Кафедра «Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника»

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»

Кафедра «Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника»

Дисциплина «Информационно – измерительная техника и электроника»

Контрольная работа

Трансформаторы напряжения

Выполнил:

студент ИНЭЛ

группы 15-ЭСз

Немзер Д.В.

Шифр: 13.03.02.1503

Проверил:

Юртаев С.Н.

Нижний Новгород 2019

Контрольная работа

ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Цели работы:

- изучить конструкцию, принцип действия, назначение и классификацию измерительных трансформаторов напряжения;

- ознакомиться с принципом работы трансформаторов напряжения;

- рассчитать погрешность по напряжению, угловую погрешность и построить их зависимости от нагрузки трансформатора напряжения.

Вариант 03

Дано:

Первая цифра варианта	0
Тип трансформатора напряжения	ЗНОЛ.06-6
Номинальное первичное напряжение, В	3000 /
Номинальное вторичное напряжение, В	100/
Класс точности	0,5
Мощность в классе точности, ВА	30
Коэффициент трансформации	30
Активное сопротивление первичной обмотки, Ом	1103
Активное сопротивление вторичной обмотки Ом	0,89
Напряжение КЗ	2,21
Ток х х, Iх, А	0,2
Косинус нагрузки	0,80
Синус нагрузки	0,60
Вторая цифра варианта	3
Магнитная индукция, Вmax	0,9
Сорт стали	Лучший

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

На основании исходных данных, задаваемых вариантом:

1. Расшифровать обозначение заданного трансформатора напряжения, описать его назначение и основные параметры;

2. Рассчитать погрешность по напряжению заданного трансформатора напряжения при изменении коэффициента загрузки трансформатора напряжения от 0 до 3 с интервалом 0,25;

3. Рассчитать угловую погрешность заданного трансформатора напряжения при изменении коэффициента загрузки трансформатора напряжения от 0 до 3 с интервалом 0,25;

4. Построить зависимость погрешности трансформатора напряжения от нагрузки и зависимость угловой погрешности ТН от нагрузки;

5. Сравнить полученные значения погрешностей со значениями, определяемыми ГОСТ, сделать вывод о возможности эксплуатации данного трансформатора в системах учета электроэнергии;

6. Определить величину витковой коррекции, необходимой для соблюдения требований ГОСТ по величине погрешности трансформатора напряжения.

1.

ЗНОЛ.06-6

З – заземляемый с одним заземляющим вводом обмотки высшего напряжения;

Н – трансформатор напряжения;

О – однофазный;

Л – с литой изоляцией;

0.6 – порядковый номер разработки;

6(3) – класс напряжения 6кВ (3кВ).

Предназначены для применения в электрических цепях переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением от 3 до 27 кВ включительно с целью передачи измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления.

Основные параметры трансформатора ЗНОЛ.06-6

- Класс напряжения – 3кВ ;

- Номинальное напряжение первичной обмотки - 3000 / В ;

- Номинальное напряжение основной вторичной обмотки - 100/ , В ;

- Класс точности основной вторичной обмотки – 0,5 (ГОСТ 1983) ;

- Номинальная мощность основной вторичной обмотки с коэффициентом мощности активно – индуктивной нагрузки 0,8 - 30 ВА ;

- Предельный допустимый длительный первичный ток – 0,14 А ;

- Схема и группа соединений обмоток – 1/1/1-0-0 ;

- Номинальная частота – 50 Гц .

2.

Погрешности трансформатора напряжения зависят от размеров магнитопровода, магнитных свойств стали, конструкции обмотки, сечения проводов, а также от присоединенной нагрузки и первичного напряжения.

Погрешность по напряжению определяется:

D U %= D U _н %+ D U _х %,

где D U _н % - погрешность по напряжению, обусловленная током нагрузки; D U _х % - погрешность по напряжению, обусловленная током холостого хода.

Используя векторную диаграмму, составляющие погрешности трансформатора можно с достаточной точностью выразить следующим образом:

D U _х %=-100/U₂*( I_a'*r₁'+I_r'*x₁');

D U _н %=-100*I₂/U₂*[(r₁'+r₂)*cos j ₂ +x_k*sin j ₂ ],

где U ₂ -напряжение вторичной обмотки трансформатора, В; I_a ' -активная составляющая тока холостого хода, приведенная ко вторичной обмотке трансформатора, А; r ₁ ' -сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке, Ом; I_r ' -реактивная составляющая тока холостого хода, приведенная ко вторичной обмотке трансформатора, А; х₁' -реактивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке, Ом ; I ₂ -ток нагрузки трансформатора, А ; r ₂ -сопротивление вторичной обмотки трансформатора, Ом; cos j ₂ -коэффициент мощности нагрузки, о.е; x_k -индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Для определения сопротивлений первичной и вторичной обмоток воспользуемся схемой замещения двухобмоточного трансформатора, которая имеет следующий вид, рис. 1:

Рис. 1. Схема замещения трансформатора напряжения.

Полное сопротивление двухобмоточного трансформатора определяется:

Z_к= , Ом,

где U _к %-напряжение короткого замыкания, %.

Активное сопротивление двухобмоточного трансформатора, Ом :

r_k = r ₁ '+ r _2.

Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора, Ом:

х_к=х₁'+ x _2.

Приведенные сопротивления первичной обмотки трансформатора определяются, Ом:

r ₁ '= r ₁ / k ² ,

х₁ ' = x ₁ / k ² .

где к= U ₁ / U ₂ -коэффициент трансформации трансформатора.

Составляющие тока холостого хода определяются:

I_a'=I_x'*cos y ,

I_r'=I_x'*sin y ,

где y -угол потерь, определяемый по таблице 1, рис.2

Таблица 1

Зависимость угла потерь от индукции В_макс для магнитопроводов из сталей марок 3411,3412,3413,3414 при частоте 50 Гц

Рис. 2. Зависимость угла потерь в стали от индукции В_макс.

Ток нагрузки I ₂ определяем, используя значения номинальной мощности трансформатора на вторичной стороне с учетом схемы соединения, А:

I ₂ = S ₂ / U _{ном .}

По таблице 1 выбираем угол потерь в зависимости от индукции В_макс и сорта стали:

При В_макс=0,9 Тл угол потерь y=37°.

Косинус угла потерь: cosy = cos37°=0,8.

Синус угла потерь siny = sin37°=0,6.

Активная составляющая тока хх I_ха=I_x* cosy=0,2*0,8=0,16 A.

Реактивная составляющая тока хх I_хp=I_x* siny=0,2*0,6=0,12 A.

Коэффициент трансформации .

Приведенное к вторичной обмотке активное сопротивление первичной обмотки .

Полное сопротивление трансформатора напряжения

Полное активное сопротивление ТН

Индуктивное сопротивление ТН =1,24 Ом.

Ток нагрузки

Номинальное сопротивление нагрузки

Номинальное активное сопротивление нагрузки

Номинальное реактивное сопротивление нагрузки

Угол сдвига между I₂ и U₂

.

Таблица 2. Расчетные величины

Погрешность напряжения при холостом ходе

Погрешность напряжения при нагрузке рассчитываем по формуле:

Полная погрешность определяется как сумма погрешности от тока холостого хода и тока нагрузки:

.

Рассчитанные значения погрешности в зависимости от загрузки ТН заносим в таблицу 3.

3.

Угловая погрешность трансформатора напряжения определяется:

d '= d _Х '+ d _Н ',

где d _Х ' - угловая погрешность, обусловленная током холостого хода; d _Н ' - угловая погрешность, обусловленная током нагрузки.

Составляющие угловой погрешности определяются:

d _Х ' =3440/ U ₂ *( I_r '- I _а ');

d _Н '=3440*I₂/U₂*[(r₁'+r₂)*sin j ₂ -x_k*cos j ₂ ].

Определяем угловую погрешность при холостом ходе:

Угловые погрешности при нагрузке рассчитываются по формуле

.

Полная угловая погрешность

.

Рассчитанные значения угловых погрешностей в зависимости от загрузки ТН заносим в таблицу 3.

4.

Используя данные из таблицы 3 строим зависимость погрешности трансформатора напряжения от нагрузки и зависимость угловой погрешности ТН от нагрузки.

Таблица 3. Зависимость погрешности по напряжению от нагрузки ТН

Рис.3 Зависимость погрешности напряжения от загрузки ТН

Рис. 4 Зависимость угловой погрешности от загрузки ТН

5.

Сравнивая полученные значения погрешностей со значениями, определяемыми ГОСТ (Таблица 4), делаем вывод о невозможности эксплуатации данного трансформатора в системах учета электроэнергии .

Таблица 4. Пределы погрешностей трансформаторов напряжения (ГОСТ 1983-89)

6.

Падения напряжения в трансформаторе могут быть в некоторой степени компенсированы введением так называемой коррекции. Коррекцией Δu_кор напряжения называется преднамеренное изменение коэффициента трансформации в сторону увеличения вторичного напряжения, выраженное в процентах. Погрешность напряжения всегда отрицательна. Введением коррекции уменьшают абсолютные значения погрешности путем использования положительных значений погрешностей.

Коррекцию выполняют таким образом, чтобы при холостом ходе трансформатор имел некоторую положительную погрешность (в пределах заданного класса точности), т.е. несколько увеличивают вторичное напряжение. Для этого обычно уменьшают число витков первичной обмотки.

Разность витков Δw определяется по формуле

где w – полное число первичной обмотки.

Принимаем значение витковой коррекции Δ%=1,7 .

Погрешность напряжения с учетом коррекции рассчитываем по формуле

.

Полученные значения погрешности с учетом коррекции заносим в таблицу 3.

Рис.5 Зависимость погрешности напряжения от загрузки ТН при витковой коррекции 2,6

Вывод: с помощью витковой коррекции невозможно добиться соблюдения ГОСТ 1983-89 (наибольшая погрешность в напряжении +0,5 %; наибольшая угловая погрешность 20 мин.) т.к. при увеличении нагрузки от 0,25S до S погрешность напряжения изменяется на 1,65%, т.е. график погрешности имеет излишне высокий угловой коэффициент. Следовательно, класс точности данного трансформатора напряжения не равен 0,5 и его нельзя использовать в системах учета электроэнергии.

Изучаемый трансформатор напряжения имеет класс точности 1 по ГОСТ 1983-89. К нему можно подключать к щитовые измерительные приборы а так же применять его в некоторых видах релейной защиты.