Об антирезонансных индуктивных и емкостных трансформаторах напряжения.

Об антирезонансных индуктивных и емкостных трансформаторах напряжения.




Об антирезонансных индуктивных и емкостных трансформаторах напряжения.

Об антирезонансных индуктивных и емкостных

трансформаторах напряжения.


      В электрических сетях с глухозаземленной нейтралью 110 кВ и выше используются как индуктивные, так и емкостные трансформаторы напряжения (ТН). До недавнего времени преимуществом обладали емкостные ТН из-за устойчивости к феррорезонансным явлениям. Однако после внедрения в эксплуатацию антирезонансных индуктивных ТН серии НАМИ 110 – 220 – 330 кВ, выпускаемых Раменским электротехническим заводом, это преимущество нивелировалось и представляется необходимым сравнение других технических характеристик данного оборудования.
      Одним из основных показателей качества в последнее время стала стабильность класса точности, необходимая для коммерческого учета электроэнергии. Класс точности желательно иметь не хуже 0,2 при всевозможных изменениях условий эксплуатации.
      У индуктивных ТН погрешности определяются в основном соотношением чисел витков обмоток, устанавливаемым раз и навсегда на заводе-изготовителе. Отклонения от номинального коэффициента трансформации у нагруженного трансформатора, вызванные колебаниями температуры окружающей среды, а также напряжения и частоты, проявляется слабо. На изменение погрешности влияет только значение вторичной нагрузки.
      Стабилизация погрешности в емкостных ТН – более сложная и трудно выполнимая техническая задача. Дело в том, что помимо понижающего индуктивного трансформатора в электромагнитном устройстве имеется еще предварительная ступень снижения напряжения емкостным делителем. Коэффициент деления последнего определяется отношением емкостей верхнего и нижнего плечей и существенно зависит от температуры конденсаторов (если не применять специальных мер). Конденсаторы данных плечей имеют различные удельные показатели, по-разному нагреваются в процессе работы и могут неодинаково изменять свои емкости при разных температурах. Добиться независимости величины емкостей от температуры в широком диапазоне (от -60 до +45°С) можно только специальными мерами, которые довольно дорогостоящие и предполагают использование импортных материалов.
      Емкостные ТН – резонансные аппараты, в которых сопротивление емкостного делителя компенсируется в электромагнитном устройстве индуктивным сопротивлением реактора. Оно настраивается в резонанс на заводе-изготовителе при номинальной частоте 50 Гц. Однако с изменением частоты напряжения резонансная настройка нарушается и появляется дополнительная погрешность, пропорциональная отклонению частоты. Нагрузочная способность ем- костных ТН значительно хуже индуктивных, поэтому предельные мощности и мощности в низших классах точности у предлагаемых на рынке ТН обычно в 1,5 – 2 раза ниже, чем у индуктивных.
      Второй показатель качества – правильность передачи информации для релейной защиты (РЗ) в переходных процессах. В этом емкостные ТН также уступают индуктивным. Частота переходных процессов в индуктивных ТН составляет сотни и тысячи Герц, поэтому они затухают в течение десятых долей полупериода промышленной частоты и практически не влияют на работу РЗ. Переходные процессы в емкостных ТН носят затяжной характер и вызваны нелинейными низкочастотными колебаниями разряда емкости делителя через индуктивность намагничивания понижающего трансформатора или реактора.
      Различают три вида переходных процессов, характер которых регламентируется специальными разделами ГОСТ 1983-89 (Трансформаторы напряжения. Общие технические условия) и публикацией МЭК 186А (Publication IEC 186 Voltage transformers). По этим стандартам предел остаточного вторичного напряжения при внезапных КЗ в первичной сети не должен превышать 10% в течение одного периода промышленной частоты. Появление столь значительной погрешности в значении вторичного напряжения (10%) может отрицательно сказаться на работе дистанционных защит.
      Превышение вторичного напряжения, вызванное феррорезонансом, возникающим при отключении КЗ во вторичной цепи, должно снизится до 10% за время не более 10 периодов промышленной частоты. При этом превышение напряжения в течение процесса подавления феррорезонанса не регламентируется и может, как показывает практика, в 2 раза превышать значение рабочего напряжения. Это необходимо учитывать при настройке защит от повышения напряжения. Последняя должна также отстраиваться от Ложных повышений напряжения (на 50% и более) при включении емкостных трансформаторов толчком под рабочее напряжение. Время затухания этих процессов не регламентируется и исчисляется десятками полупериодов промышленной частоты.
      Важный показатель ТН – пожаро- и взрывобезопасность. В этом отношении оба типа ТН примерно равноценны. Их можно заполнять газом, маслом, смесью масла с песком. Внешняя изоляция бывает фарфоровой или полимерной с различной длиной пути утечки. Важно также соотношение стоимости и качества трансформаторов. Для конкретного пользователя это соотношение индивидуально. Однако и здесь можно про- следить основную тенденцию – чем ниже класс напряжения, тем выгоднее использовать индуктивные ТН.
      Это происходит потому, что в емкостных трансформаторах всех классов напряжения электромагнитное устройство и нижнее плечо емкостного делителя практически одинаковы. Отличаются только верхние плечи делителя, причем емкостной ток делителя остается неизменным. Правда, с ростом номинальных напряжений увеличивается и высота колонны конденсаторов. При этом ее механическая прочность может оказаться недостаточной. Тогда переходят на конденсаторы с большим диаметром изоляционной покрышки, что несколько удорожает трансформатор в целом. Доля электромагнитного устройства в общей стоимости трансформатора в этом случае еще больше снижается.
      В индуктивных ТН напротив, с ростом номинальных напряжений конструкция непропорционально усложняется. Растет число ступеней в каскаде и все труднее обеспечить достаточную мощность в требуемых классах точности. Возникают также трудности с выравниванием импульсных напряжений по ступеням каскада. Поэтому серия антирезонансных трансформаторов напряжения НАМИ ограничивается классом напряжения 330 кВ включительно.
      Таким образом, сравнение показывает, что индуктивные антирезонансные ТН серии НАМИ 110 – 220 – 330 кВ производства Раменского электротехнического завода отличаются от емкостных ТН лучшей стабильностью в наивысших классах точности, меньшими погрешностями в переходных процессах, большей нагрузочной способностью и более выгодным соотношением стоимость/качество.