Измерительные трансформаторы тока и напряжения: что это и как работают, схема подключения

Для чего нужны трансформаторы тока

Трансформатор тока нулевой последовательности широко применяется при организации производственных работ, в быту (с его помощью осуществляют сварку, нормализует поступающее в дом напряжение, скачки тока, нормализует работу электросчетчика для повышения безопасности).

Трансформатор является важным инструментом в области электротехники. Текущие уровни электрического тока должны контролироваться для обеспечения безопасности и эффективности других бытовых и промышленных приборов. Устройства учета, подключенные к трансформаторам, позволяют осуществлять мониторинг в различных местах системы. Их также можно использовать для измерения потребления электроэнергии в здании, а также для выставления счетов или проверки.

Трансформатор тока — схема

Конструкция и принцип действия

Внешний вид типового трансформатора тока показан на рисунке 1. Характерной особенностью этих моделей является то, что они имеют диэлектрический корпус. Формы ящиков могут быть разными – от прямоугольных до цилиндрических. Некоторые конструкции не имеют сквозных направляющих в центре корпуса. Вместо него сделано отверстие для обматывания провода, выполняющего функции первичной обмотки.

Рис. 1. Трансформатор тока

Диэлектрические материалы выбирают в зависимости от величины напряжения, на которое рассчитано устройство, и условий его эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергосистем изготавливают мощные ТТ с цилиндрическими керамическими корпусами (см рис. 2).

Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока

Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см рис. 3). Резистор необходим для предотвращения работы в режиме без вторичных нагрузок. Эксплуатация трансформатора тока с разряженными вторичными обмотками недопустима из-за сильного нагрева (вплоть до разрушения) магнитопровода.

Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока

В отличие от трансформаторов напряжения ТТ имеют только одну первичную обмотку (см рис. 4). Этот нахлест часто представляет собой шину, проходящую через кольцо сердечника с намотанными на нее вторичными обмотками (см рис. 5).

Рис. 4. Схематическое изображение ТТ
Рис. 5 ТТ устройство

Иногда в качестве первичной обмотки выступает проводник электрической цепи. Для этого конструкция сердечника позволяет использовать шарнирное соединение частей трансформатора для наматывания кабеля (см рис. 6).

Рис. 6. Раздельный корпус CT

Сердечники трансформаторов изготавливают прокаткой кремнистой стали. В высокоточных моделях сердечники изготавливаются из материалов на основе нанокристаллических сплавов.

Принцип работы.

Основной задачей трансформаторов тока является снижение (повышение) значения тока до допустимого значения. Принцип действия основан на свойствах преобразования переменного электрического тока. Образовавшийся переменный магнитный поток улавливается магнитопроводом, перпендикулярным направлению первичного тока. Этот поток создается переменным током от первичной обмотки и индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки по вторичной цепи начинает протекать электрический ток.

Зависимости между обмотками и токами выражаются формулой: k=W2/W1=I1/I2 .

Так как ток во вторичной обмотке обратно пропорционален количеству витков в ней, увеличивая (уменьшая) коэффициент трансформации, зависящий от соотношения числа витков в обмотках, можно добиться нужного значения выходной мощности Текущий.

На практике чаще всего это значение устанавливается путем подбора числа витков вторичной обмотки, делая первичную обмотку одновитковой.

Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определить параметры величин в первичной цепи. Численно это значение во вторичной обмотке равно произведению фактического значения тока и номинального коэффициента трансформации.

В идеале I1 = kI2 = I2W2/W1. Учитывая, что W1 = 1 (один виток) I1 = I2W2 = kI2. Эти простые расчеты можно заложить в программу электронного счетчика.

Рис. 7. Принцип работы трансформатора тока

На рис. 7 не показано сопротивление нагрузки. При измерении необходимо учитывать их влияние. Все допустимые погрешности измерений показаны классом точности ТТ.

Режимы работы трансформатора

Существует три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор находится «вхолостую», когда выводы вторичных обмоток никуда не подключены.

Если сердечник трансформатора выполнен из магнитомягкого материала, то ток холостого хода показывает потери, возникающие в трансформаторе за счет перемагничивания сердечника и вихревых токов.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки замыкаются накоротко, а на первичную обмотку подается небольшое напряжение, так что ток короткого замыкания равен номинальному току трансформатора.

Величину потерь (мощности) можно рассчитать, если напряжение на вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Этот режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если к вторичной обмотке подключить нагрузку, то возникает ток, который индуцирует магнитный поток, направленный в направлении, противоположном магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции источника питания неодинаковы.

Поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения. Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:

У_2/У_1=Н_2/Н_1

где U2, U1 — мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 — число витков в первичной и вторичной обмотках.

Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, иначе имеем понижающий трансформатор. Любой трансформатор обычно характеризуется числом k, где k — коэффициент трансформации.

Отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичная обмотка в трансформаторах тока изолирована по параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка соединена с землей.

Трансформаторы тока работают в условиях, аналогичных случаю короткого замыкания, так как имеют малое сопротивление вторичной обмотки. Это назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также разность трансформатора напряжения в зависимости от условий эксплуатации.

Для трансформатора напряжения в случае короткого замыкания его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлем и безопасен. Хотя такие трансформаторы тоже имеют аварийную опасность, но для этого устанавливают собственные системы и средства защиты.

Классификация

Семейство трансформаторов тока классифицируется по нескольким критериям.

1. По предварительной записи:
   • защитный;
   • линии измерительных трансформаторов тока;
   • промежуточные (используются для выравнивания токов в системах дифференциальной защиты);
   • лаборатория.
2. В зависимости от способа установки:
   • на открытом воздухе (см рис. 8), применяемые в ОРУ;
   • внутренние (размещены в ЗРУ);
   • инкорпорейтед;
   • накладные (часто в сочетании с втулками);
   • портативный.

Рис. 8. Пример внешнего использования ТТ

• Классификация по типу первичной обмотки:
  • многовитковые, в том числе витковые и трансформаторные конструкции, с обмотками в виде петель;
  • один круг;
  • шина.
• Для значения номинальных напряжений:
  • До 1кВ;
  • Более 1 кВ.

Трансформаторы тока можно классифицировать по другим признакам, например по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.

По месту установки

Начнем с типов трансформаторов, которые классифицируются в зависимости от места установки:

1. Специальные (используются в транспортных средствах и на заводах-изготовителях);
2. Интегрированные (устанавливаются в конструкцию других электроприборов);
3. Внутренний (используется в закрытых комплексных компаниях);
4. Открытый (устанавливается на открытом воздухе);
5. Портативный (универсальный, может устанавливаться как на открытом воздухе, так и в закрытых лабораториях).

По способу установки

Продолжим с типами трансформаторов, которые классифицируются по способу установки:

1. Поддержка (одно- и многоступенчатые устройства);
2. Проходные (образуют металлическую опору и устанавливаются на производственных участках).

По типу витков

Пришла очередь типов тех трансформаторов, которые классифицируются по типу витков:

1. С поворотом (имеют форму стержня и используются в производственных компаниях);
2. С множеством витков (имеют форму петли и устанавливаются в многофазных системах и сооружениях);
3. Без первичной обмотки (имеют форму шин и используются для управления фазами электрической сети).

По конструкциям первичных обмоток

• Многооборотный.
• Одиночный поворот.
• Шина.

По типу изоляции

• Сухой, в который входит группа материалов: чугун, эпоксидный, фосфорный, бакелитовый и др
• Масло-бумага.
• Масло-бумажный конденсат.
• Газовое наполнение.
• Наполнитель — с компаундом.

По количеству ступеней трансформации

• Уникальный этап.
• Два этапа.

По номиналу рабочего напряжения

• До 1000В.
• Более 1000В.

По назначению

Закончим с типами трансформаторов, которые классифицируются по различному назначению:

1. Лаборатория (способная обеспечить высокую точность значений);
2. Измерение (они же измерительные приборы);
3. Многоступенчатые (имеют сложную структуру, поэтому могут организовать процесс преобразования электрического тока);
4. Промежуточные (способные преобразовывать значение тока первичной или вторичной обмотки);
5. Защитный.

Защитные ТТ

Трансформаторы защиты обычно релейного типа, «они следят за тем, чтобы манипуляция, лезущая в электрическую сеть электростанции, не получила фатального удара. В электрических системах, которые создают, транспортируют и распределяют энергию, существуют опасные значения для их правильной работы. Но любая техника требует осмотра, ремонта, обслуживания, поэтому для специалистов по ремонту оставляют «окно» безопасности в виде ТТ.

Измерительные ТТ

Задачей измерительного трансформатора тока ТТИ является преобразование значений, что позволяет подключать вольтметр, амперметр и еще один счетчик, не опасаясь сгореть из-за чрезмерной нагрузки. При этом получаются максимально точные и достоверные данные измерений. Другими словами, трансформатор тока изолирует подключенное устройство не только для измерений, но и для любых других необходимых действий, от высоких мощностей.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформатора присвоены буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:

• Т — трансформатор тока;
• P: буква, указывающая на то, что у нас есть силовой трансформатор. Отсутствие буквы Р указывает на принадлежность устройства к эталонному классу ТТ;
• Б — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного выключателя или в механизм другого устройства;
• VT – встроенный в конструкцию силовой трансформатор;
• Л — со смоляной изоляцией (литой;
• ФЗ — прибор в фарфоровом корпусе. Тип звена первичной обмотки;
• Ф — с надежной фарфоровой изоляцией;
• Ø — пневматический;
• ИЛИ — однооборотный;
• М — маленький;
• К — золотник;
• 3 — используется для защиты от последствий замыкания на землю;
• У — усиленный;
• Н — для наружной установки;
• Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
• Д — со вторичной обмоткой, предназначенной для подачи электроэнергии на устройства дифференциальной защиты;
• М — полный масла. Используется для наружной установки.

1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается после буквенных знаков (первая цифра).
2. Цифры до дроби обозначают классы точности сердечников. Некоторые производители вместо цифр ставят буквы P или D.
3. следующие две цифры «через дробь» обозначают параметры первичного и вторичного токов;
4. после позиции знаков дроби: код варианта раскладки;
5. буквы после кода варианта исполнения указывают на тип погодного исполнения;
6. цифра в последней позиции — это категория местоположения.

Схемы подключения

Первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения приборов учета или используются системами релейной защиты.

Выходы средств измерений и устройств релейной защиты включены во вторичную цепь. Для обеспечения безопасности сердечник магнитопровода и один из выводов вторичной катушки должны быть заземлены.

При подключении трехфазных счетчиков в сетях с изолированной нейтралью обмотки трансформатора соединяют по схеме «Неполная звезда». При наличии нулевого провода используется полная схема звезды.

Клеммы трансформатора маркируются. Для первичной обмотки применяют обозначения L1 и L2, а для вторичной — I1 и I2. При подключении измерительных приборов соблюдайте полярность обмоток.

Схема «неполная звезда» используется для двухфазного подключения.

В дифференциальной защите, применяемой в силовых трансформаторах, обмотки соединяются треугольником.

Основные схемы подключения:

Основные схемы подключения

• В сетях с глухозаземленной нейтралью к каждой фазе подключают ТТ. Соединение обмоток трансформатора — полная звезда.
• Подключение по схеме неполной звезды. Используется в сетях с изолированными нулевыми точками.
• Узор восьмерка. Он симметрично распределяет нагрузки в случае трехфазного короткого замыкания.
• Подключение ТТ в фильтре униполярного тока. Он используется для защиты номинальной нагрузки от коротких замыканий на землю.

Технические параметры

Очень важной характеристикой трансформатора тока является класс точности. Этот параметр характеризует погрешность измерения, то есть показывает, насколько номинальный (идеальный) коэффициент трансформации отличается от реального.

Коэффициент трансформации

Поскольку в реальном коэффициенте трансформации присутствует синфазная и квадратурная составляющие, значения коэффициентов всегда отличаются от номинальных. Разницу (погрешность) необходимо учитывать при измерениях. На результаты измерений также влияют угловые ошибки.

Все ТТ имеют отрицательную погрешность, так как всегда имеют потери на намагничивание и нагрев токовых катушек. Для снятия отрицательного знака ошибки, изменения параметров преобразования в положительную сторону используется спиновая поправка. Поэтому на стационарных устройствах обычная формула расчета не работает. Поэтому производители опытным путем определяют коэффициенты трансформации в таких устройствах и указывают их в техпаспорте.

Класс точности

Ошибки тока искажают точность измерения электрического тока. Поэтому к измерительным трансформаторам предъявляются высокие требования по классу точности:

• 0,1;
• 0,5;
• 10р.

Трансформатор может находиться в пределах заявленного класса точности только в том случае, если максимальное сопротивление нагрузки не превышает номинального и ток в первичной цепи не превышает 0,05 — 1,2 номинального тока трансформатора.

Номинальный ток

Это максимальное напряжение, при котором устройство может работать. Он включает в себя допустимый номинал первичного тока, проходящего через первичную обмотку. Этот показатель указывается в паспорте, который обязательно прилагается к базовой комплектации. Назначить стандартный ряд, который также отображается в разметке устройства.

Следует отметить, что чем выше значение, тем больше устройство.

Есть еще одно понятие — номинальное значение вторичного тока. Часто из стандарта: два номинала 1А или 5А. Однако некоторые производители предлагают разблокировку устройства на основе индивидуальных особенностей. Но даже в этом случае выбор будет не очень хорошим и ограничится двумя показателями 2А или 2,5А.

Номинальная предельная кратность

Показатель максимального значения кратности первичного тока при условии, что суммарная погрешность во вторичной нагрузке не превышает 10%.

О назначении

Основное назначение трансформаторов — защита приборов учета и другого оборудования от повреждающего действия сверхвысоких токов. ТТ применяют для подключения электросчетчика, для изоляции реле от воздействия мощных токовых нагрузок.

Методики расчета

Алгоритм расчета выбора устройств достаточно прост и основан на характеристиках самих трансформаторов тока. Каждый показатель играет свою роль. Определяется оптимальное значение напряжения, коэффициент трансформации, уровень погрешности, конструкция устройства и др. все расчеты выполняются по формулам. Коэффициент трансформации, например, должен определяться исходя из минимального и максимального значений первичного тока. С учетом данных о подключенном устройстве и установленной мощности силовых трансформаторов. Наиболее популярным является упрощенный метод расчета. Взятый:

• Напряжение первичной обмотки.
• Вторичный.
• Ток вторичной обмотки.
• И его сила.

При наличии нескольких обмоток в качестве расчетного значения принимается их общее значение. Результат отображается по формуле.

Все данные, обозначения и формулы указаны в нормативной документации. Также главная рекомендация: обращайте внимание на технические аспекты, а не на стоимость. Всегда помогут с выбором.

Поверка

Поверка измерительных трансформаторов, трансформаторов напряжения, поверка трансформаторов тока всех возможных типов не имеют установленного срока. Различные типы и модели имеют свою периодичность поверочных измерений.

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

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

Даты можно найти в следующих источниках:

• паспорт продукции. Проще всего, так как эта информация является обязательной в технической документации такого изделия. Если оригинальные документы утеряны, вы можете отправить запрос производителю. Примерные данные можно найти в Интернете: в сети есть сканы и образцы паспортов;
• у производителя;
• в справке предыдущей процедуры;
• ГОСТ 7746-2015.

Для допуска к эксплуатации необходимы проверки, мероприятие проводят специальные аккредитованные и уполномоченные учреждения, лаборатории, структуры энергетических компаний. Художник должен иметь соответствующий сертификат. После мероприятия его поведение и состояние товара подтверждаются галочкой, штампом, отметкой в ​​паспорте и протоколом.

Основной целью проверки является определение ошибки. На негодную продукцию гасят клеймо, делают отметку в паспорте, оформляют уведомление о негодности, аннулируют предыдущие сертификаты.

При проведении испытаний применяют различные методы и приборы (мегаомметры, вольтметры, амперметры, приборы сравнения токов). Процедура подробно описана в ГОСТ 8.217-2003.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите мультиметр в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они никогда не должны нервничать. Если нигде нет обрыва, найти первичную и вторичную обмотки можно путем измерения сопротивления. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь большее сопротивление, чем вторичная. Все упирается в количество кругов. Чем больше витков и меньше диаметр провода, тем выше сопротивление обмотки.

Также можно найти паспорт на свой трансформатор. Там указано сопротивление обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать свой трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разомкнутую цепь (последовательно!). Если что-то пойдет не так, лампочка включится и возьмет на себя ток, и вы сможете спасти неисправный трансформатор.

Возможные неисправности

Ошибки в установке и подключении трансформаторов тока, а также плохо подобранное оборудование вызывают неисправность ТТ.

Важно! Поиск и устранение неисправностей следует начинать, если ток вторичной обмотки ТТ не соответствует току первичной обмотки. Слишком низкий ток, не соответствующий заявленному соотношению, свидетельствует о повреждении устройства.

Признаками неисправности трансформатора являются:

• скрип и повышенный шум при работе;
• появление искр из обмотки в корпусе или на клеммах;
• дым или запах горящего утеплителя;
• чрезмерный нагрев деталей устройства.

Неисправный прибор может давать искаженные результаты измерений, что приведет к ошибочной работе средств защиты и неправильному измерению электроэнергии. Периодически на подстанциях проводятся поэлементные поверки (по фазам) с измерением токов под нагрузкой. Расчетные значения, полученные из данных измерений, должны совпадать со значениями, измеренными на выходе ТТ. Допускается погрешность не более 10%.

Требования к конструкции

При выборе конструкции исходят из того, для чего нужен трансформатор. Зачем ставить шину или ступенчатый ТТ, если напряжение, с которым ему придется работать, находится в пределах от 1 до 3 кВ?

Требования включают следующее:

• выбранное устройство должно подходить по условиям эксплуатации и месту установки;
• для наружного применения кабели трансформатора должны иметь защитные кожухи;
• выводы обмотки должны быть промаркированы;
• наличие точек захвата для подъема тяжелых ТТ (свыше 50 кг);
• сигнал заземления в месте присоединения заземляющего проводника.

Исполнение всех контактных зажимов обмоток осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 10434-82 (для внутреннего монтажа) и ГОСТ 21242-75 (для наружного размещения).

Как выбрать трансформатор тока для счетчика: 10 критериев по ГОСТ

Надежная и долговременная работа ТТ возможна, если его конструкция соответствует:

1. встреча. (Мы ориентируемся только на измерение продуктов);
2. действующее напряжение электропроводки, которое может варьироваться от 220 вольт до высоковольтных значений;
3. тип изоляции;
4. разрешенный способ установки (в ЗРУ или на открытом воздухе);
5. значения рабочих токов, учитываемые коэффициентом трансформации;
6. класс точности;
7. ряд других требований.

Также необходимо будет уточнить конструкцию первичной обмотки, которая может быть изготовлена:

• стержень или шина;
• с возможностью установки одной катушки или нескольких.

Для работы различных цепей измерения, защиты или автоматики внутри коробки ТТ может быть выполнено несколько вторичных обмоток с разными характеристиками. Все их придется учесть, а ненужные благополучно отвести.

Таблица 5 ГОСТ 7746-2001 определяет значения 10 основных параметров, обеспечивающих надежную работу ТТ как приборов учета электросчетчиков.

Более подробная информация установлена ​​в рамках настоящего ГОСТа.

Достоинства трансформатора тока

Трансформаторы тока имеют большое количество преимуществ, о которых необходимо рассказать. Вот основные из них:

1. Возможность регулирования электрического тока в цепи;
2. Простая изоляция (гарантия безопасности при эксплуатации);
3. Точность действий и простота использования устройства;
4. Большой охват и диапазон измерения электрического тока;
5. Не самые большие габариты (в зависимости от типа);
6. Это не самая значительная масса (в зависимости от вида);
7. Развязка первичного контура;
8. Развязка вторичного контура;
9. Практически полная независимость от температуры наружного воздуха;
10. Способность выдерживать процесс помпажа;
11. Способность быстро восстанавливаться после короткого замыкания;
12. Способность передавать даже электрический импульс.

Как из постоянного сделать переменный?

Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называется инвертором. Существует несколько типов этих устройств.

Инвертор с электродвигателем

Вал двигателя постоянного тока соединен с набором скользящих контактов, состоящим из двух частей:

• поворотный – состоит из нескольких кольцевых и сегментных пластин, упакованных в виде цилиндра;
• исправлено: графитовые щетки в щеткодержателе.

Одна пара щеток подключена к источнику постоянного тока, другая – к цепи переменного тока. Первая пара контактирует с кольцевыми пластинами, другая — с сегментными.

Некоторые из последних электрически связаны с положительным кольцом, другие — с отрицательным. Когда двигатель вращается, щетки в цепи переменного тока, в свою очередь, контактируют с сегментными пластинами, в результате чего направление тока постоянно меняется на противоположное. Связь «двигатель постоянного тока — механический генератор» обеспечивает лучшее качество переменного тока, но этот инвертор имеет меньший КПД.

Релейный инвертор

Как и предыдущая версия, он электромеханический. Переключение контактов осуществляется реле, включенным параллельно нагрузке с пружиной: при протекании тока катушка соленоида притягивает сердечник, в результате чего анодный контакт цепи постоянного тока соединяется с первым контактом цепи переменного тока схема.
Сразу же пружина возвращает сердечник в исходное положение, так что катод соединяется с указанным контактом. Эти колебания многократно повторяются при подаче на катушку соленоида постоянного тока.

