11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия. Принцип работы измерительного трансформатора напряжения кратко

11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия.

Трансформаторы напряжения предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения различаются:

По числу фаз – однофазные и трёхфазные; По числу обмоток – двухобмоточные и трёхобмоточные;

По классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешностей – согласно таблице 2.3;

По способу охлаждения:

трансформаторы с масляным охлаждением (масляные); трансформаторы с естественным

воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).

По роду установки:

для внутренней установки; для наружной установки.

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Устройство и принцип действия трансформатора напряжения

Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рисунке 2.14.

Первичная обмотка W1, имеющая очень большое число витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W2, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле:

Рисунок 2.14 – Устройство и схема включения ТН.

Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э.д.с. Е, равную при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) напряжению на её зажимах U2хх.

Напряжение U2хх, меньше первичного напряжения U1 во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W2 меньше числа витков первичной обмотки W1:;

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается nн:

; Следовательно, можно записать:

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах

U2 будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако

это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда: U1 = U2nн и ;

В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в

числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное

напряжение. Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х;

начало дополнительной обмотки aд, конец – xд.

12. Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.

На рисунке 2.16 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.

Рисунок 2.16 – Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой.

На рисунке а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.

Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рисунке б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник (или неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рисунке в) приведена схема соединения трёх однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.

Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рисунке г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное

На рисунке д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый (не замкнутый) треугольник. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:

;

Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то

;

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 3U0.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.

Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U0 является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U0. Их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.

На рисунке 2.17 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к.з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).

Рисунок 2.17 – Схема соединений обмоток ТН с двумя вторичными обмотками.

Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.

Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.

При однофазном.к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.

При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, . Следует иметь в виду, чтопри включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазном.к.з или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.

Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитным – обеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.

Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.

Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.

Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.

studfiles.net

Трансформаторы напряжения: принцип действия, параметры

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точностьэлектрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

Трансформатор напряжения понижает высокое напряжения до стандартного значения 100 или 100√3. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис.1: первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а к вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушки измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен.

Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Рисунок 1 - Схема включения трансформатора напряжения: 1 - первичная обмотка;

2 - магнитопровод;

3 - вторичная обмотка.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения определяется следующим выражением:

где U1ном и U2ном - номинальные первичное и вторичное напряжения.

Чем меньше нагружена вторичная обмотка трансформатора напряжения (то есть чем ближе режим к режиму холостого хода либо, другими словами, чем больше сопротивление цепи вторичной обмотки), тем фактический коэффициент трансформации КU ближе к номинальному значению. Это особенно важно при подключении ко вторичной цепи измерительных приборов, так как коэффициент трансформации влияет на точность измерений. В зависимости от нагрузки один и тот же трансформатор напряжения может работать в разных классах точности: 0,2; 0,5; 1; 3.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных к вторичной обмотке трансформатора напряжения, не должно превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, так как в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

Трансформаторы напряжения выпускаются на все стандартные напряжения от 0,5 до 500 кВ. Для напряжений до 3 кВ ТН выполняются сухими, для 6 кВ и выше - масляными. Трансформаторы на напряжение 35 кВ и выше изготовляют для наружной установки.

Схемы включения ТН приведены на рис. 2.

в г

Рисунок 2 - Схемы включения трансформаторов напряжения:

а - трехфазного трехстержневого;

б - двух однофазных;

в - трёх однофазных;

г - трехфазного пятистержневого.

Напряжения проводов относительно земли используют для релейной защиты, а также для сигнализации об однофазных замыканиях в сетях, где повреждения этого вида не требуют автоматического отключения и могут быть длительными (сети с изолированной нейтралью).

В схемах, приведенных на рис. 2, при отсутствии замыкания на землю вольтметры показывают фазное напряжение, а при замыкании на землю одной из фаз показание вольтметра этой фазы близко к нулю. Показания двух других вольтметров близки к значениям линейных напряжений.

Трансформатор на рис. 2, г содержит две вторичные обмотки, одна из которых служит для измерений фазных и линейных напряжений. Вторая обмотка соединена в разомкнутый треугольник, на концах которого напряжение равно нулю при нормальном состоянии сети, так как сумма трех фазных ЭДС, индуктируемых в дополнительных обмотках, равна нулю.

При однофазном замыкании в сети на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение, соответствующее тройному напряжению нулевой последовательности.Реле, подключенное к обмотке, подает сигнал о неисправности сети. Число витков на фазу дополнительной обмотки выбирают таким образом, чтобы при замыкании в сети напряжение на ее зажимах составляло около 100 В.

Трансформаторы напряжения имеют следующее буквенные обозначения:

Н - трансформатор напряжения;

Т – трёхфазный;

О – однофазный;

С – сухой;

М – масляной;

К - каскадный либо с коррекцией;

А – антирезонансный;

Ф - в фарфоровой покрышке;

И – измерительный;

Л - в литом корпусе из эпоксида;

ДЕ - с ёмкостным делителем напряжения;

З - с заземляемой первичной обмоткой.

Контрольні питання:

1. Назвіть основне призначення вимірювальних трансформаторів струму?

2. Поясніть конструкцію трансформатора струму в загальному вигляді?

3. Що таке коефіцієнт трансформації трансформатора струму? Як він

в основному позначається?

4. Чому стандартною величиною вторинного струму в ТС прийнято 5 А?

5. Назвіть основні стандартні коефіцієнти трансформації трансформаторів

струму?

6. Які існують класи точності вимірювальних трансформаторів струму?

Який клас точності використовується для схем релейного захисту?

7. Чому для трансформатора струму режим «холостого ходу» є аварійним?

8. Навіщо необхідне обов’язкове заземлення вторинної обмотки

трансформатора струму?

9. Як класифікуються трансформатори струму за своїм призначенням?

10. Як класифікуються трансформатори струму по роду встановлення?

Література:

1. Андрєєв В.Л. Релейний захист і автоматика систем електропостачання - М.: Вища школа, 2006 р. – стор. 14 – 15.

2. Беркович М.Л., Молчанов В.В., Семьонов В.Л. Основи техніки релейного захисту - М.: Вища школа, 1984 р. - стор.4 – 6.

3. Чернобровов Н.В. Релейний захист - 4-е видання - М.: Енергія, 1974 р. – стор. 6 – 9.

Посилання на Інтернет - ресурси:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Трансформатор_напряжения

2. http://leg.co.ua/info/podstancii/izmeritelnye-transformatory.html

3. http://rza.org.ua/elteh/read/171--Izmeritelnie-transformatori-napryazheniya_171.html

studopedya.ru

1 Измерительные трансформаторы напряжения

1.1 Назначение измерительных трансформаторов напряжения и их классификация

В релейной защите измерительные трансформаторы напряжения предназначены:

- для передачи информации о величине напряжения на защищаемом элементе электрической сети в измерительные органы РЗ;

- для понижения первичного напряжения сети до величин, приемлемых для нормального функционирования цепей напряжения измерительных органов устройств РЗ;

- для изолирования низковольтных цепей устройств РЗ от высоковольтных цепей защищаемых элементов.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) имеют ряд исполнений, основными из которых являются:

- электромагнитные ТН;

- ёмкостные ТН;

- измерительные ТН каскадного типа.

Электромагнитные ТН по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам. Трансформатор напряжения состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух обмоток – первичной W1 и вторичной W2, изолированных друг от друга и от магнитопровода. Сердечник ТН набирается из тонких пластин трансформаторной стали. Первичная обмотка W1 имеет большое число витков (несколько тысяч). Вторичная обмотка W2 имеет значительно меньшее число витков. К первичной обмотке ТН подводится измеряемое (контролируемое) фазное или междуфазное напряжение U1 от защищаемого элемента. Вторичное напряжение U2, пропорциональное первичному, подаётся в устройство РЗ или на измерительные приборы (вольтметры, ваттметры).

Первичная обмотка W1 включается непосредственно в сеть высокого напряжения. На станциях и подстанциях трансформатор напряжения своей первичной обмоткой (W1) подключается к шинам подстанции (станции) или к иным тоководам. Ко вторичной обмотке W2 трансформатора напряжения подключается сеть низкого переменного напряжения, с помощью которой вторичное напряжение U2 подаётся на входные зажимы различных реле.

Под действием напряжения сети U1 по первичной обмотке ТН проходит ток I1, создающий в сердечнике магнитный поток Ф1. Поток Ф1, пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС Е2. При

Рисунок 1.1 Общее устройство и схема включения измерительного ТН. Маркировка вводов однофазного двухобмоточного ТН

разомкнутой вторичной цепи (режим работы ТН – холостой ход) значение напряжения на зажимах ах U2xx равно значению ЭДС Е2. В свою очередь, действующее значение ЭДС Е2 определяют по формуле

, (1.1)

где - магнитный поток намагничивания сердечника в случае холостого хода, когда I2 = 0, .

Врежиме ХХ значение первичного токаI1, а следовательно и Ф1, ограничивается полным сопротивлением первичной обмотки Z1. Поскольку число витков первичной обмотки велико, то активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки ТН также велики. Полное сопротивление Z1 первичной обмотки определяется из треугольника сопротивлений.

(1.2)

Из сказанного выше можно сделать вывод: трансформатор напряжения, работающий в режиме ХХ, не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.

В нагрузочном режиме, когда ко вторичной обмотке ТН подключены реле и протекает ток I2 , в сердечнике возникает магнитный поток Ф2 , пропорциональный току I2 и встречный потоку Ф1. В установившемся режиме (при наличии нагрузки) в результате геометрического сложения потоков Ф1 и Ф2 в сердечнике ТН устанавливается единый магнитный поток намагничивания Фнам . В нагрузочном режиме значение тока I1 несколько больше, чем в режиме ХХ. Однако, и в этом режиме (когда к ТН подключены реле) трансформатор напряжения не оказывает на первичную цепь заметного шунтирующего действия.

В режиме ХХ напряжение U2хх во столько раз меньше первичного, во сколько раз число витков первичной обмотки больше числа витков вторичной обмотки, т.е.

(1.3)

Отношение чисел витков первичной и вторичной обмоток называется витковым коэффициентом трансформации

(1.4)

Учитывая последнее выражение, можно записать:

(1.5)

Если ко вторичной обмотке ТН подключены реле и (или) измерительные приборы, то напряжение на её зажимах ах U2 будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Это падение напряжения невелико, и в расчётах не учитывается. Поэтому принимают

(1.6)

studfiles.net

Назначение и принцип действия трансформатора тока :: SYL.ru

Человечество в значительной мере зависит от тока. Но просто так он не подчиняется, необходимы специальные аппараты. В качестве оного выступает трансформатор тока. Чем он является и каково его предназначение? Каков принцип действия трансформатора тока? И насколько он важен?

Что такое трансформатор тока?

Под ТТ понимают измерительный аппарат, который необходим, чтобы преобразовать ток. Конструктивно в трансформаторе первичная обмотка включена в цепь последовательно, тогда как вторичная имеет измерительные приборы, а также реле защиты и автоматики. ТТ является основным измерительным устройством в электроэнергетике. Обе обмотки находятся в изоляции. Вторичная во время эксплуатации обычно имеет потенциал, который близок к «земле», что достигается путём заземления одного конца.

Благодаря трансформатору можно учитывать и измерять ток высокого напряжения, используя приборы для низкого. В конце сводится всё к измерению первичного, значение которого записывают в амперах. Следует отличать измерительный трансформатор тока от силового. Так, в первом индукция является непостоянной и напрямую зависит от режима эксплуатации. Поэтому и считаются универсальными трансформаторы тока.

Назначение и принцип действия

Как всё происходит? Каков принцип действия трансформатора тока? Через силовую первичную обмотку, которая имеет определённое число витков, протекает напряжение, которое преодолевает полное сопротивление. Вокруг катушки возникает магнитный поток, который может уловить магнитопровод. Его необходимо расположить перпендикулярно относительно направления тока. Таким образом, будет теряться минимум электроэнергии во время её преобразования в электрическую. Пересекая перпендикулярно расположенные витки вторичной обмотки, магнитный поток активирует электродвижущую силу, под влиянием которой и возникает ток, преодолевающий полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Вместе с этим на зажимах 2-й цепи возникает падение напряжения.

Теперь немного о частных случаях:

Принцип действия сварочного трансформатора базируется на максимальной отдаче мощности. Его конструкция должна выдерживать высокое напряжение.
Принцип действия однофазного трансформатора базируется на магнитном потоке. Так, если замкнуть вторичную обмотку на какое-то сопротивление, то при появлении тока возникнет движущая сила. Если обратить внимание на закон Ленца, то можно сделать заключение, что магнитный поток будет уменьшаться. Но принцип действия однофазного трансформатора предусматривает подведение постоянного тока к первичной обмотке, в результате чего уменьшения магнитного потока не происходит.

Классификация

Все трансформаторы тока (как для измерений, так и для защиты) поддаются классификации по таким признакам:

По роду установки.
ТТ, предназначенные для работы в воздухе.
Трансформаторы тока для функционирования в условиях закрытых помещений.
ТТ, предназначенные для встраивания внутрь электрооборудования.

Основные параметры

Трансформаторам тока выдвигают целый ряд требований. Вся необходимая информация должна быть указана в паспорте или приложенной таблице.

Вот их краткий список:

Номинальное напряжение может находиться в широком диапазоне.
Номинальный первичный ток, который идёт по 1-й обмотке. Указываются значения для длительной работы аппаратуры.
Номинальный вторичный ток, проходящий по 2-й обмотке. Его качество обозначается показателем в 1 или 5 ампер.
Вторичная нагрузка соответствует сопротивлению во внешней 2-й цепи и выражается в омах.

Ограничения

По термической стойкости:

I1т – рассчитан на номинальное напряжение выше 330 кВ.
I3т – применяется в диапазоне значений в 110-220 кВ.
I4т – используется при напряжении, которое не превышает 35 кВ.

Принцип действия трансформатора может зависеть от материала:

При изготовлении токопроводящих частей из алюминия температура не должна превышать 200°С.
Если детали, что проводят ток, сделаны из меди или её сплавов и соприкасаются с маслом или органической изоляцией, то ограничение составляет 250°С.

Также существуют требования к механическим нагрузкам, которые должен выдерживать трансформатор тока при скорости ветра в 40 м/с. Принцип действия устройства может немного поменяться из-за конструктивных дополнений:

Если ТТ до 35 кВ, то это значение составляет 500 ньютонов.
При значениях в 110-220 кВ необходима стойкость в 1000 Н.
При превышении 330 кВ требование к механическим нагрузкам возрастает до уровня 1500 ньютонов.

Опасные факторы при работе с трансформатором тока

При работе с ТТ необходимо быть чрезвычайно осторожным, поскольку существуют значительные риски пострадать вплоть до летального исхода. Итак, следует опасаться:

Возможности поражения высоковольтным потенциалом, что может случиться в случае повреждения изоляции. Так как магнитопровод трансформатора тока сделан из металла, то он имеет хорошую проводимость и соединяет магнитным путём отделенные обмотки ТТ (первичную и вторичную). Поэтому существует повышенная опасность, что персонал получит электротравмы, или повредится оборудование вследствие дефектов в изоляционном слое. Чтобы избежать таких ситуаций, заземляют один из вторичных выводов трансформатора.

Возможность поражения высоковольтным потенциалом из-за разрыва вторичной цепи. Её выводы промаркированы как «И1» и «И2». Чтобы направление, по которому протекает ток, было полярным и совпадало по всем обмоткам, они всегда во время работы трансформатора подключаются на нагрузку. Это необходимо из-за того, что ток, проходящий по первичной обмотке, имеет мощность высокого потенциала, которая передаётся во вторичную цепь с незначительными потерями. При разрыве в таких случаях резко уменьшаются показатели из-за утечки во внешнюю среду. При таких происшествиях значительно ускоряется падение напряжения на данном разорванном участке. Потенциал, который сформировывается на разомкнутых контактах, при прохождении тока достигает нескольких киловольт. Такое значение является опасным для жизни. Поэтому необходимо убеждаться, что все вторичные цепи на трансформаторах тока надежно собраны. А при выходе из строя устанавливаются шунтирующие закоротки. Принцип действия трансформатора не терпит пренебрежения правилами безопасности, и получить электротравму очень легко.

Конструкторские решения, которые были использованы в трансформаторах тока. Любой ТТ, как и все электротехнические устройства, должен решать определённые задачи, которые возникают во время эксплуатации электроустановок. Благо, промышленность предлагает значительный ассортимент. Но в некоторых случаях бывает лучше усовершенствовать имеющуюся конструкцию с точки зрения предприятия, чем изготавливать что-то новое, чем многие и пользуются, не имея достаточного опыта. Без знания, что собой представляет принцип действия трансформатора, последствия такого вмешательства могут создать ситуации, опасные для жизни.

Заключение

В рамках статьи мы обсудили назначение и принцип действия трансформатора тока. Как видите, это устройство является очень важным для нормального функционирования общества. Но вместе с этим оно является и довольно опасным, поэтому всегда стоит придерживаться осторожности и без надобности не лезть внутрь аппарата, особенно тогда, когда работают трансформаторы тока. Назначение и принцип действия таких приспособлений были нами рассмотрены настолько, насколько это позволил размер статьи. Однако все самое важное мы изучили.

www.syl.ru

определение, назначение, классификацию, условные обозначения, конструкции.

Измерительные трансформаторы напряжения – это специальный понижаюжий трансформатор напряжения, предназначенный для измерения высоких значений напряжения ( выше 1 кВ) и осуществляющий гальваническое разделение цепей высокого напряжения от низковольтных измерительных приборов и реле. Благодаря трансформаторам можно применять приборы с небольшими стандартными номинальными значениями напряжения (например100 В) в высоковольтных цепях, по которым могут протекать большие токи. Измерительные трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу, потому что ко вторичной обмотке трансформатора подключают приборы с относительно большим внутренним сопротивлением.

При измерениях в высоковольтных цепях трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания приборов, присоединенных к вторичным обмоткам. Это достигается за счет электрической изоляции (гальванического разделения) первичной и вторичной обмоток трансформаторов и заземления металлического корпуса и вторичной обмотки. При отсутствии заземления и повреждении изоляции между обмотками вторичная обмотка и подключенные к ней приборы окажутся под высоким потенциалом, что недопустимо

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток, помещенных на магнитопроводе: первичной с числом витков ω1 и вторичной с числом витков ω2 .

Схемы включения измерительных трансформаторов. а —трансформатора тока; 6 —трансформатора напряжения.

В трансформаторах напряжения первичное напряжение U1 больше вторичного U2,

поэтому у них ω1 > ω2. Обе обмотки выполняются из относительно тонкого провода (первичная — из более тонкого, чем вторичная). Вторичное номинальное напряжение U2ному стационарных трансформаторов составляет100и100/√3В при первичномноминальном напряжении U1ном до 750/√3 кВ.

По показаниям приборов, включенных во вторичные обмотки, можно определить значения измеряемых величин. Для трансформатора напряжения их показания надо умножить на действительные коэффициенты трансформации КU = U1/U2.

Магнитопроводы трансформаторов обычно изготовляют из лучших сортов кремнистой стали. Благодаря этому уменьшаются реактивные сопротивления Х1 и Х2, обусловленные соответственно потоками рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформаторов, и, кроме того, уменьшаются ток холостого хода и потери в маг-иитопроводе.

Стационарные трансформаторы напряжения делятся на классы точности 0,2; 0,5; 1 и 3, а лабораторные - на классы 0,05, 0,1 и 0,2

Стационарные трансформаторы напряжения изготовляются на номинальные первичные напряжения до сотен киловольт при вторичном напряжении 150, 100 и 100/√3 В. Номинальные мощн о с т и с о с т а в л я ю т о т 5 д о 1200 ВА

По внешнему виду и устройству трансформаторы напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов на небольшие мощности. Лабораторные трансформаторы чаще всего бывают переносными на несколько пределов измерения.

Для трехфазных цепей изготовляются трехфазные трансформаторы напряжения (рис 14.15). На трех стержнях магнитопровода располагаются три первичные и три вторичные обмотки. Первичные обмотки присоединяются к трехфазной цепи, к выводам вторичных обмоток присоединяются измерительные приборы

По виду охлаждения трансформаторы напряжения делятся на сухие (для напряжений до 3 кВ) и трансформаторы с заливкой маслом или изолирующей массой (для напряжений 3 кВ и выше).

Измерительные трансформаторы напряжения: схема замещения, принципы работы, векторная диаграмма, погрешности.

Схема замещения трансформатора напряжения.

Принцип дейстивия.

Переменное напряжение U1 от источника тока подается на одну из обмоток (первичную), преобразованное напряжениеU2 с выводов вторичной обмотки поступает на нагрузку (потребитель Zн).

В основе принципа преобразования напряжения в трансформаторе лежит явление электромагнитной индукции. При подаче напряжения на первичную обмотку протекающий в ее витках переменный ток i1 создает в сердечнике магнитный поток Ф.

Замыкаясь по сердечнику, этот поток индуцирует в первичной и вторичной обмотках переменные ЭДС (w1,w2), величины которых зависят от количества витков первичной (w1) и вторичной (w2) обмоток и скорости изменения этого магнитного потока (dФ/dt).

Векторная диаграмма.

Последовательность построения векторной диаграммы трансформатора напряжения от тока I2 во вторичной цепи до тока I1 в первичной цепи трансформатора такая же, как и в трансформаторе тока.

Векторы напряжений U2 на вторичной обмотке трансформатора и ЭДС Е2 находят на основании следующих уравнений:

где R и X - эквивалентные активное и реактивное сопротивления приборов во вторичной цепи; R2 и Х2 - активное сопротивление вторичной обмотки и его реактивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния.

Вектор первичного напряжения U1 получен путем сложения повернутого на 180° вектора ЭДС Е2 с напряжениями на активном сопротивлении R1 первичной обмотки трансформатора и его реактивном сопротивлении X1, обусловленном потоком рассеяния

Так как I1= I0 – I2, получаем:

14.3

Из 14.3 следует, что вектор первичного напряжения U1 не равен вектору вторичного напряжения U2, несмотря на то что было принято ω1= ω2. Отличие напряжений U1 и U2, а следовательно, погрешности напряжения γU и угловая δU зависят от токов I2 и I0 и сопротивлений обмоток трансформатора.

Наибольшее влияние на погрешности оказывает нагрузка во вторичной цепи трансформатора.

На рис. 14.14 приведены типичные графики погрешностей трансформатора напряжения с номинальной мощностью 50 В-А в зависимости от мощности во вторичной цепи при разных cos φ2, т. е. при разном характере нагрузки вторичной цепи. Начиная с некоторого значения мощности, погрешности непрерывно увеличиваются. Во вторичную цепь нужно включать такое количество приборов, чтобы потребляемая ими мощность не превышала номинальной мощности трансформатора, обычно указываемой на его щитке.

Рис. 14. 14. Зависимость погрешностей трансформатора напряжения от нагрузки при разных cos φ2.

5. Измерительные трансформаторы напряжения: особенности эксплуатации, примеры схем и расчётов.

Особенности работы трансформаторов напряжения регламентируются главой 1.5 Правил устройства электроустановок. Так, нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов, к которым присоединяются счетчики, не должна превышать номинальных значений. Сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25 % номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5 % при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Для обеспечения этого требования допускается применение отдельных кабелей от трансформаторов напряжения до счетчиков. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до счетчиков технического учета должны составлять не более 1,5 % номинального напряжения.

Особенности работы ТН в сетях с изолированной и заземлённой нейтралями

В сетях с заземлённой нейтралью при замыкании на землю напряжение повреждённой фазы около места замыкания уменьшается до нуля, вектор получается сложением векторов фазных напряжений (сложение фазных векторов, расположенных 120° относительно друг от друга) и следовательно напряжение возрастает до фазного напряжения.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю все фазные напряжения (относительно нулевой точки) остаются без изменения, но относительно земли фазные напряжения увеличиваются до линейного, при этом трансформируясь во вторичную обмотку (при обязательном заземлении нулевой точки первичной обмотки ТН) они геометрически суммируются, при этом вектора этих напряжений расположены друг относительно друга на 60°, то , где , — напряжения неповреждённых фаз относительно земли. Поскольку напряжения неповреждённых фаз относительно земли увеличились до , то , то есть возрастает до утроенного значения фазного напряжения относительно нуля.

Исходя из вышеуказанных особенностей у ТН для работы в сетях с заземлённой нейтралью дополнительная обмотка выполняются на 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

а) Схема включения измерительного трансформатора напряжения.

Рис. 2. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Рис. 3. Схема соединение трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду

infopedia.su

Устройство и принцип действия измерительных трансформаторов тока

Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле. Рисунок 1 – Трансформатор тока: а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:

где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток. Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов. Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка. Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В: а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией: а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).

Рисунок 5 – Трансформаторы тока: а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора. В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока. 1.4 Электрическая принципиальная схема Для питания вторичных устройств используют различные схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока. Соединение в звезду (Рисунок 6, а) применяют при необходимости контроля тока во всех трех фазах электрической сети, соединение треугольником (Рисунок 6, б) — при получении большей силы тока во вторичной цепи или сдвига по фазе вторичного тока относительно первичного на 30 или 330°. В сетях с изолированной нейтралью используют соединение вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока в неполную звезду (Рисунок 6, в) и на разность токов двух фаз (Рисунок 6, г), а для питания защит от замыкания на землю — схему соединения на сумму токов трех фаз (схема фильтра токов нулевой последовательности). Токовое реле, включенное на выходе цепей, собранных по такой схеме (Рисунок 6, д), не реагирует на междуфазовые короткие замыкания, но приходит в действие при всех видах повреждений, связанных с замыканием элементов электрической сети на землю. Рисунок 6 – Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока: а — звездой, б — треугольником, в — неполной звездой, г – на разность токов двух фаз, д — на сумму токов трех фаз, е — последовательное, ж— параллельное Последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов тока одной фазы (Рисунок 6, е) позволяет получить от них суммарную мощность, а параллельное (Рисунок 6, ж) — уменьшить коэффициент трансформации, суммируя ток вторичных обмоток при данном токе в линии.

diplomka.net

Трансформатор напряжения - устройство и принцип работы

Что такое трансформатор напряжения

Продолжаем разговор про измерительные трансформаторы. Доброго время суток, дорогой читатель. Статьей раньше я рассказывал про трансформаторы тока. Мы узнали как можно измерять большие величины тока в цепи.Но, есть еще, электрическая величина — напряжение. Так вот, в технике высоких напряжений, измерение производится с помощью двух приборов: трансформатор напряжения и вольтметр. Трансформатор напряжения можно заменить шунтами и добавочными резисторами, но, скажу сразу, это очень трудоемкая штука. К тому же, шунты и добавочные сопротивления получатся громоздкими и дорогими, а прикосновение к ним в сетях высокого напряжения опасно для жизни!

Устройство трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения состоит из двух обмоток и сердечника. Обмотки также подразделяются на первичную и вторичную. Вот тут и начинаются различия, если сравнивать трансформатор напряжения с трансформатором тока. Первичная обмотка трансформатора напряжения содержит значительно больше витков, чем вторичная. На первичную обмотку подается напряжение, которое нам нужно измерить а к вторичной обмотке подсоединяется вольтметр.

Принцип работы

Поскольку у вольтметра сопротивление большое, то по вторичной обмотке течет небольшой ток. Можно считать, что трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода (трансформатор работает без нагрузки). Фаза вторичного напряжения противоположна фазе первичного. Выводы трансформатора напряжения обозначаются следующим образом: выводы первичной -А, Х, вторичной — а, х. Я много раз сталкивался с трансформаторами напряжения и заметил, что они практически все изготавливаются с номинальным напряжением 100 В на вторичной обмотке.

Маленький совет: в целях безопасности вас и обслуживающего персонала, один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения обязательно заземлите. Это делается для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замкнутым на землю. Еще я заметил, что трансформатор напряжения очень похож на силовой трансформатор маленькой мощности.

Ну вот, в принципе, всё, что сегодня я хотел вам поведать об одной из самой важной теме электротехники — трансформаторе напряжения. Буду рад вас видеть вновь на моем сайте podvi.ru. Много полезного, связанного с электромонтажными работами и электротехникой вы можете найти на карте сайта. Так же, много хороших и полезных марок трансформаторов тока и напряжения, вы можете найти на этом сайте. Пишите комментарии, делитесь своим опытом. Если что-то пропустил, добавляйте в комментариях. Всего вам хорошего.

podvi.ru

11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия. Принцип работы измерительного трансформатора напряжения кратко