ывф. лаб2 ЭС. Отчет по лабораторной работе 2 По дисциплине Электротехнические материалы и изделия

• Название: Отчет по лабораторной работе 2 По дисциплине Электротехнические материалы и изделия
• Дата: 09.03.2023
• Размер: 351.34 Kb.
• Имя файла: лаб2 ЭС.docx
• Тип: Отчет; #976845

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА»
Институт электроэнергетики и электротехники
Кафедра «Электроэнергетические системы»

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 2
По дисциплине «Электротехнические материалы и изделия»
На тему «Измерительные трансформаторы напряжения»
Специальность 6В07101 - «Электроэнергетика»
Выполнил Сембаев Р.К. Группа ЭЭ-19-9
Принял ст. преп. Соколова И. С.
__________________ ____________________ «___» ____________ 2021 г.

(оценка) (подпись)

Алматы 2021

2. Лабораторная работа №2. Измерительные трансформаторы напряжения

Цель работы: изучение конструкций различных типов измерительных трансформаторов напряжения, схем их включения и определение погрешно- сти.

1. Программа работы

1. 
   Записать технические данные, ознакомиться и изучить конструкции представленных в работе измерительных трансформаторов напряжения.
   
2. 
   Определить коэффициент трансформации трансформатора напряже-
   

ния

3. 
   Определить погрешность трансформатора напряжения при различных
   

значениях активной нагрузки.

2. Подготовка к работе

1. 
   Ознакомиться с описанием настоящей работы и литературой, указан- ной в конце сборника.
   
2. 
   Подготовить все необходимые рисунки.
   
3. 
   Подготовить таблицы, необходимые для записи результатов соответ- ствующих измерений.
   
4. 
   Ответить устно на контрольные вопросы.
   

3. Порядок выполнения работы

1. 
   Изучение параметров и конструкций ТН.
   

В лаборатории изучаются следующие трансформаторы напряжения: НОМ-10, НТМИ-10.

В данном пункте работы необходимо записать паспортные данные, изу- чить конструкцию предложенных преподавателем ТН, обратить внимание на количество, тип и схему соединения обмоток, маркировку выводов, и кон- структивные особенности.

Паспортные данные изучаемых в лаборатории трансформаторов напря- жения внести в таблицу 2.2.

2. 
   Определение погрешности и коэффициента трансформации изме- рительного трансформатора напряжения при различных значениях активной нагрузки.
   

Определение погрешности измерительного трансформатора напряжения НОЛ.12-0,38 производится с помощью лабораторного стенда «Электроэнерге- тика – Электрические измерения на электрических станциях и подстанциях» ЭЭ2-ЭИЭСП.002.1 РБЭ (938.6.1).
Таблица 2.2 – Паспортные данные ТН

№

Тип

Класс

Номинальное напряжение

Номинальная

Пре-

Схемы

п/п		напря- жения, кВ	обмоток, кВ		мощность, В·А, в классе точности				дельная мощ- ность В·А			соеди- нения
			первичный	основной вторичный		0,5	1	3
ТН-НОМ10	Измерительный	10	10	0.1		75	150	300		630	1/1-0
НТМИ-10	Измерительный	10	10	0.1		150	300	400		1000	Yн/Yн/П-0
GEF 40.5	Измерительный	35	35	0.1		150	300	600		1000

При определении погрешности и коэффициента трансформации измери- тельного трансформатора напряжения при различных значениях активной нагрузки студент должен: опираясь на указания по проведения эксперимента собрать схему согласно рисунку 2.5. В таблице 2.2. представлен перечень ап- паратуры используемой при определении погрешности ТН типа НОЛ.12-0,38.
Таблица 2.3 - Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.4	400 В / 6 А
G2	Однофазный источник питания	218.8	220 В / 6 А
А1	Активная нагрузка	306.5	220 В / 3х0…30 Вт
А12	Трансформатор напря- жения	405.1	380/127 В / Sн = 30 ВА
Р9	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0...1000 В / 0...10 А / 0…20 МОм

380 B

G2
G2 - Однофазный источник питания; P9 - Блок мультиметров; A1 – Активная нагрузка; А12 – Трансформатор напряжения; G1- Трехфазный источник питания.

Рисунок 2. – Схема электрических соединений при определении по- грешности измерительного ТН типа НОЛ.12-0,38
Указанияпопроведениюэксперимента:

1. 
   Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключе- ны от сети электропитания.
   
2. 
   Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используе- мых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.
   
3. 
   Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической со- единений.
   
4. 
   Установите активную нагрузку А1 равной, например, 20 %.
   
5. 
   В источнике трехфазного питания G1 соедините гнезда «ТК» через внешний термоконтакт, а при его отсутствии – просто проводником.
   
6. 
   Включите автоматический выключатель и устройство защитного от- ключения в однофазном источнике питания G2.
   
