Instrumentenspannungswandler

Zweck und Funktionsprinzip des Spannungswandlers

Der Messspannungswandler wird verwendet, um die in Wechselstromanlagen zugeführte Hochspannung auf Messgeräte und Relais zum Schutz und zur Automatisierung herunterzutransformieren.

Ein direkter Hochspannungsanschluss würde aufgrund der Notwendigkeit, diese mit Hochspannungsisolierung auszuführen, sehr aufwändige Geräte und Relais erfordern. Die Herstellung und Verwendung solcher Geräte ist insbesondere bei Spannungen von 35 kV und mehr praktisch unmöglich.

Der Einsatz von Spannungswandlern ermöglicht die Verwendung von Standardmessgeräten zur Messung von Hochspannung und erweitert deren Messgrenzen; Über Spannungswandler angeschlossene Relaisspulen können auch in Standardausführung ausgeführt werden.

Darüber hinaus isoliert (trennt) der Spannungswandler die Messgeräte und Relais von der Hochspannung und gewährleistet so deren Betriebssicherheit.

Spannungswandler werden häufig in elektrischen Hochspannungsanlagen eingesetzt. Die Genauigkeit hängt von ihrer Funktionsweise ab elektrische Messungen und Strommessung sowie die Zuverlässigkeit des Relaisschutzes und der Notfallautomatisierung.

Der Messspannungswandler unterscheidet sich vom Konstruktionsprinzip her nicht davon Abwärtstransformator für die Stromversorgung… Es besteht aus einem Stahlkern bestehend aus Elektroblechplatten, einer Primärwicklung und einer oder zwei Sekundärwicklungen.

In Abb. 1a zeigt ein schematisches Diagramm eines Spannungswandlers mit einer einzigen Sekundärwicklung. An die Primärwicklung wird eine Hochspannung U1 angelegt und an die Sekundärspannung U2 ein Messgerät angeschlossen. Der Anfang der Primär- und Sekundärwicklung ist mit den Buchstaben A und a gekennzeichnet, die Enden mit X und x. Solche Bezeichnungen werden üblicherweise auf dem Gehäuse des Spannungswandlers neben den Anschlüssen seiner Wicklungen angebracht.

Das Verhältnis der Nennspannung der Primärseite zur Nennspannung der Sekundärseite wird als Nennspannung bezeichnet. Transformationsfaktor Spannungswandler Kn = U1nom / U2nom

Reis. 1. Schema und Vektordiagramm des Spannungswandlers: a – Diagramm, b – Spannungsvektordiagramm, c – Spannungsvektordiagramm

Wenn ein Spannungswandler fehlerfrei arbeitet, stimmen seine Primär- und Sekundärspannungen in der Phase überein und das Verhältnis ihrer Werte ist gleich Kn. Mit einem Transformationsfaktor Kn = 1 Spannung U2= U1 (Abb. 1, c).

Legende: H – ein Anschluss ist geerdet; O – einphasig; T – dreiphasig; K – Kaskade oder mit Kompensationsspule; F — s äußere Isolierung aus Porzellan; M – Öl; C – trocken (mit Luftisolierung); E – kapazitiv; D ist ein Teiler.

Die Anschlüsse der Primärwicklung (HV) sind mit A, X für einphasige und A, B, C, N für dreiphasige Transformatoren gekennzeichnet. Die Hauptanschlüsse der Sekundärwicklung (LV) sind jeweils mit a, x und a, b, c, N gekennzeichnet, die Anschlüsse der sekundären Zusatzwicklung sind mit ad techend gekennzeichnet.

Zunächst werden die Primär- und Sekundärwicklungen an die Klemmen A, B, C bzw. a, b, c angeschlossen. Die Hauptsekundärwicklungen sind in der Regel sternförmig (Verbindungsgruppe 0) geschaltet, zusätzlich – nach dem offenen Dreiecksschema. Wie Sie wissen, liegt die Spannung an den Klemmen der Zusatzwicklung im Normalbetrieb des Netzes nahe Null (unsymmetrische Spannung Unb = 1 - 3 V) und beträgt bei Erdschlüssen den dreifachen Wert der Spannung 3UО mit Nullsystem-UО-Phase.

In einem Netzwerk mit geerdetem Neutralleiter beträgt der Maximalwert 3U0 gleich der Phasenspannung, bei isolierter dreiphasiger Spannungsbelastung. Dementsprechend werden zusätzliche Wicklungen der Nennspannung Unenn = 100 V und 100/3 V ausgeführt.

Die Nennspannung TV ist die Nennspannung der Primärwicklung. Dieser Wert kann von der Isolationsklasse abweichen. Die Nennspannung der Sekundärwicklung wird mit 100, 100/3 und 100/3 V angenommen. Normalerweise arbeiten Spannungswandler im Leerlauf.

Instrumentenspannungswandler mit zwei Sekundärwicklungen

Spannungswandler mit zwei Sekundärwicklungen sind neben Stromzählern und Relais für den Betrieb von Erdschlussmeldegeräten in einem Netz mit isoliertem Neutralleiter oder für den Erdschlussschutz in einem Netz mit geerdetem Neutralleiter konzipiert.

Ein schematisches Diagramm eines Spannungswandlers mit zwei Sekundärwicklungen ist in Abb. dargestellt. 2, a. Die Klemmen der zweiten (zusätzlichen) Wicklung, die der Signalisierung oder dem Schutz bei Erdschlüssen dienen, sind mit ad und xd gekennzeichnet.

In Abb. In Abb. 2.6 zeigt ein Diagramm der Einbindung von drei solchen Spannungswandlern in ein Drehstromnetz. Die Primär- und Hauptsekundärwicklung sind sternförmig geschaltet. Der Neutralleiter der Primärwicklung ist geerdet. Von den Hauptsekundärwicklungen können drei Phasen und ein Neutralleiter an Messgeräte und Relais angelegt werden. Zusätzliche Sekundärwicklungen sind im offenen Dreieck angeschlossen. Von diesen wird die Summe der Phasenspannungen aller drei Phasen den Melde- oder Schutzgeräten zugeführt.

Im Normalbetrieb des Netzes, in dem der Spannungswandler angeschlossen ist, ist diese Vektorsumme Null. Dies ist aus den Vektordiagrammen in Abb. ersichtlich. 2, c, wobei Ua, Vb und Uc die Vektoren der an die Primärwicklungen angelegten Phasenspannungen sind und Uad, Ubd und Ucd die Spannungsvektoren der primären und sekundären Zusatzwicklungen sind. Spannungen der sekundären Zusatzwicklungen, deren Richtung mit den Vektoren der entsprechenden Primärwicklungen übereinstimmt (das gleiche wie in Abb. 1, c).

Reis. 2. Spannungswandler mit zwei Sekundärwicklungen. a – Diagramm; b – Einbindung in einen Dreiphasenstromkreis; c – Vektordiagramm

Die Summe der Vektoren Uad, Ubd und Ucd erhält man, indem man sie nach dem Schema der Verbindung zusätzlicher Wicklungen kombiniert, wobei davon ausgegangen wird, dass die Pfeile der Vektoren sowohl der Primär- als auch der Sekundärspannung dem Anfang der Transformatorwicklungen entsprechen.

Die resultierende Spannung 3U0 zwischen dem Ende der Phase-C-Wicklung und dem Anfang der Phase-A-Wicklung im Diagramm ist Null.

Unter tatsächlichen Bedingungen liegt am Ausgang eines offenen Dreiecks normalerweise eine vernachlässigbare Unsymmetriespannung vor, die 2 bis 3 % der Nennspannung nicht überschreitet. Dieses Ungleichgewicht entsteht durch die stets vorhandene leichte Asymmetrie der Sekundärphasenspannungen und eine leichte Abweichung ihrer Kurvenform von der Sinuskurve.

Die Spannung, die den zuverlässigen Betrieb der an den offenen Dreieckskreis angelegten Relais gewährleistet, tritt nur bei Erdschlüssen auf der Seite der Primärwicklung des Spannungswandlers auf. Da Erdschlüsse mit dem Stromdurchgang durch den Neutralleiter verbunden sind, wird die resultierende Spannung am Ausgang des offenen Dreiecks nach der Methode der symmetrischen Komponenten als Nullspannung bezeichnet und mit 3U0 bezeichnet. In dieser Schreibweise gibt die Zahl 3 an, dass die Spannung in diesem Stromkreis die Summe von drei Phasen ist. Die Bezeichnung 3U0 bezieht sich auch auf den offenen Dreieck-Ausgangskreis, der auf das Alarm- oder Schutzrelais angewendet wird (Abb. 2.6).

Reis. 3. Vektordiagramme der Spannungen der primären und sekundären Zusatzwicklungen bei einem einphasigen Erdschluss: a – in einem Netzwerk mit geerdetem Neutralleiter, b – in einem Netzwerk mit isoliertem Neutralleiter.

Die Spannung 3U0 hat den höchsten Wert für einen einphasigen Erdschluss.Es ist zu berücksichtigen, dass der Maximalwert der Spannung 3U0 in einem Netzwerk mit isoliertem Neutralleiter viel höher ist als in einem Netzwerk mit geerdetem Neutralleiter.

Allgemeine Schaltschemata von Spannungswandlern

Das einfachste Schema mit einem einphasiger Spannungstransformatorin Abb. dargestellt. 1, a, wird beim Starten von Motorschränken und an Schaltpunkten von 6-10 kV verwendet, um das Voltmeter und das Spannungsrelais des AVR-Geräts einzuschalten.

Abbildung 4 zeigt die Anschlusspläne für einphasige Einwicklungs-Spannungswandler zur Versorgung dreiphasiger Sekundärkreise. Eine Gruppe von drei einphasigen Sterntransformatoren, dargestellt in Abb. 4, a, dient zur Stromversorgung von Messgeräten, Messgeräten und Voltmetern zur Isolationsüberwachung in elektrischen Anlagen von 0,5-10 kV mit isoliertem Neutralleiter und unverzweigtem Netz, bei denen keine Signalisierung des Vorliegens einer einphasigen Erdung erforderlich ist.

Um „Erde“ an diesen Voltmetern erkennen zu können, müssen sie die Größe der Primärspannungen zwischen den Phasen und Erde anzeigen (siehe Vektordiagramm in Abb. 3.6). Zu diesem Zweck wird der Neutralleiter der Hochspannungswicklungen geerdet und die Voltmeter an die Sekundärphasenspannungen angeschlossen.

Da bei einphasigen Erdschlüssen Spannungswandler lange unter Spannung stehen können, muss ihre Nennspannung mit der ersten Außenleiterspannung übereinstimmen. Infolgedessen verringert sich im Normalmodus beim Betrieb mit Phasenspannung die Leistung jedes Transformators und damit der gesamten Gruppe einmal um √3. Da im Stromkreis keine geerdeten Sekundärwicklungen vorhanden sind, sind in allen drei Phasen Sekundärsicherungen installiert .

Reis. 4.Anschlusspläne für einphasige Spannungsmesstransformatoren mit einer Sekundärwicklung: a – Stern-Stern-Schaltung für Elektroinstallationen von 0,5 – 10 kV mit isoliertem Nullpunkt, b – offene Dreieckschaltung für Elektroinstallationen von 0,38 – 10 kV, c – das Gleiche für Elektroinstallationen 6 – 35 kV, d – Einbeziehung von Spannungswandlern 6 – 18 kV nach dem Dreieckssternschema zur Speisung der ARV-Geräte von Synchronmaschinen.

In Abb. 4.6 und Spannungswandler zur Versorgung von Messgeräten, Zählern und Relais, die an die Phase-Phase-Spannung angeschlossen sind, werden in einem offenen Dreieckskreis angeschlossen. Dieses Schema sorgt für eine symmetrische Spannung zwischen den Leitungen Uab, Ubc, U°Ca beim Betrieb von Spannungswandlern jeder Genauigkeitsklasse.

Funktion offene Dreieckschaltung Dies ist eine unzureichende Nutzung der Leistung von Transformatoren, da die Leistung einer solchen Gruppe von zwei Transformatoren nicht um das 1,5-fache, sondern um √3 geringer ist als die Leistung einer Gruppe von drei in einem vollständigen Dreieck verbundenen Transformatoren einmal.

Das Diagramm in Abb. 4, b dient zur Versorgung unverzweigter Spannungskreise elektrischer Anlagen von 0,38 -10 kV, wodurch die Erdung der Sekundärkreise direkt am Spannungswandler erfolgen kann.

In den Sekundärkreisen des in Abb. gezeigten Stromkreises. 4, c, anstelle von Sicherungen ist ein zweipoliger Leistungsschalter eingebaut, bei dessen Auslösung der Kontakt des Blocks den Signalkreis schließt «Spannungsunterbrechung»... Die Erdung der Sekundärwicklungen erfolgt auf der Abschirmung in Phase B, die zusätzlich über eine Ausfallsicherung direkt am Spannungswandler geerdet ist.Der Schalter sorgt für die Trennung der Sekundärkreise des Spannungswandlers bei sichtbarer Unterbrechung. Dieses Schema wird in Elektroinstallationen von 6 bis 35 kV verwendet, wenn verzweigte Sekundärkreise von zwei oder mehr Spannungswandlern gespeist werden.

In Abb. 4, g Spannungswandler sind nach der Dreiecksschaltung - Stern geschaltet und liefern auf der Sekundärleitung eine Spannung von U = 173 V, die für die Stromversorgung von automatischen Erregungssteuergeräten (ARV) von Synchrongeneratoren und Kompensatoren erforderlich ist. Um die Zuverlässigkeit des ARV-Betriebs zu erhöhen, werden Sicherungen in den Sekundärkreisen nicht installiert, was zulässig ist PUE für unverzweigte Spannungskreise.

Siehe auch: Anschlusspläne von Messspannungswandlern