Для чего нужен трансформатор напряжения: Трансформатор напряжения , назначение и принцип действия

Трансформатор напряжения что это – назначение и принцип действия

Содержание:

Давайте разберемся, для чего нужен трансформатор напряжения и какие функции он выполняет? Данное устройство необходимо службам, занимающимся учетом электроснабжения. Функция электросетей – выработка энергии, передача ее на большие расстояния и перераспределение электрической энергии между потребителями. Именно для этих целей существует данный прибор.

Трансформаторы промышленного типа широко используются на электроподстанциях. Более мелких размеров трансформаторы находят свое применение во многих цепях бытовых электроприборов. Такие устройства изменяют напряжение – увеличивают либо понижают его. Появления трансформатора стало возможным после того, как Майкл Фарадей открыл в 1831 году электромагнитную индукцию.

В статье информация о всех особенностях трансформаторов напряжения, описаны их технические характеристики. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик о трансформаторах, а также материл на данную тему.

Трансформатор напряжения.

Расшифровка аббревиатур устройств

Различаются и по способу изоляции, сухая, она же литая и масляной. У каждого свое, буквенное обозначение трансформатора. Есть на разные классы напряжения, такие как, нтми-10,  ном-10, зном-35, ном-35, нкф-110, нами-10. В предыдущем предложении, цифры означают номинальное напряжение. Начнём с самой важной буквы, которая находится в самом начале практически всех аббревиатур, это буква Н. Она как раз и означает трансформатор напряжения. Кстати говоря, его сокращённо называют просто ТН.

Следующие по списку и по важности буква это, Т и О, которые означаю количество фаз. Трехфазный и однофазный соответственно. У буквы Т есть ещё одно значение, она означает что, трансформатор трёх обмоточный. Следующие буквы, относятся к изоляции и способам охлаждения. Она может быть, литой (Л), С сухой, Естественное мысленно охлаждение, маркируется буквой М.

Следующие значения, можно отнести к дополнительным функциям. Для подключения измерительных приборов, наносится (И).  Если видим (К), следует понимать, что в трансформаторе напряжения есть дополнительная обмотка, которая уменьшает угловую погрешность или каскад. «З» – наличие заземляющего вывода. Активную часть, часто помещают в фарфоровую покрышку, поэтому присутствует символ «Ф». (У) — относится к установки в умеренно климате. Д, Е – делитель, имеет определённую ёмкость.

Расшифровка аббревиатур.

Виды и их особенности

Кроме рассмотренных выше понижающих и повышавших приборов выпускаются и другие модели:

• тяговые;
• лабораторные, в которых возможно регулировать напряжение;
• для выпрямительных установок;
• источники питания для радиоаппаратуры.

Все они относятся к одной большой группе трансформаторов – силовым. Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов. Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке. Имеют отличия и в конструктивном исполнении. В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением.

Влияет на классификацию, и форма магнитопровода. Он может быть:

1. стержневой;
2. броневой;
3. тороидальный.

При этом различают два вида конструкции обмоток:

• Концентрический;
• Дисковый.

По классу точности устройства подразделяются на 4 категории:

• 0,2;
• 0,5;
• 1,0;

Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки. В зависимости от него изделия бывают следующих типов:

• внутренние;
• наружные;
• для КРУ.

Виды трансформаторов.

Критерии выбора оборудования

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. Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:

• напряжения обмоток, которые указываются на щитке;
• коэффициент трансформации;
• угловой погрешности.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками. Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения 110 кВ важны и его технические характеристики:

1. частота тока;
2. фазность;
3. способ установки;
4. место расположения;
5. нагрузка.

Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Параметры выбора трансформаторов тока приведены в таблице ниже.

Таблица выбора трансформаторов тока.

Как работает

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 отличаются

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

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.

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.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Феррорезонанс и способы защиты от него

Феррорезонансный контур в сети с изолированной нейтралью — это контур нулевой последовательности с нелинейной характеристикой намагничивания. Трехфазный заземляемый трансформатор напряжения, по конструктиву, это три однофазных трансформатора, соединенные по схеме звезда/звезда, с обособленной магнитной системой. При перенапряжениях в сети индукция в магнитопроводе увеличивается, как минимум в 1,73 раза.

[stextbox id=’info’]В таких режимах возможно насыщение магнитопровода и, как следствие, возникновение феррорезонанса в сети. По данным служб энергоснабжения, ежегодно в эксплуатации повреждается 7–9% трансформаторов напряжения по причине феррорезонанса.[/stextbox]

Существует множество способов защиты ТН от резонансных явлений в сети:

• изготовление ТН с максимально уменьшенной рабочей индукцией;
• включение в цепь ВН и НН дополнительных демпфирующих сопротивлений;
• изготовление трехфазных трансформаторов напряжения с единой магнитной системой в пятистержневом исполнении;
• применение специальных устройств, включаемых в цепь разомкнутого треугольника;
• заземление нейтрали трехфазного трансформатора напряжения через токоограничивающий реактор;
• применение специальных компенсационных обмоток и т. д.;
• применение специальных релейных схем, для защиты обмотки ВН от сверхтоков.

Все эти меры в той или иной степени защищают измерительный трансформатор напряжения, но не решают проблему в корне.

Заземляемые устройства

Заземляемые трансформаторы напряжения применяются в сетях с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали ТН позволяет осуществлять контроль изоляции сети с помощью дополнительных вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда/треугольник. На наш взгляд, это основная функция заземляемых трансформаторов, функция измерения и учета — дополнительная.

Зачастую, в электрических сетях эксплуатируются заземляемые трансформаторы напряжения, у которых защитные обмотки не используются. Применение заземляемых трансформаторов без использования функции контроля изоляции сети — неоправданный риск. Это связано с тем, что:

• заземляемые трансформаторы напряжения подвержены влиянию феррорезонансных явлений;
• изоляцию обмотки ВН невозможно испытать в условиях эксплуатации приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Незаземляемые приборы

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью, на нашем предприятии разработана новая трехфазная группа. Трехфазная 3хНОЛ.08-6(10)М группа, состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ.08-6(10)М — отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией.

Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Также изоляцию этого трансформатора возможно испытать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты в условиях эксплуатации, так как в этом случае нет необходимости в источнике повышенной частоты.

Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.

У незаземляемых трансформаторов нет высоковольтных выводов с ослабленной изоляцией, что так-же позволит избежать нарушений, которые зачастую случаются в эксплуатации, при определении сопротивления изоляции вывода «Х», так как есть разночтения в нормативной документации. На сегодняшний день большое количество пунктов коммерческого учета (ПКУ) имеют в своем составе заземляемые трансформаторы напряжения со встроенными предохранителями (ЗНОЛП). При однофазных замыканиях на землю, а они как указывалось выше, случаются достаточно часто в воздушных распределительных сетях, срабатывает встроенное защитное предохранительное устройство (ЗПУ). Встраиваемое ЗПУ, прежде всего, предназначено для защиты трансформатора напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях.

Так как ток срабатывания предохранителя достаточно мал, то при различных перенапряжениях, вызванных, в том числе, и однофазными замыканиями на землю, — происходит отключение ТН. ЗПУ защищает обмотку ВН от сверхтоков, которые возможны при различных технологических нарушениях в электрических сетях. При срабатывании предохранителя учет электроэнергии будет отсутствовать. Для восстановления учета, необходимо заменить плавкую вставку ЗПУ.

Ремонт оборудования

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов. Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные особенности трансформаторов  напряжения и трансформаторов тока. Больше информации можно найти в скачиваемой версии учебника по электромеханике “Различия трансформаторов напряжения и трансформаторов тока”. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk. com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.generatorvolt.ru

www.elec.ru

www.popayaem.ru

www.podvi.ru

www.leg.co.ua

www.energytik.net

Предыдущая

ТрансформаторыРежим холостого хода для трансформаторов

Следующая

ТрансформаторыТрансформаторы для светодиодных лент, мнение специалистов

Трансформатор напряжения — что это? — статьи компании ПрофЭнергия

Содержание:

• Понятие
• Принцип действия
• Предназначение
• Виды

Понятие

В первую очередь необходимо разобраться: трансформатор напряжения — что это такое. Это особое устройство, которое необходимо для образования гальванической развязки. Иными словами, без прямого контакта с помощью данного устройства соединяются цепи высокого и низкого напряжения. С помощью него можно удешевить эксплуатацию оборудования, а также сделать его надежнее и проще в работе одновременно. Также необходим трансформатор для того, чтобы обеспечить безопасность.

Чаще всего подобный агрегат работает на холостом ходу. Он не предназначен для огромных потоков мощности и их преобразования, а всего лишь правильно соединяет вторичные обмотки в любых электрических системах. Это простое действие дает серьезный результат. Оно достаточно сильно может понизить или повысить напряжение в зависимости от того, что необходимо в данный момент.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения обслуживания трансформаторных подстанций, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать обслуживание трансформаторных подстанций или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

Принцип действия ↑

В основе лежит тот же принцип, что и в обычном понижающем трансформаторе. В центре располагается листовой сердечник с обмоткой. Сделан он по максимально точным, выверенным расчетам, с многослойными металлами и слюдой, а также с учетом того, что в результате получается правильная амплитуда и угол. Тщательно продуманная конструкция необходима для того, чтобы без лишних проблем подключить к сети абсолютно любой прибор. Трансформатор обязан нормализовать напряжение: он «играет» с этой величиной так, как это необходимо в данный момент, выставляя свой личный коэффициент, независимо от начальных данных.

Наиболее популярным сегодня становится трехфазный трансформатор. Основной принцип его действия заключается в том, что чем ближе действие к холостому ходу, на котором чаще всего и работает подобное устройство, тем коэффициент трансформации все ближе к номинальному значению. Таким образом, получается, что наиболее эффективен подобный трансформатор именно на холостом ходу, как бы странно это не звучало. Это помогает прибору работать максимально безопасно и стабильно, практически полностью исключая любые непредвиденные поломки.

Необходимо правильно настроить это устройство, потому что трансформатор может работать одновременно в нескольких классах точности. А именно в половину, единицу, а также в три единицы измерения.

Следует подумать и о мерах безопасности. Это означает  — прежде всего — высокое качество самого прибора. Трансформатор «из Китая» или же самодельный совершенно необязательно будет четко выполнять свои функции, более того — иногда может произойти самовозгорание.

Предназначение ↑

Чтобы четко понять, что же представляет из себя трансформатор напряжения, необходимо рассмотреть его назначение.

Основная особенность данной техники в том, что она легко преобразует низкое напряжение в высокое или наоборот — в зависимости от вида и настройки конкретного аппарата. В повседневной жизни это отличные предохранители.

Именно с помощью трансформаторов каждое устройство получает необходимое напряжение, будь то болгарка или же простой кипятильник. Аналогично работает техника и в промышленных масштабах, когда разница становится еще более значительной.

Виды ↑

На самом деле трансформаторов напряжения достаточно много. Каждый из них может пригодиться в определенной ситуации. Потому необходимо тщательно рассмотреть все характеристики, положительные и отрицательные стороны, чтобы понять, для чего нужен трансформатор напряжения конкретного типа. Они отличаются, прежде всего, конструкцией: именно она накладывает определенные особенности на эксплуатацию.

Заземляемый

Этот трансформатор напряжения представляет собой однофазное или трехфазное устройство. Обязательно один его конец должен быть заземлен, именно поэтому он и получил подобное название. В землю уходит нейтраль первичной обмотки.

Наземляемый

Этот вариант трансформатора не нуждается в заземлении. Вся его конструкция находится на поверхности. Обязательно должны быть изолированы все уровни, особенно это касается зажимов. В зависимости от уровня напряжения необходимо поднимать некоторые части на определенную высоту.

Каскадный

Трансформатор здесь состоит из первичной обмотки, которая строго разделена на несколько секций. Они располагаются на разном уровне от земли и имеют вид каскада. Соединены между собой все эти части с помощью дополнительных связующих обмоток.

Емкостный

Подобный трансформатор имеет дополнительную деталь — емкостный делитель, из-за него и появилось название.

Двухобмоточный

Помимо первичной обмотки, здесь имеется и вторичная.

Трехобмоточный

Подобная модель трансформатора мало отличается от предыдущей, но вторичных обмоток две.

Каждый тип создан специально для определенной ситуации. В случае необходимости можно любой трансформатор приспособить под определенную электрическую систему, но лучше всего следовать рекомендациям, которые гарантируют полноценную и стабильную работу с минимальными затратами ресурсов.

Разница между трансформатором напряжения и трансформатором тока

Содержание

Трансформаторы, вероятно, являются наиболее важными элементами в производстве электроэнергии. Он устанавливает связь между двумя цепями, что кажется простой концепцией. Но по мере того, как охват и мощность трансформаторов расширяются, идея становится еще более умопомрачительной по своим последствиям. Пока же мы обсудим два самых популярных типа трансформаторов: трансформаторы тока и трансформаторы тока.0005 трансформаторы напряжения .

Для чего используется трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения — это устройства, которые используются для понижения и снижения напряжения в системе до уровня, который считается безопасным. Он работает, позволяя счетчикам энергии контролировать работу электрических соединений, которые могут иметь более высокое напряжение, чем обычно, для правильной работы.

В зависимости от применения может использоваться как трансформатор низкого напряжения или как трансформатор высокого напряжения. В частности, трансформатор напряжения может использоваться как:

• Полезный прибор для измерения потребляемой энергии.
• Устройство для защиты и предотвращения нарушений и отказов в электрических системах.
• Сигналы напряжения в основном используются для синхронизации, регистрации событий и записи событий.
• Компьютер импеданса и мощности системы в процессе измерения напряжения по направлению.
• Определяющее значение O/F, O/V, U/F, U/V и некоторых чрезмерно изменяющихся параметров безопасности в процессе измерения.

Какие существуют типы трансформаторов напряжения?

1. Электромагнитный

Эта модель трансформатора сравнима с маслонаполненным витым проволочным трансформатором , поскольку в нем используется проволочный сердечник. Первичное напряжение будет полностью преобразовано во вторичное напряжение в преобразователе такого типа, чего можно достичь с помощью электромагнитного поля.

Некоторые применения электромагнитных трансформаторов напряжения заключаются в их способности:

• Работа в области учета электроэнергии.
• Защита электроинструментов.
• Обеспечьте защиту питателя.
• Защита генераторов от повреждений.
• Установка электрификации промышленности

2. Конденсатор

Этот тип трансформатора напряжения будет оснащен емкостным делителем напряжения, который будет подключен между фазой основной линии и землей. В смеси емкостное напряжение делитель и магнитный трансформатор, этот преобразователь можно рассматривать как своего рода гибридное устройство. Эти трансформаторы называются промежуточными преобразователями с относительно небольшим коэффициентом в промышленности.

Этот тип трансформатора, который состоит из пакета высоковольтных конденсаторов, может использоваться для измерения напряжения в дополнение к использованию в качестве системы защиты. В результате конденсаторы могут снизить уровни напряжения, и трансформатор затем понижает пониженное напряжение до дополнительного уровня напряжения.

3. Оптический

Оптические трансформаторы напряжения представляют собой совершенно новый тип силовых трансформаторов, которые можно использовать для обеспечения безопасности и учета вместо обычных электромагнитных преобразователей.

Его преимущества широко освещались в научной и технической литературе, а его бизнес-функции получили широкое признание и признание на рынке.

Многие операторы электростанций стараются избегать их из-за высоких затрат и относительно новой технологии. Он не контролируется местными профессионалами, что требует для работы значительных контрактов с производителями.

В связи с тем, что уже было продемонстрировано, что оптические инновации имеют свой собственный набор преимуществ и недостатков, исследование альтернативных оптических решений стало основной целью высокотехнологичных лабораторных установок, а также основной целью текущая работа.

Разница между трансформатором напряжения и трансформатором тока

Определение

Трансформатор напряжения представляет собой тип электрического проводника, который используется для преобразования напряжения от верхнего значения к меньшему. Магистраль трансформатора напряжения остается подключенной к линии для измерения линейного напряжения.

Трансформатор низкого напряжения для наружной установки снизил значение высокого напряжения до минимального значения, которое можно легко обнаружить с помощью вольтметра.

С другой стороны, трансформатор тока – это устройство, которое используется для преобразования тока с более высокого значения на более низкое значение по сравнению с потенциалом земли. Он использовался с устройствами переменного тока для измерения больших токов.

Протекающий ток очень велик, и его прямое измерение затруднительно. Таким образом, трансформатор тока используется для преобразования высокого значения тока в пропорциональное число.

Как в трансформаторах постоянного напряжения, так и в трансформаторах низкого напряжения для наружной установки прибор с сердечником может использоваться как для высокого, так и для низкого напряжения. Его сердечник изготовлен из качественных материалов и может работать при низкой плотности для намагничивания малых токов.

В основном пластины из нержавеющей стали, принадлежащие сердечнику трансформатора тока, используются для изготовления сердечника трансформатора.

Между тем, сердечник потенциального функционального трансформатора состоит из высокофункционального сердечника, работающего при малых концентрациях тока, что позволяет ему работать эффективно.

Первичная обмотка

Трансформаторы напряжения способны крутить большое количество обмоток. Однако у него только тонкий проводник. Между тем, первичные обмотки трансформатора тока обычно состоят из одного витка. Это толсто, как тяжесть проводника способна терпеть токи высокого типа.

Вторичная обмотка

Вторичные обмотки трансформаторов постоянного напряжения не являются толстыми проводниками, поэтому в них меньше витков. С другой стороны, трансформатор тока представляет собой тонкий проводник, способный вращаться за несколько витков. Он также может нести 5A-20A.

Приложения

Трансформаторы напряжения (будь то трансформатор низкого напряжения или трансформатор высокого напряжения) сосредоточены на источнике питания, измерении и управлении защитным реле. Трансформатор тока, с другой стороны, фокусируется на измерении мощности и тока. Он также контролирует оператора энергосистемы на наличие функционального и защищенного реле.

Трансформатор напряжения CHINT

— это новое замечательное устройство для измерения напряжения, мощности и релейной защиты. Он имеет скорость 35 КБ и стандарт IEC 60044-2. Вы можете рассчитывать на надежную работу и изоляцию. Он также может обеспечить высокую точность измерений и надежную работу уплотнения для вашей отрасли. Что еще? Это не требует обслуживания!

Заключение

Трансформатор напряжения

и трансформатор тока бесспорно равны по значимости в электричестве. Есть также его подкатегории: трансформатор низкого напряжения и трансформатор высокого напряжения. Кроме того, есть и другие этикетки трансформатора постоянного напряжения и трансформатора низкого напряжения для наружной установки.

По мере развития технологий в нашей отрасли вполне естественно получить инновационный трансформатор, такой как CHINT. Кому это все равно не понравится? Электричество тоже нуждается в обновлении!

Рекомендовать к прочтению

Трансформаторы напряжения | Tameson.com

Рисунок 1: Трансформаторы напряжения

Электроэнергетическая система представляет собой сеть электрических компонентов, используемых для подачи, передачи и потребления электроэнергии. Энергия подается через механизм генерации, такой как электростанция, передается по линиям электропередачи и распределительным системам и потребляется в жилых помещениях. Уровень напряжения следует измерять, чтобы обеспечить передачу оптимального значения в различных точках системы распределения электроэнергии. Это напряжение часто бывает очень высоким, и его невозможно измерить обычным вольтметром. Специализированные трансформаторы, известные как измерительные трансформаторы, используются для измерения очень высокого напряжения и тока в энергосистеме. Трансформатор, используемый для измерения высокого напряжения, называется трансформатором напряжения, также обычно называемым трансформатором напряжения, а трансформатор, используемый для измерения сильного тока, называется трансформатором тока. В этой статье обсуждаются конструкция, принцип работы, измерение, типы и области применения трансформаторов напряжения.

Содержание

• Что такое трансформатор напряжения
• Строительство трансформаторов напряжения
• Принцип работы трансформатора напряжения
• Измерение напряжения с помощью трансформатора напряжения
• Типы трансформаторов напряжения
• Ошибки в трансформаторах напряжения
• Преимущества и недостатки трансформатора напряжения
• Применение трансформаторов напряжения
• Часто задаваемые вопросы

• Автотрансформатор

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое трансформатор напряжения

Электрическая подстанция — это вторичная станция в системе производства, передачи и распределения электроэнергии, где напряжение преобразуется от высокого значения к низкому или обратному с помощью трансформаторов. Электроэнергия проходит через несколько подстанций между электростанциями и потребителем, при этом напряжение может изменяться в несколько ступеней.

Напряжение, вырабатываемое электростанцией или подстанцией, передается и подается на несколько промышленных объектов и жилых районов. Необходимо убедиться, что генерируемое напряжение имеет оптимальное значение, а также напряжение, полученное после передачи по нескольким линиям, не претерпело больших потерь. Следовательно, важно измерять эти напряжения в различных точках.

Измерение напряжения высокого уровня на электростанциях и в центрах нагрузки не может быть выполнено обычными вольтметрами. Трансформатор напряжения — это прибор, используемый для измерения высокого напряжения в системе передачи или распределения. Это понижающий трансформатор, который преобразует входное напряжение в более низкое выходное напряжение, которое затем можно измерить вольтметром.

Примечание: Термины «трансформатор напряжения» и «трансформатор напряжения» по существу означают одно и то же, и оба термина используются в статье взаимозаменяемо.

Конструкция трансформаторов напряжения

Конструкция трансформатора напряжения аналогична конструкции обычного силового трансформатора с первичной и вторичной обмотками. Напряжение, создаваемое на стороне нагрузки, пропорционально числу витков вторичной обмотки относительно первичной. Преобразование напряжения определяется выражением:

В1/В2 = Н1/Н2

• V1: Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора
• V2: Напряжение, создаваемое на вторичной обмотке (нагрузке) трансформатора
• N1: Количество витков в первичной обмотке
• N2: Количество витков во вторичной обмотке

Например, трансформатор с N1=1, N2=10, имеющий напряжение первичной обмотки (V1), равное 10, будет иметь напряжение вторичной обмотки, равное 1В.

Рис. 2: Вариант конструкции трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения имеет магнитный сердечник (на рис. 2 обозначен буквой F), аналогичный магнитному сердечнику обычного силового трансформатора, но с сердечником большого размера из пластин кремния. Магнитопровод может быть как оболочечным, так и стержневым.

Вторичная обмотка наматывается рядом с сердечником, так как ее легко изолировать низковольтную обмотку (рис. 2, обозначенная буквой B). Первичная обмотка высокого напряжения (рис. 2, обозначенная буквой А) намотана поверх вторичной обмотки с бумажной лентой или хлопчатобумажной изоляцией (рисунок 2, обозначенной буквой С) между ними.

Обмотки погружены в заполненный маслом резервуар (рис. 2, обозначенный буквой D), что обеспечивает лучшую изоляцию в трансформаторах высокого напряжения (выше 7 кВ). Клеммы высокого напряжения выведены из бака через маслонаполненные втулки (рис. 2, обозначены Е).

Принцип работы трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения обычно используется для измерения высоких напряжений. Первичная сторона трансформатора напряжения (на рис. 3 обозначена как PT) подключается к линии электропередачи, напряжение которой (132 кВ на рис. 3) должно быть измерено. Линия передачи подключена к нагрузке «А», которая получает электроэнергию от линии. Трансформатор напряжения всегда подключается параллельно линии. Вторичная сторона трансформатора напряжения подключена к стандартному низкочастотному вольтметру (на рис. 3 обозначено буквой V). Трансформатор тока всегда подключается последовательно к линии, ток которой необходимо измерить. Прочтите нашу статью, чтобы увидеть подробное сравнение трансформаторов напряжения и трансформаторов тока.

Когда на первичную обмотку подается напряжение, оно индуцирует напряжение на вторичных обмотках. Это напряжение ниже напряжения на первичной обмотке и пропорционально количеству обмоток на первичной и вторичной сторонах.

Рис. 3: Работа трансформатора напряжения

Измерение напряжения с помощью трансформатора напряжения

1. Подсоедините первичную сторону трансформатора напряжения к измеряемой линии высокого напряжения.
2. Подключите стандартный вольтметр (0-250В) ко вторичной обмотке трансформатора напряжения.
3. Обратите внимание на значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, отображаемое на вольтметре.

Если отношение количества обмоток в первичной и вторичной обмотках составляет 1200:1, а вольтметр измеряет 110 В на вторичной обмотке,

• V2=110 В
• Н1=1200
• N2=1
• Следовательно, V1=132 кВ

Типы трансформаторов напряжения

Типы трансформаторов напряжения в зависимости от их конструкции

Существуют два основных типа трансформаторов напряжения в зависимости от их конструкции: витые и емкостные.

Трансформатор напряжения с обмоткой

Трансформаторы напряжения с кожухом и сердечником относятся к обмотке. Первичная и вторичная обмотки намотаны на стержни сердечника с соответствующей изоляцией. Для измерения высоких напряжений (обычно более 10 кВ) конструкция усложняется из-за проблем с изоляцией. Следовательно, емкостные трансформаторы напряжения используются для измерения очень высоких напряжений.

Емкостной трансформатор напряжения

Рис. 4: Подключение емкостного трансформатора напряжения

Емкостной трансформатор напряжения использует емкостной делитель и вспомогательный трансформатор (рис. 4, обозначенный A). Емкостной делитель устраняет необходимость в трансформаторе напряжения с высоким номиналом.

Сеть с емкостным делителем (четыре конденсатора на рис. 4) подключается к измеряемому высокому напряжению (на рис. 4 обозначено B). При подключении к переменному напряжению конденсатор начинает заряжаться до величины напряжения. Входное напряжение распределяется между конденсаторами, что снижает высокое входное напряжение до низкого значения.

Низкое напряжение, полученное от емкостного делителя, понижается (рис. 4, обозначено D) с помощью вспомогательного трансформатора. Заштрихованная часть, обозначенная буквой C на рис. 4, в совокупности описывает емкостной трансформатор напряжения, который состоит из конденсатора-делителя и вспомогательного трансформатора.

Типы трансформаторов напряжения в зависимости от рабочего напряжения

В зависимости от используемого напряжения в сети трансформаторы напряжения классифицируются в

Высоковольтные трансформаторы напряжения

Высоковольтные трансформаторы напряжения обычно работают при входном напряжении более 69 кВ. Эти устройства подходят для измерения высокого напряжения на распределительных линиях электропередач. Неэкономично использовать один трансформатор для измерения напряжения более 500 кВ (поскольку размеры трансформатора становятся огромными), и в этом случае два трансформаторных блока соединяются каскадом для получения требуемого напряжения.

Каскадирование — это процесс последовательного соединения двух трансформаторов. Например, для понижения высокого напряжения 100 кВ до 10 В требуется трансформатор с соотношением витков (количество витков вторичной обмотки: число витков первичной обмотки) 1:10000, что делает трансформатор чрезвычайно громоздким. Для этой же цели можно использовать два трансформатора с соотношением витков 1:100. Первый трансформатор понижает входное напряжение 100 кВ до 1 кВ, которое подается на первичную обмотку второго трансформатора. Второй трансформатор понижает входное напряжение 1 кВ до 10 В на выходе. Следовательно, трансформаторы могут быть соединены каскадом для получения точного преобразования напряжения одного трансформатора, но с гораздо меньшими размерами и проблемами конструкции.

Трансформаторы среднего напряжения

В соответствии со стандартом IEEE практические уровни напряжения (входящее напряжение) в диапазоне 5–35 кВ часто называют средним напряжением. Некоторые распределительные линии могут превышать 35 кВ, и эти линии относятся к категории высоковольтных.

Распределительный трансформатор среднего напряжения обеспечивает окончательное преобразование напряжения в системе распределения электроэнергии после понижения напряжения распределительной линии до уровня, пригодного для использования потребителем. Эти трансформаторы идеально подходят как для внутреннего, так и для наружного применения в зависимости от уровня диапазона входного напряжения (см. Таблицу 1).

Примечание: Напряжение системы, указанное в Таблице 1 для различных типов трансформаторов напряжения, предназначено только для информационных целей, и эти значения могут варьироваться в зависимости от различных используемых стандартов, таких как IEEE, IEC и ANSI.

Трансформаторы напряжения низкого напряжения

Трансформатор низкого напряжения работает при входном напряжении менее 600В. Этот трансформатор используется с измерительным или контрольным оборудованием или в качестве вспомогательного источника питания в панели управления двигателем.

Рисунок 5: Типы трансформаторов напряжения, A: Трансформатор высокого напряжения, B: Трансформатор среднего напряжения и C: Трансформатор напряжения низкого напряжения Строительство Тип изоляции Напряжение в системе Применение внутри/вне помещений Низкое напряжение Однофазный, Трехфазный Литье из смолы, намотанное лентой 440В Внутренний Среднее напряжение Однополюсный трехфазный, Двухполюсный трехфазный Литье из смолы 3,3 кВ-33 кВ Внутри и снаружи Среднее напряжение Однофазный заземленный тип Маслопогруженный 3,3кВ-33кВ Открытый Высокое напряжение Однофазный с заземлением Маслопогруженный 66кВ и выше Открытый

Таблица 1: Разница между трансформаторами напряжения низкого, среднего и высокого напряжения

Типы трансформаторов напряжения на основе функции

Трансформаторы напряжения делятся на измерительные и защитные в зависимости от их функции.

Трансформаторы напряжения измерительного типа

Трансформаторы напряжения измерительного типа представляют собой трансформаторы низкой мощности с высокой точностью, используемые для измерения напряжения в приборах учета.

Трансформаторы напряжения с защитой

Трансформаторы напряжения с защитой используются для обеспечения изоляции и защиты от высоких напряжений при измерениях. Обмотки этих трансформаторов электрически изолированы, и сторона низкого напряжения не связана напрямую со стороной высокого напряжения.

Ошибки в трансформаторах напряжения

В обычном трансформаторе выходное напряжение во вторичной обмотке точно пропорционально напряжению на вторичном трансформаторе. Однако в трансформаторах напряжения напряжение падает из-за реактивного сопротивления и сопротивления в первичной и вторичной обмотках. Существует два типа ошибок, а именно ошибки фазового сдвига и ошибки отношения напряжений, присутствующие в выходном напряжении трансформатора напряжения.

Ошибка сдвига фазы

Ошибка сдвига фазы представляет собой разницу между фазой первичного напряжения и инвертированным вторичным напряжением. В идеале первичное напряжение остается в фазе с обратным вторичным напряжением. Но на практике реактивное сопротивление обмоток сдвигает фазу вторичного напряжения, создавая ошибку фазового угла.

Ошибка соотношения напряжений

Ошибка соотношения напряжений представляет собой разницу между идеальным напряжением, которое необходимо получить, и фактическим напряжением, полученным на вторичных обмотках. Процент погрешности соотношения напряжений определяется по формуле:

{(V1 – K _n V2) / V1} ✕100

• V1: Первичное напряжение
• V2: Вторичное напряжение
• K _n : Номинальное соотношение (Номинальное соотношение)

Преимущества и недостатки трансформатора напряжения

Преимущества

• Безопасно измеряет очень высокое напряжение на линиях электропередачи.
• Позволяет обычному вольтметру измерять очень высокие напряжения.
• Обеспечивает защиту, электрически изолируя вольтметр и высоковольтную линию.

Недостатки

• Трансформатор напряжения не может измерять постоянное напряжение.
• Трансформаторы напряжения дороже обычных трансформаторов.

Применение трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения обычно используются в:

• Релейных и измерительных цепях
• Системы электрической защиты
• Измерение высоковольтных линий электропередачи
• Синхронизация электрогенераторов и фидеров ( фидеры – это линия электропередач, по которой передается электроэнергия в энергосистемах)

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения используется для измерения высоковольтных линий электропередачи и обеспечения изоляции в системах коммерческого учета.