Transformateurs de tension instrument
But et principe de fonctionnement du transformateur de tension
Le transformateur de tension de mesure est utilisé pour abaisser la haute tension fournie dans les installations AC aux compteurs et relais pour la protection et l'automatisation.
Une connexion haute tension directe nécessiterait des dispositifs et des relais très encombrants en raison de la nécessité de les mettre en œuvre avec une isolation haute tension. La production et l'utilisation de tels équipements sont pratiquement impossibles, en particulier à des tensions de 35 kV et plus.
L'utilisation de transformateurs de tension permet l'utilisation d'appareils de mesure standard pour mesurer la haute tension, en élargissant leurs limites de mesure ; les bobines de relais connectées via des transformateurs de tension peuvent également avoir des versions standard.
De plus, le transformateur de tension isole (sépare) les appareils de mesure et les relais de la haute tension, assurant ainsi la sécurité de leur service.
Les transformateurs de tension sont largement utilisés dans les installations électriques à haute tension, la précision dépend de leur fonctionnement mesures électriques et le comptage de l'électricité, ainsi que la fiabilité des relais de protection et des automatismes de secours.
Le transformateur de tension de mesure, selon le principe de conception, ne diffère pas de transformateur abaisseur d'alimentation… Il se compose d'un noyau en acier constitué de tôles d'acier électriques, d'un enroulement primaire et d'un ou deux enroulements secondaires.
En figue. 1a montre un schéma de principe d'un transformateur de tension à un seul enroulement secondaire. Une haute tension U1 est appliquée à l'enroulement primaire et un dispositif de mesure est connecté à la tension secondaire U2. Le début des enroulements primaire et secondaire est marqué par les lettres A et a, les extrémités par X et x. Ces désignations sont généralement appliquées au corps du transformateur de tension à côté des bornes de ses enroulements.
Le rapport de la tension nominale du primaire à la tension nominale du secondaire est appelé tension nominale. facteur de transformation transformateur de tension Kn = U1nom / U2nom
Riz. 1. Schéma et diagramme vectoriel du transformateur de tension: a - diagramme, b - diagramme vectoriel de tension, c - diagramme vectoriel de tension
Lorsqu'un transformateur de tension fonctionne sans erreur, ses tensions primaire et secondaire correspondent en phase et le rapport de leurs valeurs est égal à Kn. Avec un facteur de transformation Kn = 1 tension U2= U1 (Fig. 1, c).
Légende : H — une borne est mise à la terre ; O — monophasé ; T — triphasé ; K — cascade ou avec bobine de compensation ; F — s isolation extérieure en porcelaine ; M — huile ; C - sec (avec isolation à l'air); E — capacitif ; D est un diviseur.
Les bornes de l'enroulement primaire (HT) sont étiquetées A, X pour les transformateurs monophasés et A, B, C, N pour les transformateurs triphasés. Les bornes principales de l'enroulement secondaire (LV) sont respectivement marquées a, x et a, b, c, N, bornes de l'enroulement supplémentaire secondaire - ad techend.
Au début, les enroulements primaire et secondaire sont connectés aux bornes A, B, C et a, b, c respectivement. Les enroulements secondaires principaux sont généralement connectés en étoile (groupe de connexion 0), supplémentaires - selon le schéma en triangle ouvert. Comme vous le savez, pendant le fonctionnement normal du réseau, la tension aux bornes de l'enroulement supplémentaire est proche de zéro (tension déséquilibrée Unb = 1 - 3 V), et pour les défauts à la terre, elle est égale à trois fois la valeur de la tension 3UО avec phase UО homopolaire.
Dans un réseau avec un neutre mis à la terre, la valeur maximale est de 3U0 égale à la tension de phase, avec contrainte de tension triphasée isolée. En conséquence, des enroulements supplémentaires de tension nominale Unom = 100 V et 100/3 V sont réalisés.
La tension nominale TV est son enroulement primaire de tension nominale ; cette valeur peut différer de la classe d'isolation. La tension nominale de l'enroulement secondaire est supposée être de 100, 100/3 et 100/3 V. Normalement, les transformateurs de tension fonctionnent en mode à vide.
Transformateurs de tension de mesure à deux enroulements secondaires
Les transformateurs de tension à deux enroulements secondaires, en plus d'alimenter des compteurs et des relais, sont conçus pour faire fonctionner des dispositifs de signalisation de défaut à la terre dans un réseau à neutre isolé ou pour la protection contre les défauts à la terre dans un réseau à neutre à la terre.
Un schéma de principe d'un transformateur de tension à deux enroulements secondaires est illustré à la Fig. 2, un. Les bornes du deuxième enroulement (supplémentaire), utilisées pour la signalisation ou la protection en cas de défaut à la terre, sont étiquetées ad et xd.
En figue. 2.6 montre un schéma de l'inclusion de trois de ces transformateurs de tension dans un réseau triphasé. Les enroulements primaire et secondaire principal sont connectés en étoile. Le neutre de l'enroulement primaire est mis à la terre. Les trois phases et le neutre peuvent être appliqués aux compteurs et aux relais des enroulements secondaires principaux. Des enroulements secondaires supplémentaires sont connectés en triangle ouvert. À partir de celles-ci, la somme des tensions de phase des trois phases est transmise aux dispositifs de signalisation ou de protection.
En fonctionnement normal du réseau dans lequel le transformateur de tension est connecté, cette somme vectorielle est nulle. Cela peut être vu à partir des diagrammes vectoriels de la fig. 2, c, où Ua, Vb et Uc sont les vecteurs des tensions de phase appliquées aux enroulements primaires, et Uad, Ubd et Ucd — les vecteurs de tension des enroulements supplémentaires primaires et secondaires. tensions des enroulements supplémentaires secondaires, coïncidant en direction avec les vecteurs des enroulements primaires correspondants (les mêmes que sur la Fig. 1, c).
Riz. 2. Transformateur de tension à deux enroulements secondaires. un — schéma ; b — inclusion dans un circuit triphasé ; c — diagramme vectoriel
La somme des vecteurs Uad, Ubd et Ucd est obtenue en les combinant selon le schéma de connexion des enroulements supplémentaires, en supposant que les flèches des vecteurs des tensions primaire et secondaire correspondent au début des enroulements du transformateur.
La tension résultante 3U0 entre la fin de l'enroulement de la phase C et le début de l'enroulement de la phase A dans le schéma est nulle.
Dans les conditions réelles, il existe généralement une tension de déséquilibre négligeable à la sortie d'un triangle ouvert, ne dépassant pas 2 à 3% de la tension nominale. Ce déséquilibre est créé par la légère dissymétrie toujours présente des tensions des phases secondaires et une légère déviation de la forme de leur courbe par rapport à la sinusoïde.
La tension garantissant le bon fonctionnement des relais appliquée au circuit en triangle ouvert n'apparaît qu'en cas de défaut à la terre du côté de l'enroulement primaire du transformateur de tension. Les défauts à la terre étant associés au passage du courant dans le neutre, la tension résultante en sortie du triangle ouvert selon la méthode des composantes symétriques est appelée tension homopolaire et est notée 3U0. Dans cette notation, le chiffre 3 indique que la tension dans ce circuit est la somme de trois phases. La désignation 3U0 fait également référence au circuit de sortie en triangle ouvert appliqué au relais d'alarme ou de protection (Fig. 2.6).
Riz. 3. Diagrammes vectoriels des tensions des enroulements supplémentaires primaires et secondaires avec un défaut à la terre monophasé: a - dans un réseau avec un neutre mis à la terre, b - dans un réseau avec un neutre isolé.
La tension 3U0 a la valeur la plus élevée pour un défaut à la terre monophasé.Il faut tenir compte du fait que la valeur maximale de la tension 3U0 dans un réseau à neutre isolé est beaucoup plus élevée que dans un réseau à neutre mis à la terre.
Schémas de commutation généraux des transformateurs de tension
Le schéma le plus simple utilisant un transformateur de tension monophaséillustré à la fig. 1, a, est utilisé lors du démarrage des armoires de moteur et aux points de commutation 6-10 kV pour allumer le voltmètre et le relais de tension du dispositif AVR.
La figure 4 montre les schémas de raccordement des transformateurs de tension monophasés à enroulement unique pour l'alimentation des circuits secondaires triphasés. Un groupe de trois transformateurs monophasés en étoile illustré à la Fig. 4, a, est utilisé pour alimenter des appareils de mesure, des appareils de mesure et des voltmètres pour la surveillance de l'isolement dans les installations électriques de 0,5 à 10 kV avec un réseau neutre isolé et non ramifié, où la signalisation de l'apparition d'une mise à la terre monophasée n'est pas requise.
Afin de détecter la "terre" sur ces voltmètres, ils doivent indiquer l'amplitude des tensions primaires entre les phases et la terre (voir le diagramme vectoriel de la Fig. 3.6). A cet effet, le neutre des enroulements HT est mis à la terre et les voltmètres sont reliés aux tensions des phases secondaires.
Comme dans le cas de défauts à la terre monophasés, les transformateurs de tension peuvent être alimentés pendant une longue période, leur tension nominale doit correspondre à la première tension composée. En conséquence, en mode normal, lors du fonctionnement à tension de phase, la puissance de chaque transformateur, et donc de l'ensemble du groupe, diminue une fois de √ 3. Étant donné que le circuit a des enroulements secondaires nuls mis à la terre, des fusibles secondaires sont installés dans les trois phases .
Riz. 4.Schémas de connexion des transformateurs de mesure de tension monophasés avec un enroulement secondaire : a — circuit étoile-étoile pour les installations électriques de 0,5 à 10 kV avec zéro isolé, b — circuit en triangle ouvert pour les installations électriques de 0,38 à 10 kV, c — le même pour installations électriques 6 - 35 kV, d - inclusion de transformateurs de tension 6 - 18 kV selon le schéma en étoile triangulaire pour alimenter les dispositifs ARV des machines synchrones.
En figue. 4.6 et les transformateurs de tension destinés à alimenter les appareils de mesure, les compteurs et les relais connectés à la tension phase-phase sont connectés dans un circuit en triangle ouvert. Ce schéma fournit une tension symétrique entre les lignes Uab, Ubc, U°Ca lors du fonctionnement des transformateurs de tension dans n'importe quelle classe de précision.
Fonction circuit en triangle ouvert c'est une utilisation insuffisante de la puissance des transformateurs, car la puissance d'un tel groupe de deux transformateurs est inférieure à la puissance d'un groupe de trois transformateurs connectés en triangle complet non pas de 1,5 fois, mais de √3 une fois.
Le schéma de la fig. 4, b est utilisé pour alimenter les circuits de tension non ramifiés des installations électriques 0,38 -10 kV, ce qui permet d'installer la mise à la terre des circuits secondaires directement sur le transformateur de tension.
Dans les circuits secondaires du circuit illustré à la fig. 4, c, au lieu de fusibles, un disjoncteur bipolaire est installé, lorsqu'il est déclenché, le contact du bloc ferme le circuit de signal «interruption de tension»... La mise à la terre des enroulements secondaires est effectuée sur le blindage en la phase B, qui est en outre mise à la terre directement sur le transformateur de tension via un fusible de défaillance.L'interrupteur assure la déconnexion des circuits secondaires du transformateur de tension avec une coupure visible. Ce schéma est utilisé dans les installations électriques 6 - 35 kV lors de l'alimentation de circuits secondaires ramifiés à partir de deux transformateurs de tension ou plus.
En figue. 4, les transformateurs de tension g sont connectés selon le circuit delta - étoile, fournissant une tension sur la ligne secondaire U = 173 V, qui est nécessaire pour alimenter les dispositifs de contrôle automatique de l'excitation (ARV) des générateurs et compensateurs synchrones. Pour augmenter la fiabilité du fonctionnement de l'ARV, les fusibles des circuits secondaires ne sont pas installés, ce qui est autorisé PUE pour les circuits de tension non ramifiés.
Voir également: Schémas de raccordement des transformateurs de tension de mesure