Das Wesentliche an MV / HV Magnetspannungswandlern

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Magnetische Spannungswandler

Magnetische Spannungswandler werden verwendet , um ein sekundäres Signal zu liefern, das proportional zum tatsächlich vorherrschenden primären Wert ist . Diese Signale dienen zur Versorgung von Messgeräten, Zählern, Relais und ähnlichen Geräten.

Funktionsprinzip und Anschlüsse von magnetischen Spannungswandlern (Foto: ABB)

Die gemessenen Primärwerte sind Systemströme und -spannungen. Das verfügbare Sekundärsignal muss folgende Kriterien erfüllen:

  1. Standardisierter Nennwert
  2. Minimale Verhältnis- und Phasenverschiebungsfehler
  3. Fähigkeit, den von den sekundären Schutz- und Messgeräten benötigten Strom zu liefern
  4. Notwendiges Isolationsniveau gegen die Primärkreise
  5. Vorhersehbare Leistung unter normalen Systembedingungen und speziell unter abnormalen Bedingungen

Die Primärwicklung wird zu jedem Zeitpunkt von der tatsächlichen Netzspannung beeinflusst. Dieser Primärspannungswert wird dann basierend auf dem Nennspannungstransformationsverhältnis des Spannungswandlers in einen Sekundärspannungswert umgewandelt.

Die am häufigsten verwendete Verbindung des Spannungswandlers ist zwischen jeder Phase und der Masse getrennt (einpolig), daher ist der gemessene Wert der Phase-Erde-Spannungswert.

In bestimmten Anwendungen wird auch die Verbindung zwischen Phasen (zweipolig) verwendet. Die dritte Variante wäre eine dreiphasige Einheit, bei der die dreiphasigen Einheiten in einem physischen Gehäuse angeordnet sind und die Phasen sternförmig mit der Erde verbunden sind.

Wie bei den Stromwandlern wird eine Anzahl von separaten Sekundärkernen für Mess- und Schutzzwecke verwendet . Es ist auch möglich, einen Kern für Messung und Schutz zu verwenden.

Abbildung 1 - Darstellung eines einpoligen (links) Spannungswandlers mit zwei Sekundärkernen und einem zweipoligen (rechts) mit einem Sekundärkern

Anders als bei Stromtransformatoren sind die Spannungswandler normalerweise für ein festes Übersetzungsverhältnis ausgelegt, und spezielle Designs mit Doppeltransformationsverhältnissen können basierend auf den individuellen Anwendungsanforderungen eingesetzt werden.

Die bewerteten sekundären Wechselspannungspegel sind normalerweise entweder 100 V oder 110 V, obwohl auch andere existieren, hauptsächlich in Ländern, die dem ANSI-Standard unterliegen.

Der gebräuchlichste Typ eines Spannungswandlers auf der Verteilerseite ist ein Satz von drei einpoligen, mit zwei getrennten Kernen, nämlich der Stern-Anschluss für Messzwecke und der Bruch-Dreieck-Anschluss für die Restspannungsmessung.

Abbildung 2 - Ein Satz von drei einpoligen VTs mit zwei Sekundärkernen

Die Sekundärkreise eines Spannungswandlers müssen mit Sicherungen oder Leitungsschutzschaltern abgesichert werden. Diese Schutzvorrichtungen sollten so nah wie möglich an den Spannungswandlern montiert werden.

Wenn ein Lastwiderstand zum Dämpfen der durch das Ferroresonanzphänomen verursachten Oszillation an den offenen Dreieckskern des Spannungswandlers angeschlossen ist, muss der Widerstand mit der Spannungstransformatorseite der Sekundärkreisschutzvorrichtung verbunden werden.

Das Ferroresonanzphänomen beruht auf dem Resonanzkreis, der durch die einpolige VT-Induktivität gegen Erde und die ungeerdete Systemkapazität gegen Erde gebildet wird . Dieser Resonanzkreis kann Schwingungen verursachen, die zu einer Erwärmung und schließlich zu einer Beschädigung der Spannungswandler führen. Um diese Schwingungen zu dämpfen, ist ein Lastwiderstand über die offene Dreieckswicklung geschaltet.

Diese Probleme treten am ehesten in nicht geerdeten Systemen mit minimaler Zuleitungslänge auf.

66 kV ölisolierte einpolige magnetische Außenspannung VT

Abbildung 3 - Ein 66-kV-ölisolierter einpoliger Magnetspannungstransformator für Außenanwendungen

Woher:

  1. Primäres Terminal
  2. Ölstandsschauglas
  3. Öl
  4. Quarzfüllung
  5. Isolator
  6. Hebeöse
  7. Sekundärer Anschlusskasten
  8. Neutral und terminal
  9. Erweiterungssystem
  10. Papierisolierung
  11. Panzer
  12. PrimärwicklungGrundverbindung

12-kV-Epoxidharzverkapselter einpoliger magnetischer VT

Abbildung 4 - Ein einpoliger magnetischer Spannungswandler für Innenkaskaden mit 12 kV

Woher:

  1. Mittelspannungsanschlüsse
  2. Primärspule
  3. Magnetkreis
  4. Sekundärwicklung
  5. Epoxy Körper
  6. Sekundäre Steckdosen
  7. Grundplatte
  8. Abdeckung der Sekundäranschlüsse für die Abdichtung der Ausgänge
  9. Typenschild

Bei einem idealen Spannungswandler ist das Verhältnis zwischen der Primär- und Sekundärspannung immer gleich dem Verhältnis zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung.

Abbildung 5 - Prinzipdarstellung eines magnetischen Spannungswandlers

Das Verhalten von Spannungswandlern und die Konformität zu grundlegenden elektrischen Gesetzmäßigkeiten kann durch die Verwendung der folgenden Ersatzschaltung nachgewiesen werden .

Abbildung 6 - Ersatzschaltung eines magnetischen Spannungswandlers

Aus der obigen äquivalenten Schaltung ist ersichtlich, dass bei einem nicht idealen Transformator immer einige Fehler in der Messung enthalten sind. Diese Fehler werden hauptsächlich durch den Erregerstrom (I 0 ) und den Laststrom (I 2 ) verursacht, der sowohl Verhältnisfehler als auch Winkelfehler zwischen der reduzierten Primärspannung und der tatsächlichen Sekundärspannung einführt.

Die detaillierten Kerndaten beschreiben die Kernleistung in Bezug auf die beabsichtigte Anwendung. Diese Daten können nach den Richtlinien eines der verschiedenen internationalen Standards wie IEC, British Standards oder IEEE ausgedrückt werden. Das Folgende basiert auf den von IEC zur Verfügung gestellten Standards.

Das Problem wird anhand eines Beispiels angegangen. Es wird hier angenommen, dass ein dreiphasiger Satz eines einpoligen Spannungswandlers mit den nachstehend gezeigten Datenetiketten für die Energiemessung und den Restüberspannungsschutz verwendet wird.

Beispiel für das Lesen von Spannungswandlerdaten

Werfen wir einen Blick auf dieses Beispiel von VT:

  • 6600: √3 / 100: √3 / 100: 3V
  • a - n 30 VA Cl.0.5
  • da - dn 100VA cl.6P 50Hz 400VA
  • 7, 2 / 20/60 kV
  • 1.9xUn 8h

6600: √3 / 100: √3 / 100: 3V

Diese Werte bestimmen das Nennspannungsverhältnis. Der Spannungswandler ist ein einpoliger Spannungswandler, der für die Messung der Leiter-Erde-Spannung vorgesehen ist. Die Nennspannung beträgt 6600: √3V und die Sekundärnennspannungen betragen 100: √3V und 100: 3V .

Der erste sekundäre Kern ist für eine Sternverbindung vorgesehen, die das Phase-Erde-Spannungssignal auf 100: √3V (ungefähr 57, 7V) -Basen ausgibt . Der zweite Sekundärkern ist für eine Restspannungsmessung unter Verwendung von Open-Delta-Verbindungen auf 100: 3 V (etwa 33, 3 V) ausgelegt .

Unter Voll (Fehlersimpedanz ist Null) Erdfehlersituation in ungeerdeten Systemen würde der gemessene Wert von einer offenen Dreieckschaltung ungefähr 100 V betragen .

a - n 30 VA Cl.0.5

Die Kennzeichnung a - n 30VA Cl.0.5 sind die detaillierten Daten für den ersten Sekundärkern, der für die Messung bestimmt ist . Die bewertete Sekundärlast beträgt 30 VA und die Genauigkeitsklasse beträgt 0, 5.

Die Markierungen "a" und "n" beziehen sich auf die Sekundäranschlussmarkierungen am sekundären Anschlusskasten des Spannungswandlers. Um die angegebene Genauigkeitsklasse zu erfüllen, muss der Spannungswandler bestimmte Anforderungen bezüglich Spannungs- und Phasenverschiebungsfehlern erfüllen, wie unten gezeigt.

Diese Grenzwerte gelten für die Sekundärlasten zwischen 25-100% der Bemessungslast.

Abbildung 7 - Spannungswandler-Messanforderungen für die Klassen 0, 5 und 0, 2 gemäß IEC-Normen. Aufgezeichnete Linien zeigen das Verhalten des Transformators, der im obigen Beispiel verwendet wurde

da - dn 100VA cl.6P

Die Kennzeichnung da - dva 100VA cl.6P ist die Detaildaten für den zweiten zu schützenden Kern. Die bewertete Sekundärlast beträgt 100 VA und die Genauigkeitsklasse beträgt 6P.

Die Markierungen "da" und "dn" beziehen sich auf die Sekundäranschlussmarkierungen am sekundären Anschlusskasten des Spannungswandlers. Um die angegebene Genauigkeitsklasse zu erfüllen, muss der Spannungswandler bestimmte Anforderungen bezüglich Spannungs- und Phasenverschiebungsfehlern erfüllen, wie unten gezeigt.

Diese Grenzwerte gelten für die Sekundärlasten zwischen 25-100% der Bemessungslast. Wenn die Sekundärwicklung mit offenem Dreieck nur für den Ferroresonanz-Dämpfungswiderstand verwendet wird, muss sie nicht den Genauigkeitsanforderungen entsprechen.

Genauigkeitsanforderungen der Schutzklassen der Spannungswandler

SchutzklasseSpannungsfehler ±%Phasenverschiebung ± min.
3P3.0120
6P6.0240

50 Hz 400 VA

Die Nennfrequenz der Spannungswandler beträgt (50 Hz). Die angegebene thermische Begrenzungsleistung beträgt 400 VA. Dies bezieht sich auf einen Scheinleistungswert bei der Sekundärnennspannung, der von einer Sekundärwicklung unter Nennspannung der Primärspannung entnommen werden kann, ohne die Grenze des Temperaturanstiegs zu überschreiten (Klassen, die durch die Norm spezifiziert sind).

In diesem Zustand können die Fehlergrenzen überschritten werden. Wenn der Spannungswandler mehr als eine Sekundärwicklung hat, ist dieser Wert zusätzlich zu den spezifischen Daten des Sekundärkerns separat anzugeben.

7, 2 / 20/60 kV

7, 2 kV ist die höchste Spannung für das Gerät (RMS-Wert). 20 kV ist die Nennspannungsfestigkeit (RMS-Testwert). 60 kV ist die Bemessungsblitzstoßfestigkeit (Spitzenprüfwert).

1.9xUn 8h

Der Nennspannungsfaktor (1, 9) ist das Vielfache der Nennprimärspannung zur Bestimmung der maximalen Spannung, bei der der Transformator die relevanten thermischen Anforderungen und die angegebenen Genauigkeitsanforderungen für eine spezifizierte (8 h) Nennzeit erfüllen muss . Der Spannungsfaktor wird durch die maximale Betriebsspannung in einem spezifischen System bestimmt.

Die maximale Betriebsspannung wird andererseits durch die primären Wicklungsanschlüsse der Spannungswandler und die Systemerdung beeinflusst.

Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeiten.

Standardwerte der Nennspannungsfaktoren und Nennzeiten nach IEC

Referenz // Handbuch zur Vertriebsautomatisierung - Elemente der Energieverteilungssysteme von ABB

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