Трансформатор напряжения принцип работы

Содержание

Среди многочисленных электротехнических устройств трансформатор напряжения (ТН) занимает далеко не последнее место. Его назначение предопределено названием («transformation» в переводе с английского «преобразование»), которое, по сути, и выражает цели применения ТН. На практике они используются:

на электростанциях для повышения напряжения, вырабатываемого генераторами (вплоть до 1150 кВ), для минимизации потерь при транспортировке электроэнергии;
для обратного преобразования на трансформаторных подстанциях вблизи потребителя, превращая высокое напряжение в пригодные для электропитания значения;
в качестве измерительных трансформаторов, позволяющих производить замеры высоких напряжений посредством обычных измерительных приборов;
в многочисленных электроприборах, электрооборудовании и аппаратуре, в том числе и бытового назначения для формирования внутренних питающих напряжений.

В первых двух случаях речь идет об использовании мощных силовых трехфазных трансформаторов (повышающих и понижающих значения фазных напряжений), в последнем требуется применение однофазных трансформаторов.

Роль наиболее важного параметра ТН отведена коэффициенту трансформации (преобразования), так если принимать во внимание значения напряжений, он будет пропорционален напряжению первичных обмоток U1 и обратно пропорционален напряжению вторичных обмоток U2:

величина n > 1 характерна для понижающего трансформатора;
соответственно n

Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

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

Трансформатор состоит из трех частей:

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

✅Для чего служат трансформаторы напряжения на подстанциях и электростанциях

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.

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.

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.

Принцип работы емкостных трансформаторов напряжения

С развитием высоковольтных сетей передачи и распределения электроэнергии возникла необходимость обеспечения вспомогательным оборудованием для измерений, защиты или контроля. Подключение подобных приборов в высоковольтные сети практически невозможно в виду высокого напряжения питающей сети.

Имеющаяся на сегодняшний день практика подразумевает использование в цепях контроля и измерения напряжений значением до 1000 В. Основное назначение трансформаторов напряжения – отделение сетей высокого напряжения от измерительного, защитного или контрольного оборудования.

Существует два основных типа измерительных трансформаторов напряжения – емкостные и индуктивные. Принцип работы индуктивного трансформатора напряжения основан на явлении магнитной индукции и аналогичен преобразованию в силовых трансформаторах. Емкостные трансформаторы напряжения получили достаточно широкое распространение за последние 50 лет и имеют ряд преимуществ перед индуктивными:

меньшая зависимость рабочих характеристик от температуры окружающей среды, позволяет выполнять измерения с соблюдением класса точности при экстремально низких температурах;
низкое значение собственной индуктивности, а также наличие демпфирующей цепи позволяет снизить эффект феррорезонанса;
меньшие массогабаритные характеристики;
возможность передачи сигналов высокочастотной связи.
меньшая стоимость емкостных трансформаторов напряжения.

Принцип работы емкостных трансформаторов напряжения типа ЕТН заключается в двухступенчатом понижении значения напряжения сети. Первая ступень понижения напряжения до 10-12 кВ достигается применением емкостного делителя напряжения, который содержит определенное количество последовательно соединенных между собой идентичных секций конденсаторов. При включении в работу рабочее напряжение пропорционально распределяется по количеству последовательных секций, в результате напряжение на выводах последней секции по отношению к нулю должно быть обратно пропорционально количеству включенных секций:
Uс=Us/N,
Где Uc- напряжение на секции;
Us- напряжение сети;
N – Количество последовательно соединенных секций.

Таким образом напряжение понижается до значений 10-12 кВ и к выводам последней секции подключается электромагнитное устройство, которое представляет из себя герметичную маслонаполненную конструкцию с размещенными в ней индуктивными обмотками высокого и низкого напряжения, а также демпфирующую цепочку. Посредством электромагнитного устройства ЭМУ обеспечивается вторая ступень трансформации с 10-12 кВ до 100 В.
Одной из основных характеристик измерительных ЕТН является класс точности приборов, который обеспечивается отлаженным технологическим процессом, соответствующим уровнем применяемых технологий, многолетним опытом и профессионализмом сотрудников компании ТОО «Усть-Каменогорский конденсаторный завод».

Режим работы

ТН работает в режиме близко к холостому ходу, так как нагрузка на выходную катушку минимальная.

Цены сильно зависят от конструкции и класса напряжения:

0,66 кВ(660В) – от 1 000 до 15 000 руб,
10 кВ,
35 кВ,
110 кВ и выше цены нужно уточнять у производителей.

Схемы подключения

Схемы соединений однофазных ТН:

Схемы соединений трёхфазных ТН:

Схемы и группы соединений обмоток трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов с основной и дополнительной вторичными обмотками

Также читайте: Назначение и для чего применяется электромагнитный контактор

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:

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

Виды трансформаторов напряжения

Рассмотрим несколько трансфомраторов напряжения разных производителей:

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-НТЗ-35-IV-11

Производиель – Невский трансформаторный завод «Волхов».

Назначение и область применение ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий.Рабочее положение трансформаторов в пространстве – вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

Рисунок – Габаритные размеры трансформатора

Рисунок – схемы подключения обмоток трансформаторов

Характеристики:

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

Ещё одно интересное видео о работе трансформаторов тока:

Трехфазная антирезонансная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛПМ(И)

Производитель “Свердловский завод трансформаторов тока”

Назначение 3хЗНОЛПМ(И)

Трансформаторы предназначены для установки в комплектные устройства (КРУ), токопроводы и служат для питания цепей измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц в сетях с изолированной нейтралью.

Трансформаторы изготавливаются в климатическом исполнении “УХЛ” категории размещения 2 по ГОСТ 15150.

Рабочее положение – любое.

Расположение первичного вывода возможно как с лицевой так и с тыльной стороны трансформатора.

Трехфазная группа может комплектоваться в 4-ех вариантах:

из трех трансформаторов ЗНОЛПМ – 3хЗНОЛПМ-6 и 3хЗНОЛПМ-10;
из трех трансформаторов ЗНОЛПМИ – 3хЗНОЛПМИ-6 и 3хЗНОЛПМИ-10;
из одного трансформатора ЗНОЛПМ (устанавливается по середине) и двух трансформаторов ЗНОЛПМИ (устанавливаются по краям) – 3хЗНОЛПМ(1)-6 и 3хЗНОЛПМ(1)-10;
из двух трансформаторов ЗНОЛПМ (устанавливаются по краям) и одного трансформатора ЗНОЛПМИ (устанавливается по середине) – 3хЗНОЛПМ(2)-6 и 3хЗНОЛПМ(2)-10.

Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополниетльные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4А.

Внимание! При заказе трансформаторов напряжения для АИСКУЭ обязательно заполнение опросного листа.

Гарантийный срок эксплуатации – 5 (пять) лет со дня ввода трансформатора в эксплуатацию, но не более 5,5 лет с момента отгрузки с завода-изготовителя.

Срок службы – 30 лет.

НАМИТ-10-2

Производитель ОАО «Самарский Трансформатор»

Назначение и область применения

Трансформатор напряжения НАМИТ-10-2 УХЛ2 трехфазный масляный антирезонансный является масштабным преобразователем и предназначен для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учёта, защиты и сигнализации в сетях 6 и 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземлённой через дугогасящий реактор. Трансформатор устанавливается в шкафах КРУ(Н) и в закрытых РУ промышленных предприятий