Конструкции измерительных трансформаторов: типы, принцип действия, схема, устройство

Содержание

Измерительные трансформаторы — Термическая обработка

Измерительные трансформаторы

Категория:

Термическая обработка

Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы применяются в цепях переменного тока для расширения пределов измерения приборов.

Кроме того, применение измерительных трансформаторов в установках высокого напряжения делает обслуживание приборов безопасным, так как трансформаторы позволяют отделить приборы от цепей высокого напряжения, в которых производятся измерения.

С помощью трансформаторов большие значения электрических величин можно измерять приборами, имеющими небольшие пределы измерения и сравнительно невысокую прочность изоляции.

Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и тока.

Стандартные трансформаторы тока промышленной частоты и звуковых частот 1000, 2500 и 8000 гц рассчитаны на включение приборов с номинальным значением тока 5 а. Трансформаторы напряжения рассчитаны на приборы с номинальным напряжением 100 в. Возможно изготовление измерительных трансформаторов и на частоты радиодиапазона.

Идея устройства измерительных трансформаторов та же, что и силовых. Трансформатор состоит из двух изолированных друг от друга обмоток — первичной и вторичной с числом витков соответственно Wi и w2, намотанных на общий замкнутый сердечник из листовой электротехнической стали.

Под влиянием тока, протекающего по первичной обмотке, в сердечнике создается переменный магнитный поток, который, пронизывая обмотки, индуктирует в них соответствующие э. д. с. Поскольку вторичная обмотка замкнута на сопротивление измерительного прибора, то в цепи последнего будет протекать ток, пропорциональный измеряемой величине.

По схеме включения в измеряемую цепь, по конструкции и условиям работы трансформаторы тока и трансформаторы напряжения существенно отличаются друг от друга.

Первичная обмотка трансформатора тока состоит из нескольких витков толстой проволоки, кабеля или шины. Некоторые конструкции не имеют первичной обмотки. Ее роль выполняет пропускаемый через окно трансформатора провод (шина, кабель), ток в котором подлежит измерению. Вторичная обмотка, имеющая сравнительно большое число витков проволоки, намотанной на тороидальный сердечник, замкнута на амперметр с малым сопротивлением.

Если при неизменном токе увеличивать сопротивление вторичной цепи, то как ток, так и вторичные ампервитки будут уменьшаться, а намагничивающие ампервитки и магнитный поток будут увеличиваться. При размыкании вторичной цепи вторичные ампер-витки равны нулю, а намагничивающие ампервитки будут равны первичным ампервиткам. В этом случае магнитный поток в сердечнике будет значительно больше нормального потока, на который рассчитан данный трансформатор. Потери в стали могут возрасти до весьма больших значений, могущих вызвать чрезмерный нагрев сердечника. С другой стороны, большой магнитный поток будет индуктировать во вторичной обмотке значительную э. д. е., могущую достигнуть опасных для жизни значений и вызвать пробой изоляции. Поэтому вторичная обмотка трансформатора тока всегда должна быть замкнута либо на малое сопротивление прибора, либо накоротко.

Измерительные трансформаторы напряжения по внешнему виду и внутреннему устройству мало отличаются от силовых трансформаторов небольшой мощности.

Первичная обмотка трансформатора напряжения наматывается тонким проводом и состоит из большого числа витков. Вторичная обмотка с меньшим числом витков замкнута на вольтметр, обладающий’ большим сопротивлением. Поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим холостого хода.

В отличие от трансформаторов тока, в трансформаторах напряжения ток первичной обмотки зависит от сопротивления вторичной цепи, поэтому замыкание вторичной обмотки трансформатора напряжения на малое сопротивление или накоротко ведет к чрезмерному увеличению тока в обеих обмотках и разрушению их. Для защиты трансформаторов напряжения от коротких замыканий присоединение их к сети должно осуществляться через плавкие предохранители.

Основными характеристиками измерительных трансформаторов являются номинальные значения первичных и вторичных величин, номинальная мощность, класс точности и номинальная частота.

Отношение номинального значения первичной величины к номинальному значению вторичной величины называется номинальным коэффициентом трансформации. Это отношение указывается заводом на щитке трансформатора в виде дроби, например, для трансформатора тока 500/5 а; для трансформатора напряжения

Действительный коэффициент трансформации лишь приблизительно равен номинальному. Он меняется в некоторых пределах с изменением режима работы трансформатора. Относительная разность номинального и действительного коэффициентов трансформации называется погрешностью в коэффициенте трансформации (чп).

Кроме погрешности в коэффициенте трансформации, измерительным трансформаторам свойственна угловая погрешность, влияющая на показания приборов, учитывающих не только величины, но и соотношение фаз тока и напряжения (ваттметры, фазометры).

Угловой погрешностью трансформатора называется угол между вектором первичной величины и повернутым на 180° вектором вторичной величины, Например, в трансформаторе тока угловая погрешность определяется углом между вектором тока U и повернутым на 180° вектором тока h- Угловая погрешность может быть положительной и отрицательной; погрешность считается положительной, если повернутый на 180° вектор вторичной величины опережает вектор первичной величины.

Измерительные трансформаторы, подобно измерительным приборам, делятся по допустимым величинам погрешностей на несколько классов. Трансформаторы тока по ГОСТ Эл. 4-40 разделяются на классы 0,2, 0,5, 1, 3 и 10, а трансформаторы напряжения по ГОСТ 1983-43 на классы 0,2, 0,5, 1 и 3.

Во вторичные цепи измерительных трансформаторов можно включать несколько приборов. Так, во вторичную цепь трансформатора тока могут быть включены последовательно амперметр, последовательная цепь ваттметра и последовательная цепь фазометра. К трансформатору напряжения параллельно вольтметру подключаются параллельные цепи ваттметра и фазометра.

Кроме того, во вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения могут включаться соответствующие обмотки реле.

Суммарная мощность потребления приборов не должна превышать номинальной мощности измерительного трансформатора.

Номинальная мощность или номинальное сопротивление нагрузки указывается на щитке трансформатора заводом-изготовителем. Это — кажущаяся мощность, которую можно получить от трансформатора без потери точности, соответствующей его классу.

Реклама:

Читать далее:

Приборы и методы измерения температуры

Статьи по теме:

Международный электротехнический словарь. Часть 321. Измерительные трансформаторы – РТС-тендер

ГОСТ IEC 60050-321-2014

МКС 01.040.29
29.200

Дата введения — 2015-10-01

Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1. 0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации» (ОАО «ВНИИС»)

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 сентября 2014 г. N 70-П)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по
МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Армения

AM

Министерство экономики Республики Армения

Беларусь

BY

Госстандарт Республики Беларусь

Киргизия

KG

Кыргызстандарт

Молдова

MD

Молдова-Стандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2014 г. N 1746-ст* межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60050-321-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 октября 2015 г.
________________
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 ноября 2014 года N 1746-ст. — Примечание изготовителя базы данных.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 60050-321:1986* International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 321: Instrument transforms (Международный электротехнический словарь. Глава 321. Измерительные трансформаторы).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru. — Примечание изготовителя базы данных.

Международный стандарт разработан техническим комитетом 38 «Измерительные трансформаторы «Международной электротехнической комиссии (IEC).

Перевод с английского языка (еn).

Степень соответствия — идентичная (IDТ)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Настоящий стандарт распространяется на стандартные измерительные трансформаторы, имеющие обмотки (или элементы обмоток) и предназначенные для использования с измерительными приборами или защитными устройствами.

Если не установлено иначе, то такие функциональные характеристики, как погрешности, номинальные токи и т.п., определяются при синусоидальных токах и напряжениях в условиях установившегося режима; в терминах и определениях приводятся действующие значения токов и напряжений.

Раздел 321-01 Общие термины

321-01-01 измерительный трансформатор (instrument transformer): Трансформатор, предназначенный для передачи информационного сигнала измерительным приборам, счетчикам, устройствам защиты и (или) управления.

Примечание — Термин «измерительный трансформатор» относится как к трансформаторам тока (см. раздел 321-02), так и к трансформаторам напряжения (см. Раздел 321-03).

321-01-02 измерительный автотрансформатор (instrument autotransformer): Измерительный трансформатор, у которого первичная и вторичная обмотки имеют общую часть.

321-01-03 комбинированный трансформатор (combined transformer): Измерительный трансформатор, представляющий собой сочетание трансформатора тока и трансформатора напряжения в общем корпусе.

321-01-04 первичная обмотка (трансформатора тока) (primary winding (of a current transformer)): Обмотка, через которую протекает ток, подлежащий трансформации.

321-01-05 первичная обмотка (трансформатора напряжения) (primary winding (of a voltage transformer)): Обмотка, к которой прикладывается напряжение, подлежащее трансформации.

321-01-06 вторичная обмотка (трансформатора тока) (secondary winding (of a current transformer)): Обмотка, которая питает токовые цепи измерительных приборов, счетчиков, устройств защиты и (или) управления.

321-01-07 вторичная обмотка (трансформатора напряжения) (secondary winding (of a voltage transformer)): Обмотка, которая питает цепи напряжения измерительных приборов, счетчиков, устройств защиты и (или) управления.

321-01-08 вторичная цепь (secondary circuit): Внешняя цепь, получающая сигналы информации от вторичной обмотки измерительного трансформатора.

321-01-09 первичный ток (трансформатора тока) (primary current (of a current transformer)): Ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора тока.

321-01-10 первичное напряжение (трансформатора напряжения) (primary voltage (of a voltage transformer)): Напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора напряжения.

321-01-11 номинальный первичный ток (трансформатора тока) (rated primary current (of a current transformer)): Значение первичного тока, указанное на табличке трансформатора тока, определяющее его характеристики.

321-01-12 номинальное первичное напряжение (трансформатора напряжения) (rated primary voltage (of a voltage transformer)): Значение первичного напряжения, указанное на табличке трансформатора напряжения, определяющее его характеристики.

321-01-13 вторичный ток (трансформатора тока) (secondary current (of a current transformer)): Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока при прохождении тока по первичной обмотке.

321-01-14 вторичное напряжение (трансформатора напряжения) (secondary voltage (of а voltage transformer)): Напряжение, возникающее на выводах вторичной обмотки трансформатора напряжения, когда к первичной обмотке приложено напряжение.

321-01-15 номинальный вторичный ток (трансформатора тока) (rated secondary current (of a current transformer)): Значение вторичного тока, указанное на табличке трансформатора тока, определяющее его характеристики.

321-01-16 номинальное вторичное напряжение (трансформатора напряжения) (rated secondary voltage (of a voltage transformer)): Значение вторичного напряжения, указанное на табличке трансформатора, определяющее его характеристики.

321-01-17 действительный коэффициент трансформации трансформатора тока (actual transformation ratio of a current transformer): Отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току трансформатора тока.

321-01-18 действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения (actual transformation ratio of a voltage transformer): Отношение действительного первичного напряжения к действительному вторичному напряжению трансформатора напряжения.

321-01-19 номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока (rated transformation ratio of a current transformer): Отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току трансформатора тока.

321-01-20 номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения (rated transformation ratio of a voltage transformer): Отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению трансформатора напряжения.

321-01-21 токовая погрешность (current error): Погрешность, которую трансформатор тока вносит в измерение тока, возникающая в результате того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному коэффициенту трансформации.

321-01-22 погрешность напряжения (voltage error): Погрешность, которую трансформатор напряжения вносит в измерение напряжения, возникающая в результате того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному коэффициенту трансформации.

321-01-23 угловая погрешность (phase displacement): Разность фаз первичного и вторичного токов (напряжений) при таком выборе положительных направлений первичных и вторичных токов (напряжений), чтобы для идеального трансформатора эта разность равнялась нулю.

Примечание — Угловую погрешность считают положительной, когда вторичный ток (напряжение) опережает первичный ток (напряжение).

321-01-24 класс точности (accuracy class): Характеристика, установленная для измерительного трансформатора, токовая погрешность (погрешность напряжения) и угловая погрешность которого остаются в установленных пределах при заданных условиях работы.

321-01-25 нагрузка (измерительного трансформатора) (burden (of an instrument transformer)): Полное сопротивление вторичной цепи.

Примечание — Нагрузка обычно характеризуется полной мощностью, потребляемой вторичной цепью, при номинальном вторичном токе (напряжении) при установленном коэффициенте мощности.

321-01-26 номинальная нагрузка (rated burden): Значение нагрузки, на котором основываются требования к точности.

321-01-27 номинальная мощность (измерительного трансформатора) (rated output (of an instrument transformer)): Значение полной мощности при установленном коэффициенте мощности, которую измерительный трансформатор должен передавать во вторичную цепь при номинальном вторичном токе (напряжении) и номинальной нагрузке.

Раздел 321-02 Трансформаторы тока

321-02-01 трансформатор тока (current transformer): Измерительный трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении сдвинут относительно его по фазе на угол, близкий и нулю.

321-02-02 встроенный трансформатор тока (bushing type current transformer): Трансформатор тока без собственной первичной обмотки и ее изоляции, который может быть установлен непосредственно на изолированные ввод или провод.

321-02-03 шинный трансформатор тока (bus type current transformer): Трансформатор тока без собственной первичной обмотки, но с изоляцией первичной обмотки, который может быть установлен непосредственно на провод или шину.

321-02-04 кабельный трансформатор тока (cable type current transformer): Трансформатор тока без собственной обмотки и ее изоляции, который может быть установлен на изолированный кабель.

321-02-05 разъемный трансформатор тока (split core type current transformer): Трансформатор тока без собственной обмотки и ее изоляции, магнитная цепь которого может размыкаться (иначе говоря, разделяться на две части) и затем замыкаться вокруг изолированного провода с измеряемым током.

321-02-06 стержневой трансформатор тока (bar primary type current transformer): Трансформатор, в котором первичная обмотка состоит из одного или нескольких параллельно включенных стержней.

321-02-07 проходной стержневой трансформатор тока (bar primary bushing type current transformer): Стержневой трансформатор тока, конструкция которого позволяет использовать его в качестве ввода.

321-02-08 опорный трансформатор тока (support type current transformer): Трансформатор тока, служащий опорой для проводника первичной цепи.

321-02-09 катушечный трансформатор тока wound primary type current transformer: Трансформатор тока, первичная обмотка которого состоит из одно- или многовитковой катушки.

321-02-10 полностью изолированный трансформатор тока (fully insulated current transformer): Трансформатор тока, изоляция которого, являясь составной частью конструкции, соответствует его нормированному уровню изоляции.

321-02-11 трансформатор тока расширенного диапазона (extended rating type current transformer): Трансформатор тока, у которого нормированный ток длительного нагрева больше номинального первичного тока, а требования к точности рассчитаны на этот ток.

321-02-12 трансформатор тока с одним магнитопроводом (single-core type current transformer): Трансформатор тока, имеющий только один магнитопровод с одной вторичной обмоткой и одной первичной обмоткой.

321-02-13 трансформатор тока с несколькими магнитопроводами (multi-core type current transformer): Трансформатор тока, имеющий несколько раздельных магнитопроводов с индивидуальными вторичными обмотками и общей первичной обмоткой.

321-02-14 компенсированный трансформатор (compound-wound current transformer): Трансформатор тока, имеющий вспомогательную обмотку с независимым питанием, в основном предназначенную для уменьшения угловой погрешности между первичным и вторичным токами.

321-02-15 автокомпенсированный трансформатор тока (auto-compound current transformer): Трансформатор, имеющий вспомогательную обмотку, включенную последовательно с вторичной обмоткой трансформатора, предназначенную, главным образом, для уменьшения угловой погрешности между первичным и вторичным токами.

321-02-16 суммирующий трансформатор тока (summation current transformer): Трансформатор, предназначенный для измерения суммы мгновенных значений токов, имеющих одинаковую частоту, в пределах энергосистемы.

321-02-17 промежуточный трансформатор тока (current matching transformer): «Трансформатор тока для согласования номинальной» вторичного тока основного трансформатора тока и номинальною тока нагрузки или для уменьшения коэффициента безопасности приборов*.
___________________
* Текст документа соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.

321-02-18 трансформатор тока для измерений (measuring current transformer): Трансформатор тока, предназначенный для передачи информационного сигнала измерительным приборам и счетчикам.

321-02-19 трансформатор тока для защиты (protective current transformer): Трансформатор тока, предназначенный для передачи информационного сигнала устройствам защиты и управления.

Примечание — Класс точности трансформатора тока для защиты обозначается числом и следующей за ним буквой «Р» (начальная буква английского и французского слова «защита»). Число в обозначении класса — допустимая полная погрешность при номинальном предельном первичном токе (по точности), выраженная в процентах от этого тока.

321-02-20 ток нулевой последовательности (residual current): Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы.

321-02-21 трансформатор тока нулевой последовательности (residual current transformer): Трансформатор тока или группа из трех трансформаторов тока, соединенных таким образом, чтобы передавать только ток нулевой последовательности.

321-02-22 номинальный ток термической стойкости (rated short time thermal current): Наибольшее значение первичного тока, выдерживаемое трансформатором за установленный короткий промежуток времени без повреждений при замкнутой накоротко вторичной обмотке.

321-02-23 номинальный ток расширенного диапазона (extended rating current): Наибольшее значение первичного тока, выраженное в процентах от номинального первичного тока, при котором трансформатор тока расширенного диапазона удовлетворяет требованиям поточности и превышению температуры.

321-02-24 номинальный ток динамической стойкости (rated dynamic current): Наибольшее мгновенное значение первичного тока, которое трансформатор тока может выдерживать при короткозамкнутой вторичной обмотке без электрических или механических повреждений из-за возникающих электромагнитных воздействий.

321-02-25 нормированный ток длительного нагрева (rated continuous thermal current): Ток, который может длительное время протекать по первичной обмотке при вторичной обмотке, присоединенной к номинальной нагрузке, не вызывая превышения температуры сверх установленных значений.

321-02-26 полная погрешность (composite error): При установившемся режиме работы действующее значение разности между:

а) мгновенными значениями первичного тока;

б) мгновенными значениями действительного вторичного тока, умноженными на номинальный коэффициент трансформации.

При этом положительные направления первичного и вторичного токов должны соответствовать условным обозначениям, принятым для маркировки выводов.

Примечание — Полная погрешность выражается обычно в процентах от действующего значения первичного тока.

321-02-27 номинальный предельный первичный ток для измерений (rated instrument limit primary current (IPL)): Минимальное значение первичногою тока, при котором полная погрешность трансформатора тока для измерений при номинальной вторичной нагрузке равна или больше 10%.

321-02-28 коэффициент безопасности приборов (FS) (instrument security factor (FS)): Отношение номинального первичного предельного тока для измерений к номинальному первичному току.

321-02-29 номинальный предельный первичный ток по точности (трансформатора тока для защиты) (rated accuracy limit primary current (of a protective current transformer)): Значение первичного тока, вплоть до которого трансформатор отвечает требованиям в отношении полной погрешности.

321-02-30 номинальная предельная кратность (трансформатора тока для защиты) (accuracy limit factor (of a protective current transformer)): Отношение номинального предельного первичного тока по точности к номинальному первичному току.

321-02-31 предельная вторичная э.д.с. (secondary limiting e.m.f.): Произведение коэффициента безопасности приборов, номинального вторичного тока и векторной суммы номинальной нагрузки и полного сопротивления вторичной обмотки.

321-02-32 ток намагничивания (exciting current): Действующее значение тока, потребляемого вторичной обмоткой трансформатора тока при синусоидальном напряжении номинальной частоты, приложенном ко вторичным выводам, причем первичная и остальные обмотки разомкнуты.

321-02-33 внутренняя нагрузка (трансформатора тока) (internal burden (of a current transformer)): Полное сопротивление вторичной обмотки.

321-02-34 напряжение точки излома (knee point voltage): Действующее значение синусоидального напряжения номинальной частоты приложенного к вторичным выводам трансформатора тока при разомкнутых остальных обмотках, которое при увеличении на 10% вызывает увеличение действующего значения тока намагничивания на 50%.

321-02-35 витковая коррекция (turns correction): Особенность конструкции трансформатора тока, которая заключается в том, что отношение витков отличается от номинального коэффициента трансформации.

Раздел 321-03 Трансформаторы напряжения

321-03-01 трансформатор напряжения (voltage transformer): Измерительный трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичное напряжение практически пропорционально первичному напряжению и при правильном включении сдвинуто относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

321-03-02 незаземляемый трансформатор напряжения (unearthed voltage transformer ungrounded voltage transformer (USA)): Трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая выводы, изолированы от земли на уровень, соответствующий нормированному уровню изоляции.

321-03-03 заземляемый трансформатор напряжения (earthed voltage transformer grounded voltage transformer (USA)): Однофазный трансформатор напряжения, один из коней* первичного обмола которого предназначен для глухого заземления или трехфазный трансформатор напряжения, у которого общая точка соединенной в звезду первичной обмотки предназначена для глухого заземления.
___________________
* Текст документа соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.

321-03-04 трансформатор напряжения для измерений (measuring voltage transformer): Трансформатор напряжения, предназначенный для передачи информационного сигнала к измерительным приборам и счетчикам.

321-03-05 трансформатор напряжения для защиты (protective voltage transformer): Трансформатор напряжения, предназначенный для передачи информационного сигнала устройствам защиты и (или) управления.

Примечание — Класс точности трансформатора напряжения для защиты обозначается числом и следующей за ним буквой «Р» (начальная буква английского и французского слова «защита»). Число в обозначении класса — допустимое абсолютное значение погрешности напряжения при напряжении от 5% номинального напряжения до напряжения, соответствующего нормированному коэффициенту повышения напряжения.

321-03-06 трансформатор напряжения двойного назначения (dual purpose voltage transformer): Трансформатор напряжения, у которого один магнитопровод выполняет две функции — измерительную и защитную. У такого трансформатора может быть одна или несколько вторичных обмоток.

321-03-07 каскадный (электромагнитный) трансформатор напряжения (cascade (inductive) voltage transformer): Трансформатор напряжения, у которого первичная обмотка равномерно распределена между двумя или более изолированными магнитопроводами, электромагнитно связанными соответствующим образом. Мощность передается во вторичную обмотку, которая размещена на магнитопроводе с обмотками, имеющими потенциалы, наиболее близкие к потенциалу земли.

321-03-08 согласующий трансформатор напряжения (voltage matching transformer): Трансформатор напряжения для согласования номинального вторичного напряжения основного трансформатора напряжения и номинального напряжения нагрузки.

321-03-09 напряжение нулевой последовательности (residual voltage): Сумма мгновенных значений трехфазных напряжений и трехфазной системы.

321-03-10 трансформатор напряжения нулевой последовательности (residual voltage transformer): Трехфазный трансформатор напряжения или группа из трех однофазных трансформаторов напряжения со вторичными обмотками, соединенными в разомкнутый треугольник так, чтобы между соответствующими выводами получить напряжение, соответствующее напряжению нулевой последовательности, существующему в приложенном к первичным зажимам трехфазном напряжении.

321-03-11 обмотка напряжения нулевой последовательности (residual voltage winding): Обмотка трансформатора, между выводами которой возникает напряжение нулевой последовательности или одна из трех составляющих напряжения, которые в сумме дают напряжение нулевой последовательности.

321-03-12 нормированный коэффициент повышения напряжения (rated voltage factor): Коэффициент, на который следует умножить номинальное первичное напряжение, чтобы определить максимальное напряжение, при котором трансформатор должен отвечать соответствующим требованиям по температуре нагрева в течение установленного времени и соответствующим требованиям по точности.

321-03-13 вторичный предельный ток термической стойкости (secondary limiting thermal current): Наибольший длительный вторичный ток при наибольшем рабочем напряжении, который трансформатор может выдержать без нагрева любой из его частей свыше допустимой температуры.

321-03-14 емкостный трансформатор напряжения (capacitor voltage transformer): Трансформатор напряжения, включающий емкостный делитель и электромагнитное устройство, выполненные и соединенные таким образом, что вторичное напряжение электромагнитного устройства пропорционально первичному напряжению и отличается от него по фазе на угол, близкий к нулю при правильном соединении.

321-03-15 емкостный делитель напряжения (capacitor voltage divider): Делитель напряжения, содержащий только конденсаторы.

321-03-16 вывод высокого напряжения (high voltage terminal): Вывод, предназначенный для соединения с цепью первичного напряжения.

321-03-17 вывод низкого напряжения (емкостного трансформатора напряжения) (low voltage terminal (of a capacitor voltage transformer)): Вывод для соединения с землей непосредственно, либо через цепь связи на несущей частоте.

321-03-18 вывод промежуточного напряжения (емкостного трансформатора напряжения) (intermediate voltage terminal (of a capacitor voltage transformer)): Вывод, предназначенный для соединения с электромагнитным устройством емкостного трансформатора напряжения.

321-03-19 конденсатор высокого напряжения (емкостного трансформатора напряжения) (high voltage capacitor (of a capacitor voltage transformer)): Конденсатор, подключенный между выводами высокого и промежуточного напряжений.

321-03-20 конденсатор промежуточного напряжения (емкостного трансформатора напряжения) (intermediate voltage capacitor (of a capacitor voltage transformer)): Конденсатор, подключенный между выводами промежуточного и низкого напряжений.

321-03-21 электромагнитное устройство (емкостного трансформатора напряжения) (electromagnetic unit (of a capacitor voltage transformer)): Часть емкостного трансформатора напряжения, подключенная между выводом промежуточного напряжения и выводом низкого напряжения емкостного делителя (или непосредственно землей), которая обеспечивает получение вторичного напряжения.

321-03-22 промежуточное напряжение при разомкнутой цепи (open-circuit intermediate voltage): Напряжение по отношению к земле на выводе промежуточного напряжения емкостного делителя, когда первичное напряжение приложено между выводом высокого напряжения и выводом низкого напряжения (или непосредственно землей) при отсоединенном электромагнитном устройстве.

321-03-23 коэффициент трансформации емкостного делителя (voltage ratio of a capacitor divider): Отношение суммы емкостей конденсатора высокого напряжения и конденсатора промежуточного напряжения к емкости конденсатора высокого напряжения.

321-03-24 защитное устройство (емкостного трансформатора напряжения) (protective device (of a capacitor voltage transformer)): Устройство, входящее в состав емкостного трансформатора напряжения, предназначенное для ограничения перенапряжений, которые могут возникнуть на одной или нескольких его частях в основном из-за явления феррорезонанса.

Алфавитный указатель терминов на русском языке

автотрансформатор измерительный

321-01-02

вывод высокого напряжения

321-03-16

вывод низкого напряжения (емкостного трансформатора напряжения)

321-03-17

вывод промежуточного напряжения (емкостного трансформатора напряжения)

321-03-18

делитель напряжения емкостный

321-03-15

класс точности

321-01-24

кратность номинальная предельная (трансформатора тока для защиты)

321-02-30

конденсатор высокого напряжения (емкостного трансформатора напряжения)

321-03-19

конденсатор промежуточного напряжения (емкостного трансформатора напряжения)

321-03-20

коррекция витковая

321-02-35

коэффициент безопасности приборов (FS)

321-02-28

коэффициент повышения напряжения нормированный

321-03-12

коэффициент трансформации трансформатора напряжения номинальный

321-01-20

коэффициент трансформации трансформатора напряжения действительный

321-01-18

коэффициент трансформации трансформатора тока действительный

321-01-17

коэффициент трансформации трансформатора тока номинальный

321-01-19

коэффициент трансформации емкостного делителя

321-03-23

мощность номинальная (измерительного трансформатора)

321-01-27

нагрузка (измерительного трансформатора)

321-01-25

нагрузка внутренняя (трансформатора тока)

321-02-33

нагрузка номинальная

321-01-26

напряжение вторичное (трансформатора напряжения)

321-01-14

напряжение номинальное вторичное (трансформатора напряжения)

321-01-16

напряжение номинальное первичное (трансформатора напряжения)

321-01-12

напряжение нулевой последовательности

321-03-09

напряжение первичное (трансформатора напряжения)

321-01-10

напряжение при разомкнутой цепи промежуточное

321-03-22

напряжение точки излома

321-02-34

обмотка вторичная (трансформатора напряжения)

321-01-07

обмотка вторичная (трансформатора тока)

321-01-06

обмотка напряжения нулевой последовательности

321-03-11

обмотка первичная (трансформатора напряжения)

321-01-05

обмотка первичная (трансформатора тока)

321-01-04

погрешность напряжения

321-01-22

погрешность полная

321-02-26

погрешность угловая

321-01-23

ток вторичный (трансформатора тока)

321-01-13

ток динамической стойкости номинальный

321-02-24

ток длительного нагрева нормированный

321-02-25

ток для измерений номинальный предельный первичный (IPL)

321-02-27

ток намагничивания

321-02-32

ток нулевой последовательности

321-02-20

ток номинальный вторичный (трансформатора тока)

321-01-15

ток номинальный первичный (трансформатора тока)

321-01-11

ток по точности номинальный предельный первичный (трансформатора тока для защиты)

321-02-29

ток первичный (трансформатора тока)

321-01-09

ток расширенного диапазона номинальный

321-02-23

ток термической стойкости вторичный предельный

321-03-13

ток термической стойкости номинальный

321-02-22

токовая погрешность

321-01-21

трансформатор измерительный

321-01-01

трансформатор напряжения

321-03-01

трансформатор напряжения двойного назначения

321-03-06

трансформатор напряжения для защиты

321-03-05

трансформатор напряжения для измерений

321-03-04

трансформатор напряжения емкостный

321-03-14

трансформатор напряжения заземляемый

321-03-03

трансформатор напряжения каскадный (электромагнитный)

321-03-07

трансформатор напряжения нулевой последовательности

321-03-10

трансформатор напряжения согласующий

321-03-08

трансформатор тока

321-02-01

трансформатор тока автокомпенсированный

321-02-15

трансформатор тока встроенный

321-02-02

трансформатор тока для защиты

321-02-19

трансформатор тока для измерений

321-02-18

трансформатор тока кабельный

321-02-04

трансформатор тока катушечный

321-02-09

трансформатор комбинированный

321-01-03

трансформатор компенсированный

321-02-14

трансформатор напряжения незаземляемый

321-03-02

трансформатор тока нулевой последовательности

321-02-21

трансформатор тока опорный

321-02-08

трансформатор тока полностью изолированный

321-02-10

трансформатор тока промежуточный

321-02-17

трансформатор тока проходной стержневой

321-02-07

трансформатор тока разъемный

321-02-05

трансформатор тока расширенного диапазона

321-02-11

трансформатор тока стержневой

321-02-06

трансформатор тока суммирующий

321-02-16

трансформатор тока с несколькими магнитопроводами

321-02-13

трансформатор тока с одним магнитопроводом

321-02-12

трансформатор тока шинный

321-02-03

устройство защитное (емкостного трансформатора напряжения)

321-03-24

устройство электромагнитное

321-03-21

цепь вторичная

321-01-08

э. д.с. предельная вторичная

321-02-31

Алфавитный указатель терминов на английском языке

accuracy class

321-01-24

accuracy limit factor (of a protective current transformer)

321-02-30

actual transformation ratio of a current transformer

321-01-17

actual transformation ratio of a voltage transformer

321-01-18

auto-compound current transformer

321-02-15

bar primary bushing type current transformer

321-02-07

bar primary type current transformer

321-02-06

burden (of an instrument transformer)

321-01-25

bus type current transformer

321-02-03

bushing type current transformer

321-02-02

cable type current transformer

321-02-04

capacitor voltage divider

321-03-15

capacitor voltage transformer

321-0-14

cascade (inductive) voltage transformer

321-03-07

combined transformer

321-01-03

composite error

321 02-26

compound-wound current transformer

321-02-14

current matching transformer

321-02-17

current transformer

321-02-01

current error

321-01-21

dual purpose voltage transformer

321-03-06

earthed voltage transformer

321-03-03

electromagnetic unit (of a capacitor voltage transformer)

321-03-21

exciting current

321-02-32

extended rating current

321-02-23

extended rating type current transformer

321-02-11

fully insulated current transformer

321-02-10

grounded voltage transformer

321-03-03

high voltage capacitor (of a capacitor voltage transformer)

321-03-19

high voltage terminal

321-03-16

instrument autotransformer

321-01-02

instrument security factor (FS)

321-02-28

instrument transformer

321-01-01

intermediate voltage capacitor (of a capacitor voltage transformer)

321-03-20

intermediate voltage terminal (of a capacitor voltage transformer)

321-03-18

internal burden (of a current transformer)

321-02-33

knee point voltage

321-02-34

low voltage terminal (of a capacitor voltage transformer)

321-03-17

measuring current transformer

321-02-18

measuring voltage transformer

321-03-04

multi-core type current transformer

321-02-13

open-circuit intermediate voltage

321-03-22

phase displacement

321-01-23

primary current (of a current transformer)

321-01-09

primary voltage (of a voltage transformer)

321-01-10

primary winding (of a current transformer)

321-01-04

primary winding (of a voltage transformer)

321-01-05

protective current transformer

321-02-19

protective device (of a capacitor voltage transformer)

321-03-24

protective voltage transformer

321-03-05

rated accuracy limit primary current (of a protective current transformer)

321-02-29

rated burden

321-01-26

rated continuous thermal current

321-02-25

rated dynamic current

321-02-24

rated instrument limit primary current (IPL)

321-02-27

rated output (of an instrument transformer)

321-01-27

rated primary current (of a current transformer)

321-01-11

rated primary voltage (of a voltage transformer)

321-01-12

rated secondary current (of a current transformer)

321-01-15

rated secondary voltage (of a voltage transformer)

321-01-16

rated short time thermal current

321-02-22

rated transformation ratio of a current transformer

321-01-19

rated transformation ratio of a voltage transformer

321-01-20

rated voltage factor

321-03-12

residual current

321-02-20

residual current transformer

321-02-21

residual voltage

321-03-09

residual voltage transformer

321-03-10

residual voltage winding

321-03-11

secondary circuit

321-01-08

secondary current (of a current transformer)

321-01-13

secondary limiting e. m.f.

321-02-31

secondary limiting thermal current

321-03-13

secondary voltage (of a voltage transformer)

321-01-14

secondary winding (of a current transformer)

321-01-06

secondary winding (of a voltage transformer)

321-01-07

single-core type current transformer

321-02-12

split core type current transformer

321-02-05

summation current transformer

321-02-16

support type current transformer

321-02-08

turns correction

321-02-35

unearthed voltage transformer

321-03-02

ungrounded voltage transformer

321-03-02

voltage error

321-01-22

voltage matching transformer

321-03-08

voltage ratio of a capacitor divider

321-03-23

voltage transformer

321-03-01

wound primary type current transformer

321-02-09

УДК 621. 6:006.354

МКС 01.040.29

IDТ

29.200

Ключевые слова: международный электротехнический словарь, трансформаторы измерительные, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения

Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2015

Трансформатор тока — устройство, принцип работы и виды

Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

Принцип действия трансформатора тока

Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

Назначение трансформаторов

Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

Конструкция трансформатора тока

Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений. 

Коэффициент трансформации

Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.  

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

  • Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
  • Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
  • Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
  • Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т. д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

Измерительные трансформаторы тока: особенности конструкции

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Измерительный трансформатор тока — это специальный прибор узкого направления, который предназначен для измерения переменного тока и его контроля. Чаще всего применяется в системах релейной защиты (автоматики) и измерительных приборов.

Его использование необходимо тогда, когда непосредственное присоединение прибора для измерения, к электрической сети с переменным напряжением невозможно или небезопасно для персонала обслуживающего его. А также для организации гальванической развязки первичных силовых цепей от измерительных.

Расчёт и выбор измерительного трансформатора тока выполняется таким образом, чтобы изменения формы сигнала были сведены к нулю, а влияние на силовую контролируемую цепь было минимальным.

Назначение измерительных трансформаторов

Главная функция этого измерительного прибора — это отображение изменений тока, максимально пропорционально.

Трансформаторы тока гарантируют полную безопасность измерений, отделяя измерительные цепи от первичных с опасным высоким напряжением, которое чаще всего составляют тысячи вольт.

Требования, предъявляемые к их классу точности очень велики, так как от этого зависит работа дорогостоящего мощного оборудования.

Принцип действия и конструкция

Трансформаторы измерительные выпускают с двумя и больше группами вторичных обмоток. Первая применяется для включения устройств релейной защиты и сигнализации. А другая, с большим классом точности, для подключения устройств точного измерения и учёта.

Они помещены на специально изготовленный ферромагнитный сердечник, который набран из листов специальной электротехнической стали довольно тонкой толщины.

Первичную обмотку непосредственно включают последовательно в измеряемую сеть, а ко вторичной обмотке подключают катушки различных измерительных приборов, чаще всего амперметров и счетчиков электроэнергии.

В трансформаторах тока, как и в большем количестве других таких электромагнитных устройств, величина первичного тока больше, чем вторичного. Первичная обмотка исполняется из провода разного сечения или же шины, в зависимости от номинального значения тока.

В трансформаторах тока 500 А и выше, первичная обмотка чаще всего выполнена из 1-го единственного витка. Он может быть в виде прямой шины из меди или алюминия, которая проходит через специальное окно сердечника.

Корректность измерений любого измерительного трансформатора характеризуется погрешностью значения коэффициента трансформации. Для того чтобы не перепутать концы, на них обязательно наносится маркировка.

Аварийная небезопасная работа, связана с обрывом вторичной цепи ТТ при включенной в цепь первичной, это приводит к очень сильному намагничиванию сердечника и даже при обрывe вторичной обмотки. Поэтому при включении без нагрузки вторичные обмотки соединяются накоротко.

По классу точности все измерительные ТТ разделены на несколько уровней. Особенно точные, называются лабораторные и имеют классы точности не больше 0,01–0,05;

Схемы соединений

Схемы соединений, представленные ниже, дают возможность персоналу контролировать токи в каждой из фаз.

В целях безопасности персонала, низковольтного измерительного оборудования и приборов один вывод вторичной обмотки, а также корпус заземляют.

Классификация и выбор

По конструкции и исполнению трансформаторы тока используемые в измерительных цепях делятся на:

  • Встроенные. Первичная обмотка у них служит элементом для другого устройства. Они устанавливаются на вводах и имеют только вторичную обмотку. Функцию первичной обмотки выполняет другой токоведущий элемент линейного ввода. Конструктивно это магнитопровод кольцевого типа, а его обмотки имеют отпайки, соответствующие разным коэффициентам трансформации;
  • Опорные. Предназначенные для монтажа и установки на опорной ровной плоскости;
  • Проходной. По своей структуре это тот же встроенный, только вот находиться он может снаружи другого электрического устройства;
  • Шинный. Первичной обмоткой служит одна или несколько шин включенных в одну фазу. Их изоляция рассчитывается с запасом, что бы он мог выдержать даже многократное увеличение напряжения;
  • Втулочный. Это одновременно и проходной, и шинный трансформатор тока;
  • Разъемный. Его магнитопровод состоит из разборных элементов;
  • Переносной. Это устройство электрики называют токоизмерительные клещи. Они являются переносным и удобным измерительным трансформатором тока, у которого магнитная система размыкается и замыкается уже вокруг того провода в котором и нужно измерять значение тока.

При выборе трансформатора тока стоит знать главное, что при протекании по первичной обмотке номинального тока в его вторичной обмотке, которая замкнута на измерительный прибор, будет обязательно 5 А.

То есть если нужно проводить измерение токовых цепей где его расчётная рабочая величина будет примерно равна 200 А. Значит, при установке измерительного трансформатора 200/5, прибор будет постоянно показывать верхние приделы измерения, это неудобно.

Нужно чтобы рабочие пределы были примерно в середине шкалы, поэтому в этом конкретном случае нужно выбирать трансформатор тока 400/5.

Это значит что при 200 А номинального тока оборудования на вторичной обмотке будет 2,5 А и прибор будет показывать эту величину с запасом в сторону увеличения или уменьшения. То есть и при изменениях в контролируемой цепи будет видно насколько данное электрооборудование вышло из нормального режима работы.

Вот основные величины, на которые стоит обратить внимание при выборе измерительных трансформаторов тока:

  • Номинальное и максимальное напряжение в первичной обмотке;
  • Номинальное значение первичного тока;
  • Частота переменного тока;
  • Класс точности, для цепей измерения и защиты он разный.
  • Техническое обслуживание

    Эксплуатация измерительных трансформаторов не является очень сложным и трудоёмким процессом. Действия персонала заключаются, в основном, в надзоре за исправностью его вторичных цепей, наличием защитных заземлений и показаниями приборов контроля, а также счётчиков.

    Осмотр чаще всего производится визуальный, из-за опасности поражения человека высоким напряжением, вход за ограждения, где установлены трансформаторы строго запрещён. Однако, это касается в большей степени систем с напряжением выше 1000 Вольт.

    Для низковольтных цепей визуальный осмотр на наличие нагрева соединений, а также коррозии контактных зажимов является неотъемлемой работой электротехнического персонала. Самый часто применяемый прибор для измерения тока в цепях 0,4 кВ это токоизмерительные клещи.

    Так как при расчёте и разработке пусковой аппаратуры очень редко используются стационарные трансформаторы для измерения.

    В любом случае нужно обращать внимание и принимать меры к устранению обнаруженных дефектов таких как:

  • Обнаружение трещин в изоляторах и фарфоровых диэлектрических элементах;
  • Плохое состояние армированных швов;
  • Потрескивания и разряды внутри устройства;
  • Отсутствие заземления корпуса или вторичной обмотки.
  • Проводя обслуживание измерительных трансформаторов, на щитах где установлены приборы, нужно смотреть не только за показаниями приборов, а ещё и за контактными соединениями проводов, которые подключаются к ним. Кстати, их сечение не должно быть меньше 2,5 мм² для медных проводов, и 4 мм² для алюминиевых.

    Проверка измерительных трансформаторов

    Испытание измерительных трансформаторов сводится к измерению сопротивления изоляции и коэффициента трансформации, который определяется по следующей схеме.

