Трансформатор напряжения , назначение и принцип действия

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.

измерительный 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.

Защита от молний

Чтобы выполнить молниезащиты трансформаторной подстанции с металлической крышей, необходимо соединить крышу с внешним контуром заземления.

Соединение происходит в двух противоположных точках. То есть в одной точке кровля соединяется с внешним контуром, и со стороны, расположенной напротив, также происходит соединение кровли с контуром. Соединительным проводником становится проволока толщиной 8 мм.

Если кровля не металлическая, то на ней наверху создают специальный молниеприемник.

Расшифровка и маркировки

Для различения разновидностей моделей к ним применяют буквенную маркировку:

Н – трансформатор напряжения; Т – трехфазная модель; О – однофазный ТН; С – сухой (воздушное охлаждение); М – масляный; А – антирезонансные модели; К – каскадные устройства; Ф – фарфоровый тип корпуса; И – пятистержневой трансформатор, содержащий обмотку для контроля изоляции; Л – конструкции в литом корпусе; ДЕ – емкостные; З – заземляемые (первичную катушку необходимо заземлять).

Технические параметры

Технические параметры трансформаторов:

величина напряжения на первичном фазном входе; напряжение на выводах вторичных фазных обмоток; коэффициенты мощности; максимальные напряжения короткого замыкания. К важным сведениям относится параметры номинальной частоты и класс точности для номинального коэффициента трансформации. На некоторых моделях изготовители указывают угловые погрешности и допустимые погрешности напряжений.

Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.

Устройство однофазного трансформатора напряжения

устройство 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 обмоток трансформатора напряжения ЗНОЛ-НТЗ

См. трансформаторы ЗНОЛ, схемы характеристики в таблице

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.

Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР.

Пример такой схемы показан на рис. 7.

Рис. 7. Простая схема подключения трансформатора напряжения

На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды. Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью.

Рис. 8. Еще пример схемы подключения

Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.

Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.

В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.

Создание внешнего контура

Чтобы сделать внешний контур заземления трансформатора, применяют вертикальные электроды, соединенные горизонтальными перемычками. Перемычки выполняют из листовой стали толщиной 4 мм и шириной 40 мм. Электроды втыкают в грунт по периметру трансформатора.

Проверяют удельное сопротивление грунта. Оно должно составлять максимум 100 Ом*м. Исходя из этого, требуется создать контур сопротивлением максимум 4 Ом.

Если взять круг диаметром 16 м, с условным трансформатором посередине, то для создания заземляющего контура потребуется минимум восемь электродов длиной по 5 м каждый.

Их размещают на расстоянии приблизительно 1 м от фундамента трансформаторной станции. Чем ближе стержни будут располагаться к стене, тем лучше. Горизонтальные полоски-соединения укладывают на ребро на глубину 0,5-0,7 м.

Такое требование к расположению связано с вопросами безопасности. Заземлитель не должен быть поврежден при проведении каких-либо ремонтных и строительных работ.

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.

рис. 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 — 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 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.

Принцип действия

Действие электромагнитных потей трансформатора
Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе, согласно которому действующее в витке переменное э/м поле наводит ЭДС в расположенном рядом проводнике. Явление названо законом электромагнитной индукции Фарадея, который первым обнаружил этот интересный эффект. Для его обоснования ученый разработал целую теорию, которая легла в основу работы большинства современных электротехнических устройств и агрегатов.

Основные ее положения:

при прохождении тока через виток провода вокруг него формируется магнитный поток, захватывающий все такие же витки, расположенные рядом;
под воздействием этого потока в них наводится ЭДС, по форме изменений совпадающая с исходным полем;
при наличии в нем ферромагнетика действие этого эффекта усиливается.

Все эти принципы заложены в основу действия современного трансформаторного изделия. При подключении к вторичной обмотке нагрузки рабочая цепь замыкается, а энергия практически без потерь передается потребителю.

Трёхфазный трансформатор

Среди электромагнитных устройств данного типа выделяется трёхфазный трансформатор. Он имеет магнитную и гальваническую связи фаз. Наличие схемы первого типа обусловлено соединением магнитопроводов в одну систему. При этом потоки магнитного воздействия расположены относительно друг друга под углом 120 °. Стержень в данной системе не нужен, так как при объединении центров трёх фаз сумма электромагнитных русел равняется нулю вне зависимости от времени. Благодаря этому схема с шестью стержнями преобразуется в трёхстержневую.

В соединении обмоток устройства можно использовать схемы трёх типов:

Соединение в виде звезды может осуществляться с выводом от общих точек или же без него. Здесь каждую обмотку соединяют с нейтральной точкой.
По треугольной схеме фазы соединяются последовательно.
Зигзаг-это схема, которая чаще всего применяется во время отвода от общей точки. В ней соединяются три обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопроводов.

Применение трёхфазного трансформатора является более экономичным, чем использование соединённых однофазных конструкций.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные.

При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для уменьшения первичных напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора 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

Видео: Трансформаторы напряжения

Технические характеристики трансформаторов напряжения, схемы включения. Факторы, влияющие на класс точности. Виды трансформаторов напряжения, расшифровка маркировки.

Что такое трансформатор напряжения

С изолированной нейтралью

Они чаще всего применяются в шахтах и в различных влажных помещениях, в любом случае даже при таком электроснабжении все корпуса, проводящие ток должны быть заземлены. Но также такие системы питания оборудуются специальными устройствами, контролирующими ток утечки. Если сопротивление изоляции при этом будет ниже определённого установленного значения, например, 10 000 Ом, то реле утечки автоматически должно отключить питающее устройство в данном случае трансформатор. Нельзя подключить какой-либо электроприбор или устройство к фазе и заземляющему контуру, немедленно произойдёт отключение. Также аварийное отключение произойдёт при попадании человека под опасное напряжение и прикасание его к земле, так как сопротивление человека от 1000 до 5000 Ом, в зависимости от влажности, и от кожного покрова;

для “Что такое трансформатор напряжения”

Rom
:
в
На моем автомобиле, который привезен из Канады, установлен подогрев двигателя на 110 В. Мощность подогрева неизвестна. Сечение провода около 0,75 по внешнему виду. Хочу купить или сделать трансформатор. Если покупать, то их мощности указаны в кВА, что это значит, объясните, пожалуйста, популярно. Или подскажите как его можно сделать. Какую мощьность на ваш взгляд подобрать можно?
Ответить
Expert
:
в
Измерьте сопротивление подогревателя (любым кетайским мультиметром). Его мощность будет P = U*U/R, P в ваттах, U в вольтах, R в омах. Трансформатор выбирать лучше с полуторным запасом примерно, на всяк. К тому же реальная мощность будет меньше, т.к. при нагреве сопротивление увеличится и мощность уменьшится. Насколько трудно сказать, смотря из чего сделан подогреватель и смотря как сильно он нагревается. Но это тоже на запас можно списать. В случае чисто активной нагрузки типо подогревателя можно считать, что кВА = кВт.
Ответить
Rom
:
в
Спасибо Expert за пояснение! Сопротивление было измерено ранее — 35 Ом. P=U*U/R=110*110/35=346 Вт*1,5 = 519 Вт. Т.е. я могу взять трансформатор на 0,5 кВА
А в каком случае кВА не равно кВт ?
Ответить
Expert
:
в
По идее достаточно просто трансформатора 220/110. Он и дешевле будет и с ним безопаснее, он даёт полную развязку от сети, а автотранформатор нет.
Вообще кВА = кВт*КМ, где КМ — коэффициент мощности, он бывает от 0 до 1.
У чисто активной нагрузки (нагреватель, лампа накаливания и тп.), когда просто какое-то линейное сопротивление, КМ близкий к 1.
А вот если в нагрузке имеется реактивность (индуктивность, ёмкость) или нелинейность, а то и всё вместе, то КМ может быть гораздо ниже, и тогда разницу между кВА и кВт уже нужно учитывать. кВА — это полная мощность, кВт — потребляемая активная мощность.
Ответить
Admin
:
в
Через автотрансформатор ваш подогреватель будет гальванически связан с сетью, он не даёт развязки. А через трансформатор — полная развязка. Если есть полная уверенность, что изоляция подогревателя рассчитана на прямое подключение к сети и она в порядке — можно и через автотрансформатор. Если такой уверенности нет, то лучше не рисковать.
Ответить
Володя К
:
в
Вообще кВА = кВт*КМ, где КМ — коэффициент мощности, он бывает от 0 до 1. У чисто активной нагрузки (нагреватель, лампа накаливания и тп.), когда просто какое-то линейное сопротивление, КМ близкий к 1.
А вот если в нагрузке имеется реактивность (индуктивность, ёмкость) или нелинейность, а то и всё вместе, то КМ может быть гораздо ниже, и тогда разницу между кВА и кВт уже нужно учитывать. кВА — это полная мощность, кВт — потребляемая активная мощность.
Ответить
Elka
:
в
Читайте также: Как самостоятельно провести точечную сварку аккумулятора
Не хватает мозгов или знаний (или того и другого) для того, чтобы понять, почему некоторый трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, казалось бы в одинаковом конструктивном исполнении в работе ведут себя совершенно по-разному.
Ответить
Denos Fox
:
в
Трансформатор напряжения питается от напряжения. Т Е первичная обмотка будет иметь количество витков и сечение в соответствии напряжению. Трансформатор тока питается от возникшего тока в проводнике. Т.Е первичная обмотка получит напряжение от тока в проводнике. И этот ток создаст напряжение в первичной обмотке.
Ответить
Elka
:
в
Denos Fox, спасибо, но я всё равно не догоняю.
Назначение трансформатора тока мне ясно — чтобы измерять большой ток, необходимо сначала понизить силу тока до величин, приемлемых для измерения приборами, дабы не спалить эти приборы. Но вот как это работает — непонятно. Ведь, если напряжение вторичной обмотки ТТ доходит до нескольких тысяч вольт, при замыкании этой обмотки накоротко через неё должен пойти гигантский ток, который, во-первых, должен спалить вторичную обмотку с подключенными к ней измерительными приборами, во-вторых, привести к резкому увеличению тока первичной обмотки с подключенными к ней потребителями.
Мне тут пытались объяснить, что трансформатор тока — повышающий транс, поэтому на вторичной обмотке получаем меньший ток, несмотря на большее напряжение. Но я так и не понял суть.
Рассмотрим два случая:
Конструктивные отличия трансформаторов тока и напряжения
В первом случае мы подключили нагрузку к обмотке понижающего транса на напряжение 220В, во втором — эту же нагрузку мы подключили к обмотке повышающего транса на напряжение 110000В. Но это же не значит, что во втором случае через нагрузку пойдёт меньший ток! Уменьшение тока при повышении напряжения, по идее, работает лишь в том случае, когда мощность конечного потребителя неизменна, как в самом первом примере из первого поста, когда мы передавали ток через цепочку трансов на потребитель, подключенный на постоянное(по величине) напряжение — 220В.
Во втором же примере мы подключаем нагрузку на разное напряжение, и, чем больше это напряжение, тем больше будет ток через нагрузку, при том что ток в обмотке низшего напряжения по-прежнему будет больше тока в обмотке высшего напряжения. Так почему же в случае трансформатора тока увеличение напряжения на вторичной обмотке, к которой подключены измерительные приборы, приводит к уменьшению тока в ней?
Ответить
Вован
:
в
У трансформатора тока, ток первичной обмотки не зависит от тока вторичной.
Ответить
Петрович
:
в
Трансформатор на 110В выдержит 220В ? Т.е. на выходе мы получим удвоенное напряжение или же первичная обмотка просто сгорит ?
Ответить
Вектор
:
в
а если подать 220 на первичку через диод (вроде как раз половина останется)
Ответить
Леха
:
в
Попробуй лампочку ильича включить в 220 и посмотреть результат. Достают любители жопонии привозят а посля … ЭкстрЁмалы блин.
Ответить
Сава
:
в
я сейчас попробовал к первичке транса (на 220 В) подключить 220 В через диод ну как бы 1 полуволну (ЛН через диод горит вполнакала -точно) а трансформатору что с диодом что без -выдает переменку одинаковое кол-во вольт. синусойда на выходе примерно одинаковая не порезанная(пробовал с нагрузкой и без)
Ответить
Серый П
:
в
А вот в чем реально отличия обмоток трансформаторов на разное напряжение — там что меняют толщину лакового покрытия ? Если померить сопротивление изоляции мегомметром — это может показать, на сколько рассчитан трансформатор ? К примеру, если найти трансформатор без надписей — как узнать, на сколько он рассчитан ?
Ответить