковольтных испытаниях и осмотрах оборудования. Обмотки ТН погружены в сухое трансформаторное масло, и герметично закрыты металлическим оголовником. Температурные расширения масла компенсируются сильфонным устройством, расположенным в оголовнике оборудования.
Вторичные цепи ТН располагаются в непосредственной близости от оборудования, для снижения риска их повреждения. Ящики с клеммными рядами ТН располагают на стойках под оборудованием.