    При этом в первичную обмотку от специального нагрузочного трансформатора или автотрансформатора подаётся ток не меньше 20% от номинального.

    Как известно, коэффициент трансформации будет равен соотношению тока в первичной обмотке к току во вторичной. После чего это значение сравнивается с номиналом.

    Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, то необходимо проверит каждую. И также нельзя забывать о наличии правильной маркировки.

    Выбор нужно трансформатора тока, а также их испытательные характеристики определяют в лабораторных условиях специальный высококвалифицированный электротехнический персонал, где и выдаётся соответствующий документ по его результатам.

    Измерительные трансформаторы тока: особенности конструкции

    Главная » Освещение » Трансформаторы » Измерительные трансформаторы тока: особенности конструкции

    На сегодняшний день правительство проводит и придерживается политики энергосбережения. Теперь каждый пользователь обязательно должен вести учет всей потребляемой энергии.

    Существующие приборы учета электричества просто не могут работать с высоким напряжением. Поэтому здесь вам на помощь придут устройства, которые могут преобразовывать электричество с высокого напряжения в низкое.

    Эти устройства называются измерительные трансформаторы.

    Измерительные трансформаторы тока

    Измерительные трансформаторы тока способны изолировать цепь электрических приборов от высокого напряжения к низкому. Их конструкция значительно упрощается, так как они могут работать с меньшим напряжением и током.

    Измерительные трансформаторы также способны преобразовывать большое напряжение в ток незначительной величины. Благодаря этому у пользователей появляется возможность применять стандартные измерительные приборы для замера тока.

    Виды измерительных трансформаторов

    По своей конструкции измерительные трансформаторы могут быть нескольких видов. К основным видам относят:

    • Встроенный – это устройство, у которого вместо первичной обмотки имеется ввод электричества.
    • Опорный – это прибор, который устанавливается на опоре.
    • Проходной – это трансформатор, который используется в качестве входа.
    • Шинный – это прибор, которому первичной обмоткой служит одна или несколько шин.
    • Разъемный – устройство, цепь которого будет размыкаться, и замыкаться вокруг проводника.
    • Трансформатор Тесла.

    Измерительный трансформатор напряжения может иметь следующие основные показатели:

    • Показатель коэффициента трансформации.
    • Диапазон рабочей частоты.
    • Класс точности измерения трансформаторов.
    • Максимальный первичный ток.
    • Значения погрешности.

    Отличия измерительных трансформаторов от других приборов

    Измерительные трансформаторы значительно отличаются от других приборов. Принцип работы трансформатора измерительного может немного отличаться от других устройств.

    Основное отличие заключается в том, что он включается первичной обмоткой в измеряемую цепь. Вторичная обмотка полностью будет пропорциональна первичному току, который будет измеряться.

    Обычно вторичную обмотку в этих приорах рассчитывают под ток в 5 А. К ней могут подключаться:

    Также достаточно часто измерительные трансформаторы используются в качестве релейной защиты. Релейная защита предназначается для защиты электрических систем от короткого замыкания. Информация о повышении напряжения поступает от измерительного трансформатора и реле.

    Последний следует выбирать по нагрузке с учетом работы в аварийных ситуациях. Согласно официальным правилам устройства электроустановок, допустимо подключение и использование трансформаторных устройств с завышенным коэффициентом трансформации.

    Класс точности следует выбирать в зависимости от целевого назначения счетчика электричества. Коммерческий учет требует высокий класса точности — 0.5S, а технический учет потребления допускает параметр точности в 1S.

    Говоря о конструкции ТТ, нужно учесть, что для счетчика с напряжением до 18 кВ используются однофазные или трехфазные ТТ. Для более высоких значений подойдут только однофазные конфигурации.

    Как осуществляется подключение измерительного ТТ тока для счетчика?

    Обозначение на схеме

    Специалисты не рекомендуют осуществлять подключение счетчика с помощью трехфазного ТТ. Это обусловлено его несимметричной магнитной системой и увеличенной погрешностью. В этом случае оптимальным вариантом будет группа из 2 однофазных приборов, соединенных в неполный треугольник.

    Подробнее изучить классификацию, базовые параметры и технические требования на подключение и расчет ТТ для счетчика электроэнергии можно в ГОСТ 7746-2001.

    Измерительные трансформаторы тока (стр. 2 из 3)

    2.3 Проходные стержневые трансформаторы тока

    В стержневых трансформаторах тока первичная обмотка проходит через окно сердечника только один раз. Следовательно расчётное количество ампер-витков здесь всегда численно равно номинальному току и увеличено быть не может.

    Этим обуславливается специфическая особенность стержневых трансформаторов тока: чем больше ток – тем больше точность аппарата, а чем меньше ток – тем меньше его точность.

    При заданной точности указанная особенность отражается на конструкции аппарата следующим образом: чем больше ток – тем меньше сечение сердечника, а чем меньше ток – тем больше его сечение.

    Так как диаметральные размеры сердечника обычно постоянны для данной серии аппаратов, то из изложенного вытекает дальнейшее конструктивное условие: при больших номинальных первичных токах осевая длина сердечника мала; при малых номинальных первичных токах, а также с ростом вторичной нагрузки и повышением класса точности осевая длина сердечника увеличивается.

    Стержневые трансформаторы тока могут быть изготовлены как с прямоугольными, так и с круглыми сердечниками, но в большинстве случаев наиболее целесообразным является круглый сердечник (в принципе обладающий наименьшей длиной магнитного пути).

    2.4 Шинные трансформаторы тока

    Шинными называют такие трансформаторы тока, в конструкцию которых входят сердечники с вторичными обмотками и главная изоляция соответственно данному номинальному напряжению, а первичная обмотка как конструктивный элемент отсутствует. В главной изоляции трансформатора предусматривается окно, через которое пропускают шину распределительного устройства; она-то и выполняет функции первичной обмотки.

    Таким образом, шинные трансформаторы тока являются в принципе стержневыми, со всеми вытекающими из этого последствиями.

    Лишь при низких напряжениях иногда через окно сердечника пропускают несколько витков проводника, выполняющих функции первичной обмотки, что даёт уже многовитковую конструкцию трансформатора (кстати, такой способ делает возможным получение нескольких коэффициентов трансформации на одном аппарате).

    Однако такую систему нужно считать исключением из общего правила. Естественно, при многовитковой конструкции в качестве первичной обмотки используется не шина, а изолированный гибкий проводник.

    При высоких номинальных токах схема шинного трансформатора тока оказывается особенно целесообразной, так как отпадает необходимость соединять шины распределительного устройства с первичной обмоткой трансформатора тока.

    Таким образом, шинные трансформаторы тока принципиально являются аппаратами больших номинальных токов – от 2000, А и выше. Впрочем, простота и удобство конструкции иногда побуждают применять шинные трансформаторы тока и при более низких номинальных токах.

    3. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ДЛЯ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ

    Переход ко всё более высоким напряжениям и потребность в аппаратах для наружной установки обусловили при конструировании трансформаторов тока повторение того пути, который был уже пройден конструкциями силовых трансформаторов: катушечный трансформатор тока погружался в бак с маслом или заливался в баке компаундом. Это повышало его электрическую прочность, обеспечивало влагостойкость и открывало возможность установки его на открытых подстанциях. Появился тип баковых, или горшковых, трансформаторов тока.

    Несмотря на погружение в масло, при переходе к более высоким напряжениям пришлось существенно увеличивать размеры окна сердечника и усиливать изоляцию между обмотками. Это привело к тому, что для баковых трансформаторов тока стали характерны весьма большие размеры и вес.

    От заполнения баков компаундной массой отказались ввиду плохого теплоотвода, опасности появления в компаунде трещин и возможности взрывов.

    Баковые трансформаторы тока с масляным заполнением для внутренних установок в настоящее время вышли из употребления, но они ещё применяются для наружной установки.

    Трансформаторы тока с простой двухступенчатой бумажно-масляной изоляцией звеньевого или цепного типа были ещё в двадцатых годах освоены фирмой “SIEMENS”.

    В СССР они были разработаны и внедрены в производства в начале 30-х годов. Несмотря на некоторые недостатки, о которых будет сказано ниже, эти трансформаторы тока до сих пор не устарели.

    Во многих энергосистемах они успешно эксплуатируются уже более 20 лет.

    Рис. 3.1. Трансформаторы тока ТФНД-110М и ТФНД-220-1.

    В звеньевых трансформаторах тока первичная обмотка сцепляется с кольцевым сердечником как два звена цепи; все вместе несколько напоминает цифру восемь, почему этот тип часто называют восьмёрочным.

    В данной конструкции приходится делать большое окно в первичной обмотке, чтобы иметь возможность пропускать через него руки и рулончик бумаги при наложении изоляции. Петля первичной обмотки при этом должна всё время перемещаться и поворачиваться в окне сердечника.

    4. ВСТРОЕННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

    Трансформаторы тока используются не только как самостоятельные, отдельно стоящие аппараты, но и как элементы других аппаратов или устройств.

    Можно указать следующие их применения: трансформаторы тока, встроенные в КРУ внутренней или наружной установки; трансформаторы тока, смонтированные внутри бака масляного выключателя; трансформаторы тока, встроенные в воздушные или маломасляные выключатели наружной установки в виде опорной конструкции; трансформаторы тока, надеваемые на проходные изоляторы масляных выключателей, силовых трансформаторов, так называемые втулочные трансформаторы тока; трансформаторы тока, встраиваемые в концевые кабельные муфты однофазных кабелей – так называемые кабельные трансформаторы тока.

    Втулочные трансформаторы тока представляют собой кольцевые сердечники с вторичными обмотками, надеваемые на заземлённые части проходных изоляторов масляных выключателей, силовых трансформаторов и т.д. В ряде случаев для размещения таких вторичных систем используются вводы, проходящие сквозь стены или перекрытия, проходные изоляторы КРУ, линейные вводы.

    Отличительной особенностью втулочного трансформатора тока является то, что он состоит лишь из сердечника с вторичной обмоткой. Роль первичной обмотки с главной изоляцией выполняет проходной изолятор с его токоведущим стержнем какого-либо аппарата или распределительного устройства.

    Кабельные трансформаторы тока встраиваются в концевые кабельные муфты либо надеваются на изолированный однофазный кабель в виде устройства, закрытого в отдельном металлическом кожухе. Сердечник такого трансформатора тока может быть разъёмным или неразъёмным.

    Кабельные трансформаторы тока являются одновитковыми, чем и обусловливаются их характерные конструктивные особенности – увеличенная

    высота сердечника или пониженная точность при малых первичных номинальных токах.

    Установка на кабеле вносит также специфические особенности в работу и конструкцию таких трансформаторов.

    Рис. 4.1. Трансформатор тока ТЗЛМ.

    Рис. 4.2. Трансформатор тока ТЗ.

    5. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПЕРЕНОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

    Для точных лабораторных измерений выпускаются специальные трансформаторы тока. Они выполняются переносными. Лабораторные трансформаторы тока имеют классы точности 0,05; 0,1; 0,2 при частоте 50, Гц. В случае частот 10, 25, 400, Гц и выше допускается класс точности 0,5.

    Коэффициент трансформации лабораторных трансформаторов тока можно изменять. При всех номинальных токах эти трансформаторы должны иметь один класс точности и одну и ту же номинальную нагрузку.

    Только для одного из значений I1Н допускается соседний класс точности или другая номинальная нагрузка.

    Кроме лабораторных, выпускаются переносные трансформаторы тока с более низким классом точности. Они используются для контрольных измерений и испытаний. Переносные трансформаторы тока изготавливаются в виде клещей и позволяют выполнять измерения без разрыва проводника. Для удобства измерений амперметр часто укрепляется на корпусе трансформатора тока.

    6. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

    Трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению, нагрузке первичной и вторичной обмоток, классу точности и допустимой погрешности.

    Они проверяются на термическую и динамическую устойчивость к токам КЗ, а также на 10%-ную погрешность, если их использовать в цепях защиты.

    Электродинамическая устойчивость выполняется, если кратность электродинамической устойчивости или ударный ток:

    ,,

    где КДИН – кратность электродинамической устойчивости;

    iУ – ударный ток;

    IНОМ1 – номинальный первичный ток трансформатора.

    Трансформаторы тока удовлетворяют условиям термической устойчивости, когда кратность термической устойчивости.

    ,

    где Кt – кратность термической устойчивости;

    I¥ – действующее значение установившегося тока КЗ;

    tПР – приведённое время действия тока КЗ.

    Для вторичной обмотки должно выполняться неравенство

    ООО «Симона» Промышленное электрооборудование. Партнер SIEMENS в Нижнем Новгороде.

    Инжиниринговая компания ООО “Симона” предоставляет заказчикам широкий спектр решений в сфере энергосберегающих технологий, промышленной автоматики, автоматизации производства и телемеханики. Являясь официальным партнером компании ООО «Сименс», мы предлагаем системы, созданные с применением оборудования SIEMENS AG. Однако, учитывая специфику задач каждого заказчика, мы стремимся предложить решение в соответствии с его требованиями, а так же с применением других торговых марок как Rittal, ABB, Weidmuller и других.

    В основе деятельности инжинирингового направления компания делает акцент на реализацию комплексных проектов в промышленном секторе. Это направление включает в себя не только поставку широкого спектра промышленного оборудования, но и реализацию системных решений в конкретный конечный продукт – электрощитовое оборудование, системы автоматизации, системы релейной защиты на базе микропроцессорных устройств Siemens, устройства передачи и распределения электроэнергии. Производственные мощности способны производить до 2000 единиц продукции в год.

    Мы опираемся на партнерские соглашения более чем с пятнадцатью промышленными торговыми марками. Оборудование и элементы этих марок применяются в проектах по техническим условиям заказчика и/или с целью оптимизации проектных решений.

    ООО «Симона» предлагает инженерные решения в области автоматизированных систем управления технологическими процессами в следующих областях промышленности:

    • Нефтеперерабатывающая промышленность
    • Нефтехимическая промышленность
    • Металлургия
    • Химическая промышленность
    • Машиностроение
    • Целлюлозно-бумажная промышленность
    • Пищевая промышленность
    • Коммунальное хозяйство
    • Автоматизация зданий

    ООО «Симона» тесно сотрудничает и взаимодействует с ведущими отечественными научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и проектными организациями, что позволяет проводить внедрение предлагаемых инновационных решений.

    ООО «Симона» осуществляет комплексную автоматизацию объектов

    «под ключ», что включает в себя:

    • Обследование объектов
    • Разработку технического задания
    • Разработку комплекта проектной документации
    • Поставку оборудования
    • Изготовление панелей и шкафов управления
    • Производство электрощитового оборудования
    • Разработку программного обеспечения
    • Монтажные и шеф — монтажные работы
    • Пусконаладочные работы
    • Сдачу в эксплуатацию
    • Обучение персонала
    • Гарантийное и сервисное обслуживание
    • Техническую поддержку и консультации сотрудников Заказчика
    • Поставку запасных частей, комплектующих и принадлежностей
    • Модернизацию и доработку с учетом пожеланий Заказчика

    ООО «Симона» более 15 лет является официальным партнером всемирно известной компании SIEMENS AG.

    Принимая во внимание значительный опыт в области комплектации предприятий энергетического комплекса, ООО Симона выполняет поставку широкого спектра оборудования производства концерна SIEMENS AG, а также ведущих мировых заводов-изготовителей:

    • Распределительные устройства (открытой и закрытой установки, с элегазовой и воздушной изоляцией) на все классы напряжений.
    • Цифровые релейные защиты и автоматизированные системы управления подстанций.
    • Системы диспетчерского управления и средства связи.
    • Системы коммерческого учета энергоресурсов.
    • Силовые и распределительные трансформаторы на все классы напряжений.
    • Системы бесперебойного электропитания.
    • Системы оперативного постоянного тока.
    • Насосное оборудование.
    • Контрольно-измерительные приборы.
    • Кабельная продукция с изоляцией из сшитого полиэтилена.
    • Кабельная арматура (концевые и соединительные муфты, системы подключения к ячейкам распределительных устройств, ограничители перенапряжения).
    • Запорно-регулирующая арматура и оборудование паро-конденсатного хозяйства.

    Типы измерительных трансформаторов тока. Измерительные трансформаторы тока — назначение, устройство, виды конструкций

    Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

    Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

    Принцип действия трансформатора тока

    Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

    Назначение трансформаторов

    Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

    Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

    При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

    Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

    Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

    Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений.

    Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

    Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

    Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.

    Классификация трансформаторов

    Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

    По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

    • Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
    • Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
    • Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
    • Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

    По виду установки трансформаторы тока бывают наружными
    и внутренними
    , а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

    По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые
    и шинные
    трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

    По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

    Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

    Трансформаторы в инфраструктуре систем энергетического обеспечения могут иметь разное значение. Классические конструкции используются с целью преобразования отдельных параметров тока до величин, оптимально подходящих для проведения замеров. Есть и другие разновидности, в перечень задач которых входит коррекция характеристик напряжения до уровня, оптимального с точки зрения дальнейшей передачи и распределения энергетического ресурса. При этом назначение определяет не только его конструкционное устройство, но и перечень дополнительных функций, не говоря о принципе работы.

    Устройство трансформаторов

    Практически все модификации трансформаторов такого типа оснащаются магнитопроводами, которые снабжаются вторичной обмоткой. Последняя нагружается при эксплуатации в соответствии с регламентными величинами в показателях сопротивления. Соблюдение определенных нагрузочных показателей важно для последующей точности измерения. Разомкнутая обмотка не может создавать компенсации магнитных потоков в сердечнике, что способствует перегреву магнитопровода, а в некоторых случаях — и его сгоранию.

    В то же время формируемый обмоткой первичного ряда, отличается более высокими рабочими характеристиками, что также может способствовать перегреву магнитного провода и его сердечника. Надо сказать, что токопроводящая инфраструктура формирует общую систему, на которой базируются трансформаторы тока и напряжения. Назначение электротехнического агрегата в данном случае не имеет принципиального значения — особенности функционирования обуславливаются скорее применяемыми материалами. В случае с преобразователями тока, например, сердечник магнитопровода изготавливается из аморфных нанокристаллических сплавов. Такой выбор связан с тем, что конструкция получает возможность работы с более широким диапазоном технико-эксплуатационных величин в зависимости от класса точности.

    Назначение трансформатора тока

    Главной задачей традиционного трансформатора тока является преобразование. Аппаратная электротехническая начинка корректирует характеристики обслуживаемого тока, используя для этого первичную обмотку, включенную в цепь последовательно. В свою очередь, вторичная обмотка выполняет функцию непосредственного измерения преобразованного тока. Для этого в данной части предусмотрены реле с приборами измерения, а также устройства защиты и автоматической регуляции. В частности, назначение измерительного трансформатора тока может заключаться в измерении и учете с помощью приборов низкого напряжения. При этом соблюдается условие, при котором ток высокого напряжения регистрируется с доступом персонала к непосредственному наблюдению за процессом. Фиксация рабочих величин требуется для более рационального использования энергии при передаче в последующих линиях. Пожалуй, это одна из немногих общих подфункций, которую имеют преобразующие и силовые модели трансформаторов. Подробнее стоит рассмотреть отличия между этими агрегатами.

    Отличия от трансформатора напряжения

    Чаще всего специалисты указывают на способ выполнения изоляции между обмотками. В трансформаторах тока первичную обмотку изолируют от вторичной в соответствии с показателями полного принимаемого напряжения. При этом вторичная обмотка будет иметь заземление, поэтому и потенциал ее соответствует аналогичному показателю. Кроме того, функционируют в условиях, приближенных к ситуациям короткого замыкания, поскольку у них весьма скромный уровень сопротивления на вторичной линии. В этом нюансе и проявляется специфическое назначение измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также разница в требованиях к условиям эксплуатации.

    Так, если работа под угрозой короткого замыкания для напряжения недопустима из-за риска аварии, то для обычного преобразователя тока этот режим функционирования считается нормальным и безопасным. Хотя, конечно, есть у таких трансформаторов и свои угрозы, для предотвращения которых предусматриваются специальные средства защиты.

    Принцип работы

    Электромагнитная индукция является базовым принципом, на котором основывается рабочий процесс таких трансформаторов. Как уже отмечалось, основными функциональными элементами выступают магнитный проводник и два уровня обмоток. К первому подается электрический заряд от переменного тока, а второй уровень реализует уже непосредственно рабочую функцию в виде измерения. По мере прохождения тока через витки обмотки происходит индукция.

    Далее, по который как раз обуславливает назначение и принцип работы трансформаторов тока, фиксируются рабочие величины на линии. Пользователь с помощью специального оборудования может определить характеристики магнитного потока — следовательно, фиксируются частота и напряжение источника тока. Техническим параметром обследования характеристик работы цепи будет являться скорость произведения замера — это значение не является целевым, но его важно оценивать для понимания эффективности работы самого трансформатора.

    Разновидности трансформаторов тока

    Выделяют три основные категории преобразователей тока. Наиболее распространены так называемые у которых первый уровень обмотки вовсе не изолируется от первого. Соответственно, параметры вторичного тока напрямую зависят от показателя коэффициента преобразования.

    Также популярны тороидальные модели, конструкция которых предусматривает возможность их установки на кабель или шину. По этой причине вовсе пропадает потребность в первичной обмотке, которой оснащаются типовые трансформаторы тока и напряжения. Назначение и устройство таких моделей определяются их особым принципом работы — в данном случае первичный ток будет протекать по центральному проводнику в корпусе, позволяя вторичной обмотке напрямую фиксировать рабочие показатели. Но в силу разных причин, в том числе связанных с низкой точностью замеров и ненадежностью конструкции, такие модели редко применяются для оценки характеристик тока. Чаще их используют в целях вспомогательного защитного звена на случай короткого замыкания.

    Также применяются и высоковольтные трансформаторы — газовые и масляные. Их обычно задействуют в специализированных проектах в промышленности.

    Коэффициент трансформации

    Для оценки эффективности работы самого трансформатора была введена величина коэффициента преобразования. Его номинальное значение обычно указывается в официальной документации к трансформатору. Данный коэффициент обозначает отношение первичного номинального тока к аналогичному показателю второй обмотки. К примеру, это может быть значение 100/5 А. Оно может резко изменяться в зависимости от количества секций с витками.

    Также следует учитывать, что номинальный коэффициент далеко не всегда соответствует фактическому. Отклонение определяется условиями, в которых эксплуатируются трансформаторы тока. Назначение и принцип действия во многом определяют показатели погрешности, но и этот нюанс не является причиной для отказа от учета номинального коэффициента трансформации. Зная величину той же погрешности, пользователь может ее нивелировать посредством специальной электротехнической аппаратуры.

    Установка трансформатора тока

    Простейшие шинные модели трансформаторов практически не требуют применения специальной техники и даже инструмента. Такое устройство может установить один мастер с помощью специальной зажимной арматуры. Стандартные же конструкции требуют создания фундамента, на котором монтируются несущие стойки. Далее электросваркой крепится каркас, который выступит своего рода электротехническим коробом для заключения необходимой аппаратуры. На заключительном этапе производится монтаж оборудования. Каким будет комплект технического оснащения, определяет назначение трансформатора тока и особенности его будущей эксплуатации. Как минимум интегрируется инфраструктура, требуемая для выполнения замеров характеристик обслуживаемой цепи.

    Способы подключения трансформаторов

    Для облегчения процедуры соединения проводки с оборудованием производители комплектующих наносят на них маркировку — например, токовые реле и трансформаторы могут обозначаться ТАа, ТА1, КА1 и т. д. Благодаря такой маркировке обслуживающий персонал сможет быстро и безошибочно произвести сопряжение между элементами, которыми оснащается трансформатор тока. Устройство, назначение и принцип действия установки в данном случае тесно взаимосвязаны и оказывают влияние на способ подключения, но при этом немалое влияние на характер технической реализации системы преобразования оказывает и обслуживаемая сеть как таковая. Например, трехфазные линии с изолированной нейтралью допускают установку трансформаторов лишь на двух фазах. Такая особенность обусловлена тем, что сети с диапазоном 6 -35 кВ не имеют нулевого провода.

    Поверка трансформаторов

    Комплекс поверочных мероприятий состоит из нескольких операций. В первую очередь это визуальный осмотр объекта, в ходе которого оценивается целостность конструкции, корректность тех же маркировок, соответствие паспортным данным и т. д. Затем производится размагничивание оборудования — например путем плавного увеличения тока на обмотке первого уровня. После этого значение тока плавно снижается до нуля.

    Далее подготавливаются основные поверочные действия, которым будут подвержены измерительные трансформаторы тока. Назначение и принцип действия важно учитывать при такой подготовке, поскольку уровень нагрузки и другие эксплуатационные факторы обуславливают разные величины погрешностей в регистрации характеристик рабочей среды. Сама же поверка предусматривает оценку соответствия полярности клемм обмоток нормативным параметрам, а также фиксацию погрешностей с последующей их сверкой со значениями, указанными в паспорте агрегата.

    Безопасность при эксплуатации трансформатора

    Главные опасности в эксплуатации трансформаторов тока связаны с качеством выполнения обмоток. Важно учитывать, что под слоями витков работает металлическая основа, которая в оголенном виде может представлять немалую угрозу для персонала. Поэтому составляется график обслуживания, в соответствии с которым регулярно проверяются трансформаторы тока. Назначение и принцип действия в данном случае могут быть ориентированы и на преобразование напряжения, и на измерение тока. В обоих случаях обслуживающий персонал должен тщательно следить за состоянием обмоток. В качестве мер предохранения в рабочую конструкцию вводятся шунтирующие закоротки, а также поддерживается заземление выводов обмотки.

    Заключение

    По мере повышения эксплуатационных нагрузок на линии электропроводки заметно понижается рабочий ресурс обслуживающих станций. Несмотря на то что назначение трансформатора тока не связано с преобразованием высокого напряжения, такое оборудование также подвергается серьезному износу. В целях повышения эксплуатационного ресурса таких установок производители используют более технологичные материалы и для электромагнитной оснастки, и для выполнений той же обмотки. Вместе с этим совершенствуется оборудование на измерительных реле, в результате чего минимизируется и коэффициент погрешности замеров.


    Измерительный трансформатор тока — это специальный прибор узкого направления, который предназначен для измерения переменного тока и его контроля. Чаще всего применяется в системах релейной защиты (автоматики) и измерительных приборов. Его использование необходимо тогда, когда непосредственное присоединение прибора для измерения, к электрической сети с переменным напряжением невозможно или небезопасно для персонала обслуживающего его. А также для организации гальванической развязки первичных силовых цепей от измерительных. Расчёт и выбор измерительного трансформатора тока выполняется таким образом, чтобы изменения формы сигнала были сведены к нулю, а влияние на силовую контролируемую цепь было минимальным.

    Назначение измерительных трансформаторов

    Главная функция этого измерительного прибора — это отображение изменений тока, максимально пропорционально. Трансформаторы тока гарантируют полную безопасность измерений, отделяя измерительные цепи от первичных с опасным высоким напряжением, которое чаще всего составляют тысячи вольт. Требования, предъявляемые к их классу точности очень велики, так как от этого зависит работа дорогостоящего мощного оборудования.

    Принцип действия и конструкция

    Трансформаторы измерительные выпускают с двумя и больше группами вторичных обмоток. Первая применяется для включения устройств релейной защиты и сигнализации. А другая, с большим классом точности, для подключения устройств точного измерения и учёта. Они помещены на специально изготовленный ферромагнитный сердечник, который набран из листов специальной электротехнической стали довольно тонкой толщины. Первичную обмотку непосредственно включают последовательно в измеряемую сеть, а ко вторичной обмотке подключают катушки различных измерительных приборов, чаще всего амперметров и счетчиков электроэнергии.

    В трансформаторах тока, как и в большем количестве других таких электромагнитных устройств, величина первичного тока больше, чем вторичного. Первичная обмотка исполняется из провода разного сечения или же шины, в зависимости от номинального значения тока. В трансформаторах тока 500 А и выше, первичная обмотка чаще всего выполнена из 1-го единственного витка. Он может быть в виде прямой шины из меди или алюминия, которая проходит через специальное окно сердечника. Корректность измерений любого измерительного трансформатора характеризуется погрешностью значения коэффициента трансформации. Для того чтобы не перепутать концы, на них обязательно наносится маркировка.
    Аварийная небезопасная работа, связана с обрывом вторичной цепи ТТ при включенной в цепь первичной, это приводит к очень сильному намагничиванию сердечника и даже при обрывe вторичной обмотки. Поэтому при включении без нагрузки вторичные обмотки соединяются накоротко.
    По классу точности все измерительные ТТ разделены на несколько уровней. Особенно точные, называются лабораторные и имеют классы точности не больше 0,01–0,05;

    Схемы соединений

    Схемы соединений, представленные ниже, дают возможность персоналу контролировать токи в каждой из фаз.

    В целях безопасности персонала, низковольтного измерительного оборудования и приборов один вывод вторичной обмотки, а также корпус заземляют.

    Классификация и выбор

    По конструкции и исполнению трансформаторы тока используемые в измерительных цепях делятся на:

    При выборе трансформатора тока стоит знать главное, что при протекании по первичной обмотке номинального тока в его вторичной обмотке, которая замкнута на измерительный прибор, будет обязательно 5 А. То есть если нужно проводить измерение токовых цепей где его расчётная рабочая величина будет примерно равна 200 А. Значит, при установке измерительного трансформатора 200/5, прибор будет постоянно показывать верхние приделы измерения, это неудобно. Нужно чтобы рабочие пределы были примерно в середине шкалы, поэтому в этом конкретном случае нужно выбирать трансформатор тока 400/5. Это значит что при 200 А номинального тока оборудования на вторичной обмотке будет 2,5 А и прибор будет показывать эту величину с запасом в сторону увеличения или уменьшения. То есть и при изменениях в контролируемой цепи будет видно насколько данное электрооборудование вышло из нормального режима работы.

    Вот основные величины, на которые стоит обратить внимание при выборе измерительных трансформаторов тока:

    1. Номинальное и максимальное напряжение в первичной обмотке;
    2. Номинальное значение первичного тока;
    3. Частота переменного тока;
    4. Класс точности, для цепей измерения и защиты он разный.

    Техническое обслуживание

    Эксплуатация измерительных трансформаторов не является очень сложным и трудоёмким процессом. Действия персонала заключаются, в основном, в надзоре за исправностью его вторичных цепей, наличием защитных заземлений и показаниями приборов контроля, а также счётчиков. Осмотр чаще всего производится визуальный, из-за опасности поражения человека высоким напряжением, вход за ограждения, где установлены трансформаторы строго запрещён. Однако, это касается в большей степени систем с напряжением выше 1000 Вольт. Для низковольтных цепей визуальный осмотр на наличие нагрева соединений, а также коррозии контактных зажимов является неотъемлемой работой электротехнического персонала. Самый часто применяемый прибор для измерения тока в цепях 0,4 кВ это токоизмерительные клещи. Так как при расчёте и разработке пусковой аппаратуры очень редко используются стационарные трансформаторы для измерения.

    В любом случае нужно обращать внимание и принимать меры к устранению обнаруженных дефектов таких как:

    1. Обнаружение трещин в изоляторах и фарфоровых диэлектрических элементах;
    2. Плохое состояние армированных швов;
    3. Потрескивания и разряды внутри устройства;
    4. Отсутствие заземления корпуса или вторичной обмотки.

    Проводя обслуживание измерительных трансформаторов, на щитах где установлены приборы, нужно смотреть не только за показаниями приборов, а ещё и за контактными соединениями проводов, которые подключаются к ним. Кстати, их сечение не должно быть меньше 2,5 мм² для медных проводов, и 4 мм² для алюминиевых.

    Проверка измерительных трансформаторов

    Испытание измерительных трансформаторов сводится к измерению сопротивления изоляции и коэффициента трансформации, который определяется по следующей схеме.

    При этом в первичную обмотку от специального нагрузочного трансформатора или автотрансформатора подаётся ток не меньше 20% от номинального. Как известно, коэффициент трансформации будет равен соотношению тока в первичной обмотке к току во вторичной. После чего это значение сравнивается с номиналом. Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, то необходимо проверит каждую. И также нельзя забывать о наличии правильной маркировки.

    Выбор нужно трансформатора тока, а также их испытательные характеристики определяют в лабораторных условиях специальный высококвалифицированный электротехнический персонал, где и выдаётся соответствующий документ по его результатам.

    Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора
    .

    Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т. п.

    Трансформатор
    предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

    В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

    Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной
    (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной
    (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

    1. Принцип работы трансформатора.

    Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции
    .

    Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1
    , то по виткам обмотки потечет переменный ток Io
    , который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле
    . Магнитное поле образует магнитный поток Фo
    , который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1
    и е2
    . И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2
    , которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2
    .

    При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1
    , образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1
    изменяющийся с той же частотой, что и ток I1
    . Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2
    , создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2
    , стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

    В результате размагничивающего действия потока Ф2
    в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo
    равный разности потоков Ф1
    и Ф2
    и являющийся частью потока Ф1
    , т. е.

    Результирующий магнитный поток Фo
    обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2
    , под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2
    . Именно благодаря наличию магнитного потока Фo
    и существует ток I2
    , который будет тем больше, чем больше Фo
    . Но и в то же время чем больше ток I2
    , тем больше противодействующий поток Ф2
    и, следовательно, меньше Фo
    .

    Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1
    и сопротивлений вторичной обмотки
    и нагрузки
    устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2
    , тока I2
    и потока Ф2
    , обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

    Таким образом, разность потоков Ф1
    и Ф2
    не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo
    , а без него не мог бы существовать поток Ф2
    и ток I2
    . Следовательно, магнитный поток Ф1
    , создаваемый первичным током I1
    , всегда больше магнитного потока Ф2
    , создаваемого вторичным током I2
    .

    Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

    Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках
    . При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным
    .

    Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим
    .

    Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим
    .

    Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1
    получают желаемое выходное напряжение U2
    . Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

    Трансформатор может работать только в цепях переменного тока
    . Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

    2. Устройство трансформатора.

    2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

    Назначение магнитопровода
    заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

    Магнитные материалы
    , используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями
    .
    Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

    Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

    Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали
    , имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

    Сплавы с высокой магнитной проницаемостью
    применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

    Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

    Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

    Из магнитомягких низкочастотных ферритов
    с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы
    , которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

    Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

    2.2. Типы магнитопроводов.

    Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные
    (штампованные) и ленточные
    (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

    Шихтованные
    магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

    Ленточные
    магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

    В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые
    , броневые
    и тороидальные
    . При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

    Стержневые
    .

    В магнитопроводах стержневого типа
    обмотки располагается на двух стержнях (стержнем
    называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

    Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

    Броневые
    .

    В магнитопроводе броневого типа
    обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

    Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

    Тороидальные
    .

    Тороидальные
    или кольцевые
    трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

    Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

    Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

    За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

    На этом пока закончим. Продолжим во .
    Удачи!

    Литература:

    1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
    2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
    3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
    4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
    5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

    Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

    Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

    Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции , открытой Фарадеем.

    Назначение трансформаторов

    Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

    Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220
    , 380
    , 660
    В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт
    , позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

    Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220
    Вольт.

    Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы

    . Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

    • импульсные трансформаторы;
    • силовые трансформаторы;
    • трансформаторы тока.

    Принцип работы трансформатора

    Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

    Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника

    и двух обмоток

    . Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

    Одна обмотка (ее называют первичной

    ) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной

    , подключается к конечному потребителю тока.

    Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1

    . При этом образуется магнитный поток Ф

    , который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

    Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2

    , возникающий под действием ЭДС.

    Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

    Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

    Идеальный трансформатор

    Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

    Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

    Кстати!
    Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

    Потери энергии в трансформаторе

    Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

    В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

    Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

    Основные виды конструкций трансформаторов — ООО «УК Энерготехсервис»

    Радиоэлектроника для начинающих

    Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

    Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

    В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

    На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

    Катушка под номером символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток ( и ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

    Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

    Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

    Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

    • Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.
    • Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!
      Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.
      Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

    Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции.

    Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь.

    Для более высокочастотных – феррит.

    Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

    У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

    Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

    Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

    По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

    Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

    Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

    Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

    Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

    Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

    Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

    В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

    В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

    Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

    Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

    Также Вам будет интересно узнать:

    Элементы конструкции силовых трансформаторов

    

    Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

    Магнитная система

    В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

    В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е.

    сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов.

    Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

    Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% Iном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

    Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги.

    Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм.

    Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке.

    Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм — стальными полу бандажами или бандажами.

    Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

    Рис.1. Обмотки трансформатора: а — концентрическая, б — чередующаяся

    Обмотки трансформаторов

    Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов.

    Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис.1,б).

    В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

    Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения.

    Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

    Для проводников обмотки используются медь и алюминий.

    Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов.

    Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

    В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

    Изоляция трансформатора

    Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

    В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

    Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

    Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

    В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

    Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

    Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

    Расширитель трансформатора

    Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом.

    Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него.

    Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель.

    Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается.

    Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

    К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

    Рис.2.

    Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1 1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр, 4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ, 8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН, 11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный, 14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения,

    16 — радиатор, 17 — каретка с катками

    Конструкция и применение трансформатора

    Уже больше века человечество повсеместно использует электричество для своей жизни. Благодаря ему мы готовим есть, заряжаем телефоны и автомобили, обеспечиваем коммуникациями население, поддерживаем работу серверов необъятных баз данных. Это все не было бы возможным, если бы не трансформатор напряжения, преобразующий переменный ток. Электромагнитный трансформатор высокого напряжения – неотъемлемая часть современной жизни всех цивилизованных стран.

    К сожалению, далеко не все знают, что такое трансформатор напряжения, какие виды и для чего используются. Именно поэтому, подбирая данный прибор, следует как можно сильнее углубиться в тему, дабы не совершить неправильную покупку. Лучше всего, не заниматься этим самостоятельно, а доверить дело профессионалам, досконально знающим область.

    Принцип работы трансформатора напряжения заключается в трансформации поступающего переменного тока с одного напряжения в другое, за счет использования переменного магнитного поля. Он способен передавать электроэнергию на достаточно большие расстояния, распределять ее на приемники. Область применения достаточно разнообразна, они используются в разнообразных устройствах.

    Трансформатор напряжения принцип действия. Назначение трансформатора напряжения

    Ток, вырабатываемый электростанцией при помощи синхронных генераторов и передается с высоким значением напряжения, что не подходит для использования в бытовых условиях.

    Электроприборы используют более низкое рабочее напряжение из соображений безопасности, а также при конструировании требуют больших сложностей и усиленной изоляции. Поэтому назначение трансформатора напряжения сделать напряжение подходящим для бытовых нужд (110-380 В).

     Они могут его как понижать, так и повышать – менять коэффициент преобразования. Перед подключением электричества для его непосредственного употребления, устанавливаются РТ понижающие.

    Трансформатор напряжения принцип действия которого основывается на взаимной индукции, работает таким образом, что вырабатываемый электростанциями ток высокого напряжения трансформируется в более низкое (или высокое), для удобства использования. Например, все электроприборы домашнего бытового назначения работают от 220 В, именно такое напряжение выходит из ТР.

    Таким образом, мы можем пользоваться электроприборами дома и на работе, приводить в действие промышленные машины.

    Наше производственное предприятие предлагает трансформатор напряжения купить высокого качества по доступной стоимости – бытового и промышленного назначения.

    Специализируясь на изготовлении высоковольтного оборудования, мы работаем согласно всем нормам и стандартам, предусмотренным в данной сфере, поэтому наша продукция имеет высокое качество, подтвержденное современными технологиями.

    Основные виды трансформаторов напряжения

    Виды трансформаторов напряжения имеют следующие маркировочные обозначения:

    • Одно- и трехфазные, компенсированные, сухие: применяются во внутренних установках до 6 кВт;
    • Однофазный масляный: имеют заземление внутреннего конца;
    • Трехфазный маслонаполненный с контролем изоляции: имеют масляное охлаждение, применяются в установках не более 18 кВт;
    • Каскадный, или многоступенчатый, фарфоровый: не более 500 кВт.

    Обычно, обмотки имеют форму цилиндра, а в производстве используется медный провод круглого (малый ток) или прямоугольного (большой ток) сечения. Устройство трансформатора напряжения различается в зависимости от вида:

    • Измерительные трансформаторы напряжения: изменяют уровень напряжения с наиболее высокой точностью. Могут быть низковольтными и высоковольтными. Используются в случаях, когда нельзя подключить измерительный прибор.
    • Силовые ТР: наиболее распространенные на рынке, используются в электросетях общего назначении. Имеют высокую защиту от перегрева и хорошие эксплуатационные характеристики.
    • Автотрансформаторы: Применяются в пусковых устройствах электромашин промышленного типа, релейной защиты, телефонных аппаратах, для питания выпрямителей.
    • Импульсный: ферромагнитный сердечник, трансформатор напряжения принцип действия немного отличный от предыдущих. Сфера применения – газовые лазеры, магнетроны, генераторы на троидах.
    • Пик-трансформатор: генераторы импульсов, необходимых в управлении тиристорами или другими полупроводниками, в автоматических системах или установках для проведения различных исследований, поэтому используются в исследовательской аппаратуре. 

    Конструкция трансформатора напряжения

    Конструкция трансформатора напряжения имеет примерно общий вид, незначительно отличаясь в назначениях.  Прежде всего, это самостоятельный прибор. Это может быть однофазный трансформатор напряжения или трехфазный трансформатор напряжения, а также встраиваемый в приемники. Они различаются по следующим параметрам:

    • Выходное напряжение: от 110 до 380 В;
    • Область применения: измерительные, промежуточные, напряжения, защитные, лабораторные;
    • Конструкция: одноступенчатые, каскадные;
    • Тип охлаждения: воздушное или масляное: естественное, форсированное;
    • Место установки: внутренние, наружные, опорные, стационарные, шинные, мобильные.

