11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия. Трансформатор напряжения это
устройство, классификация, принцип работы, видео
Трансформатор напряжения – это один из видов трансформаторов, который еще называют измерительным, предназначеннный для отделения первичных цепей высокого и сверх высокого напряжений и цепей измерений, РЗ и А. Также их используют для понижения высоких напряжений (110, 10 и 6 кВ) до стандартных нормируемых величин напряжений вторичных обмоток – 100 либо 100/√3.
Помимо этого, применение трансформаторов напряжение в электроустановках позволяет изолировать маломощные низковольтные измерительные приборы и устройства, что удешевляет стоимость и позволяет использовать более простое оборудование, а также обеспечивает безопасность обслуживания электроустановок.
Трансформаторы напряжения нашли широкое применение в силовых электроустановках высокого напряжения
От точности их работы зависит правильность коммерческого учета электроэнергии, селективность действия устройств РЗ и противоаварийной автоматики, также они служат для синхронизации и питания автоматики релейной защиты ЛЭП от коротких замыканий, и др.
Устройство и принцип работы ТН
Измерительный трансформатор конструктивно практически не отличается от стандартных силовых трансформаторов. Он состоит из обмоток: первичной и одной либо нескольких вторичных и стального сердечника, набранного листами электротехнической стали. Первичная обмотка имеет большее количество витков, в сравнении со вторичной. На первичную — подается напряжение, которое требуется измерить, а ко вторичным — подключаются ваттметр и пр. измерительные аппараты. Поскольку ваттметр имеет значительное сопротивление, то по вторичной принято считать, что протекает малый ток. Поэтому полагают, что измерительный трансформатор напряжения функционирует в режимах близких к холостому ходу.
Такие трансформаторы оснащают разъемами для подключения: первичная обмотка присоединяется к цепям силового напряжения, а ко вторичной могут подключены — реле, обмотки вольтметра или ваттметра и пр. приборы. Принцип действия у них аналогичен силовому трансформатору: трансформирование напряжения в измерительном трансформаторе производится переменным магнитным полем.
Интересное видео о работе и принципе устройста трансформаторов тока смотрите ниже:
Потери намагничивания обуславливают некоторую погрешность в классах точности.
Погрешность определяется:
Конструкцией предусматривается компенсация погрешности по напряжению благодаря уменьшению количества витков первичной обмотки, устранению угловой погрешности с помощью компенсирующих обмоток.
Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:
По количеству фаз:
однофазные;
трехфазные.
По числу обмоток:
2-х-обмоточные;
3-х-обмоточные.
По способу действия системы охлаждения:
электрические устройства с масляным охлаждением;
электрические устройства с воздушной системой охлаждения ( с литой изоляцией либо сухие).
По способу установки и размещения:
для наружной установки;
для внутренней;
для комплектных РУ.
По классу точности: по нормируемым величинам погрешностей.
Виды трансформаторов напряжения
Рассмотрим несколько трансфомраторов напряжения разных производителей:
Трансформатор напряжения ЗНОЛ-НТЗ-35-IV-11
Производиель — Невский трансформаторный завод «Волхов».
Назначение и область применение ЗНОЛ-НТЗ
Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.
Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий.Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.
Ещё одно интересное видео о работе трансформаторов тока:
Трехфазная антирезонансная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛПМ(И)
Производитель «Свердловский завод трансформаторов тока»
Назначение 3хЗНОЛПМ(И)
Трансформаторы предназначены для установки в комплектные устройства (КРУ), токопроводы и служат для питания цепей измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц в сетях с изолированной нейтралью.
Трансформаторы изготавливаются в климатическом исполнении «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ 15150.
Рабочее положение — любое.
Расположение первичного вывода возможно как с лицевой так и с тыльной стороны трансформатора.
Трехфазная группа может комплектоваться в 4-ех вариантах:
из трех трансформаторов ЗНОЛПМ — 3хЗНОЛПМ-6 и 3хЗНОЛПМ-10;
из трех трансформаторов ЗНОЛПМИ — 3хЗНОЛПМИ-6 и 3хЗНОЛПМИ-10;
из одного трансформатора ЗНОЛПМ (устанавливается по середине) и двух трансформаторов ЗНОЛПМИ (устанавливаются по краям) — 3хЗНОЛПМ(1)-6 и 3хЗНОЛПМ(1)-10;
из двух трансформаторов ЗНОЛПМ (устанавливаются по краям) и одного трансформатора ЗНОЛПМИ (устанавливается по середине) — 3хЗНОЛПМ(2)-6 и 3хЗНОЛПМ(2)-10.
Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополниетльные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4А.
Внимание! При заказе трансформаторов напряжения для АИСКУЭ обязательно заполнение опросного листа.
Гарантийный срок эксплуатации — 5 (пять) лет со дня ввода трансформатора в эксплуатацию, но не более 5,5 лет с момента отгрузки с завода-изготовителя.
Срок службы — 30 лет.
НАМИТ-10-2
Производитель ОАО «Самарский Трансформатор»
Назначение и область применения
Трансформатор напряжения НАМИТ-10-2 УХЛ2 трехфазный масляный антирезонансный является масштабным преобразователем и предназначен для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учёта, защиты и сигнализации в сетях 6 и 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземлённой через дугогасящий реактор. Трансформатор устанавливается в шкафах КРУ(Н) и в закрытых РУ промышленных предприятий
Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 6 или 10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 7,2 или 12
Номинальное напряжение основной вторичной обмотки (между фазами), В — 100 (110)
Ннапряжение дополнительной вторичной обмотки (аД — хД), не более, В — 3
Класс точности основной вторичной обмотки — 0,2/0,5
Рисунок — Габаритные размеры и схема подключения
pue8.ru
Для чего нужен трансформатор напряжения
Измерительные трансформаторы напряжения
Назначение и принцип действия трансформатора напряжения
Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.
Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.
Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.
Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.
Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.
Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.
На рис. 1,а показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение U1, а на напряжение вторичной обмотки U2 включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.
Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения Кн = U1 ном / U2 ном
Рис. 1. Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а — схема, б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений
При работе трансформа тора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе, как показано на рис. 1,6, и отношение их величин равно K н. При коэффициенте трансформации K н=1 напряжение U 2 =U 1 (рис. 1,в).
Измерительные трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, кроме питания измерительных приборов и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.
Схема трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками показана на рис. 2,а. Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд.
На рис. 2,6 приведена схема включения трех таких трансформаторов напряжения в трехфазной сети. Первичные и основные вторичные обмотки соединены в звезду. Нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и реле от основных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них на устройства сигнализации или защиты подается сумма фазных напряжений всех трех фаз.
При нормальной работе сети, в которой включен трансформатор напряжения, эта векторная сумма равна нулю. Это видно из векторных диаграмм рис. 2,в, где Uа, Vв и Uc — векторы фазных напряжений, приложенных к первичным обмоткам, a Uaд, У b д и Ucд — векторы напряжений первичной н вторичной дополнительной обмотки. напряжений на вторичных дополнительных обмотках, совпадающие по направлению с векторами на соответствующих первичных обмотках (так же, как на рис. 1,в).
Рис. 2. Трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками. а — схема; б — включение в трехфазную цепь; в — векторная диаграмма
Сумма векторов Uaд, U b д и Ucд получена путем их совмещения соответственно схеме соединения дополнительных обмоток, при этом принималось, что стрелки векторов как первичных, так и вторичных напряжений соответствуют началам обмоток трансформатора.
Результирующее напряжение 3U0 между концом обмотки фазы С и началом обмотки фазы А па диаграмме равно нулю.
В действительных условиях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно малое напряжение небаланса, не превышающее 2 — 3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и небольшим отклонением формы их кривой от синусоиды.
Напряжение, обеспечивающее надежную работу реле, приключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Так как замыкания на землю связаны с прохождением тока через нейтраль, появляющееся при этом напряжение на выходе разомкнутого треугольника согласно методу симметричных составляющих называют напряжением нулевой последовательности и обозначают 3U0. В этом обозначении цифра 3 указывает, что напряжение в данной цепи является суммарным для трех фаз. Обозначение 3U0 применяется также и для выходной цепи разомкнутого треугольника, подаваемой на реле сигнализации или защиты (рис. 2,6).
Рис. 3. Векторные диаграммы напряжений первичной и вторичной дополнительной обмоток при однофазном замыкании на землю: а — в сети с заземленной нейтралью, б — в сети с изолированной нейтралью.
Наибольшее значение напряжение 3U0 имеет при однофазном замыкании на землю. При этом следует иметь в виду, что максимальная величина напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью значительно, больше, чем в сети с заземленной нейтралью.
Простейшая схема с использованием одного однофазного трансформатора напряжения. показанная на рис. 1,а, применяется в пусковых шкафах двигателей и на переключательных пунктах 6 — 10 кВ для включения вольтметра и реле напряжения устройства АВР.
На рис.4 приведены схемы включения однофазных трансформаторов напряжения с одной обмоткой для питания трехфазных вторичных цепей. Группа из трех соединенных по схеме звезда — звезда однофазных трансформаторов, показанная на рис. 4,а, применяется для питания измерительных приборов, счетчиков и вольтметров контроля изоляции в электроустановках 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью и неразветвленной сетью, где не требуется сигнализация возникновения однофазных замыканий на землю.
Для обнаружения «земли» по этим вольтметрам они должны показывать величины первичных напряжений между фазами и землей (см. векторную диаграмму на рис. 3,6). Для этого нуль обмоток ВН заземляется и вольтметры включаются на вторичные фазные напряжения.
Так как при однофазных замыканиях на землю трансформаторы напряжения могут длительно находиться под линейным напряжением, их номинальное напряжение должно соответствовать первичному междуфазному напряжению. Вследствие этого в нормальном режиме при работе под фазным напряжением мощность каждого трансформатора, а следовательно, и всей группы понижается в √ 3 раз. Поскольку в схеме заземлен нуль вторичных обмоток, предохранители во вторичной цепи установлены во всех трех фазах.
Рис. 4. Схемы включения однофазных измерительных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой: а — схема звезда — звезда для электроустановок 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью, б — схема открытого треугольника для электроустановок 0,38 — 10 кВ, в — то же для электроустановок 6 — 35 кВ, г — включение трансформаторов напряжения 6 -18 кВ по схеме треугольник — звезда для питания устройств АРВ синхронных машин.
На рис. 4, 6 и в трансформаторы напряжения, предназначенные для питания измерительных приборов, счетчиков и реле, включаемых на междуфазные напряжения, включены по схеме открытого треугольника. Эта схема обеспечивает симметричные междуфазные напряжения Uab. Ubc, U c a при работе трансформаторов напряжения в любом классе точности.
Особенность схемы открытого треугольника это недоиспользование мощности трансформаторов, так как мощность такой группы из двух трансформаторов меньше мощности группы из трех соединенных в полный треугольник трансформаторов не в 1,5 раза, а в √ 3 раз.
Схема рис.4,б применяется для питания неразветвленных цепей напряжения электроустановок 0,38 -10 к В. что позволяет устанавливать заземление вторичных цепей непосредственно у трансформатора напряжения.
Во вторичных цепях схемы, показанной на рис. 4,в, вместо предохранителей установлен двухполюсный автомат, при срабатывании которого блок-контакт замыкает цепь сигнала » обрыв напряжения «. Заземление вторичных обмоток выполнено на щите в фазе B, которая дополнительно заземлена непосредственно у трансформатора напряжения через пробивной предохранитель. Рубильник обеспечивает отключение вторичных цепей от трансформатора напряжения с видимым разрывом. Эта схема применяется в электроустановках 6 — 35 кв при питании разветвленных вторичных цепей от двух и более трансформаторов напряжения.
На рис. 4 ,г трансформаторы напряжения включены по схеме треугольник — звезда, обеспечивающей вторичное линейное напряжение U = 173 В. что необходимо для питания устройств автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов. С целью повышения надежности работы АРВ предохранители во вторичных цепях не устанавливаются, что допускается ПУЭ для неразветвленных цепей напряжения.
Статьи и схемы
Полезное для электрика
Трансформаторы напряжения
5.2.1. Общие сведения Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же, для приведения величины напряжения к уровню удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). ТН работают в режиме близком к холостому ходу. Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору.
Как показано на рис. 4.8, трансформатор напряжения TV состоит из стального сердечника (магнитопровода) С, собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток — первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.
Первичная обмотка w1. имеющая большое число витков (несколько тысяч) тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке w2 имеющей меньшее количество витков (несколько сотен), подключаются параллельно реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС Е, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на ее зажимах U2x
Напряжение U2x во столько раз меньше первичного напряжения U1 , во сколько раз число витков вторичной обмотки w2 меньше числа витков первичной обмотки w1 ,
Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается
Если ко вторичной обмотке ТН подключена нагрузка в виде реле и приборов, то напряжение на ее зажимах U2 будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчет первичного напряжения на вторичное производится по формулам:
Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки — А, конец — X; начало основной вторичной обмотки — а, конец — х, начало дополнительной вторичной обмотки – aд. конец — хд .
На рис. 4.10 и 4.11 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН.
На рис. 4.10, а дана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения.
На рис. 4.10, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.
На рис. 4.10, е приведена схема соединения трех ТН в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.
На рис. 4.10, г приведена схема соединения трех ТН треугольник- звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное — 173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.
На рис. 4.11 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки.
Рис.4.11 Схема соединения обмоток ТН с двумя вторичными обмотками
Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т.е. так же как в рассмотренной выше схеме на рис. 4.10, в Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов, и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как известно, сумма трех фазных напряжении в нормальном режиме, а также при двух-трехфазных КЗ равна нулю. Поэтому, в указанных условиях напряжение между точками О1 —02 на рис. 4.11 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.
В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежденных фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например 6000/100/3 В.
Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 4.10, в и г) или один из фазных проводов — как правило, фазы «В» — для удобства проверки правильности включения электросчетчиков (рис. 4.10, а и б, 4.11). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников) переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и т. д.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм 2 (по меди).
Для защиты трансформаторов напряжения со стороны ВН обычно используются высоковольтные предохранители (например, ПКТ-10, ПКТ-35). Для защиты вторичных обмоток трансформаторов напряжения от перегрузок и КЗ применяются автоматические выключатели. В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда емкость, какой либо фазы в сети компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину ЗUф . Такое явление может произойти при малой емкости сети — подаче напряжения на холостые шины, или в случае, если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км, а воздушных линий меньше 60 км.
Трансформаторы напряжения типа НАМИ-10, благодаря антирезонансным свойствам, обусловленным особенностью конструкции, имеют повышенную (по сравнению с НТМИ-10) надежность и устойчивость к перемежающимся дуговым замыканиям на землю.
Недавно начат выпуск принципиально новых, не имеющих аналогов трехфазных трансформаторов напряжения HTM(i), предназначенных для использования в сети 6-35кВ с изолированной нейтралью (на смену НТМИ, ЗНОМ, НАМИ). В трансформаторе HTM(i) обметки соединены по схеме «открытый треугольник/треугольник», чем устраняется основная причина повреждений ТН при любых видах замыканий на землю. Для контроля изоляции сети в HTM(i) использован блок с трехфазным резистивным делителем, включенным между фазами сети и землей, HTM(i) обеспечивают повышение достоверности учета электроэнергии как в нормальном режиме, так и при длительных однофазных замыканиях на землю. Контроль замыкания на землю имеет чувствительность на уровне 10% от Uф. АО «Самарский трансформатор» разработан специальный антирезонансный трансформатор НАМИТ-6(10)-2. В этом трансформаторе на общем магнитопроводе намотаны дополнительные первичная и вторичная обметки нулевой последовательности (ТНП). Первичная обмотка включается между нейтралью ТН и землей. Вторичная дополнительная обмотка выводится отдельно. При замыкании выводов вторичной дополнительной обмотки, первичная работает в короткозамкнутом режиме, и не влияет на процессы в сети.
В первую очередь необходимо разобраться: трансформатор напряжения — что это такое. Это особое устройство, которое необходимо для образования гальванической развязки. Иными словами, без прямого контакта с помощью данного устройства соединяются цепи высокого и низкого напряжения. С помощью него можно удешевить эксплуатацию оборудования, а также сделать его надежнее и проще в работе одновременно. Также необходим трансформатор для того, чтобы обеспечить безопасность.
Чаще всего подобный агрегат работает на холостом ходу. Он не предназначен для огромных потоков мощности и их преобразования, а всего лишь правильно соединяет вторичные обмотки в любых электрических системах. Это простое действие дает серьезный результат. Оно достаточно сильно может понизить или повысить напряжение в зависимости от того, что необходимо в данный момент.
Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения обслуживания трансформаторных подстанций, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!
Если хотите заказать обслуживание трансформаторных подстанций или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .
Принцип действия ↑
В основе лежит тот же принцип, что и в обычном понижающем трансформаторе. В центре располагается листовой сердечник с обмоткой. Сделан он по максимально точным, выверенным расчетам, с многослойными металлами и слюдой, а также с учетом того, что в результате получается правильная амплитуда и угол. Тщательно продуманная конструкция необходима для того, чтобы без лишних проблем подключить к сети абсолютно любой прибор. Трансформатор обязан нормализовать напряжение: он «играет» с этой величиной так, как это необходимо в данный момент, выставляя свой личный коэффициент, независимо от начальных данных.
Наиболее популярным сегодня становится трехфазный трансформатор. Основной принцип его действия заключается в том, что чем ближе действие к холостому ходу, на котором чаще всего и работает подобное устройство, тем коэффициент трансформации все ближе к номинальному значению. Таким образом, получается, что наиболее эффективен подобный трансформатор именно на холостом ходу, как бы странно это не звучало. Это помогает прибору работать максимально безопасно и стабильно, практически полностью исключая любые непредвиденные поломки.
Необходимо правильно настроить это устройство, потому что трансформатор может работать одновременно в нескольких классах точности. А именно в половину, единицу, а также в три единицы измерения.
Следует подумать и о мерах безопасности. Это означает — прежде всего — высокое качество самого прибора. Трансформатор «из Китая» или же самодельный совершенно необязательно будет четко выполнять свои функции, более того — иногда может произойти самовозгорание.
Предназначение ↑
Чтобы четко понять, что же представляет из себя трансформатор напряжения, необходимо рассмотреть его назначение.
Основная особенность данной техники в том, что она легко преобразует низкое напряжение в высокое или наоборот — в зависимости от вида и настройки конкретного аппарата. В повседневной жизни это отличные предохранители.
Именно с помощью трансформаторов каждое устройство получает необходимое напряжение, будь то болгарка или же простой кипятильник. Аналогично работает техника и в промышленных масштабах, когда разница становится еще более значительной.
Виды ↑
На самом деле трансформаторов напряжения достаточно много. Каждый из них может пригодиться в определенной ситуации. Потому необходимо тщательно рассмотреть все характеристики, положительные и отрицательные стороны, чтобы понять, для чего нужен трансформатор напряжения конкретного типа. Они отличаются, прежде всего, конструкцией: именно она накладывает определенные особенности на эксплуатацию.
Заземляемый
Этот трансформатор напряжения представляет собой однофазное или трехфазное устройство. Обязательно один его конец должен быть заземлен, именно поэтому он и получил подобное название. В землю уходит нейтраль первичной обмотки.
Наземляемый
Этот вариант трансформатора не нуждается в заземлении. Вся его конструкция находится на поверхности. Обязательно должны быть изолированы все уровни, особенно это касается зажимов. В зависимости от уровня напряжения необходимо поднимать некоторые части на определенную высоту.
Трансформатор здесь состоит из первичной обмотки, которая строго разделена на несколько секций. Они располагаются на разном уровне от земли и имеют вид каскада. Соединены между собой все эти части с помощью дополнительных связующих обмоток.
Подобный трансформатор имеет дополнительную деталь — емкостный делитель, из-за него и появилось название.
Двухобмоточный
Помимо первичной обмотки, здесь имеется и вторичная.
Трехобмоточный
Подобная модель трансформатора мало отличается от предыдущей, но вторичных обмоток две.
Каждый тип создан специально для определенной ситуации. В случае необходимости можно любой трансформатор приспособить под определенную электрическую систему, но лучше всего следовать рекомендациям, которые гарантируют полноценную и стабильную работу с минимальными затратами ресурсов.
11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия.
Трансформаторы напряжения предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю.
Классификация трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения различаются:
По числу фаз – однофазные и трёхфазные; По числу обмоток – двухобмоточные и трёхобмоточные;
По классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешностей – согласно таблице 2.3;
По способу охлаждения:
трансформаторы с масляным охлаждением (масляные); трансформаторы с естественным
воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).
По роду установки:
для внутренней установки; для наружной установки.
Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.
Устройство и принцип действия трансформатора напряжения
Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рисунке 2.14.
Первичная обмотка W1, имеющая очень большое число витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W2, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле:
Рисунок 2.14 – Устройство и схема включения ТН.
Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э.д.с. Е, равную при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) напряжению на её зажимах U2хх.
Напряжение U2хх, меньше первичного напряжения U1 во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W2 меньше числа витков первичной обмотки W1:;
Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается nн:
; Следовательно, можно записать:
Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах
U2 будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако
это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда: U1 = U2nн и ;
В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в
числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное
напряжение. Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х;
начало дополнительной обмотки aд, конец – xд.
12. Схемы соединения трансформаторов напряжения.
Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.
На рисунке 2.16 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.
Рисунок 2.16 – Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой.
На рисунке а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.
Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.
На рисунке б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник (или неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.
На рисунке в) приведена схема соединения трёх однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.
Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рисунке г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное
На рисунке д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый (не замкнутый) треугольник. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:
;
Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то
В нормальных режимах и при к.з. без земли Up=0, т.к. векторы напряжений не содержат нулевой последовательности.
При к.з. на землю в сетях с заземлённой нейтралью и при замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю за счёт появления напряжения нулевой последовательности. На зажимах разомкнутого треугольника появится напряжение нулевой последовательности 3U0.
Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.
Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U0 является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U0. Их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.
На рисунке 2.17 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к.з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).
Рисунок 2.17 – Схема соединений обмоток ТН с двумя вторичными обмотками.
Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.
Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.
При однофазном.к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.
При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, . Следует иметь в виду, чтопри включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазном.к.з или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.
Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитным – обеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.
Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.
Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.
Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.
studfiles.net
Трансформатор напряжения — WiKi
Антирезонансный трансформатор напряжения Трансформаторы напряжения для высоковольтных сетей
Трансформа́тор напряже́ния — одна из разновидностей трансформатора, предназначенная не для преобразования электрической мощности для питания различных устройств, а для гальванической развязки цепей высокого напряжения (6 кВ и выше) от низкого (обычно 100 В) напряжения вторичных обмоток.
Используется в измерительных цепях, преобразуя высокое напряжение линий электропередач генераторов в удобное для измерения низковольтное напряжение.
Кроме того, применение трансформатора напряжения позволяет изолировать низковольтные измерительные цепи защиты, измерения и управления от высокого напряжения, что, в свою очередь, позволяет использовать более дешёвое оборудование в низковольтных сетях и удешевляет их изоляцию.
Так как трансформатор напряжения не предназначен для передачи через него мощности, основной режим работы трансформатора напряжения — режим холостого хода.
Принцип действия
Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения мало отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. В результате изготовления должен быть достигнут необходимый класс точности: по амплитуде и углу. Трехфазные трансформаторы напряжения с выведенными нулевыми выводами выполняются на пятистержневом магнитопроводе, чтобы при коротком замыкании на стороне высокого напряжения суммарный магнитный поток замыкался по стали сердечника (при замыкании по воздуху возникает большой ток, приводящий к перегреву трансформатора). Трёхфазные трансформаторы с трёхстрежневым магнитопроводом исходя из вышеуказанных причин не имеют внешних нулевых выводов и не применяются для регистрации «замыканий на землю». Чем меньше нагружена вторичная обмотка трансформатора напряжения (то есть чем ближе режим к режиму холостого хода либо, другими словами, чем больше сопротивление цепи вторичной обмотки), тем фактический коэффициент трансформации Кт ближе к номинальному значению. Это особенно важно при подключении ко вторичной цепи измерительных приборов, так как коэффициент трансформации влияет на точность измерений. В зависимости от нагрузки один и тот же трансформатор напряжения может работать в разных классах точности: 0,5; 1; 3.
Виды трансформаторов напряжения
Заземляемый трансформатор напряжения — однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть наглухо заземлён, или трёхфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть наглухо заземлена (трансформатор с ослабленной изоляцией одного из выводов — однофазный ТН типа ЗНОМ или трёхфазные ТН типа НТМИ и НАМИ).
Незаземляемый трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения.
Каскадный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединённых секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток.
Двухобмоточный трансформатор — трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку напряжения.
Трёхобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.
Применение
При наличии нескольких вторичных обмоток в трехфазной системе основные соединяются «в звезду», образуя выходы фазных напряжений a, b, c и общую нулевую точку о, которая обязательно должна заземляться для предотвращения последствий пробоя изоляции со стороны первичной обмотки (на практике чаще всего заземляется фаза «b» обмотки НН трансформатора напряжения). Дополнительные обмотки обычно соединяются по схеме «разомкнутый треугольник» с целью контроля напряжения нулевой последовательности. В нормальном режиме это напряжение находится в пределах 1-3 В за счет погрешности обмоток, резко возрастая при аварийных ситуациях в цепях высокого напряжения, что дает возможность простого подключения быстродействующих устройств релейной защиты и автоматики (для цепей с изолированной нейтралью — обычно на сигнал). Для регистрации земли в сети необходимо заземление нулевого вывода обмотки ВН трансформатора напряжения (для прохождения гармоник нулевой последовательности).
Особенности работы трансформаторов напряжения регламентируются главой 1.5 Правил устройства электроустановок. Так, нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов, к которым присоединяются счетчики, не должна превышать номинальных значений. Сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25 % номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5 % при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Для обеспечения этого требования допускается применение отдельных кабелей от трансформаторов напряжения до счетчиков. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до счетчиков технического учета должны составлять не более 1,5 % номинального напряжения.
Особенности работы ТН в сетях с изолированной и заземлённой нейтралями
В сетях с заземлённой нейтралью при замыкании на землю напряжение повреждённой фазы около места замыкания уменьшается до нуля, вектор 3U0{\displaystyle 3U_{0}} получается сложением векторов фазных напряжений (сложение фазных векторов, расположенных 120° относительно друг от друга), и следовательно напряжение 3U0{\displaystyle 3U_{0}} возрастает до фазного напряжения.
В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю все фазные напряжения (относительно нулевой точки) остаются без изменения, но относительно земли фазные напряжения увеличиваются до линейного, при этом трансформируясь во вторичную обмотку (при обязательном заземлении нулевой точки первичной обмотки ТН) они геометрически суммируются. При этом вектора этих напряжений расположены друг относительно друга на 60°, то 3U0=3Ub=3Uc{\displaystyle 3U_{0}={\sqrt {3}}U_{b}={\sqrt {3}}U_{c}} , где Ub{\displaystyle U_{b}} ,Uc{\displaystyle U_{c}} — напряжения неповреждённых фаз относительно земли. Поскольку напряжения неповреждённых фаз относительно земли увеличились до 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} , то 3U0=3Uf{\displaystyle 3U_{0}=3U_{f}} , то есть 3U0{\displaystyle 3U_{0}} возрастает до утроенного значения фазного напряжения относительно нуля.
Исходя из вышеуказанных особенностей у ТН для работы в сетях с заземлённой нейтралью дополнительная обмотка выполняется на 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.
Явление феррорезонанса
Трансформаторы напряжения в сетях с изолированной нейтралью могут входить в феррорезонанс с паразитными ёмкостями распределительных сетей (особенно это нежелательное явление характерно для кабельных сетей), что может приводить к их отказу. Для предотвращения порчи трансформаторов напряжения в результате феррорезонанса разработаны антирезонансные трансформаторы напряжения типа НАМИ.
Параметры трансформатора напряжения
На шильдике трансформатора напряжения указываются следующие параметры:
Напряжение первичной обмотки.
Напряжение основной вторичной обмотки: для однофазных ТН равно 100 В, для трёхфазных фазное напряжение вторичной обмотки 100/3{\displaystyle {\sqrt {3}}} В.
Напряжение дополнительной вторичной обмотки: для сетей с заземлённой нейтралью 100 В, для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.
Номинальная мощность трансформатора, в ВА, в соответствии с классом точности.
Максимальная мощность трансформатора, в ВА.
Напряжение короткого замыкания, в процентах.
Обозначения ТН
Отечественные трансформаторы напряжения имеют следующее буквенные обозначения:
Н — трансформатор напряжения;
Т — трёхфазный;
О — однофазный;
С — сухой;
М — масляный;
К — каскадный либо с коррекцией;
А — антирезонансный;
Ф — в фарфоровой покрышке;
И — контроль Изоляции;
Л — в литом корпусе из эпоксида;
ДЕ — с ёмкостным делителем напряжения;
З — с заземляемой первичной обмоткой.
Литература
В. Н. Вавин Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи М., «Энергия», 1977
Источники
ГОСТ 18685-73. Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения
Правила устройства электроустановок. Издание седьмое.
См. также
ru-wiki.org
Трансформатор напряжения - это... Что такое Трансформатор напряжения?
измерительный Трансформатор электрический, предназначенный для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях измерения и контроля. Применение Т. н. позволяет изолировать цепи вольтметров, частотометров, электрических счётчиков, устройств автоматического управления и контроля и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт возможность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры (чаще всего его принимают равным 100 в). Т. н. подразделяются на трансформаторы переменного напряжения (обычно их называют просто Т. н.) и трансформаторы постоянного напряжения. Первичная обмотка (ПО) трансформатора переменного напряжения (см. рис. 1, а, б) состоит из большого числа (w1) витков и подключается к цепи с измеряемым (контролируемым) напряжением U1 параллельно. К зажимам вторичной обмотки (ВО) с числом витков w2 (w2 1) подсоединяют измерительные приборы (или контрольные устройства). Так как внутреннее сопротивление последних относительно велико, Т. н. работает в условиях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать U1 и U2 приблизительно равными соответствующим эдс и пропорциональными w1 и w2, то есть U1w2 ≈ U2w1. Зная отношение (Трансформации коэффициент), можно по результатам измерения низкого напряжения в ВО определять высокое первичное напряжение. Приближённый характер соотношения между U1 и U2 обусловливает наличие погрешности по напряжению и угловой погрешности найденной величины U1. В компенсированных Т. н. производится компенсация этих погрешностей. Т. н. устанавливают главным образом в распределительных устройствах (См. Распределительное устройство) высокого напряжения. Их выпускают в однофазном и трёхфазном исполнении. Большинство Т. н. на напряжения свыше 6 кв — маслонаполненные. Т. н. на напряжения свыше 100 кв делают, как правило, каскадными. Лабораторные Т. н. — обычно многопредельные.
Лит.: Вавин В. Н., Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи, Л., 1967; Электрические измерения, под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972.
Рис. 1б. Измерительный трансформатор напряжения. Трансформатор напряжения на 400 кв.
dic.academic.ru
Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики
УСТРОЙСТВО - ХАРАКТЕРИСТИКИ - РАСЧЕТ
Трансформатор — устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.
Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.
Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.
В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.
Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.
Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.
В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.
УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов — броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:
Ш-образные;
П-образные;
тороидальные.
Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.
Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части — витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.
У каждого из типов свои достоинства и недостатки:
Наборные сердечники. Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.
Недостатки — необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).
Витые. Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки — соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.
При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.
Тороидальные. Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.
Основной недостаток — сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.
Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.
В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.
Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.
В начало
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основные характеристики трансформатора:
входное напряжение;
значения выходных напряжений;
мощность;
напряжение и ток холостого хода.
Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.
Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно - допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.
Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.
Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.
Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.
Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.
В начало
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.
Общая последовательность расчета трансформатора такова:
определение мощности трансформатора;
подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
расчет количества витков для каждой обмотки;
расчет сечения проводов обмоток.
Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них — это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.
Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 — 1.1.
Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.
Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.
Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S,
где N — количество витков на вольт, S — площадь сечения сердечника в см2, K — коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.
Значение коэффициента К:
для наборных сердечников — 60;
для типов ПЛ — 50;
для тороидальных сердечников 40.
Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.
У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.
Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I, где I — ток обмотки.
Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).
В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.
В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
eltechbook.ru
Трансформаторы напряжения
Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения (ТН) выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же, для приведения величины напряжения к уровню удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). ТН работают в режиме близком к холостому ходу.
Рис. 2.6. Устройство и схема включения трансформатора напряжения
Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 2.6, трансформатор напряжения TVсостоит из стального сердечника (магнитопровода)С, собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.
Первичная обмотка w1имеющая большое число витков (несколько тысяч) тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмоткеw2имеющей меньшее количество витков (несколько сотен), подключаются параллельно реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДСЕ, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на её зажимахU2x.
Напряжение U2xво столько раз меньше первичного напряженияU1, во сколько раз число витков вторичной обмоткиw2меньше числа витков первичной обмоткиw1.
(2.16)
Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается
(2.17)
Введя такое обозначение, можно написать:
(2.18)
Если ко вторичной обмотке ТН подключена нагрузка в виде реле и приборов, то напряжение на её зажимах U2будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчёт первичного напряжения на вторичное производится по формулам:
(2.19)
(2.20)
Схемы соединения трансформаторов напряжения
Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом (см. рис 2.7, 2.8): начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – ад, конец – хд.
Рис. 2.8. Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой
На рис. 2.8 и 2.9 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН.
На рис. 2.8, адана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения.
На рис. 2.8, бприведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.
На рис. 2.8, вприведена схема соединения трёх ТН в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.
На рис. 2.8, гприведена схема соединения трёх ТН треугольник – звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное ~ 173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.
Рис. 2.9. Схема соединения обмоток трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками
На рис. 2.9 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки. Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т.е. так же как в рассмотренной выше схеме на рис. 2.8, в. Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов, и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как известно, сумма трёх фазных напряжении в нормальном режиме, а также при двух-трёхфазных КЗ равна нулю. Поэтому, в указанных условиях напряжение между точками О1—О2 на рис. 2.9 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповреждённых фаз оказывается равной фазному напряжению.
В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповреждённых фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например 6000/100/3 В.
Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трёхфазных ТН. В конструкции, показанной на рис. 2.10, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжении на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках.
Рис. 2.10. Схема соединений обмоток трёхфазного трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на крайних стержнях
В другой конструкции, показанной на рис. 2.11, имеются дополнительные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединённые в схему разомкнутого треугольника.
При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на рис. 2.8, в; 2.9 – 2.11. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включённые на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 2.8,виг) или один из фазных проводов – как правило, фазы «В» – для удобства проверки правильности включения электросчётчиков (рис. 2.8,аиб, 2.9). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников) переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и т.д.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм2(по меди).
Рис. 2.11. Схема соединений обмоток трёхфазного пятистержневого трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на основных стержнях
На промышленных предприятиях широко используются трансформаторы напряжения типа 3×ЗНОЛ-6(10) и НТМИ. Для защиты трансформаторов напряжения со стороны ВН обычно используются высоковольтные предохранители (например, ПКТ-10, ПКТ-35). Для защиты вторичных обмоток трансформаторов напряжения от перегрузок и КЗ применяются автоматические выключатели с отсечкой .
В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда ёмкость, какой либо фазы в сети компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину . Такое явление может произойти при малой ёмкости сети – подаче напряжения на холостые шины, или в случае, если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км, а воздушных линий меньше 60 км.
Для защиты от феррорезонансных перенапряжений в схемах с трансформаторами НТМИ или 3×ЗНОЛ применяется включение резисторов общим сопротивлением 25 Ом на обмотку 3U0.
Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю, и такой режим может существовать ограниченное время: до 8 часов для НТМИ-10.
В настоящее время в России и за рубежом выпускаются трансформаторы серий НАМИ-10, НТМ(i), НОМ и НАМИТ-6(10)-2, которые обладают антирезонансными свойствами.
Балансная схема фильтра 3U0.
Фильтр напряжения нулевой последовательности (3U0) может быть выполнен двумя способами: по напряжению – при наличии трансформатора напряжения с отдельной обмоткой разомкнутого треугольника, или по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности, встроенного в реле, и предназначенного для подключения к звезде напряжений, при отсутствии такой обмотки. Такая схема используется, например, в ячейках фирмы «Таврида-Электрик». Схема балансного фильтра показана на рис. 2.12.
Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а,в,снапряжения обмотки ТН соединённой в звезду, ко вторым концам резисторов, соединённым вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения. На реле выделяется напряжениеU0.
Для сигнализации замыкания на землю выполняются уставки:
Схема работает неправильно при перегорании предохранителей на стороне ВН (или НН, если они там имеются).
Трансформатор напряжения – это один из видов трансформаторов, который еще называют измерительным, предназначеннный для отделения первичных цепей высокого и сверх высокого напряжений и цепей измерений, РЗ и А. Также их используют для понижения высоких напряжений (110, 10 и 6 кВ) до стандартных нормируемых величин напряжений вторичных обмоток – 100 либо 100/√3.
Устройство и принцип работы ТН
Трансформатор напряжения ЗНОЛ-НТЗ-35-IV-11
Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, кроме питания измерительных приборов и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.
Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения обслуживания трансформаторных подстанций, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!
Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания. 