7. 
   Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р9.
   
8. 
   Активизируйте мультиметры блока Р9.
   
9. 
   Включите трехфазный источник питания G1.
   
10. 
    Зафиксируйте (с помощью вольтметра блока Р9) первичное напря- жение U₁трансформатора напряжения А12.
    
11. 
    Зафиксируйте с помощью вольтметра и амперметра блока Р9 соот- ветственно напряжение U₂ и ток I₂ вторичной обмотки трансформатора напряжения А12.
    
12. 
    Отключите источники питания G1 и G2.
    
13. 
    Отключите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р9.
    
14. 
    Изменяя значения активной нагрузки от 20 - 100 % повторите экспе- римент фиксируя с помощью вольтметра и амперметра блока Р9 соответ- ственно напряжение U₂и ток I₂вторичной обмотки трансформатора напряже- ния А12. Данные занесите в таблицу 2.3.
    
15. 
    Вычислите полную мощность трансформатора напряжения А12 по формуле:
    

S₂=U₂×I₂,
где, S₂- полная мощность;

U₂- вторичное напряжение;

I₂- вторичный ток.
Полученные результаты расчета нагрузки трансформатора напряжения занесите в таблицу 2.3.

16. 
    Вычислите коэффициент трансформации трансформатора напряже- ния по формуле:
    

𝑘_𝐻

= ^𝑈1𝐻, (2.6)

^𝑈2𝐻

где 𝑘_𝐻 – коэффициент трансформации;

𝑈_1𝐻 – номинальное первичное напряжение;

𝑈_2𝐻 – номинальное вторичное напряжение.

Полученные результаты расчета коэффициентов трансформации транс- форматора напряжения занесите в таблицу 2.4.

17. 
    Вычислите погрешность (в процентах) трансформатора напряжения с помощью формулы:
    

𝛥𝑈 = ^{𝑘𝐻𝑈2−𝑈1} ∙ 100%. (2.7)

𝑈₁
Полученные результаты расчета погрешности трансформатора напря- жения занесите в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 – Результаты полученных значений

Активная нагрузка, %	20	40	60	80	100
Напряжение U2, В	134.5	134	133.5	133.4	133.1
Ток I2, мА	53	103	156	208	261
Мощность S2, Вт	7.1	13.802	20.826	27.474	34.739
Коэффициент транс- формации Кн	2.997	3.008	3.02	3.021	3.027
Погрешность %	0.02	0.017	0.0256	0.01	0.01

Расчетная часть
Расчет при активной нагрузке 20%.
Рассчитаем полную мощность трансформатора напряжения:
S₂=U₂ =134.5 0.053=7.1Вт
Рассчитаем коэффициент трансформации:
k_Н=
Рассчитаем погрешность трансформатора:
=
Расчет при активной нагрузке 40%.
Рассчитаем полную мощность трансформатора напряжения:
S₂=U₂ =134 0.103=13.802Вт
Рассчитаем коэффициент трансформации:
k_Н=
Рассчитаем погрешность трансформатора:
=
Расчет при активной нагрузке 60%.
Рассчитаем полную мощность трансформатора напряжения:
S₂=U₂ =133.5 0.156=20.826 Вт
Рассчитаем коэффициент трансформации:
k_Н=
Рассчитаем погрешность трансформатора:
=
Расчет при активной нагрузке 80%.
Рассчитаем полную мощность трансформатора напряжения:
S₂=U₂ =133.4 0.208=27.747Вт
Рассчитаем коэффициент трансформации:
k_Н=
Рассчитаем погрешность трансформатора:
=
Расчет при активной нагрузке 100%.
Рассчитаем полную мощность трансформатора напряжения:
S₂=U₂ =133.1 0.261=34.739Вт
Рассчитаем коэффициент трансформации:
k_Н=
Рассчитаем погрешность трансформатора:
=

4. Контрольные вопросы

1. 
   Назначение и принцип действия трансформаторов напряжения.
   

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100√3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Принцип действия ТН. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток, можно получить нужное напряжение на выходе.

2. 
   Конструкции ТН, изоляция ТН.
   

Конструкция приборов измерительного типа схожа на обычные силовые разновидности оборудования. Агрегат имеет первичную и вторичную (одну или несколько) обмотки. Активная часть включает в себя сердечник из специальной электротехнической стали. Материал набран в виде пластин определенной конфигурации.

Первичный контур имеет большее количество витков, чем на вторичной катушке. На него подается напряжение от сети. К выводам вторичной обмотки подсоединяется ваттметр или иное подобное измерительное оборудование. Оно характеризуется высоким сопротивлением. Поэтому в ходе нормальной работы по вторичной обмотке подается ток с малым значением.

Трансформаторы напряжения могут быть в сухом (воздушная, газовая, литая изоляция) и масляном исполнении.

При напряжении выше 35 кВ используются каскадные схемы соединения по типу каскадных трансформаторов тока. В трансформаторах напряжения на 6—35 кВ главной изоляцией является масло в сочетании с цилиндрическими или плоскими барьерами.

Для выравнивания напряжения вдоль обмотки в трансформаторах 6—10 кВ и выше с целью уменьшения межвитковых напряжений применяются экраны из разрезных колец. Для защиты от градиентных перенапряжений в трансформаторах напряжения на 35 кВ по две катушки с обоих концов обмотки выполняют с усиленной изоляцией. Обмотки высокого напряжения могут выполняться как слоевыми, так и непрерывными катушечными.

3. 
   Погрешность измерения трансформаторов напряжения.
   

Класс точности представленного оборудования зависит от определенных факторов. На этот показатель влияют потери при намагничивании. На величину погрешности измерительного преобразователя напряжения влияют следующие факторы:

1. 
   Проницаемость электротехнической стали сердечника.
   
2. 
   Конструкционное исполнение магнитопривода.
   
3. 
   Коэффициент мощности, который определяется вторичной нагрузкой.
   

Оборудование способно компенсировать погрешность показателя напряжения при уменьшении количества витков в первичной катушке. Компенсирующие обмотки влияют на уменьшение угловой погрешности.

4. 
   Класс точности и области применения ТН?
   

Класс точности трансформаторов напряжения (ТН) характеризуется максимально допустимыми погрешностью напряжения и угловой погрешно- стью при определенном режиме работы трансформатора.

ИТН класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и иссле- дований при наладочных работах, приемных испытаниях оборудования, для подключения вычислительных машин, приборов автоматического регулиро- вания частоты, градуировки эксплуатационных приборов и т.п., ими оснаща- ются электротехнические лаборатории электрических станций. Группировка ИТН по классу точности приведена в таблице 2.1.

ИТН классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах. Они служат для подключения щитовых приборов, расчетных и контрольных счетчиков и прочих измерительных устройств, у которых погрешность в напряжении не должна превышать 0,5 или 1%. Для подключения расчетных счетчиков обязательно применение ИТН класса 0,5.

ИТН класса 3 и грубее используются в релейных защитах, устройствах автоматики, для питания сигнальных ламп и т.п., где допустима погрешность измерения больше 3%.

5. 
   Схемы соединения ТН.
   

В электроустановках применяется множество схем включения ИТН. Самая простая схема – включение одного однофазного ИТН (рисунок 2.2 а) применяется для получения одного междуфазного напряжения. Схема (рису- нок 2.2 б) предусматривает включение открытым (неполным) треугольником двух однофазных ИТН и дает все три междуфазных напряжения. Эта схема дешевле трехтрансформаторной, состоящей из трех однофазных тансформа- торов, собранных в нужную группу; она рекомендуется для подключения из- мерительных приборов и реле защит в сетях с изолированной нейтралью. Со- ответствующее включение обмоток трехфазных ваттметров, счетчиков и дру- гих приборов между двумя фазами позволяет

Схема включения трех однофазных (рисунок 2.2 в) или одного трехфазного (г) ИТН по схеме «звезда-звезда» с заземленной нейтралью со стороны как первичного, так и вторичного напряжения позволяет получать и измерять все междуфазные и фазные напряжения. Эта схема является универсальной.

а) одного однофазного; б) двух однофазных по схеме открытого (неполного) треугольника; в) трех однофазных, схема звезды; г) одного трехфазного трех- стержневого; д) трехфазного компенсированного (НТМК);

е) трехфазного пятистержневого (НТМИ).

Рисунок 2.2 - Схемы подключения измерительных трансформаторов напряжения

6. 
   Принцип действия каскадных ТН, их конструкции.
   

Каскадные трансформаторы напряжения. При напряжениях выше 35 кВ, ввиду резкого возрастания габаритов и стоимости, масляные каскадные ТН нормальной конструкции состоят от одного до четырёх блоков.

Трансформаторы состоят из одного, двух или трех блоков (рисунок 2.4). Каждый блок состоит из стержневого магнитопровода с двумя стержнями. Первичная обмотка (ВН) равномерно распределена по всем стержням магнитопроводов. Вторичные обмотки (НН), основные и дополнительная, расположены на нижнем стержне нижнего магнитопровода, имеющего наименьший потенциал по отношению к земле (один конец первичной обмотки заземляется). На остальных стержнях размещены также промежуточные - выравнивающая и связующая обмотки, необходимые для равномерного распределения нагрузки вторичных обмоток по всем стержням. Шихтованные магнитопроводы собраны из пластин электротехнической стали. Обмотки трансформаторов - слоевые, намотанные круглым или прямоугольным обмоточным проводом на бакелитовых цилиндрах. Сначала намотана выравнивающая обмотка, затем первичная обмотка и на нее электростатический экран. Связующие обмотки и вторичные обмотки намотаны поверх электростатического экрана.

1 - Верхний блок трансформатора; 2 - нижний блок трансформатора;

Э - электростатический экран; А, Х - выводы обмотки ВН; а, х - выводы обмотки НН (основной) ; а_д, х_д – выводы обмотки НН (дополнительной)_. Рисунок 2.4- Принципиальная схема соединения обмоток каскадного трансформатора НКФ 220 58У1
Результирующее активное и реактивное сопротивление обмоток каскадных ТН значительно больше, чем у ТН нормального исполнения. Поэтому для получения высокого класса точности приходится снижать нагрузку.

7. 
   Емкостные делители напряжения.
   

Емкостной делитель напряжения – специальный тип электрооборудования, предназначенный для понижения величины напряжения до уровня, приемлемого для работы измерительных устройств.

Он является отменной альтернативой дорогостоящим и громоздким трансформаторам напряжения. Конструкция емкостного делителя состоит из последовательно включенных конденсаторов. В этом случае величина напряжения на выходе последнего конденсатора будет соответствовать первичному напряжению, разделенному на обратно пропорциональное значение каждой емкости.

Одно из главных преимуществ емкостного делителя напряжения – отсутствие потребления активной энергии, что не вносит погрешностей в измеряемое напряжение и не вызывает чрезмерного нагрева.

8. 
   Конструкция и принцип действия НТМИ при контроле изоляции.
   

Типы НОМ ЗНОМ (с заземлением внутреннего конца обмотки высокого напряжения), НТМК, НТМИ, выполненные в баке с маслом, с естественным масляным охлаждением применяются для внутренних установок напряжени- ем до 18 кВ; однофазные ИТН – до 35 кВ.

9. 
   Схемы включения однофазных ТН и их область применения.
   

Рисунок 2.5- Схемы включения однофазных ТН
Реле 4,5,6 – включены на фазное напряжение, относительно нулевой точки вторичных междуфазных напряжений.

Реле 1,2,3 – включены на линейное напряжение.

Нейтраль звезды имеет потенциал, равный потенциалу нулевой точки, т.е. располагается в центре тяжести треугольника вторичных междуфазных напряжений. Применяется в сетях с изолированной нейтралью, т.к. не может контролировать фазное напряжение относительно земли.
10. Условия выбора трансформаторов напряжения.
Условия выбора трансформаторов напряжения:

1. 
   Конструкция, схема соединения;
   
2. 
   Соблюдение условия U_с.ном = U1ном (где U_с.ном — номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, кВ; U1.ном — номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВ);
   
3. 
   Класс точности; соблюдение условия S_2расч < S_2ном (где S_2расч — расчетнаямощность, потребляемая вторичной цепью, В * A; S_2ном — номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности, В * А).
   

11. 
    Трансформатор напряжения GEF 40.5.
    

Трансформаторы напряжения GEF 40,5 предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления в установках переменного тока промышленной частоты.

Область применения: трансформаторы напряжения GEF 40,5 предназначены для наружных установок в комплектных распределительных устройствах на класс напряжения 35 кВ

Принцип действия трансформаторов напряжения основан на преобразовании переменного напряжения большой величины до значения, удобного для измерений. Трансформаторы GEF /GZF 40,5 (далее - трансформаторы) выполнены в виде опорной конструкции. Трансформаторы GEF 40,5 выполнены с одним изолированным выводом первичной обмотки и имеют две вторичные обмотки - измерительную и дополнительную.

Трансформаторы GZF 40,5 имеют два изолированных вывода первичной обмотки и одну измерительную обмотку. Первичная и вторичные обмотки трансформаторов залиты эпоксидным компаундом, что обеспечивает электрическую изоляцию и защиту обмоток от проникновения влаги и механических повреждений. Выводы вторичных обмоток помещены в клеммную коробку на основании трансформатора. На основании имеются отверстия для крепления трансформатора и клемма для заземления. Клеммная коробка вторичных выводов снабжена изоляционной пломбируемой крышкой.

Трансформаторы имеют ряд модификаций отличающихся значениями коэффициентов трансформации, классов точности, значениями вторичных нагрузок и наличием или отсутствием заземленной нейтрали.

Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы были рассчитаны коэффициенты трансформации, полные мощности и погрешности для измерительных трансформаторов напряжение. Было обращено внимание на количество, тип и схему соединения обмоток, маркировку выводов, и конструктивные особенности таких трансформаторов как, ТН-НОМ10, НТМИ-10, GEF 40.5, их паспортные данные занесены в таблицу. Можно заметить, что с увеличением активной нагрузки, растет и полная мощность трансформатора, а погрешность наоборот уменьшается.