    Основные составные части трансформаторов напряжения – это две обмотки (первичная и вторичная) и сердечник. Далее, конструкция может различаться, в зависимости от назначения.

    Выбирая трансформатор, вы получите полною профессиональную консультацию от наших специалистов. Оборудование, изготавливаемое на Запорожском Заводе Высоковольтного Оборудования — это качество и надежность, проверенные опытом.

    Электрические трансформаторы

    ВИДЫ И ТИПЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕНЕНИЕ

    Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения.

    Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

    Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

    Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

    Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

    После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

    • Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.
    • Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:
    • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
    • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

    Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

    Виды и типы трансформаторов

    Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

    Автотрансформаторы.

    Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

    Импульсные трансформаторы.

    Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор.

    Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

    Пик—трансформатор.

    Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

      • Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.
      • Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

      Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

      Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

      Характеристики трансформаторов

      К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

      • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
      • способ преобразования: повышающий, понижающий;
      • количество фаз: одно- или трехфазный;
      • число обмоток: двух- и многообмоточный;
      • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

      Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

      Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

      Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

      Область применения

      Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

      Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

      В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

      Силовые.

      Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

      Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

      Тока.

      Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

      В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

      • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
      • защитные — подключаемые к защитным цепям;
      • промежуточные — используется для повторного преобразования.

      Напряжения.

      Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

      © 2012-2020 г. Все права защищены.

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

      Типы и классификация трансформаторов

      Трансформаторы – особый вид оборудования, применяемый для изменения показателей напряжения в электросетях с переменным током. В основе его работы лежит такое явление как электромагнитная индукция – первичная обмотка присоединяется к источнику тока, после чего в ней начинает генерироваться магнитное поле, и во вторичных обмотках возникает электродвижущая сила.

      Конструктивные особенности трансформаторов

      В основе конструкции прибора находятся вторичные и первичные обмотки, сердечник из ферромагнитного сплава (обычно замкнутого типа). Обмотки располагают на магнитном проводе, они связаны между собой индуктивным способом.

      Благодаря наличию магнитопривода аккумулируется значительная часть магнитного поля, и КПД устройства возрастает. Сам магнитопровод представляет собой комплекс металлических пластин, покрытых изоляцией.

      Изоляция нужна для предотвращения появления паразитных токов в сердечнике.

      Принципы классификации трансформаторов

      Трансформаторы классифицируются по следующим принципам:

      1. Назначение (лабораторные, защитные, промежуточные, измерительные).
      2. Напряжение (низко- и высоковольтные).
      3. Способ установки (переносные, стационарные, наружные и внутренние, опорные, шинные).
      4. Количество ступеней (одно- и многоступенчатые).
      5. Характер изоляции обмотки (сухая, компаундная, бумажно-масляная).

      Каждый тип прибора имеет свои особенности и преимущества, о которых мы поговорим далее. Ремонт трансформаторов всех видов должен производиться профессиональными мастерами с применением соответствующего оборудования.

      Типы трансформаторов

      Самой распространенной категорией электрических трансформаторов являются силовые трансформаторы – они различаются между собой по количеству фаз, показателям номинального напряжения. Назначение – изменение напряжения тока в сетях освещения, питания оборудования, энергосистем.

      Второй по популярности тип оборудования – измерительный. Он используется для контроля рабочих показателей напряжения, фазы или тока в первичной цепи. На измеряемую сеть работа прибора влияния практически не оказывает.

      Третий тип – автотрансформаторы, обмотки в которых соединяются между собой гальваническим способом. Коэффициент трансформации невысокий, поэтому установка имеет сравнительно небольшие размеры и недорого стоит. Устанавливаются в стабилизаторах напряжения, системах релейной защиты, запуска крупных электроустановок, работающих от сети с переменным током.

      Импульсные трансформаторы оборудуются феррогмагнитным сердечником, который изменяет напряжения и импульсы тока. Данный тип оборудования применяется в вычислительных устройства электронного типа, системах радиолокации, импульсной связи, в качестве главного измерителя в электросчетчиках.

      Пик-трансформаторы преобразуют напряжение синусоидального типа в импульсное. Разделительные устройства отличаются от остальных тем, что в них первичная обмотка со вторичными не связана. Назначение прибора – гальваническая развязка электроцепей.

      Согласующий трансформатор согласует показатели сопротивления каскадов схем таким образом, что сигнал практически не искажается. Согласующий трансформатор между рабочими участками создает схемы гальванической развязки.

      Сдвоенный дроссель оснащается двумя идентичными обмотками. За счет взаимной индукции катушек дроссель имеет отличную эффективность, хотя имеет стандартные размеры. Используется в звуковой технике, в качестве фильтров блока питания. Для хранения информации обычно используется трансфлюксор – трансформатор с большой остаточной намагниченностью магнитопровода.

      Трансформаторы тока. Виды и устройство. Назначение и работа

      В системе обеспечения электрической энергией трансформаторы выполняют различные функции. Конструкции классического вида применяются для изменения определенных свойств тока до значений, наиболее подходящих для осуществления измерений.

      Существуют и другие виды трансформаторов, которые выполняют задачи по корректировке свойств напряжения до значений, подходящих наилучшим образом для последующего распределения и передачи электроэнергии.

      Трансформаторы тока согласно своему назначению имеют особенности конструкции, и перечень основных и вспомогательных функций.

      Назначение

      Основной задачей такого трансформатора является преобразование тока. Он корректирует свойства тока с помощью первичной обмотки, подключенной в цепь по последовательной схеме. Вторичная обмотка измеряет измененный ток. Для такой задачи установлены реле, измерительные приборы, защита, регуляторы.

      По сути дела, трансформаторы тока – это измерительные трансформаторы, которые не только измеряют, но и осуществляют учет с помощью приборов. Запись и сохранение рабочих параметров тока нужно для рационального применения электроэнергии при ее транспортировке. Это одна из функций трансформатора тока. Модели конструкций бывают преобразующего типа и силовые варианты исполнений.

      Устройство

      Обычно все варианты исполнений трансформаторов подобного вида снабжены магнитопроводами с вторичной обмоткой, которая при эксплуатации нагружена определенными значениями параметров сопротивления.

      Выполнение показателей нагрузки важно для дальнейшей точности измерений. Разомкнутая цепь обмотки не способна создавать компенсации потоков в сердечнике.

      Это дает возможность чрезмерному нагреву магнитопровода, и даже его сгоранию.

      С другой стороны, магнитный поток, образуемый первичной обмоткой, имеет отличие в виде повышенных эксплуатационных характеристик, что также приводит к перегреву магнитопровода.

      Сердечник трансформатора тока изготавливают из нанокристаллических аморфных сплавов.

      Это вызвано тем, что трансформатор может работать с более широким интервалом эксплуатационных величин, которые зависят от класса точности.

      Отличие от трансформатора напряжения

      Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

      Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

      Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

      Виды

      Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

      • Сухие.
      • Тороидальные.
      • Высоковольтные (масляные, газовые).

      У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

      Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

      Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

      Принцип работы и применение

      При эксплуатации в цепях с большим током появляется необходимость использовать небольшие устройства, которые бы помогали контролировать нужные параметры тока бесконтактным методом. Для таких задач широко применяются токовые трансформаторы. Они измеряют ток, а также выполняют много вспомогательных функций.

      Такие трансформаторы производятся в значительном количестве и имеют разные формы и модели исполнения. Отличительными параметрами этих устройств является интервал измерения, класс защиты устройства и его конструкция.

      В настоящее время новые трансформаторы тока работают по простому методу, который был известен в то время, когда появилось электричество.

      При действии с нагрузкой в проводе образуется электромагнитное поле, улавливающееся чувствительным прибором (трансформатором тока). Чем сильнее это поле, тем больший ток проходит в проводе.

      Нужно только рассчитать коэффициент усиления прибора и передать сигнал в управляющую цепь, либо в цепь контроля.

      Трансформаторы выполняют функцию рамки на силовом проводе и реагируют на значение сети питания. Современные измерительные трансформаторы выполнены из большого числа витков, имеют хороший коэффициент трансформации.

      Во время настройки устройства определяют вольтамперные свойства для расчета точки перегиба кривой.

      Это нужно для выяснения участка графика с интервалом устойчивости функции трансформатора, который также имеет свой коэффициент усиления.

      Кроме задач измерения, измеритель дает возможность разделить цепи управления и силовые цепи, что является важным с точки зрения безопасности. Применяя современные трансформаторы тока, получают сигнал небольшой мощности, не опасный для человека и удобный в работе

      В качестве нагрузки такого устройства может быть любой прибор измерения, который может работать с ним. При большом расстоянии оказывает влияние внутреннее сопротивление линии. В этом случае прибор калибруют. Также, сигнал можно передавать в цепь защиты и управления на основе электронных приборов.

      С помощью них производят аварийное отключение линий. Приборы производят контроль сети, определяют нужные параметры. При проектировании встает задача по подбору прибора для измерения и контроля. Трансформаторы выбирают по средним параметрам сети и конструкции прибора измерения. Чаще всего мощные установки комплектуются своими измерительными устройствами.

      На современном производстве широко применяются измерительные трансформаторы. Также они нашли применение и в обыденной жизни. Чувствительные приборы осуществляют защиту дорогостоящего оборудования, создают безопасные условия для человека. Они работают в электроцепях, создавая контроль над эксплуатационными параметрами.

      Коэффициент трансформации

      Этот коэффициент служит для оценки эффективности функционирования трансформатора. Его значение по номиналу дается в инструкции к прибору. Коэффициент означает отношение тока в первичной обмотке к току вторичной обмотки. Это значение может сильно меняться от числа секций и витков.

      Нужно учитывать, что этот показатель не всегда совпадает с фактической величиной. Есть отклонение, определяемое условиями работы прибора. Назначение и метод работы определяют значения погрешности. Но этот фактор также не может быть причиной отказа от контроля коэффициента трансформации. Имея значение погрешности, оператор сглаживает ее аппаратурой специального назначения.

      Установка

      Простые трансформаторы тока, работающие на шинах, устанавливаются очень просто, и не требуют инструмента или техники. Прибор ставится одним мастером при помощи крепежных зажимов. Стационарные требуют оборудования фундамента, монтажа несущих стоек. Каркас крепится сваркой. К этому каркасу монтируется аппаратура. Комплект оснащения зависит назначение устройства и его особенности.

      Подключение

      Чтобы облегчить процесс соединения проводов с устройством, изготовители маркируют комплектующие детали цифровым и буквенным обозначением. С помощью такой маркировки операторы, которые обслуживают устройство, могут легко сделать соединение элементов.

      Способ подключения взаимосвязан с устройством, принципом работы и назначением прибора. Также оказывает влияние и схема обслуживаемой сети. Трехфазные линии с нейтралью предполагают установку прибора только на двух фазах. Эта особенность вызвана тем, что электрические сети на напряжение 6-35 киловольт не оснащены нулевым проводом.

      Контроль

      Это мероприятие состоит из разных операций: визуальный осмотр, дается оценка всей конструкции, проверяется маркировка, паспортные данные и т.д. Далее, осуществляется размагничивание трансформатора с помощью медленного повышения тока на первичной обмотке. Далее, величину тока уменьшают.

      Затем готовят главные мероприятия по измерению параметров. Поверка основывается на оценке правильности полярности клемм катушек по нормам, также определяют погрешность с дальнейшей сверкой с паспортными данными.

      Безопасность

      Основные опасности при функционировании измерительных трансформаторов обусловлены качеством намотки катушек. Необходимо учитывать, что под витками действует основа из металла, которая в открытом виде создает опасность и угрозу для обслуживающего персонала.

      Поэтому создается график обслуживания, по которому проводится периодическая проверка устройства. Персонал обязан следить за состоянием обмоток катушек. Перед проведением проверки трансформатор отключается и подключаются шунтирующие закоротки и заземление обмотки.

      Похожие темы:

      Трансформатор

      У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения).

      Эле́ктротрансформа́тор, в разговорной речи чаще просто трансформа́тор (от лат.

       transformare — «превращать, преобразовывать») — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты[1][2].

      Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

      Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнитомягкого материала.

      Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный Сухой Многоцелевого назначения мощностью 0,16 кВА

      История

      Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории[3].

      В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

      29 августа 1831 года Фарадей описал в своём дневнике опыт, в ходе которого он намотал на железное кольцо диаметром 15 см и толщиной 2 см два медных провода длиной 15 и 18 см. При подключении к зажимам одной обмотки батареи гальванических элементов начинал отклоняться гальванометр на зажимах другой обмотки.

      Так как Фарадей работал с постоянным током, при достижении в первичной обмотке его максимального значения, ток во вторичной обмотке исчезал, и для возобновления эффекта трансформации требовалось отключить и снова подключить батарею к первичной обмотке.

      Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах М. Фарадея и Д. Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока[4].

      В 1848 году немецкий механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора[3].

      Александр Григорьевич Столетов (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении. Он обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1872 год).

      30 ноября 1876 года, дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым[5], считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

      Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[4].

      В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

      Братья Гопкинсон разработали теорию электромагнитных цепей[3]. В 1886 году они научились рассчитывать магнитные цепи.

      Эптон, сотрудник Эдисона, предложил делать сердечники наборными, из отдельных листов, чтобы снизить потери на вихревые токи.

      Большую роль для повышения надёжности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д. Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надёжность изоляции обмоток[6].

      Трансформаторы. Описание, типы, классификация трансформаторов. Измерительные, силовые, импульсные трансформаторы

      Главная Статьи «Подбор оборудования» Трансформаторы. Описание, типы, классификация трансформаторов. Измерительные, силовые, импульсные трансформаторы.

      Электрический трансформатор — это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.

      При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Данная ЭДС пропорциональна числу  витков в первичных и вторичных  обмотках.

      Отношение электродвижующей силы в первичной обомотке/вторичной называется коэффициентом трансформации.

      Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства.

      Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией, для предотвращения возникновения «паразитных» токов внутри магнитопровода. Зачастую часть вторичной обмотки служит часть первичной и наоборот. Данный тип трансформаторов называют автотрансформаторами.

      В этом случае концы первичных обмоток подключаются к сети  переменного напряжения, а концы вторичной присоединяются к потребителям электроэнергии.

      Основная классификация трансформаторов

      • По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.
      • По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.
      • По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).
      • По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.
      • По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

      Основные типы трансформаторов 

      Силовые трансформаторы — наиболее распространенный тип  электро. трансформаторов.  Они предназначены  для изменения  энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Применяются для создания комплектных трансформаторных подстанций.Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.

      Наиболее известные низковольтные однофазные и трехфазные трансформаторы серии ТП и ОСМ.

      Среди высоковольтных трансформаторов, наиболее используемые в данной момент в энергетике,  трансформаторы ТМГ-с масляным охлаждением в герметичном баке.. Преимуществами данной серии вляется высокий КПД (до 99%), высокие показатели защиты от перегрева, высокие эксплуатационные характеристики, и минимальное обслуживание во время использования.

      Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные трансформаторы), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные трансформаторы), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.д.

      Измерительные трансформаторы— электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации. Классифицируются по назначению, изменению уровня напряжения или тока.

      Также делятся на низковольтные трансформаторы тока  типа Т, 066 ТШ-0,66, ТТИ-066 и Высоковольтные трансформаторы напряжения, такие как НАМИТ и ЗНОЛ.

      Вторичные обмотки данных устройств соединены с измерительными устройствами (амперметрами, счетчиками электроэнергии, вольтметрами, фазометрами, реле тока и т.д.) Применение данного оборудования позволяет изолировать измеряющее оборудование от больших токов и напряжений измеряемой цепи, и создает возможность стандартизации измеряющего оборудования.

      Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой.  Благодыря малым коэффициентам трансформации,  автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.

        Основные сферы использования автотрансформаторов – изменение напряжения в пусковых устройствах крупных электрических машин переменного тока, в системах релейной защиты при плавном регулировании напряжения.

        В случае реализации в конструкции автотрансформатора изменения количества рабочих витков вторичной обмотки, появляется возможность сохранять уровень вторичного напряжения при изменении первичного напряжения. Наибольшее распространение данный  данный механизм используется в стабилизаторах напряжения.

      Импульсный трансформатор — это устройство  с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока  или напряжения. Импульсные трансформаторы наиболее часто используются в электронновычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи и т.д. в качестве измерительного устройства в счетчиках электроэнергии.

      Основное требование импульсным трансформаторам, — при изменении импульса форма импульса должна сохраняться. Это достигается максимальным уменьшением межвитковой емкости, индуктивности рассеивания за счет использования применением сердечников малой величины, взаимным расположение и уменьшением числа обмоток. 

      Пик-трансформатор — устройство, изменяющее  напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.  Пик-трансформаторы применяются в качестве генераторов  импульсов главным, высоковольтных исследовательских установках и системах автоматики..

      Измерительные трансформаторы

      — Руководство по применению

      Основная цель этого руководства — дать читателю базовое понимание того, как применять измерительные трансформаторы на практике, при соблюдении надлежащей инженерной практики. Он не предназначен для того, чтобы сделать читателя конструктором измерительных преобразователей. Мы приложим особые усилия, чтобы свести к минимуму технические термины и язык.

      Назначение измерительных трансформаторов

      Измерительные трансформаторы выдают ток или напряжение на приемлемом уровне для контроля напряжения или тока в данной цепи.Например, было бы неэкономично иметь амперметр для прямого измерения 600 ампер в проводнике. Экономично иметь амперметр для измерения тока в диапазоне 0–5 ампер. Вставив в цепь трансформатор тока, он будет производить ток, который точно пропорционален току в проводнике, который вы хотите контролировать, в диапазоне 0–5 ампер, что соответствует 0–600 ампер. Амперметр будет иметь шкалу от 0 до 600 ампер. Точно так же было бы неэкономично измерять напряжение в 14400 вольт напрямую.При включении трансформатора напряжения в схему будет присутствовать прямо пропорциональное напряжение в диапазоне 0–120 вольт, что соответствует 0–14 400 вольт. Трансформаторы тока и напряжения также используются для обеспечения энергией срабатывания различных защитных реле. Степень, с которой измерительный трансформатор производит ток или напряжение, пропорциональное контролируемому, называется его точностью. Эта тема будет рассмотрена более подробно позже в этом руководстве.

      Как следует из названия, трансформаторы тока обычно используются для понижения тока очень предсказуемым образом в отношении тока и фазы. Например, вы хотите измерить ток, потребляемый двигателем, чтобы определить, слегка ли он нагружен или перегружен. Во-первых, вы должны знать уровень напряжения в цепи двигателя. Исходя из этого, вы можете определить, какой класс напряжения должен иметь трансформатор тока. Ниже приводится список различных классов напряжения и некоторые из наиболее распространенных напряжений для каждого класса:

      Класс напряжения (кВ) Диапазон напряжения (кВ) Общие напряжения (В)
      0.6 0–0,6 120, 208, 240, 277, 380, 480, 600
      1,2 0,601–1,2 840, 1200
      2,5 1,201–2,5 2400
      5,0 2.501–5.0 3300, 4200, 4800
      8,7 5,001–8,7 6600, 7200
      15,0 8.701–15,0 11000, 12000, 14400
      25,0 15,001–25,0 18000, 24000
      34,5 25,001–34,5 27600, 34500

      Двигатель, который мы хотим контролировать, имеет напряжение 480 В, ссылка на приведенное выше означает класс напряжения 0,6 кВ (600 В). Затем вы должны узнать ток полной нагрузки двигателя (F.L.A.). Наш мотор F.L.A. составляет 96 ампер. ТТ с соотношением 100: 5А будет работать, но вы бы вышли за верхний предел своего измерителя, если бы у вас был измеритель с перемещением 0-5А и шкалой 0-100А.Было бы лучше, если бы вы выбрали ТТ с соотношением 150: 5А с перемещением счетчика 0-5А и шкалой 0-150А. Трансформатор тока с коэффициентом тока 150: 5A имеет коэффициент трансформации 30: 1 (150A / 5A = 30/1). Следовательно, если у вас 96 А в первичном, у вас должно быть 3,2 А во вторичном (96 А / 30 = 3,2 А). Это идеальное преобразование, которое невозможно. В любом устройстве всегда имеют место определенные потери и искажения. Эти потери и искажения приведут к тому, что в нашем примере вторичная обмотка будет производить ток, несколько отличный от 3.2А. Также будет некоторое отличие формы волны вторичного сигнала от формы волны первичного. Эти различия известны как точность или ее отсутствие в КТ. Американский национальный институт стандартов опубликовал стандарты, которые обычно принимаются в качестве руководящих указаний по производительности. В случае измерительных трансформаторов применимый стандарт ANSI — C57.13. Эта публикация служит руководством для измерительных трансформаторов, производимых в США. Согласно ANSI C57.13 есть две категории точности: измерительная и релейная. Для измерения существуют значения 0,3, 0,6 и 1,2, которые представляют собой процент максимальной погрешности отношения при протекании 100% номинального первичного тока. Утверждение, что трансформатор тока имеет максимальную ошибку соотношения плюс или минус 0,3%, не является полным утверждением. Это только полное заявление, когда указана точность при заданном бремени. ANSI C57.13 также определяет нагрузки в отношении OHMS и сдвига фаз. Стандартные требования ANSI — BO.1, BO.2, BO.5, BO.9 и B1.8. Эти стандартные нагрузки ANSI представляют собой омические значения нагрузки соответственно 0,1, 0,2, 0,5, 0,9 и 1,8 Ом нагрузки.

      Вы можете преобразовать омическое значение нагрузки в ВА (вольт-амперы), просто умножив омическое значение на 25 для трансформатора тока с вторичной обмоткой 5 ампер. Например, стандартная нагрузка ANSI для BO.2 равна 5 ВА (0,2 X 25). Следовательно, в заявлении ANSI о точности измерения, таком как 0,3BO.2, говорится, что погрешность коэффициента трансформации трансформатора тока не должна превышать 0.3% плюс-минус при нагрузке, не превышающей 0,2 Ом нагрузки. Стандартный класс точности измерений ANSI также определяет максимальный сдвиг фазы плюс или минус, а также за счет использования параллелограммов, что требует технической подготовки, выходящей за рамки предполагаемого считывающего устройства.

      Класс точности реле

      ANSI определяет характеристики трансформатора тока при определенных условиях в отношении нагрузки, которую вторичная обмотка трансформатора тока будет поддерживать при заданном напряжении, а также максимальной погрешности отношения.Все классы точности реле ANSI требуют, чтобы погрешность отношения не превышала 10% плюс или минус. Существуют различные типы конструкции и конструкции трансформаторов тока, которые будут объяснены позже, производительность которых может быть рассчитана или должна быть проверена для определения. Это причина префикса буквы «C» или буквы «T» в классах точности реле ANSI. Стандартные классы точности реле ANSI: C10, C20, C50, C100, C200, C400 и C800 или T10, T20, T50, T100, T200, T400 и T800. Цифровой суффикс — это напряжение, которое вторичная обмотка трансформатора тока должна развить, когда ток во вторичной обмотке в 20 раз больше номинального.Например, если номинальный вторичный ток составляет 5 А, указанное напряжение должно развиваться при вторичном токе 100 А (20 X 5 А = 100 А). Еще раз, точность — это не полное заявление без конкретной нагрузки. В этом случае нагрузка может быть определена путем деления числового суффикса на 100. Например, C100, 100, деленное на 100, равняется нагрузке в 1 Ом. В случае реле ANSI класс точности C400 означает, что максимальная погрешность отношения не должна превышать 10% плюс-минус, когда во вторичной обмотке протекает 20-кратный номинальный ток, а вторичное напряжение будет 400 В с нагрузкой 4 Ом.Также буква «C» говорит о том, что конструкция и конструкция таковы, что производительность может быть рассчитана.

      Трансформаторы тока тороидального типа

      В целом существует три типа конструкции трансформаторов тока. Все они имеют магнитопровод или сердечники и одну или несколько обмоток. Наиболее распространенным типом является тороидальный или кольцевой тип, который не имеет внутренней первичной обмотки как таковой. Первичная — это проводник, в котором необходимо контролировать ток. Первичный провод просто проходит через окно трансформатора тока.Сердечник этого типа представляет собой ленту из магнитной стали, концентрично намотанную на себя. Это чрезвычайно эффективная конструкция сердечника, в которой нет разрывов или зазоров на магнитном пути. В то время как другие типы сердечников могут производить относительно высокий уровень слышимого шума (приблизительно 30-70 дБ), тороидальный сердечник редко производит слышимый уровень шума. Трансформатор тока тороидального или кольцевого типа очень популярен, потому что он не мешает контролируемой цепи. В цепи нет прямого физического или электрического соединения.Единственное звено между контролируемой цепью и трансформатором тока — это магнитное поле, которое создается вокруг первичного проводника при протекании через него тока. Тороидальный тип в целом также имеет самую низкую стоимость. В то время как некоторые производители предлагают тороидальные трансформаторы тока класса напряжения 2,5 и 5,0 кВ, подавляющее большинство трансформаторов тока тороидального типа относятся к классу 600 В. Можно использовать трансформатор тока тороидального типа класса 600 В в цепях более высокого класса напряжения, если первичный проводник полностью изолирован и экранирован или трансформатор тока размещен на проходном изоляторе, который спроектирован и рассчитан на соответствующий класс напряжения цепи.Большинство производителей автоматических выключателей для распределительных устройств проектируют вводы таким образом, чтобы они могли принимать один или несколько трансформаторов тока класса 600 В, даже если выключатель рассчитан на класс 15 кВ. Этот подход намного более рентабелен, поскольку стоимость трансформатора тока класса 600 В по сравнению с трансформатором тока класса 15 кВ относительно намного меньше.

      Корректировка коэффициента

      Другая причина популярности тороидального типа конструкции и конструкции заключается в том, что можно относительно легко регулировать коэффициент трансформации.Вы можете изменить курс, добавив основные повороты. Например, предположим, что вам нужно соотношение 50: 5A, но у вас есть только трансформатор тока 100: 5A. Вы можете просто взять два оборота первичной обмотки (100/2 = 50) и настроить трансформатор тока с коэффициентом тока 100: 5A на 50: 5A. Это достигается за счет закольцовывания первичного проводника так, чтобы он дважды проходил через окно. Этот метод часто используется для повышения точности и повышения нагрузочной способности при более низких значениях отношения тока. Как правило, чем больше коэффициент тока, тем выше точность и допустимая нагрузка трансформаторов тока.Таким образом, вы можете взять, например, трансформатор тока 100: 5A, взять четыре оборота первичной обмотки и установить соотношение 25: 5A (100/4 = 25) и насладиться лучшими характеристиками 100: 5A при 25: 5A. Текущее соотношение. Можно произвести точную регулировку тока, приложив вторичные витки к трансформатору тока. Например, у вас может быть трансформатор тока с коэффициентом тока 100: 5A и вам потребуется коэффициент тока 90: 5A. В зависимости от того, как применяются вторичные витки (добавочные или вычитающие), вы можете настроить первичный номинал на 5 ампер для каждого вторичного витка.Чтобы взять коэффициент тока 100: 5A и отрегулировать его до 90: 5A, вам нужно всего лишь применить два вычитающих вторичных оборота. Эти текущие и точные настройки могут быть выполнены в полевых условиях только с помощью трансформаторов тока тороидального типа.

      Основное различие между трансформаторами тока тороидального и намотанного первичного типов состоит в том, что первичный трансформатор имеет внутреннюю первичную обмотку и не имеет окна для прохода первичного проводника. Преимущество первичного типа с обмоткой состоит в том, что разработчик может сделать блоки с низкими коэффициентами тока более высокой точностью и нагрузочной способностью.Первичная обмотка первичного типа фактически вставляется последовательно с проводником, который необходимо контролировать. В этом случае это вмешивается в цепь, которую необходимо контролировать. По этой причине есть некоторые сомнения относительно использования первичной обмотки, хотя это может быть наиболее эффективным способом достижения желаемых характеристик, особенно для требований низкого коэффициента тока. Обмотанные первичные типы могут быть спроектированы с использованием сердечника тороидального типа из-за его превосходной эффективности. В этом случае окно не предусмотрено, так как оно не нужно.Обмотка первичной обмотки чаще встречается в трансформаторах тока с более высоким классом напряжения (класс выше 600 В), поскольку он упрощает решение проблем, связанных с более высокими напряжениями, для проектировщика, сохраняя при этом конструкцию как можно более рентабельной.

      Трансформаторы тока стержневого типа

      Трансформатор тока типа «настоящая шина» — это трансформатор тороидального типа с шиной в качестве неотъемлемой части трансформатора тока, который постоянно вставляется через окно тороида.Шина служит первичным проводником. Тип стержня вставляется в контролируемую цепь. Распространенной ошибкой является наименование первичного типа с обмоткой как типа шины, поскольку первичные соединения выполняются с шинами. В намотанном типе шины являются средством соединения, а не сплошной шиной.

      Варианты

      Хотя первичная обмотка с тороидальной обмоткой и линейный трансформатор являются тремя основными типами трансформаторов тока, существует множество возможных вариаций этих типов, таких как блоки с ответвленными обмотками, несколькими обмотками и несколькими сердечниками.Трансформаторы тока с несколькими коэффициентами распространены. По сути, это вторичная обмотка с ответвлениями, которая в результате повторного включения может иметь множество различных соотношений. Стандарт ANSI C57.13 определяет несколько соотношений следующим образом:

      600: 5MR
      50: 5, 100: 5, 150: 5, 200: 5, 250: 5, 300: 5, 400: 5, 500: 5 и 600: 5.
      1200: 5MR
      100: 5, 200: 5, 300: 5, 400: 5, 500: 5, 600: 5, 800: 5, 900: 5, 1000: 5 и 1200: 5.
      2000: 5MR
      300: 5, 400: 5, 500: 5, 800: 5, 1100: 5, 1200: 5, 1500: 5, 1600: 5 и 2000: 5.
      3000: 5MR
      300: 5, 500: 5, 800: 5, 1000: 5, 1200: 5, 1500: 5, 2000: 5, 2200: 5, 500: 5 и 3000: 5.
      4000: 5MR
      500: 5, 1000: 5, 1500: 5, 2000: 5, 2500: 5, 3000: 5, 3500: 5 и 4000: 5.
      5000: 5MR
      500: 5, 1000: 5, 1500: 5, 2000: 5, 2500: 5, 3000: 5, 3500: 5, 4000: 5 и 5000: 5.

      Выше приведены стандартные мульти-передаточные числа ANSI с соответствующими ответвителями. При необходимости можно получить другие характеристики с несколькими коэффициентами с разными ответвителями.

      Другой распространенный вариант — это трансформатор тока с разъемным сердечником или разборный трансформатор. Этот вариант используется для установки контроля цепи, когда нежелательно размыкать цепь для установки тороидального или намотанного первичного типа. Разрезной сердечник обычно имеет прямоугольную форму. Следует отметить еще одну разновидность трансформатора тока прямоугольной формы (с неразъемным сердечником или без демонтажа).

      Другой вариант — трехфазный трансформатор тока, который в общем случае представляет собой не что иное, как три однофазных трансформатора тока.

      Датчик замыкания на землю — это трансформатор тока, предназначенный для работы с определенным реле замыкания на землю. Датчик замыкания на землю предназначен для обеспечения достаточного тока, чтобы вызвать срабатывание реле замыкания на землю на заданном уровне.

      Соображения

      Для правильного выбора трансформатора тока необходимо учесть следующее.

      1. «ВНУТРЕННИЙ ИЛИ НАРУЖНЫЙ»
        Определите, будет ли трансформатор подвергаться воздействию элементов или нет.Внутренние трансформаторы обычно дешевле, чем наружные трансформаторы. Очевидно, что если трансформатор тока будет заключен в наружный кожух, его не нужно рассчитывать на использование вне помещений. Это распространенная дорогостоящая ошибка при выборе трансформаторов тока.
      2. «ЧТО ВЫ ХОТИТЕ СДЕЛАТЬ»
        Если вам нужна индикация, первое, что вам нужно знать, — это требуемая степень точности. Например, если вы просто хотите узнать, перегружен ли двигатель или нет, вам, скорее всего, подойдет панельный измеритель с точностью от 2 до 3%.В этом случае трансформатор тока должен иметь точность от 0,6 до 1,2%. С другой стороны, если вы собираетесь управлять прибором распределительного типа с точностью 1%, вам понадобится трансформатор тока с точностью от 0,3 до 0,6. Вы должны иметь в виду, что рейтинги точности основаны на номинальном протекающем первичном токе и в соответствии со стандартами ANSI могут быть удвоены (0,3 становится 0,6%), когда протекает 10% первичного тока. Как упоминалось ранее, номинальная точность соответствует заявленной нагрузке. Вы должны учитывать не только нагрузку на груз (инструмент), но и общую нагрузку.Общая нагрузка включает нагрузку на вторичную обмотку трансформаторов тока, нагрузку на выводы, соединяющие вторичную обмотку с нагрузкой, и, конечно же, нагрузку на саму нагрузку. Трансформатор тока должен выдерживать общую нагрузку и обеспечивать точность, требуемую при этой нагрузке.

        Если вы собираетесь управлять реле, вы должны знать, какая точность реле потребуется для него.

      3. «КЛАСС НАПРЯЖЕНИЯ»
        Вы должны знать, какое напряжение в цепи, которую необходимо контролировать.Это определит, каким должен быть класс напряжения трансформатора тока, как объяснялось ранее.
      4. «ПЕРВИЧНЫЙ ПРОВОДНИК»
        Если вы выбрали трансформатор тока с окном, вы должны знать количество, тип и размер первичного проводника (ов), чтобы выбрать размер окна, в котором будут проходить первичные проводники.

      Применения трансформаторов тока

      Разнообразие применения трансформаторов тока, кажется, ограничивается только воображением.По мере того, как новое электронное оборудование развивается и играет все более важную роль в производстве, контроле и применении электрической энергии, к нынешним производителям и проектировщикам трансформаторов будут предъявляться новые требования по предоставлению новых продуктов для удовлетворения этих потребностей.

      Оптимизированная конструкция измерительных трансформаторов и датчиков АББ

      Для защиты и обслуживания электросетей от сбоев системы компания ABB использует мультифизическое моделирование для проектирования измерительных трансформаторов, которые могут выдерживать очень быстрые переходные перенапряжения, и датчика с разъемным сердечником для применения в подводных подземных хранилищах.

      Отключение электроэнергии может длиться несколько часов, дней, недель и даже месяцев. Независимо от того, как долго длится отключение, это разочаровывающий и разрушительный опыт. Затемнение может быть опасным, если оно происходит во время сильной жары или холода. Для обеспечения стабильности, защиты и финансовой жизнеспособности энергосистемы ABB использует мультифизическое моделирование и приложения для разработки оптимизированных электрических схем, особенно измерительных трансформаторов и датчиков.

      Обеспечение защиты электросети с помощью измерительных трансформаторов

      Измерительные трансформаторы (ИТ)

      — это специализированные высокоточные трансформаторы, которые изолируют, преобразуют или снижают высокие напряжения и токи для обеспечения максимальной безопасности и удобства использования.Использование ИТ включает измерение, мониторинг, защиту и управление энергосистемами. IT состоит из первичной обмотки, которая подключена к цепи высокого напряжения или высокого тока, и счетчика или реле, которое подключается к вторичной цепи низкого напряжения или низкого тока.

      В компании ABB конструкции датчиков тока (рис. 1) основаны на принципе пояса Роговского. Катушка Роговского состоит из равномерно намотанной катушки с немагнитным сердечником, а выходное напряжение пропорционально производной первичного тока.Датчики, которые измеряют напряжение в сценариях среднего напряжения, используют резистивные делители напряжения, в то время как емкостные делители, с другой стороны, используются для измерения и индикации напряжения.

      Рис. 1. Пример датчика, использующего принцип пояса Роговского.

      Отрасль информационных технологий и датчиков (IT&S) за последние годы претерпела значительные изменения. Традиционные ИТ основаны на стандартной технологии и существуют более 100 лет, в основном они используются в счетчиках и реле.Они состоят из ферромагнитной цепи и могут передавать энергию от первичной катушки ко вторичной обмотке с выходным сигналом 1–5 ампер или 120–240 вольт.

      Интеллектуальные электронные устройства (IED) используют более передовые технологии и существуют только последние 20 лет. Вместо ферромагнитных материалов эти трансформаторы состоят из твердотельных компонентов. Поскольку они не могут передавать мощность от первичной катушки ко вторичной, они имеют низкую выходную энергию. Это делает их полезными для многих внутренних и внешних применений, таких как среда с воздушной и газовой изоляцией, линейные опоры и линейные трансформаторы.

      «ИЭУ безопаснее, универсальнее и имеют линейный отклик на широкий диапазон входных сигналов», — говорит Нирмал Паудель, инженер-консультант ABB, добавляя, что они «совместимы с современными электронными устройствами и нашим уровнем использования».

      Различные аспекты моделирования и проектирования ИТ & Т

      При проектировании ИТ необходимо учитывать мультифизику. Фактически, Паудель называет эту возможность «критической». Разумеется, успешная конструкция должна учитывать резистивный и индуктивный нагрев, индуктивную и емкостную связь, магнитное насыщение и магнитострикцию.Однако необходимо учитывать такие явления, как поток жидкости, конвективное охлаждение, тепловое расширение, внешние нагрузки и контуры, шум и вибрации, а также скин-эффект (рисунок 2).

      Рис. 2. На конструкцию измерительного трансформатора влияет множество физических факторов.

      Для учета широкого спектра физических эффектов ABB использует программное обеспечение COMSOL Multiphysics®. Одним из примеров является моделирование электрических полей ИТ, вызванных пустотами в эпоксидной отливке и во время основного импульсного уровня (BIL).Эти результаты позволяют исследователям увидеть, насколько эффективны изоляционные слои и диэлектрические материалы для защиты устройства.

      Программное обеспечение также используется для проведения термического анализа. В трансформаторе линейного напряжения моделирование используется для расчета потерь в сердечнике и резистивных потерь как в первичной, так и в вторичной обмотках катушки. Другой пример, в котором используется тепловое моделирование, чтобы найти поток тепла на внешних границах ИТ и границы фиксированной температуры на опорной плите.Эти результаты показывают повышение и снижение температуры в конструкции, а также дают представление о процессе термического отверждения и текучести эпоксидных смол.

      Третий пример — структурный анализ. Команда ABB вычисляет уровень напряжения ИТ для оптимизации геометрии (рис. 3). Они также смотрят на уровни смещения напряжений устройств и компонентов, чтобы оптимизировать их перед 3D-печатью прототипов для тестирования или, что еще более серьезно, массовым производством. Моделирование полезно не только для предварительного просмотра характеристик устройства, но и для определения его структурной целостности.

      Рисунок 3. Структурное моделирование используется для оптимизации геометрии ИТ.

      Очень быстрые результаты для очень быстрых переходных явлений

      Явления очень быстрых переходных процессов (VFT) являются важным фактором, который следует учитывать в устройствах электросети, которые включают переключение, таких как вакуумные выключатели. Когда переключение вызывает VFT, оно может вызвать нагрузку на систему изоляции и вызвать внутренние резонансы в первичной обмотке трансформатора. Распределение переходного перенапряжения, когда оно становится сильно нелинейным, приводит к внутреннему отказу.Повышенное напряжение VFT (VFTO) чаще возникает вблизи возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, из-за нового поколения сетей, нагрузок, характеристик линий и увеличения количества переключений. Крутизна VFTO (то есть скорость распространения перенапряжения) может достигать трех МВ / микросекунд, что намного круче, чем у молнии! (Обратите внимание, что крутизна настолько же разрушительна для систем изоляции, как и ее величина).

      Типичные подходы к проектированию IT&S не дают результатов, достаточных для выдерживания VFTO.Это связано с тем, что эти конструкции требуют обширного моделирования распределения высокочастотного напряжения в обмотке, для которого до сих пор не существовало программных моделей. Компания ABB в сотрудничестве с Hochschule für Technik (Университет прикладных наук) в Рапперсвиле создала инструмент для моделирования этого поведения и понимания распределения напряжения в ИТ по очереди. Результаты, достижения? Новые методы проектирования и новый сухой тип изоляции, способный противостоять негативным воздействиям VFTO.

      Разработка трансформатора тока с разъемным сердечником для подземной коммутации

      Конструкция с разъемным сердечником является важной особенностью трансформаторов, поскольку она позволяет обслуживать электросеть без каких-либо сбоев.Компания ABB разработала трансформатор тока (датчик) с разъемным сердечником, который позволяет измерять ток с высокой точностью, в то время как переключение выполняется другими устройствами, а необходимость переключения оценивается устройством IED на основе сигналов датчика. Датчик является водонепроницаемым и погружным, поэтому его можно использовать под землей. (Подземные линии электропередачи становятся отраслевым стандартом, потому что они с меньшей вероятностью пострадают от сильного ветра или суровой погоды, особенно в городах.) Этот датчик с разъемным сердечником имеет собственный набор конструктивных проблем, включая его форму, размер и вес. , а также витки обмотки, форму и размер сердечника (рисунок 4).Кроме того, в зависимости от конфигурации устройства существует риск перекрестных помех по току. Наконец, датчик должен соответствовать отраслевым стандартам, прежде чем его можно будет протестировать для производства и использования. «Перед испытательной лабораторией необходимо выполнить все стандарты IEEE и IEC», — говорит Паудель.

      Рисунок 4. Схема модели трансформатора тока с разъемным сердечником.

      Команда ABB снова обратилась к программному обеспечению, чтобы оптимизировать конструкцию датчика тока с разъемным сердечником перед прототипированием.Паудель использует его в течение долгого времени и наслаждается его «простотой использования, а также тем фактом, что он имеет один и тот же интерфейс для различных физик и легко сочетается с другими физиками». Программное обеспечение COMSOL включает встроенные настройки для реализации закона Максвелла – Ампера и интерфейс для определения магнитных полей в частотной области (рис. 5). Используя геометрическую симметрию, команде ABB нужно смоделировать только одну четвертую катушки, сэкономив время, усилия и вычислительные ресурсы. Специальная функция моделирования катушки позволяет команде настроить первичную катушку как сплошной проводник, а вторичную катушку как гомогенизированную многооборотную катушку.Граничное условие описывает область, где тангенциальная составляющая магнитного поля и поверхностной плотности тока равна нулю, как идеальный магнитный проводник, а внешние границы установлены как магнитные изоляторы. Функции решателя позволяют команде легко регулировать настройки между сплошными и гомогенизированными проводниками и сплошными проводниками по сравнению с проводами.

      Рисунок 5. Магнитный поток и плотность тока трансформатора с разъемным сердечником.

      Приложения для моделирования предлагают быстрые вычисления

      Одним из трудоемких аспектов проектирования IT&S является преобразование нелинейной магнитной кривой B-H (намагничивание постоянного тока) в эквивалентную эффективную кривую H-B переменного тока.Для выполнения этих расчетов компания ABB использовала пример приложения из библиотеки приложений. После нахождения эффективной кривой H-B с помощью приложения они использовали это значение для моделирования магнитопровода датчика тока с разъемным сердечником. Они обнаружили, что магнитная проницаемость практически линейна по всему сердечнику из-за уменьшения плотности магнитного потока. Основываясь на этих результатах, команда пришла к выводу, что следует использовать однородную анизотропную проводимость и проницаемость.

      Глядя на результаты моделирования магнитного потока и плотности тока, команда ABB обнаружила, что уровень магнитного потока для их конструкции очень мал, что идеально для их случая использования среднего напряжения.Вдобавок группа заметила кое-что интересное: обычно, когда количество витков вторичной катушки увеличивается, напряжение холостого хода также увеличивается (как это было в одном из их исследований, со 130 до 196 В). Однако, когда нагрузка подключена к катушке, напряжение не всегда увеличивается, а иногда даже уменьшается.

      Одним из последних анализов, выполненных компанией ABB для этого проекта, было изучение трехфазных перекрестных помех для различных конфигураций трансформатора тока с разъемным сердечником.Они обнаружили, что перекрестные помехи различаются в зависимости от того, были ли вторичные обмотки размещены ближе или дальше от воздушных зазоров трансформатора.

      Конечный продукт: оптимизированные конструкции и усовершенствованные процессы разработки

      Последняя итерация конструкции АББ, погружной датчик с разъемным сердечником, соответствовала стандартам, установленным IEEE и IEC (рис. 6). Отвечая на вопрос об их планах на будущее, Паудель упоминает, что его команда работает над разработкой инструмента для улучшения анализа VFTO и трансформаторов, сокращая сроки процесса анализа с недель до дней.Инструмент будет в первую очередь полагаться на MATLAB ® , но может предлагать интеграцию с программным обеспечением COMSOL ® через LiveLink ™ для интерфейсного продукта MATLAB ® . Планы на этот новый инструмент показывают, что ABB стремится оптимизировать свой рабочий процесс и процессы так же, как и добиваться конечных результатов. Они упорно работают, чтобы оптимизировать устройства, которые увеличивают электросетевой доступность. Как говорит Паудель, когда такое устройство, как ИТ или датчик тока с разъемным сердечником, может выжить в любых условиях, «от этого выигрывают все.”

      Рисунок 6. Погружной датчик с разъемным сердечником.

      Команда ABB, слева направо: Вивек Сиддхарт, Стив Шоу, Дэвид Рашка и Нирмал Паудель.

      MATLAB является зарегистрированным товарным знаком The MathWorks, Inc.

      Чтобы узнать больше об инновационных продуктах и ​​конструкциях, созданных с помощью мультифизического моделирования в различных отраслях, посетите Галерею историй пользователей COMSOL.

      Подпишитесь на электронную рассылку новостей E&T, чтобы получать такие замечательные истории каждый день на свой почтовый ящик.

      Подробнее о трансформаторе тока

      Процедура проектирования трансформатора тока помогает инженерам-проектировщикам выбрать наиболее подходящий материал и размер сердечника для ряда различных топологий трансформаторов тока (ТТ). А именно, включены следующие три стиля CT:

      «Традиционные» (часто сетевые) трансформаторы тока — «Традиционные» трансформаторы тока относятся к общей категории, известной как измерительные трансформаторы.Их основная цель — производить из первичного тока пропорциональный вторичный ток, который можно легко измерить или использовать для управления различными цепями. Первичная обмотка подключается последовательно с измеряемым током источника, а вторичная обмотка обычно подключается к измерителю, реле или нагрузочному резистору для выработки напряжения низкого уровня, которое усиливается в целях управления.

      Трансформаторы тока на эффекте Холла — Характеристики генератора на эффекте Холла делают его пригодным для использования в детекторных элементах в магнитометрах, накладных амперметрах постоянного и переменного тока, преобразователях, измерителях изменения магнитного поля и ваттметрах.В конкретном случае датчиков тока генератор / датчик Холла размещается в воздушном зазоре магнитопровода. Сердечник обычно представляет собой тороид и изготовлен из магнитомягкого материала (такого как феррит, порошок молипермаллоя или Kool Mu®). Первоначальный размер сердечника выбирается для поддержки центрального первичного проводника, а зазор оценивается не только для толщины самого датчика Холла, но и для обеспечения правильного магнитного поля в материале сердечника у датчика. пиковый ток, который необходимо обнаружить.

      Трансформаторы тока SMPS — Трансформаторы тока для конструкций SMPS используются для измерения уровней тока в контуре управления источника питания. Трансформатор тока в этой схеме (обычно сделанный из ферритового тороида) помогает отслеживать ток в цепи обратной связи цепи управления. Затем этот ток используется для определения того, как будет изменено будущее поведение SMPS. Например, рабочий цикл (для систем с широтно-импульсной модуляцией) может быть изменен для будущих циклов переключения.

      Просмотр функций программного обеспечения и загрузка конструкции трансформатора тока

      Типы, различия, преимущества и недостатки

      Мы знаем, что напряжения и токи в энергосистеме очень велики. Таким образом, прямое измерение напряжения и величины с большой величиной невозможно. Таким образом, нам нужны измерительные приборы с большим диапазоном измерений, или есть другой метод, например использование свойства преобразования в пределах переменного тока, а также напряжения. Трансформатор используется для преобразования тока или напряжения в меньшую сторону, если после этого становится известно соотношение оборотов. уменьшили величину, используя обычный диапазон прибора.Уникальная величина определяется простым умножением результата на коэффициент конверсии. Так что такой трансформатор с точным передаточным числом известен как измерительный трансформатор. В этой статье обсуждается обзор измерительного трансформатора и его работы.

      Что такое измерительный трансформатор?

      Определение: Трансформатор, который используется для измерения электрических величин, таких как ток, напряжение, мощность, частота и коэффициент мощности, известен как измерительный трансформатор.Эти трансформаторы в основном используются с реле для защиты энергосистемы.

      измерительный трансформатор

      Назначение измерительного трансформатора — понизить напряжение и ток в системе переменного тока, поскольку уровень напряжения и тока в энергосистеме чрезвычайно высок. Поэтому проектировать измерительные приборы с высоким напряжением и током сложно и дорого. Как правило, эти приборы рассчитаны на 5 А и 110 В.

      Измерение электрических величин высокого уровня может быть выполнено с помощью устройства, а именно измерительного трансформатора.Эти трансформаторы играют важную роль в существующих энергосистемах.

      Типы измерительных трансформаторов

      Измерительные трансформаторы подразделяются на два типа, такие как

      • Трансформатор тока
      • Трансформатор напряжения
      Трансформатор тока

      Этот тип трансформатора может использоваться в энергосистемах для понижения напряжения с с высокого уровня на низкий с помощью амперметра на 5А. Этот трансформатор включает в себя две обмотки, первичную и вторичную.Ток во вторичной обмотке пропорционален току в первичной обмотке, поскольку он генерирует ток во вторичной обмотке. Принципиальная схема типичного трансформатора тока показана на следующем рисунке.

      Трансформатор тока

      В этом трансформаторе первичная обмотка состоит из нескольких витков и последовательно соединена с силовой цепью. Так он называется последовательным трансформатором. Точно так же вторичная обмотка включает несколько витков и напрямую подключается к амперметру, поскольку амперметр имеет небольшое сопротивление.

      Таким образом, вторичная обмотка этого трансформатора работает практически в состоянии короткого замыкания. Эта обмотка включает в себя два вывода, один из которых соединен с землей, чтобы избежать сильного тока. Таким образом, вероятность пробоя изоляции будет снижена, чтобы защитить оператора от чрезмерного напряжения.

      Вторичная обмотка этого трансформатора в указанной выше цепи закорачивается перед отключением амперметра с помощью переключателя, чтобы избежать высокого напряжения на обмотке.

      Трансформатор потенциала

      Этот тип трансформатора может использоваться в энергосистемах для понижения напряжения с высокого уровня на более низкий уровень с помощью небольшого номинального вольтметра, который находится в диапазоне от 110 до 120 вольт. Типовая принципиальная схема трансформатора напряжения показана ниже.

      Этот трансформатор имеет две обмотки, как у обычного трансформатора, первичную и вторичную. Первичная обмотка трансформатора включает в себя несколько витков и включена параллельно цепи.Так он называется параллельным трансформатором.

      трансформатор потенциала

      Подобно первичной обмотке, вторичная обмотка включает меньшее количество витков и подключается непосредственно к вольтметру, поскольку имеет большое сопротивление. Поэтому вторичная обмотка работает примерно в разомкнутом состоянии. Один вывод этой обмотки подключен к земле, чтобы поддерживать напряжение относительно земли, чтобы защитить оператора от огромного напряжения.

      Разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения

      Разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения обсуждается ниже.

      Трансформатор тока (CT)

      Трансформатор потенциала (PT)

      Подключение этого трансформатора может быть выполнено последовательно с силовой цепью Подключение этого трансформатора может быть сделано параллельно с силовой цепью
      Вторичная обмотка подключена к амперметру Вторичная обмотка подключена к вольтметру
      Конструкция этого может быть выполнена с помощью ламинирования кремнистой стали.

      Проектирование этого может быть выполнено с использованием высококачественной стали, работающей при низкой плотности потока.
      Первичная обмотка этого трансформатора проводит ток. Первичная обмотка этого трансформатора находится под напряжением

      Имеет меньшее количество витков

      Включает число витков
      Вторичная обмотка этого трансформатора работает

      в условиях короткого замыкания .

      Вторичная обмотка этого трансформатора работает в разомкнутой цепи.
      Первичный ток в основном зависит от протекания тока в силовой цепи

      Первичный ток в основном зависит от вторичной нагрузки.

      Пробоя изоляции можно избежать, подключив вторичную обмотку этого трансформатора к земле. Вторичная обмотка может быть соединена с землей для защиты оператора от огромного напряжения.
      Диапазон этого трансформатора составляет 1 А или 5 А Диапазон этого трансформатора составляет 110 В
      Этот трансформатор имеет высокий коэффициент Это низкий коэффициент трансформатора
      Вход этого трансформатора — постоянный ток Вход этого трансформатора — постоянное напряжение
      Этот тип трансформаторов подразделяется на

      двух типов, таких как с обмоткой и закрытый основной.

      Этот тип трансформатора подразделяется на два типа, например, электромагнитный и конденсаторное напряжение
      Полное сопротивление этого трансформатора низкое Полное сопротивление этого трансформатора высокое
      Эти трансформаторы используются для измерения тока, мощности , мониторинг работы электросети и реле защиты. Эти трансформаторы используются для измерения, работы защитного реле и источника питания.

      Преимущества и недостатки измерительного трансформатора

      Преимущества измерительных трансформаторов:

      • Эти трансформаторы используют амперметр и вольтметр для измерения высоких токов и напряжений.
      • При использовании этих трансформаторов несколько защитных устройств могут работать как реле, в противном случае — загораться.
      • Трансформаторы на базе инструментальных трансформаторов дешевле.
      • Поврежденные детали можно легко заменить.
      • Эти трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку измерительных приборов и силовых цепей высокого напряжения. Так что требования к электрической изоляции могут быть снижены в защитных цепях и измерительных приборах.
      • С помощью этого трансформатора можно подключать к электросети различные измерительные приборы.
      • Низкое энергопотребление в защитных и измерительных цепях из-за низкого уровня напряжения и тока.

      Единственным недостатком измерительного трансформатора является то, что его можно использовать просто для цепей переменного тока, но не для цепей постоянного тока.

      Испытание измерительного трансформатора

      Инструментальные трансформаторы, такие как трансформаторы тока или трансформаторы тока, играют важную роль при мониторинге и защите электрических цепей. энергосистемы. Эти типы измерительных трансформаторов в основном используются для изменения формы тока на уменьшенный вторичный ток с помощью реле, счетчиков, устройств управления и других инструментов.

      Испытание измерительного трансформатора необходимо при измерении, перепутывании соединений и возникновении неисправности защиты, в противном случае высокая степень точности может значительно снизиться. Одновременно произойдут электрические изменения в трансформаторе тока.

      По этим причинам необходимо проверять и настраивать трансформаторы тока вместе с подключенными к ним устройствами через обычные интервалы времени. Для этих трансформаторов используются некоторые электрические испытания, чтобы гарантировать точность и оптимальную эксплуатационную надежность, например, соотношение, полярность, возбуждение, изоляцию, обмотку и испытание на нагрузку.

      Часто задаваемые вопросы

      1). Что такое CT & PT в измерительном трансформаторе?

      Трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT) — это измерительные устройства, используемые в системах переменного тока

      2). Какова функция измерительного трансформатора?

      Эти трансформаторы используются для измерения и защиты оборудования

      3). Что такое кВА в трансформаторах?

      КВА означает киловольт-ампер, и это единица полной мощности, 1 кВА = 1000 ВА

      4).Почему используется трансформатор тока?

      Этот тип трансформатора используется для увеличения или уменьшения переменного тока

      5). В чем преимущество измерительного трансформатора?

      Этот трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между цепями, такими как высоковольтные силовые и измерительные устройства, чтобы уменьшить необходимость в электрической изоляции.

      Итак, это все об обзоре измерительного трансформатора. Это высокоточные электрические устройства, используемые в основном для изоляции, преобразования уровней тока или напряжения.Первичная обмотка трансформатора может быть подключена к цепи высокого напряжения или высокого тока, а реле или измеритель — к вторичной цепи. Эти трансформаторы также используются в качестве изолирующего трансформатора за счет использования вторичных величин в фазовой манипуляции без влияния на другие устройства. Вот вам вопрос, каково основное назначение приборного трансформатора?

      Пиковое измерение> Производители

      Что такое корпорация приборного трансформаторного оборудования (ITEC)?

      ITEC расположен в районе Шарлотт / Монро в Северной Каролине.Компания производит продукцию для электротехнической и коммунальной промышленности в США и на экспорт. ITEC является производителем оригинального оборудования для измерительных трансформаторов, разделенных на две области применения; коммерческий учет и релейная защита. ITEC предлагает широкий выбор конструкций изделий, хорошо подходящих для областей обслуживания трансформаторов напряжения и тока. ITEC также предлагает различную поддержку и технические услуги, относящиеся к применению и эксплуатации оборудования для измерительных трансформаторов.Компания использует высокозатратные конкурентоспособные технологии во всех областях для производства продуктов, которые технологически конкурентоспособны по сравнению с другими продуктами, доступными на сегодняшнем рынке.

      ITEC продолжает расширять ассортимент своей продукции и услуг для оригинальных конструкций измерительных трансформаторов от отдельных блоков на 600 вольт до 161 кВ. Кроме того, дополнительное оборудование, такое как трансформаторы тока с внешними проходными изоляторами, подходящие для использования с аппаратом напряжением до 765 кВ, можно приобрести у компании ITEC. Компания предлагает сухие формованные бутилкаучуковые и маслонаполненные продукты для применения от генерации до передачи и от суб-передачи до распределительных систем.Также доступен ряд услуг по поддержке, включая ремонт и выборочные испытания (согласно IEEE STD C57.13 Последняя редакция) продуктов для измерительных трансформаторов.

      ITEC почти полностью состоит из многолетних, опытных производственных и профессиональных сотрудников, обладающих навыками проектирования, производства и испытаний измерительных трансформаторов. Эти люди объединили свои усилия из-за общего желания восстановить основную группу навыков, связанных с изделиями для измерительных трансформаторов.Компанию контролирует уважаемая группа профессионалов, которые считаются сильными в своих областях проектирования, продаж, производства и управления.

      Кто такая корпорация приборного трансформаторного оборудования (ITEC)?

      Практически все руководство и персонал ITEC — это опытные профессионалы в области производства измерительных трансформаторов. Эти основные кадры квалифицированного персонала на местах имеют опыт работы более 300 человеко-лет.Эти люди разбираются в тонкостях конструкции электрооборудования, литья бутилкаучука, переработки нефти и обслуживания клиентов. Эти люди склонны к стандартам качества и мастерству, необходимым для достижения длительного срока службы, необходимого для электротехнической продукции.

      Мы, сотрудники ITEC, хотим поблагодарить наших клиентов за их бизнес и постоянную поддержку, потому что именно ваши потребности мы стремимся удовлетворить высочайшим качеством, быстрым обслуживанием и индивидуальной работой. Нашим друзьям и коллегам мы хотим выразить нашу признательность за ваши усилия, направленные на превращение ITEC в сильную и надежную долгосрочную организацию.Спасибо!

      Предложение продуктов и общая информация ITEC.

      Введение — Instrument Transformer Equipment Corporation (ITEC) занимается разработкой, производством и продажей измерительных трансформаторов для широкого спектра применений, как указано в этом руководстве покупателя, а также других электрических устройств. Все продукты ITEC соответствуют IEEE STD C57.13 (последняя редакция), ITEC и спецификациям клиентов. Тесты проводятся со ссылкой на Национальный институт стандартов и технологий США (NIST).

      Этот сайт содержит общую физическую информацию и информацию о производительности, необходимую пользователю, чтобы сделать выбор, соответствующий потребностям своего приложения. Ожидается, что от завода или местного торгового представителя потребуется дополнительная информация об использовании продукции ITEC. Если у вас возникнут какие-либо вопросы по выбору или применению, вам рекомендуется связаться с вашим местным представителем или напрямую на заводе.

      При заказе укажите: Номер детали изделия, а также напряжение, коэффициент передачи, класс точности и требования к применению для счетчика или реле.Примечание: продукция ITEC работает с частотой 60 Гц, если не указано иное.

      Механические требования должны быть определены во время заказа, чтобы обеспечить бесперебойную установку.

      В случае силовых устройств или продуктов для мониторинга требуется указание точности / регулирования и возможности регулирования мощности.

      Кроме того, укажите любые ссылочные номера, если ваши потребности аналогичны существующему устройству, но с другой производительностью или физическими потребностями.

      ITEC специализируется на высоком качестве, быстром обслуживании и индивидуальной работе.

      Отслеживание передовых измерительных трансформаторов ветряных турбин

      Управление активами ветряных электростанций может быть неэффективным без использования подходящего измерительного измерительного трансформатора для контроля производимой и передаваемой мощности. Недавние усовершенствования конструкции измерительного трансформатора повысили точность и стабильность рабочего диапазона трансформатора тока. Это обеспечивает точность вплоть до чрезвычайно низких уровней тока для захвата генерируемой энергии независимо от наличия ветряной турбины или скорости ветра.Таким образом, благодаря этой возможности ветряные фермы могут получать дополнительную прибыль от производимой электроэнергии на уровнях, невиданных ранее в отрасли.

      Ник С. Пауэрс, менеджер по маркетингу высоковольтных измерительных трансформаторов, ABB Kuhlman, www.ABB.com

      ТТ (стрелка) устанавливается поверх высоковольтных вводов силовых трансформаторов, автоматических выключателей или кабельных наконечников.

      Измерительные трансформаторы преобразуют высокие напряжения и токи в стандартизованные значения для измерительного и контрольного оборудования, такого как счетчики и реле.Изменяющийся рынок электроэнергетики требует измерительных измерительных трансформаторов с улучшенными характеристиками, чтобы соответствовать функциональным характеристикам дерегулируемой отрасли. Широкие двунаправленные колебания потока мощности, вызванные независимыми производителями электроэнергии (IPP), и растущая потребность в точных измерениях при малых токах требуют новых конструкций измерительных трансформаторов, которые соответствуют требованиям пользователей. Хорошая новость заключается в том, что последние разработки трансформаторов превзошли лучшие характеристики, определенные в традиционном стандарте IEEE C57.13 / CSA C60044 отраслевые стандарты, регулирующие проектирование, производство и испытания измерительных трансформаторов. Кроме того, современные измерительные трансформаторы удобно взаимодействуют с существующим оборудованием на объекте.

      Разработчики такого оборудования реагируют на реальные потребности рынка, чтобы получить лучшую производительность. Они также работают над тем, чтобы быстрее ввести оборудование в эксплуатацию и тратить меньше средств на точные измерения в различных местах, таких как ветряные электростанции, объекты генерации базовой нагрузки или другие IPP, такие как солнечные фермы.В этой статье описаны приложения, которые обычно можно найти во многих новых местах измерения.

      Больше точек измерения
      Когда электроэнергетические компании владеют всей системой электроснабжения — генерация, передача, распределение и доставка потребителям, как показано на иллюстрации единой системы электроснабжения, — учет в промежуточных точках не требуется, поскольку мощность контролируется одним лицом. В этом случае фактическая мощность в большинстве случаев не измеряется, пока конечный пользователь не получит ее.

      В единой системе электроснабжения мощность контролируется одним объектом. Это устраняет необходимость в промежуточном измерении, поскольку фактическая мощность не измеряется до момента доставки конечному пользователю.

      Измерения в энергосистеме Северной Америки значительно изменились за последние годы из-за дерегулирования и независимого производства электроэнергии. В стремлении открыть энергосистему общего пользования для конкуренции, объем и сложность деятельности, требующей измерения, увеличились.Во многих штатах требуется измерение всех участков генерации, а также точек потребления электроэнергии. Это произошло в Техасе при надзоре за счетчиками, осуществляемом Советом по надежности электроснабжения Техаса. Кроме того, если генерирующие активы продаются местными коммунальными предприятиями сторонним интересам, эти точки модернизируются установками учета.

      IPP строят объекты генерации (как правило, газовые, солнечные или ветровые электростанции с комбинированным циклом) в местах, требующих мощности, и расположены удобно по отношению к источнику первичного двигателя и передающей сети.IPP обычно предпочитают измерять выходную мощность на стороне высокого напряжения объекта в точке, наиболее близкой к фактическому подключению к сети. Даже в сегодняшней осторожной энергетической среде некоторые электроэнергетические компании рассматривают способы измерения своих распределительных и розничных подстанций в рамках подготовки к возможному разделению энергосистемы общего пользования. Это в дополнение к нормальному измерению, которое происходит в точках привязки системы, и точках измерения потребителя, подключенных и в настоящее время покупающих мощность на высоких уровнях напряжения.

      На протяжении многих десятилетий IEEE C57.13 задавал темп измерительной технологии для удовлетворения потребностей объектов, относящихся к промышленным и коммунальным приложениям — измерение от небольших индивидуальных нагрузок до больших блоков мощности. Однако в течение последних 10 лет потребности в измерениях развивались быстрее, чем этот отраслевой стандарт. Чрезвычайно большие колебания тока присутствуют в точках учета электроэнергии для объектов ИЭС. Эти объекты имеют низкие требования к вспомогательной энергии, поступающей от линии передачи.Это небольшая часть генерирующих мощностей предприятия. Неточность измерения на этих малых уровнях тока недопустима в этом типе измерительного приложения из-за того, что оператор передающей сети поставляет эту мощность, а также назначает измерительное оборудование, которое будет использоваться в большинстве установок. Поэтому использование высокоточных двунаправленных измерителей является обязательным.

      Стандарты измерения измерительного трансформатора

      В жестком мире коммерческого учета (и для всех заинтересованных сторон) важно точно измерить доступную мощность.Когда напряжения и нагрузки становятся достаточно высокими, чтобы потребовалось измерение с номиналом измерительного трансформатора, отраслевой стандарт IEEE C57.13 должным образом определяет требования к точности и нагрузке измерительного трансформатора. Это определяет стандартные критерии приемки и в практических пределах помогает свести к минимуму ошибки, связанные с снятием показаний измерительных трансформаторов с уровнями от 600 В до 765 кВ. Типичные требования для большинства установок коммерческого учета по всей территории США в соответствии с основным стандартом IEEE C57.13 эталоном для измерения проданной мощности был класс точности 0,3.

      Трансформаторы

      класса 0.3 должны соответствовать следующим критериям с нагрузкой измерительных приборов, подключенных к трансформатору:

      Трансформаторы тока (ТТ)

      • При 100% коэффициента тока до номинального коэффициента продолжительного тока ТТ, поправочные коэффициенты трансформатора (TCF) должны быть в пределах от 0,997 до 1,003.
      • На текущих уровнях ниже 100% и ниже 10% коэффициента текущей ликвидности TCF должен быть в пределах 0.994 и 1.006.

      Трансформаторы напряжения (ТН)

      • Для рабочих напряжений от 90% до 110% номинального напряжения TCF должен быть между 0,997 и 1,003 для коммерческого учета.

      Работа ТТ чувствительна к фактическим измеренным уровням тока нагрузки. Как правило, измерения более высокого уровня тока обеспечивают более точные результаты, а уровни низкого тока имеют тенденцию страдать от более неточных показаний из-за ошибки возбуждения сердечника ТТ. На работу ТН обычно не влияют рабочие условия, поскольку напряжение имеет тенденцию быть относительно стабильным, в пределах ± 10% от номинальных номинальных значений.

      Для измерения высокого напряжения для прямого подключения к сети электропередачи конструкции трансформаторов тока до 500 кВ с очень широким диапазоном характеристик обеспечивают точность 0,15% от 0,5% до 400% номинального значения тока. Благодаря этому колебанию тока 800: 1 без потери точности одна конструкция может измерять генерируемую мощность в тысячи ампер, а также потреблять обратную мощность при малых уровнях тока для вспомогательной энергии, возвращаемой в объект.

      Стремясь удовлетворить растущие потребности в измерениях при больших колебаниях нагрузки, IEEE C57.В стандарте 13.6, опубликованном в 2005 году, установлены классы точности 0,15 и 0,15 с. В частности, для широких колебаний нагрузки в ветряных электростанциях трансформаторы класса 0,15s должны соответствовать следующим критериям с нагрузкой на измерительные приборы, подключенные к трансформатору:

      Трансформаторы тока 0,15 с

      • При 100% коэффициента тока до номинального коэффициента непрерывного тока ТТ TCF должен находиться в пределах от 0,9985 до 1,0015.
      • На текущих уровнях ниже 100% и ниже 5% коэффициента текущей ликвидности TCF должен быть в пределах 0.9985 и 1.0015.

      Этот класс является улучшением по сравнению с предыдущими приборами класса 0,3, а также 0,15, потому что он поддерживает точность 0,15% по сравнению с более широким размахом тока. Однако он по-прежнему не покрывает чрезвычайно низкий размах тока, необходимый для измерения вспомогательной мощности при перетоке мощности из сети обратно в объект для требований вспомогательной энергии. Многие производители разработали трансформаторы тока с широким диапазоном измерения лучше, чем класс 0,15s, для приложений IPP. Фактически, благодаря передовой отдельно стоящей конструкции мы смогли сертифицировать точность даже до 0.25% номинального тока. Результат — IPP получают лучшую окупаемость инвестиций за счет конструкции с точностью 0,15%, в то время как коммунальное предприятие по подключению может точно измерить обратную мощность, возвращаемую в объект. Это системная ярмарка для всех вовлеченных сторон.

      Усовершенствования в измерении активов
      Благодаря повышению класса точности 0,15% точность измерения номинального тока снизилась до 10%, 5% и 1% от номинального тока и ниже.

      Широкий диапазон высокоточных измерительных измерительных трансформаторов обеспечивает более высокий класс точности 0.15%, чтобы лучше согласовываться с технологией твердотельного измерения, и производятся с коэффициентом непрерывного тока до 4,0 (400% от номинального тока). Это обеспечивает лучший диапазон измерения за счет увеличения верхнего уровня измерения с использованием счетчиков класса 20 для полного доступа к рабочему диапазону ТТ. Трансформаторы также имеют прослеживаемую точность при переходе на уровни низкого тока, намного ниже, чем у традиционных конструкций класса 0.3.

      В установке 69 кВ используются однофазные счетчики, которые экономят место и сокращают затраты.В трехэлементной первичной точке измерения требуется 3 ТТ и 3 ТН. С уменьшением количества конструкций и корпусов требуется меньше места для подстанций ветряных электростанций.

      На прилагаемой фотографии (вверху справа) показан пример конструкций класса 0,15s, которые успешно используются в ветряных электростанциях и других объектах IPP, где отдельно стоящие ТТ и ТН с масляным наполнением 345 кВ обеспечивают высокую точность измерения с точностью 0,15% от 400% номинального тока до 0,5 %% от номинала и погрешность 0,3% до 0.25% номинального тока. В этом случае трансформаторы тока с соотношением 200: 5 и RF = 4,0 обеспечивают точность измерения 0,15% от 1 до 800 А и от 0,3% до 0,5 А! Прослеживаемость точности до уровней малых токов позволяет улавливать генерируемую мощность независимо от наличия ветряной турбины или скорости ветра.

      Учитывая недавнее повышение точности измерительных трансформаторов, повышенное внимание теперь уделяется правильному выбору твердотельного измерителя для обеспечения точного измерения мощности при низких уровнях нагрузки. Исторически измерительные трансформаторы были ограничивающими элементами в измерительной цепочке.Современные высокоточные конструкции, рассчитанные на точную работу при вторичных токах 12,5 мА и ниже, теперь заставляют твердотельные измерители идти в ногу с развитием измерительных трансформаторов.

      Более простая установка
      Теперь, благодаря высокоточной технологии коммерческого учета, доступной в конструкциях с наружной обшивкой, таких как ACCUSlip CT от ABB, для их установки не требуются опорные конструкции и фундаменты. Скользящие трансформаторы тока устанавливаются поверх высоковольтных вводов силовых трансформаторов, автоматических выключателей или заделок кабелей.Это экономит место и затраты на установку, а также избавляет от необходимости размещать на подстанции трансформаторы с изоляцией высокого напряжения. Более того, конструкции слипсов стоят в несколько раз дешевле, чем приобретенные отдельно стоящие конструкции с масляным наполнением. Но это обычно рекомендуется для объектов с базовой нагрузкой, которые имеют более постоянный ток и не опускаются ниже 5% от номинального уровня коэффициента мощности.

      Для более широкого диапазона рабочих характеристик с приложениями с очень низким конечным током в другом методе уменьшения опорных конструкций и затрат на установку используются трансформаторы, называемые комбинированными измерительными блоками.Эти конструкции содержат трансформаторы тока и напряжения в общей конфигурации.

      Однофазные комбинированные конструкции трансформаторов тока и напряжения начинаются от 5 кВ и заканчиваются до 230 кВ. Доступны трехфазные конструкции от 5 кВ до 46 кВ. Эти конструкции имеют ту же точность и номинальную нагрузку, что и отдельные трансформаторы тока и напряжения, даже при высокой точности и широком диапазоне. Комбинируя компактный формат дозаторов с высокой точностью 0,15 с в усовершенствованных конструкциях дозаторов, одна конструкция обычно может удовлетворить многие потребности в диапазоне соотношений.Это может значительно сократить количество необходимых предметов инвентаря. С увеличением количества модификаций из-за увеличения выработки и отмены регулирования учета, скользящие и измерительные блоки являются ценными решениями проблемы принудительного измерения в существующих установках. Удобство установки является основным соображением в новых и модернизируемых местах учета, и эти новые продукты помогают удовлетворить эту потребность.

      Более быстрая доставка осуществляется быстрее
      Еще одним нововведением для удовлетворения потребностей разработчиков ветряных электростанций стало введение многоканального, широкого диапазона, высокоточного, переключаемого комбинированного дозатора (тип KXM-SP), который позволяет быстро подключается на месте для использования в качестве ТТ с соотношением сторон 200: 5, 300: 5, 400: 5, 600: 5, 800: 5, 1200: 5 или 1600: 5 с коэффициентом рейтинга до 4.0. Эта конструкция составляет 0,15% B1,8, способную на каждом отводе тока от 0,5% номинального тока до значения номинального коэффициента. Таким образом, один номер детали для каждого класса напряжения определяет блок, который измеряет от 1 до 3200 А с точностью 0,15% и обеспечивает кратковременное значение 50 кА RMS. Кроме того, он доступен для быстрой доставки, потому что это стандартный дизайн со складами или, что еще хуже, 12-недельная доставка.

      Из-за стандартизации сердечник и катушки предварительно собираются перед заказом клиента, чтобы сократить время выполнения заказа. Планируемый запас на заводе также поддерживает чрезвычайные потребности.В этой схеме с последовательной параллельной первичной шиной используются повторно соединяемые первичные обмотки и вторичные обмотки с ответвлениями. Он имеет специальный стальной сердечник, обеспечивающий высокую точность, широкий диапазон характеристик, но с несколькими передаточными числами на выбор. Это значительно увеличивает диапазон эффективных токов И сокращает время подачи питания на ваш сайт!

      Новые разработки по тестированию ошибок позволяют техническим специалистам выявлять ошибки трансформатора на установленных ТТ и ТН, не снимая оборудование.

      Сертификация существующих измерительных трансформаторов
      Если инфраструктура уже существует и подключена к электросети, иногда более целесообразно и экономично рассмотреть возможность использования существующих установленных проходных трансформаторов тока и трансформаторов напряжения для подключения к счетчикам мощности.Однако есть ряд факторов, которые в настоящее время ограничивают их использование. Например:

      • ТТ, установленные на основных электрических устройствах, таких как силовые трансформаторы, автоматические выключатели или генераторы, не рассчитаны на точность измерения по конструкции, но чаще являются устройствами релейного типа.
      • ТТ и ТН

      • не имеют сертификатов точности для поддержки их измерительных приложений.
      • Связанная нагрузка на приложение не измерена и неизвестна при установке.Следовательно, производительность ИТ при таких уровнях нагрузки не определена.

      Новаторские методы тестирования для выявления ошибок трансформатора на установленных трансформаторах тока и напряжения в генераторах, силовых трансформаторах и распределительных устройствах используются для коммерческого учета.

      Эти испытания можно удобно проводить на установленных ТТ и ТН, не снимая их с основного оборудования. Компания ABB, например, проверила тысячи ТТ и ТН на месте с помощью этих тестов и предоставила точные результаты для многих трансформаторов тока и напряжения.Они были установлены внутри генераторов, трансформаторов питания станций и в других местах на объектах и ​​подстанциях и вокруг них. Трансформаторы, испытанные с использованием этих методов, можно считать пригодными для использования в измерительных установках при условии, что результаты испытаний подтверждают точность их рабочих характеристик. WPE

      Преимущества инноваций
      Повышение точности продукта выходит далеко за рамки лучших оценок последнего стандарта IEEE. Стабильные диапазоны показателей точности доводятся до невиданных ранее текущих уровней, как высоких, так и низких.Улучшенная возможность захвата точных измерений на уровнях низкого и высокого тока в рамках единой конструкции позволяет измерять доход, даже когда происходят большие колебания тока в приложениях для генерации энергии ветра и вспомогательных силовых нагрузок. Точность является ключом к измерению приложений с большой нагрузкой в ​​энергосистеме в нерегулируемой среде, с справедливыми результатами для продавца и покупателя электроэнергии.

      Новые конструкции трансформаторов, а также новые методы испытаний для существующих измерительных трансформаторов, документирующие их возможности, предоставляют пользователям доступ к большему количеству точек измерения для сбора данных и более высокую точность для оптимальной производительности.Лица, принимающие решения в области измерения, также имеют доступ к более качественным продуктам, более простым установкам и более дешевым вариантам измерения критических нагрузок.

      Таким образом, владельцы ветряных электростанций должны:

      • Определите лучшие места для установки измерительных трансформаторов, которые соответствуют или превосходят действующие стандарты в отрасли.
      • Пересмотрите проект системы, чтобы воспользоваться преимуществами современных технологий, доступных на рынке сегодня, по сравнению с тем, когда ферма была введена в эксплуатацию.
      • Убедитесь, что возможны экстремальные колебания тока, и воспользуйтесь преимуществами новых высокоточных измерительных трансформаторов, которые могут окупиться за счет увеличения доходов, которые они принесут.
      • Запасные части, основанные на многоступенчатых, широких диапазонах высокоточных единиц, комбинированных дозирующих единиц по сравнению с отдельными компонентами, поскольку они могут уменьшить необходимый объем запасов.
      • Работайте с проверенными поставщиками, которые работают в отрасли долгое время и могут оказывать поддержку на местном и глобальном уровнях.

      Ник С. Пауэрс

      измерительных трансформаторов: что это такое? (и их преимущества)

      Что такое измерительный трансформатор?

      Измерительные трансформаторы используются в системе переменного тока для измерения электрических величин i.е. напряжение, ток, мощность, энергия, коэффициент мощности, частота. Измерительные трансформаторы также используются с реле защиты для защиты энергосистемы.

      Основная функция измерительных трансформаторов заключается в понижении напряжения и тока системы переменного тока. Уровень напряжения и тока в энергосистеме очень высок. Разработать измерительные приборы для измерения напряжения и тока такого высокого уровня очень сложно и дорого. Обычно измерительные приборы рассчитаны на 5 А и 110 В.

      Измерение таких очень больших электрических величин становится возможным при использовании измерительных трансформаторов с этими небольшими измерительными приборами. Поэтому эти измерительные трансформаторы очень популярны в современных энергосистемах.

      Преимущества измерительных трансформаторов

      1. Большое напряжение и ток в системе переменного тока можно измерить с помощью небольшого измерительного прибора, например, 5 А, 110–120 В.
      2. С помощью измерительных трансформаторов можно стандартизировать измерительные приборы .Что приводит к снижению стоимости средств измерений. Более того, поврежденные измерительные приборы можно легко заменить на исправные стандартизованные измерительные приборы.
      3. Измерительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку между силовой цепью высокого напряжения и измерительными приборами. Это снижает требования к электрической изоляции измерительных приборов и защитных цепей, а также обеспечивает безопасность операторов.
      4. Несколько измерительных приборов могут быть подключены к энергосистеме через один трансформатор.
      5. Из-за низкого уровня напряжения и тока в цепи измерения и защиты, в цепях измерения и защиты имеется низкое энергопотребление.

      Типы измерительных трансформаторов

      Измерительные трансформаторы бывают двух типов —

      1. Трансформатор тока (CT)
      2. Трансформатор потенциала (PT)

      Трансформатор тока (CT)

      Трансформатор тока используется для понижения тока энергосистемы на более низкий уровень, чтобы сделать возможным измерение амперметром с малым номиналом (т.е.е. 5А амперметр). Типовая схема подключения трансформатора тока показана на рисунке ниже.

      Начальная школа C.T. очень мало ходов. Иногда также используется первичный стержень. Первичный соединен последовательно с силовой цепью. Поэтому иногда его еще называют трансформатором серии . Вторичный имеет большой нет. оборотов. Вторичный подключается напрямую к амперметру. Поскольку у амперметра очень маленькое сопротивление. Следовательно, вторичная обмотка трансформатора тока работает почти в короткозамкнутом состоянии.Одна клемма вторичной обмотки заземлена, чтобы избежать высокого напряжения на вторичной обмотке относительно земли. Что, в свою очередь, снижает вероятность пробоя изоляции, а также защищает оператора от высокого напряжения. Прежде чем отсоединить амперметр, вторичная обмотка закорачивается с помощью переключателя «S», как показано на рисунке выше, чтобы избежать повышения высокого напряжения на вторичной обмотке.

      Трансформатор потенциала (P.T.)

      Трансформатор потенциала используется для понижения напряжения энергосистемы до более низкого уровня, чтобы можно было измерить его с помощью небольшого вольтметра i.е. Вольтметр 110 — 120 В. Типичная схема подключения трансформатора напряжения показана на рисунке ниже.

      Первичный элемент P.T. имеет большой нет. оборотов. Первичный подключается через линию (обычно между линией и землей). Следовательно, иногда его также называют параллельным трансформатором . Вторичная П.Т. имеет несколько витков и подключен напрямую к вольтметру. Поскольку вольтметр имеет большое сопротивление. Следовательно, вторичный элемент P.T. работает почти в разомкнутом состоянии.Один терминал вторичной обмотки P.T. заземлен для поддержания вторичного напряжения относительно земли. Что обеспечивает безопасность операторов.

      Разница между C.T. и П.

      Несколько различий между C.T. и П. указаны ниже —

      Sl. № Трансформатор тока (C.T.) Трансформатор потенциала (P.T.)
      1 Соединен последовательно с силовой цепью. Подключено параллельно силовой цепи.
      2 Вторичная обмотка подключена к амперметру. Вторичная обмотка подключена к вольтметру.
      3 Вторичные работы почти в короткозамкнутом состоянии. Вторичная работает почти в разомкнутом состоянии.
      4 Первичный ток зависит от тока силовой цепи. Первичный ток зависит от вторичной нагрузки.
      5 Первичный ток и возбуждение изменяются в широком диапазоне с изменением тока силовой цепи Первичный ток и колебания возбуждения ограничиваются небольшим диапазоном.
      6 Одна клемма вторичной обмотки заземлена, чтобы избежать пробоя изоляции. Одна клемма вторичной обмотки может быть заземлена в целях безопасности.
      7 Вторичная цепь никогда не должна быть разомкнутой. Вторичный может использоваться в условиях разомкнутой цепи.

      Некоторые справочники по измерительному трансформатору

      1. Бакши, U.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *