Антирезонансні індуктивні та ємнісні трансформатори напруги
В електричних мережах з глухозаземленою нейтраллю 110 кВ і вище використовуються як індуктивні, і ємнісні трансформатори напруги (ТН). До недавнього часу перевагою мали ємнісні ТН через стійкість до ферорезонансних явищ. Однак після впровадження в експлуатацію антирезонансних індуктивних ТН серії НАМІ 110 – 220 – 330 кВ, що випускаються Раменським електротехнічним заводом, ця перевага нівелювалася і є необхідним порівняння інших технічних характеристик даного обладнання.
Одним із основних показників якості останнім часом стала стабільність класу точності, необхідна для комерційного обліку електроенергії. Клас точності бажано мати не гірше 0,2 за всіляких змін умов експлуатації.
У індуктивних ТН похибки визначаються переважно співвідношенням чисел витків обмоток, що встановлюються раз і назавжди на заводі-виробнику. Відхилення від номінального коефіцієнта трансформації у навантаженого трансформатора, спричинені коливаннями температури навколишнього середовища, а також напруги та частоти, проявляється слабо. На зміну похибки впливає лише значення вторинного навантаження.
Стабілізація похибки в ємнісних ТН – складніша і складна технічна завдання. Справа в тому, що крім знижуючого індуктивного трансформатора в електромагнітному пристрої є ще попередній ступінь зниження напруги ємнісним дільником. Коефіцієнт розподілу останнього визначається ставленням ємностей верхнього і нижнього плечей і залежить від температури конденсаторів (якщо не застосовувати спеціальних заходів). Конденсатори цих плечей мають різні питомі показники, по-різному нагріваються в процесі роботи і можуть неоднаково змінювати свої ємності за різнихтемпературах. Досягти незалежності величини ємностей від температури в широкому діапазоні (від -60 до +45 ° С) можна тільки спеціальними заходами, які є досить дорогими і припускають використання імпортних матеріалів.
Ємнісні ТН – резонансні апарати, в яких опір ємнісного дільника компенсується в електромагнітному пристрої індуктивним опором реактора. Воно налаштовується в резонанс на заводі-виробнику при номінальній частоті 50 Гц. Однак із зміною частоти напруги резонансне налаштування порушується і з'являється додаткова похибка, пропорційна відхилення частоти. Навантажувальна здатність ємнісних ТН значно гірша за індуктивні, тому граничні потужності та потужності в нижчих класах точності у пропонованих на ринку ТН зазвичай у 1,5 – 2 рази нижчі, ніж у індуктивних.
Другий показник якості – правильність передачі для релейного захисту (РЗ) в перехідних процесах. У цьому ємнісні ТН також поступаються індуктивним. Частота перехідних процесів в індуктивних ТН становить сотні і тисячі Герц, тому вони згасають протягом десятих часток напівперіоду промислової частоти і практично не впливають на роботу РЗ. Перехідні процеси в ємнісних ТН носять затяжний характер і викликані низькочастотними нелінійними коливаннями розряду ємності дільника через індуктивність намагнічування понижуючого трансформатора або реактора.
Розрізняють три види перехідних процесів, характер яких регламентується спеціальними розділами ГОСТ 1983-89 (Трансформатори напруги. Загальні технічні умови) та публікацією МЕК 186А (Publication IEC 186 Voltage transformers). За цими стандартами межа залишкової вторинної напруги при раптових КЗ у первинній мережі не повинна перевищувати 10% протягом одного періодупромислової частоти. Поява настільки значної похибки у значенні вторинної напруги (10%) може негативно зашкодити роботі дистанційних захистів.
Перевищення вторинної напруги, викликане ферорезонансом, що виникає при відключенні КЗ у вторинному ланцюзі, повинно знизитися до 10% за час не більше 10 періодів промислової частоти. При цьому перевищення напруги протягом процесу пригнічення ферорезонансу не регламентується і може, як показує практика, в 2 рази перевищувати значення робочої напруги. Це необхідно враховувати при налаштуванні захисту від підвищення напруги. Остання повинна також відбудовуватися від хибних підвищень напруги (на 50% і більше) при включенні ємнісних трансформаторів поштовхом під робочу напругу. Час згасання цих процесів не регламентується та обчислюється десятками напівперіодів промислової частоти.
Важливий показник ТН – пожежо- та вибухобезпека. У цьому відношенні обидва типи ТН приблизно рівноцінні. Їх можна заповнювати газом, олією, сумішшю олії з піском. Зовнішня ізоляція буває порцелянової або полімерної з різною довжиною шляху витоку. Важливим є також співвідношення вартості та якості трансформаторів. Для конкретного користувача це співвідношення індивідуальне. Однак і тут можна простежити основну тенденцію – що нижчий клас напруги, то вигідніше використовувати індуктивні ТН.
Це тому, що у ємнісних трансформаторах всіх класів напруги електромагнітний пристрій і нижнє плече ємнісного дільника практично однакові. Відрізняються лише верхні плечі дільника, причому ємнісний струм дільника залишається незмінним. Щоправда, зі зростанням номінальної напруги збільшується і висота колони конденсаторів. При цьому її механічна міцність може виявитися недостатньою. Тоді переходятьна конденсатори з великим діаметром ізоляційної покришки, що дещо подорожчає трансформатор загалом. Частка електромагнітного пристрою загальної вартості трансформатора в цьому випадку ще більше знижується.
У індуктивних ТН навпаки, зі зростанням номінальних напруг конструкція непропорційно ускладнюється. Зростає кількість щаблів у каскаді і дедалі важче забезпечити достатню потужність у потрібних класах точності. Виникають також проблеми з вирівнюванням імпульсних напруг по щаблях каскаду. Тому серія антирезонансних трансформаторів напруги НАМІ обмежується класом напруги 330 кВ включно.
Таким чином, порівняння показує, що індуктивні антирезонансні ТН серії НАМІ 110 – 220 – 330 кВ виробництва Раменського електротехнічного заводу відрізняються від ємнісних ТН кращою стабільністю у найвищих класах точності, меншими похибками у перехідних процесах, більшою навантажувальністю та більшою навантажувальністю.