Электронный инвертор

С появлением и постепенным удешевлением полупроводников электромеханические инверторы перешли в разряд морально устаревших.
В его электронном аналоге ток перенаправляется ключевыми транзисторами, управляемыми микросхемой. Именно такие инверторы используются в инверторных сварочных аппаратах, импульсных источниках питания, ИБП и т.д.

При использовании специальных быстропереключаемых транзисторов такой инвертор может из постоянного тока создавать переменный ток частотой в десятки кГц. Это позволяет уменьшить размеры трансформатора и потери в нем (сварочные аппараты, импульсные источники питания). Существует несколько типов электронных инверторов. Они описаны в последнем разделе.

Общие сведения о трансформаторе напряжения

Трансформаторы напряжения применяются для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное значение (100, 100/√3, 100/3 В), применяются для питания измерительных приборов и различных реле управления, защиты и автоматики. Они, как и трансформаторы тока, изолируют (изолируют) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, гарантируя безопасность их обслуживания.

По принципу устройства, схеме включения и особенностям работы электромагнитные трансформаторы напряжения мало чем отличаются от силовых трансформаторов. Однако по сравнению с последними их мощность не превышает десятков и сотен вольт-ампер. При малой мощности режим работы трансформаторов напряжения приближается к холостому. Размыкание вторичной обмотки трансформатора напряжения не имеет опасных последствий.

При напряжении до 35 кВ трансформаторы напряжения, как правило, включают через предохранители, чтобы в случае повреждения трансформатора напряжения это не привело к аварии. При напряжении 110 кВ и выше предохранители не устанавливают, так как, по имеющимся данным, повреждения таких трансформаторов напряжения встречаются редко.

Включение и отключение трансформаторов напряжения осуществляется с помощью разъединителей.

Для защиты трансформатора напряжения от тока короткого замыкания во вторичных цепях устанавливают съемные трубчатые предохранители или автоматические выключатели максимального тока. Предохранители устанавливаются, если трансформатор напряжения не питает быстродействующие защиты, так как эти защиты могут сработать ложно, если плавкая вставка перегорит недостаточно быстро. Установка автоматических выключателей обеспечивает эффективную работу специальных блокировок, отключающих определенные виды защиты в случае обрыва цепей напряжения.

Для безопасного обслуживания вторичных цепей при пробое изоляции и повышенном напряжении во вторичной обмотке один из выводов вторичной обмотки или нулевая точка соединяется с землей. В схемах соединения вторичных обмоток в звезду заземляется не нулевая точка, а начало фазной обмотки б. Это связано с желанием сократить количество переключающих контактов во вторичных цепях до 1/3, так как заземленная фаза может подаваться на реле помимо выключателей и вспомогательных контактов разъединителей.

Рис. 4.1. Схемы трансформаторов напряжения типов НКФ-110 (а), НКФ-220 (б): ВН — первичная обмотка; LV — вторичные обмотки; Р — компенсационные обмотки; Р — соединительные обмотки; М — магнитопровод; U ф — фазное напряжение

При применении трансформаторов напряжения для питания рабочих цепей переменного тока допускается заземлять нулевую точку вторичных обмоток через разрывной предохранитель, что вызвано необходимостью повышения уровня изоляции трансформаторов рабочих цепей.

При проведении работ непосредственно на трансформаторе напряжения и его сборных шинах правила техники безопасности предписывают создание видимого разрыва не только со стороны ВН, но и со стороны вторичных цепей, во избежание появления напряжения на первичной обмотки за счет обратного преобразования напряжения вторичных цепей, питаемых каким-либо другим трансформатором напряжения.

Для этого во вторичных цепях трансформатора напряжения устанавливают автоматические выключатели или применяют съемные предохранители. Отключение автоматических выключателей, а также размыкание вторичных цепей вспомогательными контактами разъединителей не обеспечивают видимого разрыва цепи и поэтому считаются недостаточными.

Область применения

Эти устройства предназначены для преобразования рабочих параметров трехфазных электрических сетей и применяются в электрических системах следующих типов:

• системы передачи и распределения электроэнергии;
• преобразовательные устройства;
• электротехнологические установки (сварочное оборудование, электропечи и др.);
• устройства связи и телемеханики;
• системы автоматизации;
• бытовое электрооборудование;
• электроизмерительные приборы.

Подходящая схема подключения определяется по условиям эксплуатации устройства, к которым относятся мощность сети, уровень напряжения и асимметрия нагрузки. На выбор схемы подключения влияют и экономические соображения.

Устройство электроприбора

Трансформация трехфазного тока не обязательно предполагает использование трансформатора, имеющего общий магнитопровод. Хотя такие сооружения широко используются в народном хозяйстве.

Возможна такая трансформация тремя отдельными однофазными трансформаторами, магнитно не связанными друг с другом, то есть каждая отдельная фаза будет иметь свой отдельный магнитопровод.

Трансформатор, выполненный по этой схеме, называется групповым трансформатором. Первичная и вторичная обмотки устройства связаны между собой по одной из принятых схем преобразования трехфазного тока.

Конструктивно трехфазный трансформатор представляет собой трехстержневой магнитопровод с обмотками, расположенными на каждом из стержней, выполненными так же, как и для однофазных устройств.

Представим себе три однофазных трансформатора, соединенных между собой таким образом, что их три стержня образуют общий центральный стержень. На каждый из оставшихся трех стержней накладываются первичная и вторичная обмотки.

Токи в обмотках трансформатора будут создавать изменяющиеся во времени магнитные потоки, каждый из которых замыкается в своем собственном магнитопроводе. В центральном составном стержне магнитные потоки в сумме будут равняться нулю, потому что эти потоки создаются симметричными трехфазными токами, для которых мы знаем, что сумма их мгновенных значений равна нулю в любой момент времени.

Предположим, что первичные обмотки всех сердечников трансформатора абсолютно одинаковы и намотаны в одном направлении. Подключаем все верхние концы катушек к нейтрали О и подводим нижние концы катушек к трем клеммам трехфазной сети. Сердечники магнитопроводов получают из листа электротехнической стали. Для ослабления вихревых токов и уменьшения потерь на перемагничивание стальные листы перед сборкой изолируют лаком.

Подробная схема трехфазного трансформатора.

Как подключить понижающий трансформатор

Очень часто требуется установка трансформатора для снижения напряжения. Поэтому как правильно подключить трансформатор для такой понижающей цели — очень часто задаваемый вопрос. При подключении этого устройства главное правильно его выбрать по:

• Значение входного напряжения, то есть подаваемого на первичку;
• Величина выходного напряжения на клеммах может быть несколько, в зависимости от конструкции;
• Мощность, которая уже зависит от мощности потребителей.

Диодный мост можно подключить к трансформатору, если необходимо получить постоянное напряжение. Вот схемы подключения диодного моста в однофазную или трехфазную сеть.

Понятие группы соединение обмоток трехфазного трансформатора

В трехфазных сетях используются два типа соединений: звезда и треугольник. При изготовлении каркаса может показаться, что существует всего четыре типа расположения обмотки:

1. Звезда-звезда.
2. Звездный треугольник.
3. Треугольная звезда.
4. Треугольник-треугольник.

На самом деле все сложнее, так как в каждом типе соединения (звезда или треугольник) части обмоток могут соединяться по-разному. Примером может служить обычный двухобмоточный трансформатор. Если такое устройство имеет одинаковые начала и концы обмоток, то фазовый сдвиг будет равен 0. Один виток одной из обмоток даст фазовый сдвиг 180.

Встречаются также z-образные (зигзагообразные) соединения обмоток. В таких конструкциях каждая из обмоток состоит из двух частей, расположенных на разных стержнях магнитопровода трансформатора.

Трехфазная сеть характеризуется сдвигом фаз друг относительно друга на 120, поэтому всего групп подключения 12. Каждая группа характеризуется определенным сдвигом одних и тех же фаз на входе и выходе трансформатора.

Устройство трансформаторов напряжения

Как и все трансформаторы, как упоминалось выше, этот тип трансформатора имеет первичную (высоковольтную) и вторичную (низковольтную) обмотки. Различают однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения.

Каждый из них имеет магнитопровод, к которому предъявляются достаточно высокие требования. Дело в том, что чем больше рассеивание магнитного потока в таком трансформаторе, тем больше погрешность измерения. Кстати. В зависимости от погрешности трансформаторы различают по классу точности (0,2; 0,5; 1; 3). Чем выше число, тем больше погрешность измерения.

Например, трансформатор класса точности 0,2 может допускать погрешность не более 0,2 % от значения измеряемого напряжения, а соответственно класса точности 3 — не более 3%.

Обозначения на схемах и натуральное исполнение могут сильно отличаться друг от друга.

Двухобмоточный однофазный трансформатор показан на рисунке так, как он выглядит на самом деле.

Обратите внимание, что трансформатор понижающий, витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, и это визуально отражено на схеме в данном случае, хотя это делается не всегда. Также на схеме и на самом трансформаторе указаны начала и концы обмоток

Первичные обмотки обозначаются прописными (заглавными) буквами А и Х. Вторичные — строчными (строчными) буквами а и х.

Существуют также трехобмоточные однофазные трансформаторы, имеющие две вторичные обмотки. Один из которых является основным, а второй дополнительным. Дополнительная обмотка служит для контроля изоляции и имеет аббревиатуру КИЗ. Маркировка выводов этой обмотки следующая ад: начало обмотки, хд, конец обмотки.

Трехфазные трансформаторы изготавливаются с двумя типами магнитопроводов: трехпроводными и пятипроводными.

Начало и конец обозначаются здесь несколько иначе. В первичных обмотках начала обозначаются буквами А, В и С в соответствии с фазами, к которым они будут присоединены, а концы буквами Х, Y и Z. Вторичные обмотки соответственно строчными буквами а, б, в и х, у, z.

Магнитные потоки, создаваемые катушками AX, BY, CZ, компенсируют друг друга при нормальных условиях эксплуатации. Но в случае пробоя одной из фаз на землю в сердечниках магнитопровода создастся чрезмерный дисбаланс и часть потока будет циркулировать по воздуху, что создаст сильный нагрев трансформатора за счет увеличения по току, номинальному на обмотках. Дополнительные стержни предназначены для устранения возникающих неуравновешенных потоков и предотвращения перегрева трансформатора. При этом наматываются дополнительные обмотки, но об этом позже.

Проверка

Если коэффициент трансформации известен, то с помощью вольтметра можно определить номер основной группы соединения. Для этого к клеммам А и к и х и е прикладывают напряжение и измеряют напряжения на клеммах В-в и Сс при соединении в звезду или В и Сз при соединении в треугольник. Для проверки используются следующие соотношения:

UBb = UCc = UAa(k-1) Группа Y/Y-0

UBy = UCz = Uxy(k+1) Y/Y-6

UBb = UCc = UAa(√(1-√3k+k2)) Y/∆-11

UBy = UCz = Uxy(√(1+√3k+k2)) Y/∆-5

Во избежание повреждения оборудования, аварий и травм все измерения должны производиться при низком напряжении, не включая оборудование, находящееся в сети предприятия.

Симметрирующий трансформатор

Если понижающий трансформатор загружен неравномерно, возникнет перекос фаз, что отрицательно скажется на механизме. Следствием такой работы и потребления электроэнергии потребителями будет увеличение потребления электроэнергии и со временем отказы и преждевременное разрушение изоляции. Безопасность потребителей, которые едят, будет под угрозой. Чтобы этого избежать, необходимо балансировать фазы с помощью симметрирующих трансформаторов.

Как видно из схемы, здесь имеется дополнительная обмотка, которая должна выдерживать номинальный ток одной из фаз. Он включается в пробой нулевого проводника, что приводит к хорошим результатам, т е к симметричной генерации равных токов в нагрузке.

Схема работы при отключении одного из трансформаторов

В случае отключения в подстанции трансформатора, подключенного к питающим шинам, мы будем иметь практически рассмотренную на рисунке схему с повышающими автотрансформаторами, роль которых выполняют ближайшие к подстанции в питающих зонах автотрансформаторы.

В свою очередь, на участках от подстанции до ближайших к ней автотрансформаторов имеем систему 25 кВ, а в большинстве обеих питающих зон обслуживается система 2×25 кВ. Поскольку сопротивление участков при системе 25 кВ больше собственного сопротивления при системе 2×25 кВ, большую нагрузку берут на себя соседние подстанции.

В случае отключения в подстанции трансформатора, подключенного к стержням контактной сети, ближайшие к подстанции автотрансформаторы будут работать в трансформаторном режиме и при важном движении или тяжелом движении поездов могут быть перегружены.

Схема работы при выключенном одном из трансформаторов.

Этого можно избежать, перейдя на одностороннее питание энергозон от соседних подстанций в течение заданного времени отключения трансформатора или совместив группу присоединения работающего трансформатора с группой отключаемого трансформатора и подключив его к шинам трансформатора сеть контактов.

Для этого необходимо предусмотреть возможность быстрого переключения двух фаз на первичной стороне трансформатора, подключенного в штатном режиме к шинам питания.

При необходимости большей степени резервирования трансформатора возможно, как и в случае однофазных трансформаторов, использование третьего трехфазного трансформатора в качестве резервного с возможностью подключения его к шинам 110 (220) кВ и к сетевым стержням, розетке или шнуру питания вместо любого вышедшего из строя трансформатора.

Рассмотренные схемы подстанций с трехфазными трансформаторами имеют перспективу на автомобильных дорогах стран СНГ в местах стыковки систем 25 и 2×25 кВ и на тяговых подстанциях при необходимости питать от них большую нагрузку района, т.к а также за счет усиления системы питания ранее электрифицированных линий.

Условные обозначения и расшифровка

Группы обозначены цифрами от 0 до 11. Для удобства и стандартизации принято следующее:

• соединения одного типа (∆/∆, Y/Y) имеют четные номера;
• гетерогенные соединения (∆/Y, Y/∆) нечетные.

Трехфазные трансформаторы изготавливаются в стержневых магнитопроводах. Каждая из фаз расположена в отдельном баре. Это значительно упрощает дальнейшую работу и согласование устройств друг с другом.

Если трансформатор имеет одинаковые фазы, намотанные на одних и тех же стержнях, группы соединения называются основными (0, 6, 11, 5). Остальные группы являются производными.

Поскольку минимальный фазовый сдвиг может быть равен 30, количество вариантов равно 12, что соответствует положениям по часовой стрелке. Позиции 0 и 12 одинаковы. На основании этого говорят, что номер группы совпадает с положением часовой и минутной стрелок. Фазовый сдвиг вычисляется просто:

На электрических схемах и устройствах приняты следующие обозначения:

• Ы, Ы — звезда;
• Yn, Un — звезда на стороне низкого напряжения;
• I, Uo — звезда с нулевой точкой;
• ∆, D, D – треугольник;
• ∆н, Дн, Dн – треугольник на стороне низкого напряжения.

Пример маркировки двухобмоточного трансформатора:

• ∆/Yn — 11. Первичная обмотка треугольник, вторичная звезда (нисходящая) фазовый сдвиг 330;
• Д/И -0. Обе обмотки соединены звездой, вторичная обмотка соединена с нулевой точкой. Фазового перехода нет.

Также в электрических схемах обмотки высокого напряжения (ВН) обозначают условными обозначениями:

• А, В, С — начало обмотки;
• X, Y, Z — конец обмотки.

Аналогично для стороны низкого напряжения:

• до БК;
• х и З.

Аналогично маркируются несколько намоточных устройств, например:

И/Г/∆ – 0 – 11.

Вместо нулевой группы может быть указана двенадцатая, что совершенно равнозначно.

Особенности конструкции

На подстанциях применяют трансформаторы напряжения с двумя и тремя обмотками, как однофазными, так и трехфазными. В основном это маслонаполненные трансформаторы напряжения, магнитопровода и обмотки которых погружены в масло. Заполненный маслом бак или фарфоровый корпус предотвращает попадание влаги и изолирует обмотки от заземленных конструкций. Он также играет роль охлаждающей среды.

В ЗРУ успешно применяются трансформаторы напряжения до 35 кВ с изоляцией из расплавленной эпоксидной смолы. Они имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с маслонаполненными при установке в полные ячейки.

На подстанциях 110-500 кВ применяются каскадные трансформаторы напряжения серии НКФ. В каскадном трансформаторе напряжения обмотка ВН разделена на части, размещенные на разных стержнях одного или нескольких магнитопроводов, что облегчает ее изоляцию.

Так, для трансформатора напряжения типа НКФ-110 обмотка ВН разделена на две части (каскады), каждая из которых размещена на противоположных стержнях двухстержневой магнитопровода (рис. 4.1, а). Магнитопровод соединен с центром обмотки ВН и находится относительно земли под потенциалом U ф /2, поэтому обмотка ВН изолирована от магнитопровода только на U ф /2, что значительно уменьшает габариты и трансформатор масса.

Ступенчатая конструкция усложняет конструкцию трансформатора. Есть необходимость в дополнительных обмотках. Показано на рис. 4.1 Компенсационная обмотка П предназначена для равномерного распределения мощности, потребляемой вторичными обмотками в обоих каскадах.

Каскадные трансформаторы напряжения на напряжение 220 кВ и выше имеют два и более магнитопровода (рис. 4.1, б). Количество магнитопроводов обычно равно половине числа ступеней в каскаде. Обмотки связи П служат для передачи мощности от обмоток одного магнитопровода к обмоткам другого.Вторичные обмотки трансформаторов напряжения серии НКФ располагаются вблизи заземленного Х конца обмотки ВН, имеющего наименьший потенциал относительно земли.

Наряду с обычными электромагнитными трансформаторами напряжения емкостные делители напряжения применяются для питания измерительных приборов и релейной защиты. Они получили широкое распространение на ЛЭП напряжением 500 кВ и выше.

Принципиальная схема емкостного делителя напряжения типа НДЭ-500 представлена ​​на рисунке 4.2. Напряжение между конденсаторами распределяется обратно пропорционально емкостям U 1 / U2 = C 2 / C 1 , где C 1 и C 2 — емкости конденсаторов; U 1 и U 2 — напряжения на них. Подбором емкостей удается получить на нижнем конденсаторе С2 некоторую необходимую часть общего напряжения U ф . Если теперь к конденсатору С2 подключить понижающий трансформатор Т, то он будет выполнять те же функции, что и обычный трансформатор напряжения.

Емкостной делитель напряжения типа НДЭ-500 состоит из трех конденсаторов связи типа СМП-166/√3-0,014 и одного конденсатора ПТО типа ОМР-15-0,017. Первичная обмотка трансформатора Т рассчитана на напряжение 15 кВ. Имеет восемь розеток для регулировки напряжения. Барьер Л предотвращает ответвление токов высокой частоты в трансформаторе Т при работе ВЧ связи, аппаратура которой подключена к конденсаторам через соединительный фильтр ФП. Дроссель LR улучшает электрические свойства схемы по мере увеличения нагрузки. Балластный фильтр или резистор R служит для гашения феррорезонансных колебаний во вторичной цепи при внезапном отключении нагрузки.

Назначение и конструктивные особенности

В свою очередь трансформатор тока представляет собой устройство, работающее на принципе электромагнитной индукции и применяемое для измерения тока в высоковольтных цепях, а также для организации систем защиты электрооборудования. То есть для измерения тока в цепях с опасным высоким напряжением, например, 6 кВ нельзя просто измерить амперметром — это очень опасно как для персонала, так и для самого прибора. Поэтому основной задачей трансформаторов тока является разделение высоковольтных токоведущих частей и преобразование энергии, безопасное как для персонала, так и для оборудования. Трансформаторы тока (ТТ) широко используются в релейной защите на подстанциях и распределительных устройствах. Следовательно, К их точности и подключению предъявляются высокие требования. Часто его первичная обмотка представляет собой какой-либо токопроводящий стержень или жилу кабеля, вторичную обмотку выполняют отдельно или в группе, с различными выводами для цепей защиты, управления и измерения. Также элементы учета подключаются через трансформаторы тока – счетчики электроэнергии.

То есть по назначению трансформаторы тока можно разделить на четыре основные группы:

1. измерение;
2. защитный;
3. средний;
4. лаборатория.

Одним из видов портативных устройств являются штангенциркули. Они могут очень легко измерять токи в цепях до 1 кВ. Правда диапазон измерения тока у них тоже очень маленький, им будет хлопотно мерить нагрузку 1000 ампер.

Монтаж силовых трансформаторов

Монтаж силового трансформатора должен производиться специально обученными бригадами под руководством высококвалифицированного электротехнического персонала. Они должны иметь достаточный опыт производства данных работ в строгом соответствии с ТТМ 16.800.723–80. Масляные трансформаторы, используемые в электроэнергетических установках, могут отгружаться изготовителем при соблюдении следующих условий:

1. Полностью заполнен маслом и собран;
2. Частично разобранный, с герметичным баком, в который заливается масло из-под крышки;
3. Частично разбирается без масла, бак заполнен инертным газом;

Все работы по установке трансформаторов выполняются в четко регламентированной последовательности

1. Разгрузка электрооборудования после его прибытия с завода-изготовителя;
2. Транспортировка к месту установки;
3. Подготовительные монтажные работы;
4. Проверка состояния всех обмоток и переключателей;
5. Установка на прочное сборное основание;
6. Монтаж системы охлаждения и заливка масла, подключение вентиляторов;
7. Осмотр на отсутствие утечек нефтепродуктов;
8. Проверку трансформатора и контрольное включение проводят сразу без нагрузки в течение суток.

При этом трансформаторы лучше и безопаснее ставить днем.