Принцип действия трансформатора напряжения: Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики

Содержание

Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики

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.

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.

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.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Главная » Статьи » Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Все трансформаторы тока — это конструкции, которые изменяют переменный ток и стабильно защищают от перепадов высокого напряжения. Он является механизмом только переменного тока, который не может работать с источником постоянного тока, так как при этом в его обмотках не будет электромагнитной индукции. Сейчас трансформаторы напряжения, работающие на маленьких мощностях, практически вытеснены более мощными модификациями.

Описание и составляющие

Трансформатор состоит из трех частей:

  • Электро-обмотка может быть первичной подводящей напряжение и вторичной снимающей напряжение. Первичная обвивка подключается по порядку и подсоединяется к ключу переменного тока. Вторичная обвивка должна быть замкнута на нагрузку и ее противодействие не превышает установленного значения, она никак не сопряжена с первичной. На вторичной обмотке вызывается крайне высокое напряжение и вследствие этого она обязана быть заземлена.
  • Системы охлаждения: естественное воздушное, масляное (трансформаторное масло циркулирует и отдает запасенное тепло через заднюю стенку бака в окружающую среду, охлаждаясь), по тому же принципу циркуляции происходит охлаждение водой и естественное жидким диэлектриком.
  • Сердечник. А еще его называют магнитопровод, чаще всего изготавливается из специальных сплавов штампованных пластин в виде буквы Ш и О. Могут быть броневые (катушки установлены на одной оси) и стержневые (занимают большую часть сердечника и сердечники являются раздельными их стягивают при сборке).

Принцип действия

Отдача мощности из одной обмотки во вторую совершается электромагнитным путем и основана на электромагнитной индукции. Непостоянный ток, идя по первичной обмотке, формирует электромагнитное течение в магнитопроводе и индуцирует во вторичной обмотке, пронизывая ее витки. В результате он становиться замкнутым в магнитопроводе и сцепляется с двумя обмотками. Витки обмотки имеют равное усилие и в случае если повысить количество витков на 2–ой обмотке, объединяя их поочередно между собою, то можно повысить вольтаж на выходе трансформатора. Таким же образом уменьшая количество витков уменьшить выходное напряжение. В сердечнике трансформатора неизбежны потери энергии за счет выделения тепла, но в современных мощных моделях эти потери невелики и не превышают 3%. Однофазные трансформаторы напряжения могут работать, на нагрузку, в режиме холостого хода и короткого замыкания. Как три отдельных однофазных трансформатора можно рассматривать трехфазные, но они работают на больших мощностях.

← Назад к списку новостей

Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки — а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В — это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) — это магнитопровод ТНа.

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.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

  • напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
  • напряжение основной вторичной обмотки (100 В — для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 — однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В — однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 — однофазные в сети с изолированной нейтралью
  • число фаз (однофазные, трехфазные)
  • количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
  • класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
  • способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
  • изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Самое популярное


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.

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. Простейшая схема включения трансформатора напряжения

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:

  1. По количеству фаз:
    • однофазные;
    • трехфазные.
  2. По числу обмоток:
    • 2-х-обмоточные;
    • 3-х-обмоточные.
  3. По способу действия системы охлаждения:
    • электрические устройства с масляным охлаждением;
    • электрические устройства с воздушной системой охлаждения ( с литой изоляцией либо сухие).
  4. По способу установки и размещения:
    • для наружной установки;
    • для внутренней;
    • для комплектных РУ.
  5. 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.

Рисунок — Габаритные размеры трансформатора

Рисунок — схемы подключения обмоток трансформаторов

Характеристики:

  1. Класс напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ — 27 35 27
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 30 40,5 40,5
  3. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 15,6 20,2 27,5
  4. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В — 57,7 100
  5. Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В — 100/3, 100 127
  6. Номинальные классы точности основной вторичной обмотки — 0,2; 0,5; 1; 3

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

Технические параметры трансформатора напряжения НАМИТ-10-2
  1. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 6 или 10
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 7,2 или 12
  3. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки (между фазами), В — 100 (110)
  4. Ннапряжение дополнительной вторичной обмотки (аД — хД), не более, В — 3
  5. Класс точности основной вторичной обмотки — 0,2/0,5

Рисунок — Габаритные размеры и схема подключения.

Устройство и принцип действия / Справка / Energoboard

4. Устройство и принцип действия трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения типа НКФ – 110.

Масляный трансформатор напряжения типа НКФ-110 кВ в фарфоровом кожухе выпускается для наружной установки. Он состоит из двух каскадов, выполненных на одном общем магнитопроводе. Обмотка высшего напряжения (ВН) разделена на две одинаковые последовательно соединенные секции, представляющие собой первый и второй каскад. Магнитопровод соединен с серединой обмотки ВН и находится под напряжением, равным половине рабочего напряжения. Благодаря этому изоляция обмотки ВН каждого каскада может быть выполнена на половину рабочего напряжения, что существенно уменьшает размеры и массу ТН по сравнению с ТН обычного (не каскадного) исполнения.

Активная часть трансформатора напряжения размещена внутри фарфоровой покрышки, соединенной болтами внизу с плитой стальной подставки сварной конструкции, а вверху – с маслорасширителем.

Соединения фарфора покрышки со сталью плиты и расширителя выполнены через уплотняющие прокладки из маслоупорной резины. Покрышка и половина расширителя заполнены трансформаторным маслом.

При установке ТН крепится к опорной конструкции болтами, пропускаемыми через монтажные отверстия в раме подставки.

Расширитель предназначен для компенсации температурных изменений объема масла трансформатора напряжения. В ТН НКФ-110 кВ расширителем является верхняя часть фарфоровой покрышки. Расширитель трансформатора напряжения имеет указатель уровня масла.

Воздухоосушитель – это влагопоглощающий фильтр, предотвращающий свободный доступ воздуха в трансформаторе напряжения. Верхняя часть стеклянного цилиндра воздухоосушителя заполнена силикагелем – индикатором, который при насыщении влагой меняет свою окраску.

Через масловыпускной патрубок цоколя производится слив и отбор проб масла.

Трансформаторы напряжения типа ЗНОМ-35, НОМ-35.

Конструкция трансформаторов напряжения типа ЗНОМ-35, НОМ-35 аналогична НКФ-110. Выводные концы НН трансформаторов типа ЗНОМ-35, НОМ-35 выведены на доски зажимов, расположенные в коробках, на боковых стенках бака и закрыты козырьком.

ТН типов ЗНОМ-35-66, НОМ-35-66 имеют маслорасширители, установленные на вводах ВН. Эти трансформаторы герметичны, т. е. «дыхания» не имеют. У трансформаторов напряжения остальных типов маслорасширитель отсутствует, уровень масла у них находится ниже крышки на 20 – 30 мм.

Трансформаторы напряжения типа НТМИ-6.

Масляный трансформатор напряжения для внутренней установки выпускается для использования в сети с изолированной нейтралью. Имеет две вторичные обмотки. Одна соединена в звезду с выведенным нулем, а вторая (дополнительная) – в разомкнутый треугольник (для осуществления контроля изоляции).

Трансформатор НТМИ-6 состоит из трех однофазных трансформаторов (активная часть), помещенных в один общий бак, залитый маслом. Магнитопроводы трансформаторов – однофазные, броневого типа. Обмотки слоевые, намотанные на цилиндр из электрокартона одна поверх другой. Обмотки первичного (ВН) напряжения имеют электростатический экран для защиты от перенапряжений. На крышке трансформатора смонтированы вводы первичного и вторичного напряжения, размещена пробка для доливки трансформаторного масла. На баке трансформатора имеется пробка для взятия пробы и спуска масла, болты для заземления.

Трансформаторы типа НТМИ-6 являются понижающим и рассчитан таким образом, чтобы при номинальном первичном напряжении, напряжение основной вторичной обмотки составляло 100 В с погрешностью, соответствующей классу точности. При замыкании одной из фаз первичного напряжения на землю на дополнительной вторичной обмотке возникает напряжение 100 В ± 10 %, при котором срабатывает защита и сигнализация.

Трансформаторы напряжения типа НАМИ-10.

ТН типа НАМИ изготавливаются на номинальное напряжение первичных обмоток 6 и 10 кВ и основных вторичных обмоток 100 В.

Трансформатор обеспечивает измерение трех линейных, трехфазных напряжений и напряжений нулевой последовательности. Трансформатор НАМИ благодаря антирезонансным свойствам имеет повышенную надежность и устойчив к перемежающимся дуговым замыканиям на землю.

Трансформатор состоит из двух трехобмоточных трансформаторов, первичные обмотки одного включаются на линейное напряжение, а с другого – на фазное напряжение, размещаемых в одном блоке.

Схема соединения ТН приведена на рис. 7, она эквивалентна схеме трехфазного трансформатора / / Δ.

Напряжение на выводах аД, хД разомкнутого треугольника дополнительных вторичных обмоток не превышает 3 В при активно – индуктивной нагрузке 30 ВА и симметричном номинальном первичном фазном напряжении. Этот небаланс создается всегда имеющейся незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений.

Напряжение на выводах аД, хД разомкнутого треугольника дополнительных вторичных обмоток – от 90 до 110 В при изменении активно – индуктивной нагрузки от 0 до 30 ВА при номинальном первичном напряжении и при металлическом замыкании одной из фаз сети на землю.

Трансформатор выдерживает однофазное металлическое замыкание на землю без ограничения длительности, а дуговые замыкания – в течении 6 часов.

Напряжение, обеспечивающее срабатывание реле, подключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Выходные цепи разомкнутого треугольника, подаваемые на реле сигнализации или защиты обозначаются 3U0.

Трансформаторы напряжения типа НТМК-6(10).

Магнитопровод трансформатора типа НТМК-10 трехстержневой. На каждом стержне помещены обмотки ВН и НН одной из фаз. Схема соединения обмоток — звезда — звезда с выведенной нулевой точкой.

В трансформаторе типа НТМК-10 применена коррекция угловой погрешности, которая осуществлена путем включения последовательно с обмотками ВН компенсационных обмоток, расположенных на стержнях других фаз. На рис. 8 показана схема включения основных и компенсационных обмоток ВН. Эта схема обеспечивает коррекцию положительной угловой погрешности. Компенсационные обмотки имеют примерно в 250 раз меньше витков, чем основные обмотки ВН А—X, В—Y, С—Z. Соответственно магнитными потоками стержней фаз А, В, С в них наводятся ЭДС приблизительно в 250 раз меньше, чем в основных обмотках. Соотношение напряжений основных и компенсационных обмоток при работе трансформатора можно считать таким же.

Следует иметь в виду, что для обеспечения правильной коррекции угловой погрешности необходимо при включении трансформатора соблюдать порядок чередования фаз, указанный на обозначениях его вводов ВН. Если порядок чередования фаз не соблюдается, компенсационные обмотки будут не уменьшать, а увеличивать угловую погрешность. Так, если в схеме рис. 8 поменять местами фазы В и С, то последовательно с основной обмоткой ВН фазы А окажется включенной компенсационная обмотка фазы С, а не В, что приведет к увеличению положительной угловой погрешности трансформа напряжения.

В трансформаторе напряжения типа НТМК конструктивно не предусмотрена обмотка разомкнутого треугольника, так как он предназначен только для учета электроэнергии. Существующие схемы релейной защиты не дают возможность вести контроль изоляции сети 6-10 кВ с применением данного типа ТН.

 

Измерительные трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются на промышленных предприятиях, в линиях электропередач для контроля различного электрического оборудования. Аварийность высоковольтных измерительных трансформаторов контролируется соответствующими системами. С их участием ведется учет потребления электричества. Что собой представляют измерительные трансформаторы напряжения и тока, назначение и принцип действия установок будет рассмотрено далее.

Разновидности

Высоковольтное измерительное оборудование включает в себя два типа устройств. В эту категорию устройств входят:

  • Измерительный трансформатор напряжения.
  • Измерительный трансформатор тока.

Первая категория приборов предназначена для работы вольтметров, фазометров, реле соответствующих типов. В область работы измерительных трансформаторов тока входит осуществление функционирования амперметров и прочего подобного оборудования.

Представленные типы измерительных трансформаторов производятся с номинальной мощностью от 5 до нескольких сот ВА. Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для совместной работы с вольтметрами на 100 В и амперметрами 1-5 А.

Трансформатор тока

Измерительными преобразователями тока выполняется несколько особых функций. К ним подключаются установки, которые выполняют измерение работы оборудования в разных режимах. Принцип действия, которым характеризуется трансформатор тока, обеспечивает несколько основных функций аппаратуры. К ним относится следующее:

  • Преобразование переменных токовых показателей к значениям 1 или 5 А.
  • В нормальном режиме изолируют вторичный токовый контур от высоковольтной составляющей первичной обмотки.
  • Снижение аварийности. Установка предотвращает поражение обслуживающего персонала током, защиту вторичных цепей от перегрузки.

Измерительные трансформаторы постоянного тока помимо перечисленных функций имеют в своем составе выпрямитель. Вторичные цепи заземляются во всех трансформаторах в одной точке. При повреждении изоляции монтаж измерительных трансформаторов позволяет предотвратить перегрузку вторичного контура.

Условия эксплуатации

Измерительные трансформаторы постоянного тока, переменного тока представляют собой высоковольтный агрегат. Прибор нормально функционирует только при выполнении правил по эксплуатации, требований охраны труда. Персонал знакомится со всеми установленными нормами, в каком режиме производится обслуживание, испытание измерительного оборудования. Сотрудники допускаются до работы с трансформатором только после полного инструктажа.

Персонал должен знать, при каких условиях производится испытания, осмотр, поверка и ремонт измерительных трансформаторов. В противном случае даже при условии правильного монтажа работу технической установки могут нарушить неправильные действия сотрудников.

Принцип устройства конструкции запрещает размыкать вторичную обмотку в трансформаторе, которая находится под напряжением. Такому действию сопутствует нарушение изоляции. Потребуется произвести ее замену. Сердечник перегревается. Нормальный режим работы нарушается. В процессе постоянных перегрузок трансформатору становится невозможно выполнять возложенные на него действия. Работает в этом случае неправильно и первичная обмотка. Здесь появляется замыкание. Это также приводит к замене контура.

Чтобы переключить в процессе испытаний в схеме при подведенном электрическом токе, предварительно вторичную катушку закорачивают.

Погрешность

Измерительные выпрямители и трансформаторы тока нуждаются в проверке погрешности. В ходе испытательного процесса к агрегату присоединяется аналогичное оборудование. При монтаже важно, чтобы при поверке техники применялся образцовый, исправный трансформатор тока. В ходе измерений на его вторичном контуре определяется показатель при помощи амперметра.

Испытание оборудования определяет не только погрешность, но и ряд других показателей. В ходе поверки вычисляется коэффициент трансформации, производится техническое освидетельствование качества изоляции контуров, состояние сердечника. Исследуется вопрос о том, выполняется ли установкой возложенные на нее функции, соответствует ли полярность обмоток заданным производителем характеристикам.

При проведении технического освидетельствования соответствия оборудования нормативным требованиям производится контроль вторичных цепей. В случае выявления отклонений, дефектов, требуется замена комплектующих. В зависимости от назначения аппаратура должна демонстрировать заявленные производителем характеристики.

Трансформатор напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения применяются для понижения напряжений первичного контура с уровня 110, 40, 6, 10 кВ и т. д. Таким трансформаторам доступно выполнять ряд функций:

  • Преобразовывать первичное переменное напряжение в стандартный электрический ток.
  • Защита обслуживающего персонала, подключенных приборов от перегрузок.
  • Техническая поддержка оперативных цепей, которые работают от постоянного и переменного тока

По принципу функционирования измерительные трансформаторы напряжения приближаются к режиму холостого хода. Пользуются спросом такие разновидности представленной измерительной техники, как НТМК, НАМИ, НОЛ и прочие агрегаты. Установки работают с постоянным и переменным током, которые соответствуют назначению. Мы уже писали про трансформаторы НТМИ, подробнее читайте здесь.

Конструкция

Конструкция приборов измерительного типа схожа на обычные силовые разновидности оборудования. Агрегат имеет первичную и вторичную (одну или несколько) обмотки. Активная часть включает в себя серечник из специальной электротехнической стали. Материал набран в виде пластин определенной конфигурации.

Первичный контур имеет большее количество витков, чем на вторичной катушке. На него подается напряжение от сети. К выводам вторичной обмотки подсоединяется ваттметр или иное подобное измерительное оборудование. Оно характеризуется высоким сопротивлением. Поэтому в ходе нормальной работы по вторичной обмотке подается ток с малым значением.

На выходе устройство может коммутироваться с различными реле, вольтметром, ваттметром. Принцип действия системы похож на работу силового оборудования. Работа производится с переменным значением электрического тока. Чтобы преобразовать его в постоянную величину, используется в конструкции выпрямитель.

Погрешность

Класс точности представленного оборудования зависит от определенных факторов. На этот показатель влияют потери при намагничивании. На величину погрешности измерительного преобразователя напряжения влияют следующие факторы:

  • Проницаемость электротехнической стали сердечника.
  • Конструкционное исполнение магнитопривода.
  • Коэффициент мощности, который определяется вторичной нагрузкой.

Оборудование способно компенсировать погрешность показателя напряжения при уменьшении количества витков в первичной катушке. Компенсирующие обмотки влияют на уменьшение угловой погрешности.

Обслуживание

Перед монтажом, запуском в эксплуатацию производится испытание представленного оборудования. При измерениях выполняется изучение режимов работы поверяемых агрегатов, а также контроль изоляционных слоев.

В измерительном процессе применяется соответствующая техника. Поверка производится в условиях производства оборудования. После монтажа также необходимо производить соответствующую оценку работы оборудования заявленным характеристикам. Если будут выявлены отклонения, выполняется ремонт измерительных трансформаторов.

Периодически в соответствии с условиями эксплуатации производится техническое обслуживание агрегата. На это влияет тип конструкции. Соответствующее обслуживание аппаратуры позволяет избежать сбоев в работе системы, непредвиденных поломок, остановок в работе.

Установкой, обслуживанием представленной техники имеет право заниматься только квалифицированный персонал. В противном случае это будет небезопасно для сотрудников. Неправильное обслуживание приводит к нарушению работы техники.

Рассмотрев особенности измерительных преобразовательных приборов, можно понять их отличие, особенности эксплуатации и обслуживания. Это поможет подобрать оборудование, необходимое для обеспечения соответствующих потребителей электрическим током заданного значения.

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 20 января 2016 · Обновлено 29 августа 2018

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

  1. трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
  2. повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

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.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

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.

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;

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

;

Следовательно, на зажимах схемы разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.

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 3U.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.

Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U 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 U. 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 защитнымобеспечивает 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.

Принцип работы трансформатора напряжения — Всё о электрике

Трансформатор напряжения

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 20 января 2016 · Обновлено 29 августа 2018

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

  1. трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
  2. повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

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.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

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.

Трансформаторы напряжения – назначение и принцип действия

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки – а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В – это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) – это магнитопровод ТНа.

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.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

  • напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
  • напряжение основной вторичной обмотки (100 В – для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 – однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В – однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 – однофазные в сети с изолированной нейтралью
  • число фаз (однофазные, трехфазные)
  • количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
  • класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
  • способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
  • изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Трансформаторы напряжения измерительные. Устройство, классификация, принцип работы, примеры

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.

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.

  • конструкцией магнитопровода;
  • проницаемостью стали;
  • коэффициентом мощности, т.е. зависит от вторичной нагрузки.

Конструкцией предусматривается компенсация погрешности по напряжению благодаря уменьшению количества витков первичной обмотки, устранению угловой погрешности с помощью компенсирующих обмоток. Простейшая схема включения трансформатора напряжения

Классификация трансформаторов напряжения

  1. По количеству фаз:
    • однофазные;
    • трехфазные.
  2. По числу обмоток:
    • 2-х-обмоточные;
    • 3-х-обмоточные.
  3. По способу действия системы охлаждения:
    • электрические устройства с масляным охлаждением;
    • электрические устройства с воздушной системой охлаждения ( с литой изоляцией либо сухие).
  4. По способу установки и размещения:
    • для наружной установки;
    • для внутренней;
    • для комплектных РУ.
  5. 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.

Рисунок — Габаритные размеры трансформатора

Рисунок — схемы подключения обмоток трансформаторов

Характеристики:

  1. Класс напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ — 27 35 27
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 30 40,5 40,5
  3. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 15,6 20,2 27,5
  4. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В — 57,7 100
  5. Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В — 100/3, 100 127
  6. Номинальные классы точности основной вторичной обмотки — 0,2; 0,5; 1; 3

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

Технические параметры трансформатора напряжения НАМИТ-10-2
  1. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 6 или 10
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 7,2 или 12
  3. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки (между фазами), В — 100 (110)
  4. Ннапряжение дополнительной вторичной обмотки (аД — хД), не более, В — 3
  5. Класс точности основной вторичной обмотки — 0,2/0,5

Рисунок — Габаритные размеры и схема подключения

{SOURCE}

Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники

Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции от одной цепи к другой. В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, расположенных на одном магнитном пути. Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Типичное действие двухобмоточного трансформатора показано ниже:
Трансформатор Action

Когда первичная обмотка трансформатора запитана от источника переменного тока (AC), в сердечнике трансформатора создается переменное магнитное поле.Через сердечник циркулируют переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком». Во второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными магнитными линиями. Нагрузка, подключенная к выводам вторичной обмотки, вызывает протекание тока.

Детали трансформатора

Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:

(а) Сердцевина из многослойного железа

(b) Обмотки (первичная и вторичная)

Сердечник из ламинированного железа

Железный сердечник трансформатора состоит из листов проката.Это железо обрабатывают таким образом, чтобы оно обладало высокой магнитной проводимостью (высокой проницаемостью) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин, используемый для описания случая, когда материал будет проводить магнитные силовые линии.

Железо также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (по всей толщине сердечника). Стальные листы необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:

(а) Тип сердечника

(b) Корпус типа


Трансформаторы типа Core и Shell

В трансформаторе с сердечником (в форме сердечника) обмотки окружают сердечник.В трансформаторе кожухового типа стальная магнитная цепь (сердечник) образует кожух, окружающий обмотки. В форме сердечника обмотки находятся снаружи; в форме оболочки обмотки находятся внутри.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка.

Первичная обмотка — это катушка, которая получает энергию. Его формируют, наматывают и надевают на железный сердечник. Вторичная обмотка — это катушка, которая отводит энергию преобразованного или измененного напряжения.

Типы трансформаторов

Трансформаторы классифицируются по разным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов:

(а) Однофазные трансформаторы

(б) Трехфазные трансформаторы

(c) Трансформаторы напряжения или напряжения

d) Автотрансформаторы

(e) Трансформаторы тока

(е) Силовые трансформаторы

Коэффициент напряжения трансформатора

Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально количеству витков на катушках обмоток.Эта связь выражается формулой:

Коэффициент напряжения трансформатора

Где:

Vp = напряжение на первичных обмотках, В

Vs = напряжение на вторичных обмотках, В

Np = количество витков первичной обмотки

Ns = количество витков вторичных обмоток

Отношение Vp / Vs называется отношением напряжений (VR). Отношение Np / Ns называется отношением оборотов (TR).

Соотношение напряжений 1: 4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим трансформатором.

Соотношение напряжений 4: 1 означает, что на каждые 4 В первичной обмотки приходится только 1 В. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Коэффициент текущей ликвидности

Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках.Эта связь выражается уравнением:

Коэффициент тока трансформатора

Где:

Ip = ток в первичной обмотке, А

Is = ток вторичной обмотки, А

В приведенном выше уравнении мы можем заменить Vp / Vs Np / Ns, так что мы имеем:

КПД трансформатора

КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой.

Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он передает всю получаемую энергию.

Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего практичного трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражается в виде уравнения:

КПД трансформатора

Где:

Eff = КПД

Ps = выходная мощность из вторичной обмотки = входная мощность — потери в сердечнике — потери в меди

Pp = потребляемая мощность первичной обмотки

КПД хорошо спроектированных трансформаторов очень высок, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов.Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения.

Основная причина высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием — отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока.

Потенциальный трансформатор

: конструкция и его применение

В недавнем прошлом электрические системы и их генерация, передача и распределение занимали более существенную часть технологического, административного, экономического механизма и промышленного сектора.Основные области его использования включают коммерческий сектор, промышленность, транспорт, рыболовство и т. Д., Где более высокое напряжение от подстанции производства электроэнергии и систем распределения должно быть преобразовано в номинальное напряжение устройства. Он включает в себя повышенную сложность и несколько изнашиваемых устройств. В сценариях, когда и домашнее хозяйство, и промышленность находятся в одном сообществе, распределенное напряжение должно быть увеличено или уменьшено в соответствии с электрическими стандартами. В этих случаях несколько устройств, такие как повышающий трансформатор, понижающий трансформатор и трансформаторы напряжения, используются для снижения напряжения и эффективной и безопасной передачи на следующий блок электрической связи.В этой статье краткое описание трансформатора напряжения, принципиальная схема и конструкция трансформатора напряжения, принцип работы, типы трансформаторов напряжения или напряжения, ошибки и их применение обсуждаются вместе с соответствующими графическими диаграммами.

Что такое трансформатор напряжения?

Определение: Трансформатор потенциала, также известный как трансформатор напряжения, представляет собой статическое электрическое устройство, используемое в системе электроснабжения для снижения напряжения в соответствии с номинальными характеристиками системы, счетчиками и реле.Требование уменьшения входного напряжения приведет к безопасному использованию имеющихся в продаже реле и счетчиков, используемых для защиты и измерения, которые предназначены для низкого напряжения.

Принцип работы

Принцип работы трансформатора напряжения в основном зависит от взаимной индукции. Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны между собой через путь сердечника с минимальным сопротивлением.Первичная обмотка трансформатора подключена к входному напряжению, в результате чего в многослойном сердечнике генерируется переменный магнитный поток. Согласно закону Фарадея, магнитная связь через первичную обмотку индуцирует ЭДС через вторичную обмотку, и ток начинает течь через нагрузку.

Таким образом, закон Фарадея пропорционален свойствам сердечника и высокой магнитной проницаемости. Уравнения для расчета проницаемости и индуцированного потока внутри цепи следующие:
∅ = N * I—– (1)

Где ∅ = индуцированный поток

N = количество витков

I = ток, протекающий через цепь

∅ ∝ A / L—- (2)

∅ = Измеренный поток в сердечнике

A = Потенциальная площадь поперечного сечения трансформатора

L = Длина пути потока в сердечнике
R = l / мкА —- (3)

Где R = сопротивление

μ = проницаемость материала сердечника

Приведенное выше уравнение (3) показывает, что значение сопротивления увеличивается с увеличением магнитного пути и уменьшается с увеличением площадь поперечного сечения и проницаемость керна.

Конструкция трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения спроектирован и изготовлен с использованием высококачественных материалов сердечника с минимальной магнитной индукцией. Это помогает добиться низкого тока намагничивания. Конечные точки трансформатора являются основным блоком реальной модели и спроектированы таким образом, что фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением минимален, а различия между нагрузкой и соотношением напряжений меньше.

Вторичная обмотка содержит меньше витков трансформатора, в то время как большое количество витков на первичной стороне.Коаксиальная обмотка трансформатора напряжения снижает реактивное сопротивление утечки. Кроме того, за счет погружения первичная обмотка на основные секции снижает стоимость установки и снижает изоляцию между слоями.

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Поскольку выходной сигнал испытательной схемы рассчитывается в виде импульса напряжения, трансформатор напряжения подключается параллельно первичной цепи. Принцип работы аналогичен понижающему трансформатору. Входная фаза и земля подключены к первичной обмотке трансформатора.

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Выходной сигнал клемм второго потенциала рассчитывается с использованием различных измерительных инструментов, таких как ваттметр и вольтметр. Как и в понижающем трансформаторе, высокое напряжение переменного тока подается на первичную обмотку, а наведенное низкое напряжение наблюдается на вторичных обмотках. Вторичная и первичная обмотки трансформатора связаны по принципу магнитной связи.

Типы трансформаторов напряжения подразделяются на два типа, а именно, с обычными обмотками (электромагнитные типы) и конденсаторные трансформаторы напряжения.По сравнению с последними, первые (конденсаторные трансформаторы напряжения) являются намотанными и дорогими из-за требований дополнительной изоляции. Емкостной трансформатор потенциала включает в себя трансформатор магнитного потенциала и схему делителя потенциала емкостного типа.

Ошибки в трансформаторе потенциала

На приведенном ниже рисунке изображена векторная диаграмма трансформатора напряжения.

векторная диаграмма трансформатора потенциала

Ключевые слова следующие:

I с = вторичный ток
E с = ЭДС на вторичной обмотке
В с = напряжение на вторичной клемме
R с = сопротивление вторичной обмотки X с — реактивное сопротивление вторичной обмотки
I p = первичный ток
E p = наведенная ЭДС на первичной обмотке
В p = первичное напряжение на клеммах
R p = сопротивление первичной обмотки
X p = реактивное сопротивление первичной обмотки
K t = передаточное число
I o = ток возбуждения
I м = намагничивающая составляющая I0
I w = Io Компонент потерь в сердечнике
Φ м = Основной поток
β = Погрешность фазового угла

Основной поток (φ м ) рассматривается как опорный сигнал.Ток возбуждения I o и обратный вторичный ток I s с коэффициентом умножения 1 / k t определяют первичный ток. Пусть Vp будет первичным напряжением на клеммах трансформатора напряжения.

Значения I pXp и I pRp показывают падение напряжения первичной обмотки из-за сопротивления и реактивного сопротивления. Первичная наведенная ЭДС на клеммах может быть рассчитана путем вычитания падения напряжения из первичного напряжения.

Взаимная индукция, возникающая из-за преобразования первичной ЭДС во вторичную обмотку, фиксирует значение вторичной наведенной ЭДС.Влияние сопротивления вторичной обмотки и реактивного сопротивления приводит к появлению вторичного выходного напряжения на клемме вторичной обмотки.
Ошибка соотношения или ошибка напряжения трансформатора потенциала — это разница между фактическим значением и идеальным значением (V p / K t ). Это выражается как:

Погрешность напряжения (%) = P — K T * V S ) / В P * 100% —– (4)

При На начальном этапе внутреннее сопротивление первичной обмотки вызывает падение напряжения.На более поздних стадиях он преобразуется во вторичную обмотку по соотношению витков. Здесь снова возникает падение напряжения из-за импеданса вторичной обмотки. Это важные причины падения напряжения на трансформаторе.

Приложения

Приложения трансформатора напряжения включают следующие:

  • Трансформаторы потенциала используются в измерительных приборах для измерения счетов за электроэнергию и других расчетных целей.
  • Он используется в качестве устройства управления защитой, которое может быть защитой системы или защитным реле
    целей.
  • Он используется в качестве инструмента исследования нагрузки для измерения промышленных нагрузок и управления экономикой.
  • В электросети в качестве устройства для синхронизации напряжения

Таким образом, все это касается общего обзора трансформатора напряжения, такого как принцип работы, конструкция, принципиальная схема и его применения. Вот вам вопрос, в чем преимущества трансформатора напряжения?

Трансформатор напряжения — обзор

I.A Краткая история

Основы современной передачи электроэнергии были заложены в 1882 году, когда Томас А.Станция Эдисона на Перл-Стрит, генератор постоянного тока и система радиальной линии передачи, используемая в основном для освещения, была построена в Нью-Йорке. Развитие передачи переменного тока в Соединенных Штатах началось в 1885 году, когда Джордж Вестингауз купил патенты на системы переменного тока, разработанные Л. Голаром и Дж. Д. Гиббсом из Франции. Энергетические системы переменного и постоянного тока в то время состояли из коротких радиальных линий между генераторами и нагрузками и обслуживали потребителей в непосредственной близости от генерирующих станций.

Первая высоковольтная линия электропередачи переменного тока в США была построена в 1890 году и прошла 20 км между водопадом Уилламетт в Орегон-Сити и Портлендом, штат Орегон.Технология передачи переменного тока быстро развивалась (Таблица I), и вскоре были построены многие линии переменного тока, но в течение нескольких лет большинство из них работали как изолированные системы. По мере увеличения расстояний передачи и роста спроса на электроэнергию возникла потребность в перемещении более крупных блоков мощности, стали важны факторы надежности, и начали строиться взаимосвязанные системы (электрические сети). Взаимосвязанные системы обеспечивают значительные экономические преимущества. Меньшее количество генераторов требуется в качестве резервной мощности на период пикового спроса, что снижает затраты на строительство для коммунальных предприятий.Точно так же требуется меньше генераторов во вращающемся резерве, чтобы справиться с внезапным, неожиданным увеличением нагрузки, что еще больше снижает инвестиционные затраты. Электросети также предоставляют коммунальным предприятиям возможности для выработки электроэнергии, позволяя использовать наименее дорогие источники энергии, доступные для сети в любое время. Энергетические системы продолжают расти, и типичные региональные электрические сети сегодня включают десятки крупных генерирующих станций, сотни подстанций и тысячи километров линий электропередачи. Развитие обширных региональных сетей и сетей в 1950-х и 1960-х годах привело к большей потребности в согласовании критериев проектирования, схем защитных реле и управления потоком энергии и привело к развитию компьютеризированных систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

ТАБЛИЦА I. Исторические тенденции в высоковольтной передаче электроэнергии

0007 550
Напряжение системы (кВ)
Номинальное Максимальное Типовое Год введения Типичный пропускная способность (МВт) Типичная ширина полосы отвода (м)
Переменный ток
115 121 1915 50–200
5
230 242 1921 200–500 30–40
345 362 1952 400–1500 35–40
1964 1000–2500 35–45
765 800 1965 2000–5000 40–55
1100 1200 Испытано 1970-е годы 3000–10000 50–75
Постоянный ток
50 06 1954 1200
200 (± 100) 1961 200–500 30–35
500 (± 250) 1965 750–1500
800 (± 400) 1970 1500–2000 35–40
1000 (± 500) 1984 2000–3000 35–40 (± 600) 1985 3000–6000 40–55

Первое коммерческое применение высоковольтной передачи постоянного тока было разработано R.Тюри во Франции на рубеже веков. Эта система состояла из ряда генераторов постоянного тока, соединенных последовательно у источника для получения желаемого высокого напряжения. Позже были разработаны ионные преобразователи, и в 1930-х годах в штате Нью-Йорк был установлен демонстрационный проект на 30 кВ. Первая современная коммерческая система передачи постоянного тока высокого напряжения с использованием ртутных дуговых клапанов была построена в 1954 году и соединила подводным кабелем остров Готланд и материковую часть Швеции. С тех пор за ним последовали многие другие системы передачи постоянного тока, в последнее время использующие тиристорную технологию.Проекты включают воздушные линии и подземные кабели, а также подводные кабели, чтобы полностью использовать мощность постоянного тока, чтобы снизить стоимость передачи на большие расстояния, избежать проблем с реактивной мощностью, связанных с длинными кабелями переменного тока, и служат в качестве асинхронных связей между сетями переменного тока. .

Сегодня коммерческие энергосистемы на напряжение до 800 кВ переменного тока и ± 600 кВ постоянного тока работают по всему миру. Построены и испытаны опытные образцы систем переменного тока напряжением от 1200 до 1800 кВ. Возможности передачи электроэнергии увеличились до нескольких тысяч мегаватт на линию, а экономия на масштабе привела к повышению номинальных характеристик оборудования подстанции.Распространены блоки трансформаторов сверхвысокого напряжения (СВН) мощностью 1500 МВА и выше. Подстанции стали более компактными, так как все шире используются шины с металлической обшивкой и газовая изоляция SF 6 . Автоматическое регулирование выработки электроэнергии и потока мощности имеет важное значение для эффективной работы взаимосвязанных систем. Для этих приложений широко используются компьютеры и микропроцессоры.

IB Компоненты системы

Целью системы передачи электроэнергии является передача электроэнергии от генерирующих станций к центрам нагрузки или между регионами безопасным, надежным и экономичным способом с соблюдением применимых требований федерального, государственного и местного уровня. правила и положения.Удовлетворение этих потребностей наиболее эффективным и безопасным образом требует значительных капиталовложений в линии электропередачи, подстанции и оборудование для управления и защиты системы. Ниже приведены некоторые из основных компонентов современной системы передачи электроэнергии высокого напряжения.

Воздушные линии электропередачи передают электроэнергию от генерирующих станций и подстанций на другие подстанции, соединяющие центры нагрузки с электрической сетью, и передают блоки основной мощности на стыках между региональными сетями.Линии передачи высокого напряжения переменного тока представляют собой почти исключительно трехфазные системы (по три проводника на цепь). Для систем постоянного тока типичны биполярные линии (два проводника на цепь). Воздушные линии электропередачи рассчитаны на заданную мощность передачи при конкретном стандартизованном напряжении (например, 115 или 230 кВ). Уровни напряжения обычно основываются на экономических соображениях, и линии строятся с учетом будущего экономического развития в местности, где они заканчиваются.

Подземные кабели служат тем же целям, что и воздушные линии электропередачи.Подземные кабели требуют меньше полосы отчуждения, чем воздушные линии, но, поскольку они проложены под землей, их установка и обслуживание дороги. Подземная передача часто в 5–10 раз дороже, чем воздушная передача той же мощности. По этим причинам подземные кабели используются только в местах, где воздушное строительство небезопасно или технически неосуществимо, где земля для проезда недоступна или где местные власти требуют прокладки под землей.

Подстанции или коммутационные станции служат в качестве соединений и точек переключения для линий передачи, фидеров и цепей генерации, а также для преобразования напряжений до требуемых уровней.Они также служат точками для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, а также для измерения электроэнергии. Подстанции имеют шинные системы с воздушной или газовой изоляцией (CGI). Основное оборудование может включать трансформаторы и шунтирующие реакторы, силовые выключатели, разъединители, батареи конденсаторов, устройства измерения тока и напряжения, измерительные приборы, разрядники для защиты от перенапряжения, реле и защитное оборудование, а также системы управления.

Преобразовательные подстанции переменного / постоянного тока — это специальные типы подстанций, на которых выполняется преобразование электроэнергии из переменного тока в постоянный (выпрямление) или из постоянного в переменный (инвертирование).Эти станции содержат обычное оборудование подстанции переменного тока и, кроме того, такое оборудование, как вентили преобразователя постоянного тока (тиристоры), соответствующее оборудование управления, преобразовательные трансформаторы, сглаживающие реакторы, реактивные компенсаторы и фильтры гармоник. Они также могут содержать дополнительные средства управления демпфированием или средства контроля устойчивости при переходных процессах.

Силовые трансформаторы используются на подстанциях для повышения или понижения напряжения, а также для регулирования напряжений. Для получения желаемого напряжения и поддержания соотношения фазовых углов используются разные схемы обмоток.Обычно используются автотрансформаторы и многообмоточные трансформаторы. Силовые трансформаторы обычно оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой или без нагрузки для регулирования напряжения и могут иметь специальные обмотки для подачи электроэнергии на станцию. Фазовращатели, заземляющие трансформаторы и измерительные трансформаторы — это специальные типы трансформаторов.

Шунтирующие реакторы используются на подстанциях для поглощения реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях низкой нагрузки и для повышения стабильности системы. Они также помогают снизить переходные перенапряжения во время переключения.Иногда используются специальные схемы шунтирующих реакторов для настройки линий передачи для гашения вторичной дуги в случае однополюсного переключения.

Силовые выключатели используются для коммутации линий и оборудования, а также для отключения токов короткого замыкания во время аварийных ситуаций в системе. Срабатывание силового выключателя инициируется вручную оператором или автоматически цепями управления и защиты. В зависимости от изоляционной среды между главными контактами силовые выключатели делятся на типы с воздушной, масляной или газовой изоляцией (SF 6 ).

Выключатели-разъединители используются для отключения или обхода линий, шин и оборудования в зависимости от условий эксплуатации или технического обслуживания. Выключатели-разъединители не подходят для отключения токов нагрузки. Однако они могут быть оснащены последовательными прерывателями для прерывания токов нагрузки.

Синхронные конденсаторы — это вращающиеся машины, которые улучшают стабильность системы и регулируют напряжения при различных нагрузках, обеспечивая необходимую реактивную мощность; они не распространены в Соединенных Штатах.Иногда они используются в преобразовательных подстанциях постоянного тока для обеспечения необходимой реактивной мощности, когда пропускная способность приемной системы переменного тока мала.

Шунтирующие конденсаторы используются на подстанциях для подачи реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях большой нагрузки. Батареи шунтирующих конденсаторов обычно переключаются группами, чтобы минимизировать скачкообразные изменения напряжения.

Статические вольт-амперные реактивные компенсаторы (ВАР) сочетают в себе функции шунтирующих реакторов и конденсаторов, а также связанного с ними управляющего оборудования. В статических компенсаторах VAR часто используются конденсаторы с тиристорным управлением или насыщающийся реактор для получения более или менее постоянного напряжения в сети путем непрерывной регулировки реактивной мощности, передаваемой в энергосистему.

Ограничители перенапряжения состоят из последовательно соединенных блоков из нелинейного резистивного оксида цинка (ZnO) или карбида кремния (SiC), а иногда и из последовательных или шунтирующих разрядников. Ограничители перенапряжения используются для защиты трансформаторов, реакторов и другого основного оборудования от перенапряжений.

Стержневые зазоры служат той же цели, что и разрядники для защиты от перенапряжений, но с меньшими затратами, но с меньшей надежностью. В отличие от разрядников для защиты от перенапряжений, зазоры в стержнях при срабатывании вызывают короткое замыкание, что приводит к срабатыванию выключателя. Конденсаторы серии

используются в линиях передачи на большие расстояния для уменьшения последовательного импеданса линии для управления напряжением.Снижение полного сопротивления линии снижает реактивные потери в линии, увеличивает пропускную способность и улучшает стабильность системы.

Релейное и защитное оборудование устанавливается на подстанциях для защиты системы от ненормальных и потенциально опасных условий, таких как перегрузки, сверхтоки и перенапряжения, путем срабатывания силового выключателя.

Коммуникационное оборудование жизненно важно для потока информации и данных между подстанциями и центрами управления. Линия передачи, радио, микроволновая и волоконно-оптическая линии связи широко используются.

Центры управления, мозг любой электрической сети, используются для управления системой. Они состоят из сложных систем диспетчерского управления, систем сбора данных, систем связи и управляющих компьютеров.

Конструкция, схема, типы, ошибки и применение

Трансформаторы — это электромагнитные пассивные устройства, которые работают по принципу электромагнитной индукции, которая передает электрическую энергию из одной цепи в другую посредством магнитного поля.Он состоит из двух катушек, одна первичная, а другая вторичная. Обе обмотки (катушки) магнитно связаны друг с другом без магнитопровода и электрически разделены. Трансформатор передает электрическую энергию (напряжение / ток) от одной обмотки к другой обмотке (катушке) посредством взаимной индукции. Во время преобразования энергии частота не изменяется. Трансформаторы подразделяются на два типа в зависимости от конструкции сердечника, такие как трансформаторы с сердечником и трансформаторы с оболочкой.По преобразованию уровня напряжения и выигрышу они представляют собой повышающие трансформаторы и понижающие трансформаторы. В цепях переменного тока используются различные типы трансформаторов, такие как силовые трансформаторы, трансформаторы напряжения, трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы.

Что такое трансформатор напряжения?

Определение: Трансформаторы напряжения также известны как понижающие трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы, в которых напряжение цепи снижается до более низкого напряжения для измерения.Электромагнитное устройство, используемое для преобразования более высокого напряжения цепи в более низкое напряжение, называется трансформатором напряжения. Выходной сигнал цепи низкого напряжения можно измерить с помощью вольтметров или ваттметров. Они способны увеличивать или уменьшать уровни напряжения цепи без изменения ее частоты и обмоток. Принцип работы, конструкция трансформатора напряжения аналогична силовому трансформатору и обычному трансформатору.


Трансформатор потенциала

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Трансформатор потенциала состоит из первичной обмотки с большим числом витков и вторичной обмотки с меньшим числом витков.Высокое входное переменное напряжение подается на первичную обмотку (или подключается к цепи высокого напряжения для измерения). Более низкое выходное напряжение снимается во вторичной обмотке с помощью вольтметра. Две обмотки магнитно связаны друг с другом без какого-либо соединения между ними.

Конструкция трансформатора потенциала

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Трансформаторы потенциала сконструированы с высоким качеством для работы при низкой плотности магнитного потока, низком магнитном токе и минимальной нагрузке.По сравнению с обычным трансформатором в нем используются большие проводники и железный сердечник. Он может быть выполнен в виде сердечника и оболочки для обеспечения высочайшей точности. Обычно для преобразования высокого напряжения в более низкое напряжение предпочтительнее использовать трансформаторы напряжения с сердечником.

В нем используются коаксиальные обмотки для уменьшения реактивного сопротивления утечки. Поскольку трансформаторы напряжения работают при высоком напряжении, первичная обмотка высокого напряжения разделена на небольшие секции витков / катушек, чтобы снизить стоимость изоляции и уменьшить повреждение.Фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением следует тщательно контролировать, чтобы поддерживать более низкое напряжение путем изменения нагрузки. Обмотки покрыты кембриком и хлопковой лентой для снижения стоимости изоляции.

Разделители твердых волокон используются для разделения катушек. Масляные вводы используются для подключения трансформаторов высокого напряжения (выше 7 кВ) к магистральным линиям. Первичная обмотка трансформатора напряжения имеет большое количество витков, тогда как вторичная обмотка имеет меньше витков.Мультиметр или вольтметр используются для измерения нижнего выходного напряжения.


Рабочий трансформатор потенциала

Трансформатор напряжения, подключенный к силовой цепи, напряжение которой необходимо измерить, подключается между фазой и землей. Это означает, что первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к цепи высокого напряжения, а вторичная обмотка трансформатора подключена к вольтметру. Благодаря взаимной индукции две обмотки магнитно связаны друг с другом и работают по принципу электромагнитной индукции.

Пониженное напряжение измеряется на вторичной обмотке относительно напряжения на первичной обмотке с помощью мультиметра или вольтметра. Из-за высокого импеданса трансформатора напряжения небольшой ток протекает через вторичную обмотку и работает аналогично обычному трансформатору без нагрузки или с низкой нагрузкой. Следовательно, эти типы трансформаторов работали в диапазоне напряжений от 50 до 200 ВА.

Согласно условному трансформатору коэффициент трансформации составляет

V2 = N1 / N2

‘V1’ = напряжение первичной обмотки

‘V2’ = напряжение вторичной обмотки

‘N1’ = число число витков первичной обмотки

«N2» = число витков вторичной обмотки

Высокое напряжение цепи можно определить с помощью приведенного выше уравнения.

Типы трансформаторов напряжения или напряжения

В зависимости от функции трансформатора напряжения существует два типа:

  • Измерительные трансформаторы напряжения
  • Защитные трансформаторы напряжения

Они доступны в одно- или трехфазном исполнении и работают с высочайшая точность. Они используются для управления и управления измерительными приборами, реле и другими устройствами. Исходя из конструкции, есть

Трансформаторы электромагнитного потенциала

Они аналогичны первичному трансформатору.l где первичная и вторичная обмотки намотаны на магнитопровод. Он работает при напряжении выше или ниже 130 кВ. Первичная обмотка соединена с фазой, а вторичная обмотка соединена с землей. Они используются в измерительных, релейных и высоковольтных цепях.

Емкостные трансформаторы потенциала

Они также известны как емкостные делители потенциала или емкостные трансформаторы напряжения соединительного или проходного типа. Серия конденсаторов подключается к первичной или вторичной обмоткам.Измеряется выходное напряжение на вторичной обмотке. Он используется для связи по линиям электропередачи и является более дорогостоящим.

емкостный трансформатор потенциала

Ошибки трансформаторов потенциала

В первичном трансформаторе выходное напряжение вторичной обмотки точно пропорционально напряжению на вторичном трансформаторе. В трансформаторах напряжения падение напряжения из-за реактивного сопротивления и сопротивления первичной и вторичной обмоток, а также коэффициента мощности вторичной обмотки приводит к ошибкам фазового сдвига и ошибкам напряжения.

Векторная диаграмма

Приведенная выше векторная диаграмма объясняет ошибки в трансформаторах напряжения.

«Is» — вторичный ток

«Es» — наведенная ЭДС во вторичной обмотке

«Vs» — напряжение на зажимах вторичной обмотки

«Rs» — сопротивление вторичной обмотки

«Xs» — реактивное сопротивление обмотки вторичной обмотки

«Ip» — первичный ток

«Ep» — наведенная ЭДС первичной обмотки

«Vp» — напряжение на зажимах первичной обмотки

«Rp» — сопротивление первичной обмотки

«Xp» ‘- реактивное сопротивление первичной обмотки

‘ Kt ‘- отношение витков

‘ Io ‘- ток возбуждения

‘ Im ‘- ток намагничивания Io

‘ Iw ‘- составляющая потерь в сердечнике Io

‘ Φm ‘- магнитный поток

»- ошибка фазового угла

Индуцированное ЭДС первичного напряжения — это вычитание сопротивления и падений реактивного сопротивления (IpXp, IpRp) из напряжения первичного Vp.Напряжение падает из-за реактивного сопротивления и сопротивления первичной обмотки.

ЭДС, наведенная в первичной обмотке, трансформируется во вторичную за счет взаимной индукции и образует наведенную ЭДС во вторичной обмотке Es. Выходное напряжение на вторичной обмотке из-за падения ЭДС на сопротивление и реактивное сопротивление составляет Vs. Выходное напряжение на вторичной обмотке получается путем вычитания падений реактивного сопротивления и сопротивления (IsXs, IsRs) из наведенной ЭДС во вторичной обмотке Es.

Возьмем за эталон основной поток.Ток в первичной обмотке Ip получается из векторной суммы тока возбуждения Io и обратного вторичного тока Is, которая умножается на 1 / Kt. Vp — приложенное первичное напряжение трансформатора напряжения.

Ip = (Io + Is) / Kt

Ошибка соотношения

Если нормальное отношение трансформатора потенциала отличается от фактического отношения трансформатора потенциала из-за падения сопротивления и реактивного сопротивления, тогда возникает ошибка соотношения.

Ошибка напряжения

Если есть разница между идеальным напряжением и фактическим напряжением, то возникает ошибка напряжения.Процент ошибки напряжения составляет

[(Vp — Kt Vs) / Vp] x 100

Ошибка фазового угла

Если существует разница между фазовым углом между первичным напряжением «Vp» и обратным вторичным напряжением, возникает ошибка фазового угла.

Причины ошибок

Из-за внутреннего импеданса напряжение в первичной обмотке падает и трансформируется пропорционально ее коэффициенту витков и вторичной обмотке. Точно то же самое происходит во вторичной обмотке.

Уменьшение ошибок

Ошибки трансформаторов напряжения можно уменьшить или предотвратить за счет повышения точности проектирования, величин реактивного сопротивления и сопротивления первичной и вторичной обмоток и минимального намагничивания сердечника.

Применения трансформаторов напряжения

Применения

  • Используются в схемах реле и измерения
  • Используются в цепях связи с несущими линиями электропередач
  • Используются в системах защиты электрически
  • Используются для защиты фидеров
  • Используются для защиты импеданса в генераторах
  • Используется для синхронизации генераторов и фидеров.
  • Используется в качестве трансформаторов напряжения защиты

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое трансформатор потенциала?

Трансформаторы напряжения также известны как понижающие трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы, в которых напряжение цепи снижается до более низкого напряжения для измерения.

2). Какие бывают типы трансформаторов напряжения?

Емкостные трансформаторы потенциала и электромагнитные трансформаторы потенциала

3).Какие ошибки в трансформаторах напряжения?

Ошибки соотношения, ошибки напряжения, ошибки фазового угла

4). Для чего нужен трансформатор напряжения?

Для снижения высокого напряжения до более низкого напряжения силовой цепи для измерения.

5). Каковы другие формы трансформаторов напряжения?

Понижающий трансформатор или измерительный трансформатор

Следовательно, работа, конструкция, ошибки и применение трансформаторов напряжения обсуждались выше.Трансформатор напряжения предназначен для преобразования высокого напряжения в низкое. Вот вам вопрос: «Каковы преимущества и недостатки трансформаторов напряжения?»

Трансформаторы потенциала

Это непростой способ измерения высокого напряжения и токов, связанных с системами передачи и распределения электроэнергии, поэтому часто используются измерительные трансформаторы для понижения этих значений до более безопасного для измерения уровня. Это связано с тем, что измерительные приборы или приборы и защитные реле являются устройствами низкого напряжения, поэтому не могут быть подключены напрямую к цепи высокого напряжения с целью измерения и защиты системы.

Помимо снижения уровней напряжения и тока, эти трансформаторы изолируют измерительную или защитную цепь от главной цепи, которая работает на высоких уровнях мощности.

Трансформаторы тока снижают уровень тока до рабочего диапазона прибора или реле, тогда как трансформаторы напряжения преобразуют высокое напряжение в цепь, работающую с низким напряжением. В этой статье мы собираемся подробно обсудить потенциальные трансформаторы.

Что такое трансформатор потенциала

Трансформатор потенциала — это понижающий трансформатор напряжения, который снижает напряжение в цепи высокого напряжения до более низкого уровня с целью измерения.Они подключаются поперек или параллельно контролируемой линии.

Основной принцип работы и конструкция этого трансформатора аналогична стандартному силовому трансформатору. Обычно трансформаторы напряжения обозначаются аббревиатурой PT.

Первичная обмотка состоит из большого количества витков, которые подключены к стороне высокого напряжения или к линии, в которой должны проводиться измерения или которая должна быть защищена. Вторичная обмотка имеет меньшее количество витков, которые подключены к вольтметрам или потенциальным катушкам ваттметров и счетчиков энергии, реле и других устройств управления.Это могут быть однофазные или трехфазные трансформаторы напряжения. Независимо от номинального напряжения первичной обмотки, они рассчитаны на вторичное выходное напряжение 110 В.

Поскольку вольтметры и потенциальные катушки других измерителей имеют высокий импеданс, через вторичную обмотку трансформатора тока протекает небольшой ток. Таким образом, ПТ ведет себя как обычный двухобмоточный трансформатор, работающий без нагрузки. Из-за такой низкой нагрузки (или нагрузки) на ПТ, номинальные значения в ВА ПТ низки и находятся в диапазоне от 50 до 200 ВА.На вторичной стороне один конец заземлен из соображений безопасности, как показано на рисунке.

Как и у обычного трансформатора, коэффициент трансформации определяется как

V1 / V2 = N1 / N2

Из приведенного выше уравнения, если показания вольтметра и коэффициент трансформации известны, то можно определить напряжение на стороне высокого напряжения.

В начало

Конструкция

По сравнению с обычным трансформатором, в трансформаторах напряжения или трансформаторах напряжения используются проводники и сердечники большего диаметра.ПП, предназначенные для обеспечения большей точности и, следовательно, при проектировании экономия материала не рассматривается как главный аспект.

