Незаземляемые трансформаторы напряжения в сетях (6–10) кВ

 В соответствии с требованиями положения ПАО «Россети» «О единой технической политике в электротехническом комплексе» и ПУЭ (издание 7) недопустимо одновременное подключение к измерительным обмоткам трансформаторов тока и напряжения,  задействованных в цепях учета, приборов сигнализации  и защиты, автоматики или других электроприборов. Иными словами, если к измерительной обмотке подключен прибор учета, то ничего более к этой обмотке подключать нельзя.  В связи с этим требованием появляется ряд проблем, связанных с эксплуатацией трансформаторов напряжения (ТН).

Для учета электрической энергии используют как заземляемые, так и незаземляемые ТН. Самая распространенная схема – три заземляемых ТН и три трансформатора тока (ТТ).

Заземляемые трансформаторы напряжения изготавливаются в однофазном и в трехфазном исполнении. В моей статье речь пойдет об однофазных трансформаторах, которые соединяются в трехфазные группы.

Заземляемые однофазные трансформаторы напряжения могут быть выполнены с одной или двумя вторичными обмотками для измерения и учета и одной дополнительной, которая предназначена для питания цепей защиты. Однофазные трансформаторы соединяются в трехфазную группу, при этом обмотки высокого напряжения соединяются в звезду с выведенной нейтралью. Измерительные обмотки НН – в звезду, дополнительные обмотки соединяются по схеме разомкнутого треугольника. Основное назначение заземляемых трансформаторов напряжения – контроль изоляции сети в сетях с изолированной нейтралью.

Номинальное напряжение дополнительной обмотки однофазного ТН, как правило, 100/3 В. При соединении дополнительных обмоток в схему разомкнутого треугольника, при симметричном режиме сети, напряжение на выводах а_д – х_д не будет равно нулю и не должно превышать трех вольт. При однофазном замыкании на землю напряжение на выводах разомкнутого треугольника должно стать равным 100 В. На это напряжение рассчитано реле сигнализации замыкания на землю.

Зачастую заземляемые ТН используют только для учета электроэнергии. В этом случае измерительные обмотки нагружены на прибор учета, а дополнительные либо не используется совсем, либо запитаны на собственные нужды. Этот режим эксплуатации заземляемых трансформаторов напряжения обусловлен требованиями положения ПАО «Россети» «О единой технической политике в электротехническом комплексе» и ПУЭ. Такие схемы применяются в пунктах коммерческого учета (ПКУ), для питания модулей GSM и обогрева электронных счетчиков. При эксплуатации заземляемых трансформаторов напряжения с такими схемными решениями просматривается ряд проблем.

1. Как говорилось ранее, в симметричном режиме работы сети напряжение на разомкнутом треугольнике не превышает 3 В. Потребляемая дополнительными обмотками мощность стремится к нулю. Измерительная обмотка нагружена в диапазоне 25%  – 100%, от номинальной мощности. Это нормальный режим эксплуатации ТН.

 Режим, когда дополнительные обмотки, в симметричном режиме сети, постоянно запитаны на нагрузку, приведет к перегрузке трансформатора, что отразится на метрологических характеристиках трансформатора. Погрешности по напряжению выйдут за допускаемый диапазон. Если необходимо, чтобы трансформатор работал именно в таком режиме, это требование оговаривают при заказе, при этом вторичная нагрузка должна быть симметричной. При проведении приемо-сдаточных испытаний измерительная обмотка будет проверена на соответствие заданному классу точности с одновременно нагруженными всеми вторичными обмотками.

2. Включение дополнительного активного сопротивления 25 Ом в дополнительную обмотку, соединенную в открытый треугольник, позволяет предотвратить феррорезонанс в сети или значительно снизить его негативное воздействие.  При неиспользовании дополнительных обмоток или использовании их в качестве источника напряжения, в режиме замыкания одной из фаз сети на землю, ток обмотки ВН не будет ограничиваться. Это приведет к повреждению ТН. Да и вообще, устойчивость трансформаторов напряжения к феррорезонансным явлениям в сетях в случае, когда дополнительные обмотки используются не по назначению, не гарантируется. Испытания (расчет) трансформаторов на устойчивость к феррорезонансу проводятся при номинальных режимах, которые подразумевают включение в дополнительные обмотки, соединенные по схеме разомкнутого треугольника, вторичной нагрузки установленного производителем ТН номинала. Некоторые производители, для повышения надежности ТН,  рекомендуют установку других устройств гашения феррорезонанса, например СЗТн (разработка ОАО «СЗТТ»). 

Что же делать, когда требуется создать систему учета с трансформаторами напряжения, но при этом необходим отбор мощности для питания цепей собственных нужд?

    На нашем предприятии разработан незаземляемый трансформатор напряжения НОЛ.08,3-6(10)М с двумя вторичными обмотками. Основная обмотка предназначена для питания цепей учета и измерения, с классами точности 0,2; 0,5 или 1, по ГОСТ 1983–2015. Дополнительная обмотка предназначена для питания цепей собственных нужд.  Отклонение вторичного напряжения от номинального ±0,5%.

Трехфазная группа из незаземляемых трансформаторов соединяется по схеме треугольник/треугольник/треугольник. Особенность этого трансформатора заключается в том, что он абсолютно не подвержен влиянию феррорезонанса, так как не имеет заземляемого вывода обмотки высокого напряжения, следовательно, нет условий для возникновения феррорезонанса. Дополнительные обмотки могут нагружаться для питания цепей обогрева, модулей GSM и других целей.

Еще одно немаловажное преимущество, в сравнении с заземляемыми трансформаторами, – это возможность испытания главной изоляции трансформаторов в условиях эксплуатации. Внутренняя изоляция заземляемых трансформаторов напряжения испытывается индуктированным напряжением частотой от 100 Гц до 400 Гц, выбор частоты определяется конструктивом ТН. Уровень испытательного напряжения – в соответствии с ГОСТ 1516.3. Как правило, в эксплуатирующих организациях нет источника напряжения повышенной частоты. ГОСТ 1516.3 допускает испытание внутренней изоляции напряжением промышленной частоты, но при этом уровень напряжения – не более 1,3 номинального. Это испытание не дает полного представления о состоянии изоляции трансформатора. В отличие от заземляемых, внутреннюю изоляцию незаземляемых трансформаторов можно испытывать приложенным напряжением промышленной частоты. А это значит, что их можно испытывать совместно с трансформаторами тока и ошиновкой высоковольтного отсека.

Применение незаземляемых трансформаторов напряжения в схемах измерения и учета ведет к уменьшению потерь от недоучета электроэнергии. Незаземляемые измерительные трансформаторы напряжения лишены всех тех недостатков, которые характерны для заземляемых ТН, поэтому в пунктах коммерческого учета целесообразно использовать трехфазную группу 3хНОЛ.08.3-6(10)М.

                                                                                                                                                   Е.В. Игнатенко, главный конструктор ОИТ ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока»