Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Перед поступлением на провода ЛЭП, напряжение переменного тока увеличивали до десятков, а то и сотен киловольт, а на выходе – понижали, до привычных нам 220 В. Эти преобразования выполнили силовые трансформаторы. В данной статье я расскажу вам, что такое трансформатор простыми словами.

Содержание

Трансформатор напряжения принцип работы

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 чего он обеспечивает безопасность их обслуживания на подстанции.

Основное принципиальное отличие измерительных трансформаторов напряжения (ТН) от трансформаторов тока (ТТ) состоит в том, что они, как и все силовые модели, рассчитаны на обычную работу без закороченной вторичной обмотки.

В то же время, если силовые трансформаторы предназначены для передачи транспортируемой мощности с минимальными потерями, то измерительные трансформаторы напряжения конструируются с целью высокоточного повторения в масштабе векторов первичного напряжения.

трансформатор напряжения измерительныйизмерительный трансформатор напряжения

Принципы работы трансформатора напряжения

Конструкцию трансформатора напряжения, как и трансформатора тока, можно представить магнитопроводом с намотанными вокруг него двумя обмотками:

  • первичной;
  • вторичной.

Специальные сорта стали для магнитопровода, а также металл их обмоток и слой изоляции подбираются для максимально точного преобразования напряжения с наименьшими потерями. Число витков первичной и вторичной катушек рассчитывается таким образом, чтобы номинальное значение высоковольтного линейного напряжения сети, подаваемое на первичную обмотку, всегда воспроизводилось вторичной величиной 100 вольт с тем же направлением вектора для систем, собранных с заземленной нейтралью.

Если же первичная схема передачи энергии создана с изолированной нейтралью, то на выходе измерительной обмотки будет присутствовать 100/√3 вольт.

Для создания разных способов моделирования первичных напряжений на магнитопроводе может располагаться не одна, а несколько вторичных обмоток.

Устройство однофазного трансформатора напряжения

устройство трансформатора напряженияустройство однофазного трансформатора напряжения

Устройство однофазного трансформатора напряжения:

  • а — общий вид трансформатора напряжения;
  • б — выемная часть;
  • 1,5 — проходные изоляторы;
  • 2 — болт для заземления;
  • 3 — сливная пробка;
  • 4 — бак;
  • 6 — обмотка;
  • 7 — сердечник;
  • 8 — винтовая пробка;
  • 9 — контакт высоковольтного ввода

Однофазные трансформаторы напряжения получили наибольшее распространение. Они выпускаются на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ.

Конструктивные размеры и масса ТН определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами её выводов высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком).

Свердловский завод трансформаторов тока выпускает трансформаторы напряжения на 6, 10, 35 кВ с литой изоляцией.

У трансформаторов напряжением 10 — 500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло).

Пример назначение и область применение трансформаторов напряжения 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.

схема включения обмотоксхема включения обмоток трансформатора напряжения ЗНОЛ-НТЗ

  • См.  трансформаторы ЗНОЛ, схемы характеристики в таблице

Принцип работы ТН

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. 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. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Общая информация об устройстве

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты с одним напряжением в переменный ток с иным напряжением, но с прежней частотой, основанный на явлении электромагнитной индукции.

Применяются приборы во всех сферах деятельности человека: электроэнергетике, радиотехнической, радиоэлектронной промышленности, бытовой сфере.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Трансформатор тока и трансформатор напряжения

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Схемы включения  трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

  • проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
  • шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

Важным элементом безопасности измерительных трансформаторов напряжения является заземление их корпуса и вторичной обмотки.

На заземление трансформаторов напряжения обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование.

Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока Т-0,66

Основная статья — Трансформатор тока

По исполнению и применению трансформаторы тока бывают следующих видов:

  • встроенный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства;
  • опорный трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для установки на опорной плоскости;
  • проходной трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для использования его в качестве ввода;
  • шинный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства (шинные трансформаторы тока имеют изоляцию, рассчитанную на наибольшее рабочее напряжение);
  • втулочный трансформатор тока — проходной шинный трансформатор тока;
  • разъемный трансформатор тока — трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого может размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током;
  • электроизмерительные клещи — переносный разъемный трансформатор тока.

ПРИМЕРЫ: И-512, И-523, УТТ-5М, Т-0,66

Виды и классификации

Основные классификации трансформаторов:

  1. По числу фаз.
  2. По наличию или отсутствию заземления вывода,
  3. По принципу действия.
  4. По числу ступеней трансформации.
  5. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.
  6. По виду изоляции:виды изоляции
  7. По особенностям конструктивного исполнения.

Старый 3-х фазный масляный ТН

Место установки:

  • наружная,
  • внутренняя,
  • встроенный в силовой трансформатор,
  • установка отдельным элементом.

Основные признаки трансформаторов и их обозначения приведены в таблице:

конструктивное исполнение трансформаторов

Трёхобмоточный трансформатор следует изготовлять с двумя вторичными обмотками:

  • основной,
  • дополнительной.

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из магнитопровода, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. На рис. 2.1. показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение Ub a напряжение вторичной обмотки U2 подведено к измерительному прибору.

Схема включения однофазного трансформатора напряжениярис. 2.1  Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Трансформаторы применяются в наружных (типа НОМ-35, серий ЗНОМ и НКФ) или внутренних установках переменного тока напряжением 0,38-500 кВ и номинальной частотой 50 Гц. Трехобмоточные трансформаторы НТМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ (кроме НКФ-110-5 8) — с заземленной нейтралью.

В электроустановках используются однофазные, трехфазные (пятистержневые) и каскадные трансформаторы напряжения (ТН). Выбор того или иного типа трансформатора напряжения  зависит от напряжения сети, значения и характера нагрузки вторичных цепей и назначения трансформатора напряжения (для целей изменения, для контроля однофазных замыканий на землю, для питания устройств релейной защиты и автоматики).

Ввиду относительно высокой стоимости ТН для сетей 110-750 кВ они в ряде случаев, там, где это возможно по условиям работы систем измерения, защиты и автоматики электроустановок, заменяются емкостными делителями напряжения.

По изоляции различают трансформаторы напряжения с сухой и масляной изоляцией.

Обозначение трансформатора напряжения на схеме

Обозначение трансформатора напряжения на схемеОбозначение трансформатора напряжения на схеме

Предохранители  трансформаторов осуществляют защиту трансформаторов напряжения от повреждения в случае их работы в ненормальном режиме — при однофазном замыкании на землю, при возникновении в сети феррорезонансных явлений или в случае наличия короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора напряжения.

Обозначение на схемах

Трансформаторы наглядно изображаются на электрических схемах. Символически изображаются обмотки, которые разделены магнитопроводом в виде жирной или тонкой линии (см. рис. 9).

Пример обозначенияПример обозначения

На схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Эффективность работы

Несмотря на высокий КПД, прибор не идеален. В железе сердечника присутствует процесс, называемый гистерезисом. В переменном магнитном потоке молекулы поворачиваются, и для их обращения необходимо напряжение поля достаточной силы. Изменение положения молекул вызывает трение, которое вырабатывает тепло. Часть энергии уходит на нагрев сердечника. Эти потери можно уменьшить, изготовив пластины из специальных сплавов.

Трансформатор небольшой мощностиТрансформатор небольшой мощности

Трансформатор небольшой мощности

Трансформаторы с небольшой мощностью называются сухими, так как нагрев незначителен и тепло отводится с помощью излучения.

Мощный трансформаторМощный трансформатор

Мощный трансформатор

Мощные преобразователи напряжения нагреваются так, что приходится помещать их в ёмкости со специальным маслом, которое передает тепло на радиаторы. В свою очередь, радиаторы могут охлаждаться воздухом принудительно с помощью вентилятора.

Цена трансформаторов напряжения

Цены сильно зависят от конструкции и класса напряжения:

Дополнительная информация

 Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Литература

  • В. Н. Вавин Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи М., «Энергия», 1977

Разновидности и технические характеристики

В зависимости от фирмы-производителя могут меняться некоторые технические характеристики устройства. Это необходимо учитывать при выборе и покупки тс.

Серии ТФМ

Трансформаторы серии ТФМ предназначаются для питания электрических измерительных приборов. Активная часть размещена на основании, на которую надета покрышка из фарфора с масляным объемом. Технические данные написаны на основании прибора. Популярный прибор ТФМ-110-II-У1 с четырьмя вторичными обмотками. Его масса 630 килограмм.

Серии ТРГ

Отличаются высоким классом точности обмоток до 0,2. Есть еще одно конкурентное преимущество — можно заменять коэффициент трансформации в соотношении 1:3:4.

Антирезонансные однофазные серии НАМИ

Однофазные устройства индуктивного типа. Они устойчивы к возникновению феррорезонанса, который возникает при соединении выключателей.

Серии ТБМО

Масштабные измерительные трансформаторы отличаются максимальным сроком службы. Они обладают высоким классом точности. Отличаются миниатюрными размерами и малым весом.

Измерительные трансформаторы тока класса напряжения 110

Выделяются на фоне зарубежных аналогов с похожим спектром действий и стойкостью при минимальных номинальных показателях тока обмотки.

Список использованной литературы

  • Кацман М. М. «Электрические машины и трансформаторы.»  1971
  • Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
  • Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
  • Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
  • Брандина Е.П. «Электрические машины» 2004

Испытания на устойчивость к токам короткого замыкания

К первичным обмоткам трансформаторов подводят напряжение, равное 0,9-1,05 номинального, при разомкнутых вторичных обмотках. Затем одну из вторичных обмоток с помощью специального устройства закорачивают и выдерживают режим в течение 1 с. При этом напряжение на выводах первичной обмотки должно сохраняться в указанных пределах.

Поверка

Поверка измерительных трансформаторов, трансформаторов напряжения, поверки трансформаторов тока всех возможных видов не имеют одного фиксированного срока.  Разные типы и модели имеют свою периодичность поверочных мер.

Межповерочный интервал находится в диапазоне 4–16 лет. Например (модель — срок в годах):

  • ТТИ-А — 5;
  • ТОП — 8;
  • ТШП — 16;
  • ТОЛ-10 — 8;
  • ТПЛ-10 — 8.

тт

Узнать сроки можно из таких источников:

  • паспорт изделия. Самый простой способ, так как данная информация в технической документации на такой товар обязательная. Если оригинальные бумаги утеряны, то можно направить запрос производителю. Примерные данные можно узнать из интернета — в сети есть сканы и образцы паспортов;
  • у завода-изготовителя;
  • в сертификате предыдущей процедуры;
  • ГОСТ 7746-2015.

електрик

Поверки нужны для допуска к эксплуатации, мероприятие осуществляют специальные аккредитованные и лицензированные учреждения, лаборатории, структуры энергетических компаний. Исполнитель должен иметь соответствующее свидетельство. После мероприятия его проведение и состояние изделия подтверждается поверительным клеймом, пломбой, отметкой в паспорте, протоколом.

Основная цель поверки — определить погрешность. По непригодным изделиям гасят клеймо, вносят запись в паспорт, выдают извещение о непригодности, аннулируют предыдущие свидетельства.

При тестировании используют несколько методик и приборов (мегаомметры, вольтметры, амперметры, приборы сравнения токов). Подробно процедура прописана в ГОСТе 8.217-2003.

См. также

  • Трансформатор
  • Трансформатор напряжения
  • Трансформатор тока
  • Измерительный преобразователь
  • Амперметр
  • Вольтметр
  • Магнитный усилитель

Где купить

Чтобы максимально быстро приобрести трансформатор, можно посетить ближайший специализированный магазин. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Видео

Видео про трансформатор напряжения ЗНОЛ.06-10.

См. также

Трансформатор

modif.png Эта страница в последний раз была отредактирована 8 июля 2021 в 05:22.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...