PT изготовлены со специальным высококачественным сердечником, работающим при более низкой плотности магнитного потока, чтобы иметь небольшой ток намагничивания и минимизировать потери нагрузки. Для ПТ предпочтительны конструкции как сердечника, так и оболочки. Для высоких напряжений используются трансформаторы тока с сердечником, а для низких напряжений предпочтительны трансформаторы с оболочкой. Конструкция

Для уменьшения реактивного сопротивления утечки используются коаксиальные обмотки как для первичной, так и для вторичной обмотки.Для снижения стоимости изоляции вторичная обмотка низкого напряжения размещается рядом с сердечником. А для трансформаторов высокого напряжения первичная обмотка высокого напряжения разделена на секции катушек, чтобы уменьшить изоляцию между слоями катушек. Для этих намоток в качестве ламината используется исчезнувший батист и хлопковая лента. Между змеевиками используются сепараторы из твердых волокон.

Они тщательно спроектированы так, чтобы иметь минимальный фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями, а также поддерживать минимальное соотношение напряжений при изменении нагрузки.Масляные трансформаторы тока используются для высоких уровней напряжения (выше 7 кВ). В таких ПТ предусмотрены маслонаполненные вводы для соединения основных линий.

Вернуться к началу

Типы трансформаторов напряжения или потенциала

В основном они подразделяются на трансформаторы напряжения для наружной и внутренней установки.

1. Трансформаторы напряжения наружной установки

Это могут быть одно- или трехфазные трансформаторы напряжения, доступные для различного диапазона рабочих напряжений, которые используются для наружных реле и измерений.До 33кВ это одно- и трехфазные трансформаторы напряжения электромагнитного типа. Однофазные трансформаторы напряжения для наружной установки мощностью выше 33 кВ могут быть двух типов: электромагнитного типа и емкостного трансформатора напряжения (CVT).

Электромагнитный трансформатор напряжения или обычный трансформатор напряжения с обмоткой

Они похожи на обычные маслонаполненные трансформаторы с обмоткой с проволокой. На рисунке ниже показан ПТ электромагнитного типа, в котором водопроводный резервуар подключен к линейному выводу. На баке имеется пробка для заливки масла, и этот бак установлен на изолирующей опоре.

В основании имеется клемма заземления и пробка для слива масла. В этом случае первичная обмотка подключается между двумя фазами или между одной фазой и землей. Таким образом, один конец первичной обмотки подключен к основной линии вверху, а другой конец выведен снизу и заземлен с другими клеммами заземления.

Вторичные клеммы, включая клемму заземления, расположены в клеммной коробке внизу, далее они подключаются к цепям измерения и реле. Они используются при рабочих напряжениях до 132 кВ или ниже из-за аспектов изоляции.

PotentialTransformer
Емкостные трансформаторы напряжения (CVT)

Это емкостной делитель потенциала, подключенный между фазой основной линии и землей. Это могут быть вариаторы с конденсатором связи или вводом. Эти два типа электрически менее или более похожи, но разница в том, что образование емкости, которая в дальнейшем определяет их номинальную нагрузку (или нагрузку).

Конденсатор связи состоит из набора последовательно соединенных конденсаторов, которые состоят из пропитанной маслом бумаги и алюминиевой фольги.Для получения желаемых первичных и вторичных напряжений первичные и вторичные клеммы подключаются через конденсаторы.

Втулка вариатора использует втулки конденсаторного типа с резьбой. Бесступенчатые трансмиссии также используются для связи по линиям электропередач и, следовательно, более экономичны.

Емкостные трансформаторы напряжения

Наверх

2. Внутренние трансформаторы потенциала

Они также доступны в виде одно- или трехфазных трансформаторов тока, которые имеют литой магнитный тип. Механизм крепления может быть фиксированным или выкатным.В этом типе трансформаторов тока все части первичной обмотки изолированы от земли с номинальной изоляционной способностью. Они предназначены для управления реле, измерительными приборами и другими устройствами управления в помещениях с высокой точностью.

Внутренние трансформаторы напряжения

В зависимости от функции трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения подразделяются на измерительные трансформаторы напряжения и защитные трансформаторы напряжения.

Вернуться к началу

Ошибки в трансформаторе напряжения

Для идеального трансформатора напряжения напряжение, создаваемое во вторичной обмотке, точно пропорционально первичному напряжению и находится в точном противофазе.Но в реальных ПТ это не так из-за наличия падений напряжения на первичном и вторичном сопротивлениях, а также из-за коэффициента мощности нагрузки на вторичную обмотку. Это приводит к возникновению ошибок соотношения и угла сдвига фаз в трансформаторах напряжения. Дайте нам знать подробно.

Ошибки в трансформаторе напряжения

Рассмотрим векторную диаграмму трансформатора напряжения, показанную выше,

, где

Io = ток холостого хода

Im = намагничивающая составляющая тока холостого хода

Iu = составляющая мощности холостого тока

Es и Ep = наведенные напряжения во вторичной и первичной обмотках соответственно

Np и Ns = количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно

Ip и Is = первичный ток и вторичный ток

Rp и Rs = сопротивления первичной и вторичной обмоток соответственно

Xp и Xs = реактивные сопротивления первичной и вторичной обмоток соответственно

β = фазовая погрешность

Первичное индуцированное напряжение или ЭДС Ep получается путем вычитания первичного резистивного (IpRp) и реактивного падения (IpXp) из первичного напряжения Vp.Кроме того, напряжение на клеммах вторичной обмотки Vs получается векторным вычитанием падения сопротивления вторичной обмотки (IsRs) и падения реактивного сопротивления (IsXs) из вторичной наведенной ЭДС Es. Из-за этих падений номинальный коэффициент трансформатора потенциала не равен фактическому коэффициенту трансформатора напряжения, следовательно, возникает ошибка коэффициента преобразования.

Ошибка соотношения

Ошибка соотношения трансформатора напряжения определяется как отклонение фактического соотношения трансформации от номинального.

Ошибка соотношения в процентах = (Kn — R) / R × 100

Где

Kn — номинальный или номинальный коэффициент трансформации и равен

Kn = номинальное первичное напряжение / номинальное вторичное напряжение

Погрешность фазового угла

В идеале PT, между первичным напряжением и обратным вторичным напряжением не должно быть никакого фазового угла.Но на практике существует разница фаз между Vp и Vs, перевернутая (как мы можем наблюдать на приведенном выше рисунке), тем самым вводя ошибку фазового угла. Он определяется как разность фаз между первичным напряжением и обратным вторичным напряжением.

Чтобы уменьшить эти ошибки, чтобы повысить точность, трансформаторы спроектированы таким образом, чтобы их обмотки имели соответствующие величины внутреннего сопротивления и реактивных сопротивлений. В дополнение к этому, сердечник должен требовать минимальных компонентов намагничивания и потерь в сердечнике возбуждающего тока.

Вернуться к началу

Применение трансформаторов напряжения

  • Системы измерения электроэнергии
  • Системы электрической защиты
  • Дистанционная защита фидеров
  • Синхронизация генераторов с сетью
  • Импедансная защита генераторов

Класс трансформаторов напряжения, используемых для измерения называются измерительными трансформаторами напряжения или потенциала. С другой стороны, трансформаторы напряжения, используемые для защиты, называются защитными трансформаторами напряжения.В некоторых случаях трансформаторы тока используются как для измерения, так и для защиты, в таких случаях одна вторичная обмотка подключается к счетчику, а другая вторичная обмотка используется для защиты.

Вернуться к началу

Трансформатор потенциала: определение, принцип и применение

Трансформатор потенциала также представлен как устройство понижения напряжения, измерительный трансформатор или трансформаторы напряжения, в которых напряжение цепи понижается до более низкого напряжения для обнаружения. Электромагнитный прибор, применяемый для преобразования большего напряжения сети в более низкое напряжение, известен как трансформатор напряжения.Выходной сигнал низковольтной сети можно измерить с помощью ваттметров или вольтметров. Они могут уменьшать или увеличивать номинальное напряжение цепи без изменения ее обмоток и частоты. Принцип работы и конструкция трансформатора напряжения такие же, как у обычных и силовых трансформаторов.

Что такое трансформатор напряжения? Трансформаторы

— это пассивные электромагнитные приборы, работающие по принципу правил электромагнитной индукции, которые передают электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью магнитного поля.Он включает в себя две катушки; одна — первичная часть, а другая — вторичная обмотка. Обе катушки (обмотки) магнитно объединены без какой-либо магнитной части и электрически разделены.

Трансформатор передает электричество (ток / напряжение) от одной обмотки к другой катушке (катушке), используя взаимную индукцию. Во время преобразования энергии нет изменения частоты. Трансформаторы делятся на два класса в зависимости от конструкции сердечника, например, типы сердечников и типы оболочек.Они также делятся на повышающие и понижающие трансформаторы в зависимости от преобразования номинального напряжения и выигрыша. В сетях переменного тока используются различные формы трансформаторов, такие как трансформаторы напряжения, силовые трансформаторы, автотрансформаторы и трехфазные трансформаторы. В этом посте мы полностью обсудим потенциальные трансформаторы.

Подробнее о Linquip

Типы трансформаторов: статья о различиях конструкции и конструкции трансформаторов

Определение

Трансформатор напряжения можно определить как прибор, используемый для передачи напряжения от более высокого значения к более низкому выходу.Этот трансформатор понижает напряжение до безопасного предельного значения, которое можно легко измерить с помощью обычного прибора низкого напряжения, такого как вольтметр, ваттметр, ваттметры и т. Д.

что такое трансформатор потенциала (Ссылка: elprocus.com )

Принципиальная схема

Трансформатор напряжения содержит первичную обмотку с большим количеством витков и вторичную обмотку с меньшим числом витков. Большое входное напряжение переменного тока подается в первичную секцию (или подключается к сети высокого напряжения для измерения).Более низкое выходное напряжение может быть получено через вторичную обмотку с помощью вольтметра. Две обмотки магнитно соединены друг с другом без какого-либо соединения между ними.

Схема трансформатора потенциала

(Ссылка: elprocus.com )

Трансформаторы напряжения производятся с высоким качеством, чтобы работать при низком магнитном токе, низкой плотности потока и минимальной нагрузке. По сравнению с обычным типом, в нем используются отличные проводники и железный сердечник.Он может быть сконструирован в виде корпуса и сердечника для достижения высочайшей точности. Обычно трансформаторы напряжения с сердечником подходят для передачи высокого напряжения на нижний выход.

В нем используются коаксиальные секции для уменьшения реактивного сопротивления утечки. Поскольку типы потенциала выполняются при высоком напряжении, первичная секция высокого напряжения разделена на небольшие части, катушки / витки, чтобы уменьшить стоимость изоляции и проблемы. Фазовый сдвиг между выходным напряжением и входным напряжением следует точно контролировать, чтобы поддерживать более низкое напряжение путем изменения нагрузки.Обмотки покрыты кембриком и хлопковой лентой для снижения стоимости изоляции.

Для покрытия змеевиков применяются сепараторы из твердых волокон. Масляные вводы также используются для вывода высоковольтных выходов (выше 7 кВ) на основные линии. Первичная часть трансформатора напряжения имеет большое количество витков, в то время как вторичная сторона имеет меньше витков. Вольтметр или мультиметр используются для определения более низкого выходного напряжения.

Строительство

Трансформатор напряжения сконструирован с высококачественным сердечником, работающим при низком магнитном потоке, поэтому ток намагничивания низкий.Клеммы трансформатора должны быть сконструированы таким образом, чтобы изменение номинального напряжения с нагрузкой было минимальным, а фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением также был минимальным.

Первичная часть имеет большое количество витков, а вторичная сторона их намного меньше. Коаксиальное расположение применяется в трансформаторе напряжения для уменьшения реактивного сопротивления утечки. Цена изоляции также снижается за счет разделения первичной части на отдельные части, что минимизирует изоляцию между слоями.

Соединение

Трансформатор напряжения расположен параллельно цепи. Первичная часть устройства подключается непосредственно к электросети, напряжение которой следует контролировать. Вторичные клеммы системы подключены к измерительному прибору, такому как ваттметр, вольтметр и т. Д. Вторичная часть трансформатора напряжения магнитно объединена через магнитную сеть первичных обмоток.

Подключение трансформатора напряжения

(Код: circuitglobe.ком )

Главный вывод устройства рассчитан на напряжение от 400 В до нескольких тысяч вольт, а вторичный часто рассчитан на 400 В. Соотношение между первичным и вторичным напряжением известно как «коэффициент трансформации или коэффициент трансформации».

Типы трансформаторов потенциала

Трансформатор напряжения в основном подразделяется на два типа, то есть, с традиционной формой обмотки (электромагнитная форма) и с конденсаторным напряжением и потенциалом.

Обычный трансформатор потенциала с обмоткой

Обычная форма намотки очень дорога из-за требований к изоляции.

Конденсаторный трансформатор потенциала

Конденсаторный тип потенциала представляет собой соединение конденсаторного делителя потенциала и магнитной части относительно небольшого отношения. Принципиальная схема типов конденсаторов представлена ​​на рисунке ниже. Пакет конденсаторов с большим напряжением от делителя потенциала, конденсаторы с двух сторон становятся C 1 и C 2 , а Z — это нагрузка.

Принципиальная схема трансформатора потенциала конденсатора

(Артикул: circuitglobe.ком )

Напряжение, подаваемое на первичную часть промежуточного трансформатора, обычно составляет порядка 10 кВ. И промежуточный трансформатор, и делитель потенциала имеют номинальные характеристики и требования к изоляции, которые подходят для экономичного строительства.

Промежуточный трансформатор должен иметь очень низкую ошибку соотношения, а фазовый угол обеспечивает удовлетворительную работу всего комплекта. Вторичная конечная стоимость определяется формулой, представленной ниже.

{V} _ {2} = {V} _ {1} \ times \ frac {{C} _ {1}} {{C} _ {1} + {C} _ {2}}

Принцип работы трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения, подключенный к электросети, напряжение которого должно измеряться, подключен между землей и фазой. Это означает, что первичная часть трансформатора напряжения подключена к высоковольтной сети, а вторичная часть трансформатора подключена к мультиметру. Благодаря взаимной индукции две стороны магнитно соединены вместе и работают по принципу электромагнитной индукции.

Пониженное напряжение определяется через вторичную обмотку по отношению к напряжению в первичной части с помощью вольтметра. Из-за большого импеданса в системе небольшой ток проходит через вторичную обмотку и работает аналогично обычному трансформатору с нулевым потреблением или малой мощностью. Следовательно, такие трансформаторы работают при напряжении от 50 до 200 ВА. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о принципе трансформатора напряжения.

Коэффициент трансформации на основе условного трансформатора составляет

{V} _ {2} = {V} _ {1} \ times \ frac {{N} _ {2}} {{N} _ {1}}

Где V 1 — напряжение первичной обмотки, V 2 — напряжение вторичной стороны, N 1 — количество витков в первичной части, а N 2 ‘- количество витков вторичной обмотки.Высокое напряжение в сети можно определить по приведенной выше формуле.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы потенциала можно разделить на следующие формы в зависимости от их функции.

  • Измерительные трансформаторы напряжения
  • Защитные трансформаторы напряжения
  • Трансформаторы электромагнитного потенциала
  • Емкостные трансформаторы потенциала

Защитные трансформаторы напряжения

Имеются в наличии в одно- или трехфазном типах и работают с наилучшей точностью.Они используются для выполнения и контроля измерительных приборов, реле и других устройств.

Трансформаторы электромагнитного потенциала

Это то же самое, что и у первичного трансформатора, где первичная и вторичная части намотаны на магнитный центр. Он работает при значении выше или ниже 130 кВ. Первичная часть определяется на основе фазы, а вторичная часть подключается к земле. Применяются в релейных, счетных и высоковольтных сетях.

Емкостные трансформаторы потенциала

Они также представлены как емкостные трансформаторы напряжения проходного или соединительного типа или емкостные делители напряжения. Последовательное расположение конденсаторов прикреплено к первичной или вторичной стороне. Определяется выходное значение через вторичную обмотку. Он используется для передачи данных по силовому кабелю и является более дорогостоящим.

Емкостный трансформатор потенциала

(Артикул: elprocus.ком )

Ошибки в трансформаторах потенциала

В первичных приборах выходное значение на вторичной стороне точно связано со значением вторичного трансформатора. Падение напряжения из-за сопротивления и реактивного сопротивления в первичной и вторичной обмотках трансформаторов напряжения, а также коэффициента мощности на вторичной обмотке приводит к ошибкам фазового сдвига и ошибкам напряжения.

Ошибки соотношения и фазового угла трансформатора потенциала

Значение первичной и вторичной обмоток точно соотносится с напряжением первичной обмотки в идеальном трансформаторе напряжения и точно в противофазе.Но реально этого добиться не удается из-за снижения первичного и вторичного напряжения. Таким образом, в систему вводится как первичная, так и вторичная стоимость.

Ошибка соотношения напряжений

Ошибка соотношения напряжений может быть оценена относительно измеренного напряжения, и она получается по формуле, представленной ниже:

Ratio_ {Error} = \ frac {{K} _ {t} {I} _ {s} — {I} _ {p}} {{I} _ {p}}

, где K t — номинальное передаточное число, т.е.е., соотношение номинального первичного значения и номинального вторичного значения. Если есть разница между полным напряжением и практическим напряжением, то возникает ошибка напряжения. Процент погрешности напряжения также можно получить с помощью следующего уравнения:

Voltage_ {Error} = \ frac {{V} _ {p} — {K} _ {t} {V} _ {s}} {{V} _ {p}} \ times 100

Ошибка фазового угла

Ошибка угла сдвига фаз — это проблема между напряжением вторичной части, которое точно находится в противофазе с напряжением первичной части.Увеличение количества устройств в реле, подключенном к вторичной обмотке трансформатора напряжения, приведет к увеличению ошибок в трансформаторах напряжения.

Если существует основная разница между фазовым углом первичного значения «V p » и обратным вторичным значением, возникает ошибка фазового угла.

Нагрузка трансформатора потенциала

Нагрузка — это общая внешняя мощность в вольт-амперном режиме на вторичной части при номинальном напряжении.Номинальная нагрузка трансформатора напряжения — это нагрузка ВА, которую не следует увеличивать, если устройство стремится работать с номинальной точностью. Расчетная нагрузка указана на заводской табличке.

Максимальная или предельная нагрузка — это максимальная мощность в ВА, при которой практический трансформатор будет постоянно работать без перегрева его частей за пределы допустимого диапазона. Эта нагрузка в несколько раз превышает номинальную.

Если стандартное соотношение трансформатора напряжения отличается от практического отношения устройства из-за падения сопротивления и реактивного сопротивления, то возникает эта ошибка.

Причины ошибок

Из-за внутреннего импеданса напряжение в первичной части уменьшается и передается пропорционально его коэффициенту скручивания и вторичной части. Точно так же происходит и со вторичной стороной.

Сокращение ошибок

Ошибки трансформаторов напряжения могут быть уменьшены или предотвращены за счет повышения точности проектирования, величин сопротивления и реактивного сопротивления первичной и вторичной сторон и минимального намагничивания сердечника.

Векторная диаграмма трансформатора потенциала

Векторная диаграмма трансформатора напряжения представлена ​​на рисунке ниже.

Схема фазора трансформатора потенциала

(Ссылка: circuitglobe.com )

Где,

  • Es — Вторичная наведенная ЭДС
  • Is — Вторичный ток
  • Xs — Реактивное сопротивление вторичной обмотки
  • Rs — Сопротивление вторичной обмотки
  • Вс — Напряжение вторичной обмотки
  • Vp — Первичное напряжение на клеммах
  • Ip — Первичный ток
  • Ep — Первоначально наведенная ЭДС
  • Xp — Реактивное сопротивление первичной обмотки
  • Rp — Сопротивление первичной обмотки
  • Kt — Передаточное число
  • Im — намагничивающий компонент Io
  • Io — ток возбуждения
  • Iw — Компонент потерь в сердечнике Io
  • Β — Ошибка угла сдвига фаз
  • Φm — Основной поток

Основной поток считается эталонным.Первичное значение — это векторная сумма тока возбуждения Io, а ток, идентичный вторичному значению реверсирования, улучшается на отношение 1 / kt в измерительном трансформаторе. Vp — это напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора напряжения.

{I} _ {P} = \ frac {{I} _ {O} + {I} _ {S}} {{K} _ {t}}

Напряжение уменьшается в зависимости от сопротивления и реактивного сопротивления первичной части из-за первичного тока, который может быть получен с помощью IpRp и IpXp.Когда снижение напряжения вычитается из первичного значения трансформатора напряжения, первично произведенная ЭДС (электродвижущая сила) будет появляться через клеммы.

Эта основная ЭДС устройства изменится на вторичную сторону за счет эффекта взаимной индукции и преобразуется во вторичную создаваемую ЭДС (Es). Эта ЭДС уменьшится на реактивное сопротивление и сопротивление вторичной стороны, а результирующий выходной сигнал будет проявляться через напряжение на клеммах вторичной обмотки и выражается в Vs.

Произведенная ЭДС первичного напряжения является результатом вычитания реактивного сопротивления и падений сопротивления (IpXp, IpRp) из первичного напряжения (Vp). Напряжение снижается из-за сопротивления и реактивного сопротивления первичной обмотки.

ЭДС, произведенная в первичной обмотке, передается на вторичную сторону за счет взаимной индукции и создает ЭДС на вторичной стороне (Es). Выходное напряжение через вторичную обмотку из-за уменьшения ЭДС реактивным сопротивлением и сопротивлением составляет Vs. Выходное значение на вторичной обмотке получается путем вычитания падений сопротивления и реактивного сопротивления (IsRs, IsXs) из созданной ЭДС во вторичной обмотке (Es).

Применение трансформатора напряжения

Области применения трансформатора напряжения перечислены ниже:

  • Используется в схемах учета и реле
  • Используется в сетях связи ЛЭП
  • Используется в устройствах защиты электрически
  • Используется для защиты импеданса в различных приложениях, таких как генераторы
  • Используется для защиты кормушек
  • Используется как защита трансформаторов напряжения
  • Используется для синхронизации фидеров и генераторов

Преимущества трансформатора потенциала

Преимущества трансформатора напряжения кратко изложены ниже:

  • Амперметр и вольтметр могут быть подключены для контроля высокого тока и напряжения соответственно.
  • Независимо от измерения напряжения или тока, уровень измерителя нижнего диапазона можно настроить с помощью трансформатора напряжения.
  • Работа этих инструментов используется для работы во многих формах защитных устройств, таких как реле и контрольные лампы.
  • Один трансформатор напряжения может использоваться для управления несколькими приборами.

Недостатки трансформатора потенциала

В связи с экономичностью устройства недостатков нет.Основным недостатком трансформатора напряжения является то, что он поддерживает эту конфигурацию, ограниченную только сетями переменного тока, и не может использоваться в цепях постоянного тока.

Заключение

Трансформаторы напряжения в основном используются в системе релейной защиты, поскольку обмотки потенциала защитного прибора не подключаются напрямую к сети в случае высокого напряжения. В результате необходимо снизить входное напряжение, а также изолировать систему защиты от первичной сети.

Конструкция, работа и характеристики трансформаторов напряжения

Что такое потенциальные трансформаторы?

Трансформаторы потенциала используются для управления вольтметрами, катушками потенциалов ваттметров и реле от высоковольтных линий. Первичная обмотка трансформатора подключена к линии, по которой проходит измеряемое напряжение, а цепь напряжения соединена с вторичной обмоткой.

Конструкция трансформатора напряжения очень похожа на конструкцию силового трансформатора, но нагрузка трансформатора напряжения всегда мала, иногда всего несколько вольт-ампер.Вторичная обмотка спроектирована таким образом, чтобы на нагрузку прибора подавалось напряжение от 100 до 120 В. Нормальное номинальное вторичное напряжение составляет 110 В.

Обязательно к прочтению:

Конструкция трансформаторов потенциала:

Конструкция и конструкция трансформаторов напряжения в основном такие же, как и у силовых трансформаторов, но есть несколько основных отличий: (i) Силовые трансформаторы спроектированы с учетом эффективности, регулирования и стоимости.Стоимость снижается за счет использования небольших размеров сердечника и проводника. При проектировании трансформатора напряжения экономичность материала не имеет большого значения, и трансформаторы спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать желаемые характеристики, то есть постоянство передаточного числа и малый фазовый угол:

По сравнению с силовым трансформатором трансформатор потенциала имеет большие размеры сердечника и проводника. Экономичные конструкции могут привести к большим ошибкам отношения и угла сдвига фаз, которые являются нежелательными характеристиками. (ii) Выход трансформатора напряжения всегда небольшой, а размер довольно большой.Следовательно, повышение температуры невелико, и, следовательно, нет тепловых проблем, вызванных перегрузками, как в силовых трансформаторах. Фактически, нагрузка трансформатора напряжения ограничена соображениями точности, в то время как в силовом трансформаторе ограничение нагрузки основано на нагреве.

Фактически, трансформаторы напряжения способны выдерживать тепловые нагрузки, во много раз превышающие их номинальные нагрузки. Эти нагрузки варьируются от 2 до 3 раз для низковольтных трансформаторов напряжения и до 30 или более раз для некоторых высоковольтных трансформаторов.

Ядро: Ядро может иметь конструкцию оболочки или сердечника. Конструкция корпуса обычно используется только для трансформаторов низкого напряжения. Следует принять особые меры предосторожности при сборке и чередовании пластин сердечника, чтобы минимизировать влияние воздушных зазоров на стыках.

Обмотки: Первичная и вторичная обмотки коаксиальны, чтобы снизить реактивное сопротивление утечки до минимума. Чтобы упростить проблемы с изоляцией, обмотка низкого напряжения (вторичная) размещена рядом с сердечником.Первичная обмотка может быть одной катушкой в ​​трансформаторах низкого напряжения, но должна быть разделена на несколько коротких катушек в трансформаторах высокого напряжения, чтобы уменьшить изоляцию, необходимую между слоями катушек.

Обязательно к прочтению:

Изоляция: Хлопковая лента и лакированный кембрик используются в качестве изоляции для конструкции змеевика. Между катушками используются разделители Hard Libre. При низких напряжениях трансформаторы обычно заполняются без компаунда, но трансформаторы напряжения для использования при напряжениях выше 7 кВ погружены в масло.На континенте были разработаны трансформаторы с фарфоровой изоляцией сухого типа для напряжений до 45 кВ.

Вводы: Маслонаполненные вводы обычно используются для маслонаполненных трансформаторов напряжения, поскольку это сводит к минимуму габаритные размеры трансформатора. Два ввода используются, когда ни одна из сторон линии не находится под потенциалом земли. Некоторые трансформаторы напряжения, подключенные от линии к нейтрали систем с заземленной нейтралью, имеют только один высоковольтный ввод.

Здесь уместно отметить, что трансформатору тока нужен только один ввод, так как выводы от двух концов первичной обмотки проходят через один и тот же изолятор, поскольку между ними существует только небольшое напряжение, что позволяет сэкономить на расходах на другой высоковольтный изолятор. . 2-обмоточный однофазный трансформатор напряжения , показанный на рисунке ниже.

Трансформаторы высокого напряжения:

Трансформаторы напряжения обычного типа, используемые для высокого напряжения 110 кВ и выше, очень большие по размеру и дорогостоящие в строительстве из-за требований к изоляции. Например, трансформатор напряжения на 110 кВ имеет общую высоту около 7,5 метров и весит около 5 тонн. . Это очень громоздкий размер, а также материалы, использованные в конструкции трансформатора напряжения , используются очень неэкономично.

Недавно была усовершенствована конструкция и конструкция трансформаторов напряжения , что привело к значительному уменьшению габаритов и стоимости трансформаторов. Были разработаны две конструкции, исключающие возможность вывода высокого напряжения в проходных изоляторах. размер и стоимость трансформаторов.

Обязательно к прочтению:

Эти конструкции предназначены для измерения напряжения между фазой и землей в трехфазной системе.В проектах задействовано

(i) Изолированный корпус: Трансформатор полностью построен на масляном изоляторе высокого напряжения. Это приводит к экономии места и материалов.

(ii) Трансформатор потенциала из формованной резины: В результате недавних разработок в промышленности синтетического каучука появился трансформатор напряжения из формованной резины, заменяющий изоляционное масло и фарфоровые втулки для некоторых применений. Этот блок дешевле, чем обычный маслонаполненный P.Т., а поскольку втулки изготовлены из формованной резины, устраняются трудности, вызванные поломкой фарфора.

(iii) Каскадные трансформаторы: В каскадной схеме напряжение делится между несколькими трансформаторами. Предположим, что напряжение разделено между N трансформаторами и, следовательно, каждый трансформатор будет принимать 1 / N от общего напряжения. Таким образом, для каждого из них требуется изоляция, соответствующая более низкому напряжению, с последующей экономией места и материала. Основное применение каскадной схемы — повышение номинального напряжения блоков сухого типа.

Обязательно к прочтению:

Защита трансформаторов напряжения:

Трансформаторы потенциала могут непрерывно работать при напряжении, в 1,2 раза превышающем номинальное. Короткое замыкание на вторичной обмотке трансформатора напряжения может привести к полному повреждению трансформатора. Для защиты энергосистемы от короткого замыкания в трансформаторах потенциала используются предохранители на первичной (высоковольтной) стороне. Во вторичной обмотке используются предохранители для защиты P.Т. против неправильного переключения и неисправного заземления.

Емкостные трансформаторы потенциала:

При напряжениях выше примерно 100 кВ (фаза) обычный электромагнитный трансформатор потенциала становится дорогим из-за требований к изоляции. Менее дорогой альтернативой является емкостной трансформатор напряжения. Он состоит из емкостного делителя потенциала, используемого в сочетании с обычным вспомогательным трансформатором. Емкостный делитель потенциала понижает измеряемое напряжение (скажем, примерно до 10 кВ).

Выходное напряжение емкостного делителя дополнительно понижается вспомогательным трансформатором до желаемого вторичного напряжения (скажем, 110 В). Вспомогательный трансформатор состоит из индуктивности, которая может полностью или частично состоять из индуктивности рассеяния обмоток вспомогательного трансформатора.

Значение этой индуктивности L может быть установлено равным 1 / ω² (C₁ + C₂), так что падение напряжения из-за тока, отводимого от делителя, в значительной степени компенсируется.Таким образом, общий коэффициент трансформации напряжения не зависит от нагрузки. Общий коэффициент является произведением коэффициентов делителя и трансформатора.

Однако на практике компенсация не является полной из-за потерь в индуктивности, а также из-за небольших изменений частоты, которые могут произойти. Тем не менее, характеристики конденсаторных трансформаторов напряжения не намного уступают характеристикам трансформаторов напряжения электромагнитного типа и при условии, что ток в первичной обмотке вспомогательного трансформатора не превышает примерно 10% от тока в делителе.

Обязательно к прочтению:

Характеристики трансформаторов напряжения:

1) Влияние вторичного тока или ВА:

Если увеличивать вторичную нагрузку. вторичный ток увеличивается, и, следовательно, увеличивается первичный ток. Как в первичной, так и во вторичной обмотке, падение напряжения увеличивается, и, таким образом, для данного значения Vp значение Vs уменьшается, и, следовательно, фактическое отношение увеличивается по мере увеличения нагрузки. Ошибка соотношения увеличивается, становясь все более отрицательной с увеличением нагрузки.Это изменение погрешности отношения почти линейно с изменением нагрузки.

Что касается фазового угла, то напряжение Vp более опережает по фазе из-за увеличения падений напряжения с увеличением вторичной нагрузки. Обратный вектор Vs задерживается по фазе из-за увеличения секунды, напряжение на обмотке падает. груз. фазовый угол между Vp и Vs наоборот увеличивается, становясь все более отрицательным.

2) Влияние коэффициента мощности вторичной нагрузки:

Если коэффициент мощности нагрузки вторичной цепи уменьшается, угол ∆ увеличивается.Это заставляет ток Ip сдвигаться в сторону тока I0. Напряжение Vp и Vs почти совпадают по фазе с Ep и Es соответственно, поскольку падения напряжения почти постоянны. Результатом является увеличение Vp по сравнению с Ep. Но Vp постоянно и, следовательно, Ep уменьшается относительно Vp.

Напряжение Vs уменьшается относительно Es. Следовательно, коэффициент трансформации увеличивается по мере уменьшения коэффициента мощности вторичной нагрузки. Теперь при уменьшении коэффициента мощности Vs увеличивается по фазе, а Vp задерживается по фазе, фазовый угол (-ve) уменьшается с уменьшением коэффициента мощности вторичной обмотки.

3) Влияние частоты:

Для постоянного напряжения магнитный поток обратно пропорционален частоте. Увеличение частоты уменьшает магнитный поток, и, следовательно, Im и Ie уменьшаются, и, следовательно, отношение напряжений уменьшается. Уменьшение не столько, сколько с увеличением частоты реактивное сопротивление рассеяния увеличивается и, следовательно, падения реактивного сопротивления утечки увеличиваются, что приводит к увеличению отношения.

Таким образом, изменения отношения напряжений из-за изменения частоты зависят от относительных значений In и реактивных сопротивлений утечки, поскольку создаваемые ими эффекты противоположны друг другу.Что касается погрешности фазового угла, оба эффекта из-за увеличения опережения частоты Vp и увеличения вторичного реактивного сопротивления замедляют Vs и, следовательно, фазовый угол увеличивается с увеличением частоты.

Обязательно к прочтению:

4) Влияние первичного напряжения:

Нет большого разброса напряжения питания, к которому подключена первичная обмотка трансформатора потенциала . Следовательно, изучение изменения соотношения и погрешностей фазового угла в зависимости от напряжения питания не имеет значения.

Вывод:

Теперь мы узнали о конструкции и работе трансформаторов напряжения .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *