Емкости и напряжения трансформатора

Принцип действия, применение и эксплуатация емкостных трансформаторов напряжения

емкостные трансформаторы напряжения

Силовой

Автор Andrey Ku На чтение 4 мин Опубликовано 12.01.2019

В конструкции техники присутствует емкостный элемент. Емкостные трансформаторы напряжения предназначаются для работы в сетях подачи электроэнергии при частоте переменного тока около 50 Герц. Они часто используются в промышленных и ремонтных целях, так как являются масштабными измерительными преобразователями. Но для того, чтоб правильно подобрать или отремонтировать пришедший в непригодность трансформатор необходимо рассмотреть особенности его конструктивного устройства, важнейшие функциональные элементы.

Принцип действия

Емкостной трансформатор — необычный с точки зрения своего конструктивного устройства и принципа действия прибор. Особенность в том, что вторичное напряжение строго пропорционально первичному. В результате этого при определенном коэффициентом соотношении трансформации получаемый ток изменяется во вторичном напряжении.

При этом от класса точности, качества материала изготовления зависит то, какова будет погрешность, отклонения при функционировании устройства. Потому важно подбирать емкостные трансформаторы напряжения 110 кв и иные характеристики с качественными обмотками. Только в таком случае можно быть уверенными, что коэффициент измерения и погрешность будут минимальными, преступаемый к приборам пользователей ток имеет стабилизированное значение.

Емкостной трансформатор принцип работы заключается в том, что используется специальная технология уменьшения напряжения поэтапно. Применяется емкостный делитель, который обеспечивает переброс показателей на обмотки, в результат которого наблюдается стабилизация напряжения. ЭМУ — функциональный элемент тс, который обеспечивает беспрерывность и эффективность работы.

Емкостные трансформаторы напряжения — их принцип работы заключается в делении при помощи бумажно-пленочного диэлектрика. Он помещается перед монтированием в конструкцию в специальную диэлектрическую жидкость, которая выступает в роли синтетика. Пропитывается до необходимых показателей на протяжении часов. После установки диэлектрика, состоящий из пленки и бумаги позволяет соблюдать температурные показатели в районе приемлемых. К емкостного трансформатора тн температурные показатели составляет от 40 до 60 градусов со знаком плюс.

Секции емкостного оборудования помещаются в специальную композиционную покрышку с жидкостью. Монтируются дополнительно сифоны из нержавеющей стали, которые предназначены для компенсации расширения диэлектрических устройств. При работе с емкостными тс напряжение 100 кв и других показателей не требуется специальное защитное оборудование.

Электромагнитное устройство

Оно находится в специальном металлическом баке, который надежно загерметизирован. При этом бак не подвержен коррозийным изменениям, так как он покрыт защищающей пленкой. На передней стенке, в доступности к пользователю, находится бок с вторичными обмотками.

Зачастую выводы пломбируют, чтоб избежать вероятности неправильного или несанкционированного использования.

При этом специалисты изготовляют вторичные обмотки с другими значениями, если того требует ситуация. В обязательном порядке указываются на пломбировке значения коэффициентов, позволяющие высчитать неопытным путем энергетическую емкость и мощность.

Сфера применения и предназначение

Емкостные трансформаторы напряжения 110 кв любого типа предназначены в первую очередь для корректного учета потребления электрической энергии. Без них нельзя точно просчитать коммерческую составляющую. Кроме того, они предназначаются для защиты и управления измерительными составляющими приборами, которым предназначена электроэнергия.

При помощи трансформатора нч и тн типа происходит перезагрузка высокочастотный связи. Выводится данные на частотах от 30 до тысячи кГц, при этом в трансформаторе есть специальные ответвления для подключения.

Трансформаторы емкостные можно назвать универсальными приборами, при помощи которых выполняются различные строительные, измерительные и производственные работы, требующие корректного и бесперебойного подключения с наименьшим пороговым значением погрешности.

Условия использования

Емкостный трансформатор относится к классу относительно безопасного оборудования, которое не вредит окружающей среде. При его использовании не потребуется специального защитного оборудования для контактирующих специалистов. Присутствуют такие ограничения:

  • рабочий температурный диапазон — от 60 градусов со знаком минус до 40 градусов со знаком плюс (возможна регулировка установкой дополнительных баков и коробок со вторичными обмотками);
  • максимальная высота использования — не более тысяч метров над уровнем моря.

Обратить внимание стоит на то, что емкостное оборудование любого типа со временем портиться и перестает быть эффективным. Сильная степень загрязнения окружающей среды, которая составляет до 2,5 сантиметров на кВ наблюдается после 7 лет использования. При этом возможно производство со специальными корректирующими мерами устройств для сред с максимальным пороговым значением загрязнения — четвертой степени, соответствующей распространению до 3,1 сантиметров на кВт.

Устройство измерительных трансформаторов напряжения

Приборы, которые применяются в электросетях (Рис. 1) – счетчики, реле, ваттметры, амперметры, вольтметры рассчитаны на небольшие значения токов и напряжений. Это связано с целесообразностью изготовления этих приборов с малой изоляцией (габариты, стоимость). Однако рост мощности электрических станций влечет за собой увеличение тока и напряжения в первичных сетях. Для измерения параметров электрических сетей используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Они могут применяться как самостоятельные комплектующие в электросетях, а также на электрических и испытательных станциях и в распределительных устройствах.

Измерительные приборы

Рис. 1. Измерительные приборы

Измерительные трансформаторы напряжения

Для изолирования цепей высокого (от 6, 10 кВ и выше) от низкого напряжения вторичных обмоток (как правило, 100 В) используют измерительный трансформатор напряжения (ТН) рис. 2. Первичное и вторичное напряжение в нем соотносятся друг с другом.

Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) УХЛ2

Рис. 2. Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) УХЛ2

Как подключить в сеть трансформатор напряжения

Если в цепи переменного тока напряжение выше 220 В, необходимо использовать трансформаторы напряжения. Способ подключения устройства будет зависеть от конструкции трансформатора. Так, на линейное напряжение подключается однофазный незаземляемый трансформатор в трехфазной сети, как показано на рис. 3, а на фазное – заземляемый.

Схема включения трансформатора напряжения в сеть

Рис. 3. Схема включения трансформатора напряжения в сеть, где U1 – междуфазное (линейное) напряжение первичной обмотки 1; U2 – напряжение вторичной обмотки 2; 3 – магнитопровод трансформатора; F – предохранители трансформатора; A, X и а, х – выводы первичной и вторичной обмотки соответственно (вывод «х» необходимо заземлить); w1 и w2 – количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно; V – вольтметр; W – ваттметр; KV – реле напряжения (устройство защиты)

Принцип работы

Принцип работы всех трансформаторов основан на двух базовых принципах:

  • Изменяющийся во времени электрический ток первичной обмотки создаёт изменяющееся во времени магнитное поле.
  • Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

От внешнего источника на первичную обмотку подается напряжение. По ней же протекает переменный ток I1 намагничивания. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток за счет электромагнитной индукции, которая создаёт электродвижущую силу (ЭДС) индукции в обмотке. ЭДС индукции во вторичной обмотке приводит к протеканию тока I2 в ней.

Условная схема трансформатора

Рис. 4. Условная схема трансформатора

Класс точности измерительных трансформаторов

В реальных трансформаторах преобразование тока сопровождается потерями энергии. Эта энергия расходуется на создание магнитного потока в магнитопроводе, на его нагрев и перемагничивание, а также нагрев проводов обмоток и вторичной цепи. Это создает погрешности в работе трансформаторов.

Класс точности – обобщенная характеристика трансформатора напряжения, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы. Чтобы обозначить класс точности вторичной обмотки, надо знать ее назначение.

Значения классов точности обмоток трансформатора напряжения:

  • 0,2, 0,5, 1, 3 – для измерений,
  • 3Р, 6Р – для защиты.

Конструкция измерительных трансформаторов напряжения

Активная часть

Основной узел трансформаторов тока и напряжения – это сборка медных обмоток и магнитопровода. Технические параметры будущего трансформатора будут зависеть именно от нее. В активную часть устройств входят также литая изоляция, различные контакты и втулки, картонные прокладки и шайбы и т.п.

Магнитопровод

В трансформаторах напряжения применяются С-образные ленточные магнитопроводы рис. 5, которые получаются путем распила овальных магнитопроводов на две части.

Магнитопровод трансформатора напряжения

Рис. 5. Магнитопровод трансформатора напряжения

Первичная и вторичная обмотки трансформатора напряжения

Они мотаются концентрически друг на друга, сначала вторичные, затем первичная. Обмотки трансформаторов напряжения изолируются друг от друга прокладками из электроизоляционного картона. Первичная обмотка состоит из нескольких тысяч витков тонкого провода диаметром 0,14-0,16 мм, намотанных виток к витку слой за слоем. Межслоевая изоляция – пленка.

Сборка заливочной формы

Готовая активная часть устанавливается в заливочную форму, для дальнейшего залития компаундом. Компаунд представляет собой смесь нескольких веществ: эпоксидная смола, отвердитель, ускоритель, пластификатор и кварцевый песок, смешанных в нужных пропорциях. Готовый компаунд обладает отличными электроизоляционными и механическими свойствами. Является корпусом трансформатора.

Проверяется выполнение всех изоляционных расстояний. Собираются оставшиеся элементы заливочной формы (установочные втулки, заглушки). Форма отправляется на заливку, а затем в печь для дальнейшей полимеризации – процесс образования литой изоляции.

Конструктивные и технологические особенности

К конструктивным и технологическим особенностям измерительных трансформаторов напряжения относится:

  1. Изготовление трансформаторов напряжения со съемным предохранительным устройством, которое не имеет аналогов в мире, а его действие основывается на электромагнитном принципе действия СПУЭ, собственного производства, на стороне высокого напряжения.
  2. Возможность изготовления трансформатора напряжения с тремя вторичными обмотками. Переключаемые трансформаторы напряжения – возможность переключения номинального первичного напряжения. Являются аналогами зарубежных производителей, не имеют аналогов в России.
  3. Применение глубокой вакуумизации исключает воздушные включения и раковины в литой изоляции. Влияет на надежность конструкции и срок службы трансформаторов.
  4. Применение магнитопроводов различной формы, для возможности изготовлений трансформаторов необходимых габаритов по требованию заказчика.

Применяемые материалы и изделия

Группа СВЭЛ очень трепетно относится к выбору поставщиков и материалов, так как от их качества зависит надежность трансформаторов и сроки поставки готовой продукции. Материал первичной и вторичных обмоток измерительных трансформаторов – медь, обеспечивающая минимальные активные потери в трансформаторе. Детали для основных узлов измерительных трансформаторов с ростом и возможностью собственного производства изготавливаются на площадках группы СВЭЛ, что позволяет снижать себестоимость и быть конкурентоспособными на рынке трансформаторостроения.

Реализация защиты трансформатора

Высококачественная литая изоляция без воздушных включений и строгое соблюдение всех изоляционных расстояний при сборке активной части в заливочную форму, применение качественных электроизоляционных материалов гарантирует долгосрочную службу и повышенную надежность устройств производства СВЭЛ-ИТ.

На трансформаторах напряжения на первичную обмотку устанавливается защитный экран, который защищает трансформатор при перенапряжениях в результате грозовых импульсов. Конструкция трансформаторов напряжения СВЭЛ антиферрорезонансная. Феррорезонанс – это неблагоприятные явления в сети, термически разрушающие первичную обмотку. Как правило, однофазные замыкания на землю дают такой результат. Возникновение феррорезонанса зависит от параметров сети, когда емкости и индуктивности при определенных условиях уравниваю друг друга. Емкость — это параметр сети. Один из основных параметров трансформатора – индуктивность. Из-за насыщения магнитопровода имеет нельнейный характер. Чтобы бороться с феррорезанансом, мы используем заниженную индукцию в нашем трансформаторе. Устройство не уходит в насыщение в случае короткого замыкания, индуктивность при этом линейная, и феррорезонанс не возникает. А при возникновении гасится потерями в резисторах, которые мы рекомендуем устанавливать.

«Ноу хау» нашей компании — съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия (СПУЭ) рис. 6. Устанавливается на устройства типа ЗНОЛ-СВЭЛ-6(10). По назначению аналогичен предохранителям с плавкой вставкой (перегорающий проводник), однако преимуществом его использования – удобство в эксплуатации и возможность многоразового использования.

Съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия

Рис. 6. Съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия

Классификация трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения делятся по следующим признакам согласно ГОСТ 1983-2001:

  1. По категории размещения и климатическому исполнению.
  2. По виду изоляции.
  3. По принципу действия.
  4. По количеству фаз: однофазные или трехфазные.
  5. По особенностям конструктивного исполнения.
  6. По числу ступеней трансформации.
  7. По наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки.
  8. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.

Категория размещения и климатическое исполнение по ГОСТ 15150

Буквенная часть категории размещения обозначает климатическую зону:

У — умеренный климат;
ХЛ — холодный климат;
УХЛ — умеренный и холодный климат;
Т — тропический климат;
М — морской умеренно-холодный климат;
О — общеклиматическое исполнение (кроме морского);
ОМ — общеклиматическое морское исполнение;
В — всеклиматическое исполнение.

Категория размещения (цифровая часть, которая следует за буквенной):

1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации, атмосферных осадков;
3 — в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4 — в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление);
5 — в помещениях с повышенной влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Основные параметры трансформаторов напряжения согласно ГОСТ 1983-2001:

Название параметра Обозначение
Класс точности 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 3Р; 6Р
Номинальное напряжение первичной обмотки U1ном, кВ 3; 3√3; 6; 6/3 и т.п.
Номинальное напряжение вторичной основной обмотки U2ном, кВ 100;100/√3
Номинальное напряжение вторичной дополнительной обмотки U2доп, ВА 100; 100/3
Номинальная мощность (нагрузка) основной (дополнительной) обмотки Sном (Sдоп), ВА 10; 15; 20; 25; 30; 45; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200
Предельная мощность вне класса точности Smax, ВА 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500
Номинальная частота сети f, Гц 50, 60

Взаимосвязь технических характеристик и конструктивных особенностей.

Габариты и материал магнитопровода трансформаторов напряжения заданы изначально. Поэтому почти все параметры устройства являются постоянными. Это отличает трансформаторы напряжения от трансформаторов тока.

Номинальные первичные и вторичные напряжения указаны в ГОСТ 1983-2001. Это важно: при указании фазных напряжений (в случае ЗНОЛ) необходимо деление на корень из трех. При указании линейного напряжения (НОЛ или 3хЗНОЛ) это не требуется.

Номинальная мощность и класс точности напрямую определяют друг друга: чем больше мощность, тем больше погрешность в устройстве, а значит ниже класс точности.

Предельная мощность так же задана и определяется сечением провода вторичной обмотки. При указании параметров трехфазной группы 3хЗНОЛ значения номинальной и предельной мощности следует умножить на 3.

Структура условного обозначения трансформаторов напряжения

Таблица 1 – Условное обозначение типов трансформаторов по различным признакам
Конструктивное исполнение Условное обозначение
Заземляемый З
Незаземляемый
Однофазный О
Трехфазный Т
Электромагнитный
Электромагнитный каскадный К
С емкостным делителем ДЕ
Двухобмоточный
Трехобмоточный
С дополнительной обмоткой для контроля изоляции сети И
С компенсационной обмоткой К
Защищенное исполнение З
Водозащищенное исполнение В
Герметичное исполнение Г
С встроенным предохранителем П
Антиферрорезонансная конструкция А
Таблица 2 – Условное обозначение типа трансформатора по виду изоляции
Вид изоляции Условное обозначение
Воздушно-бумажная С
Литая Л
Битумный компаунд К
С фарфоровой покрышкой Ф
Масляная М
Газовая Г

ЗНОЛП – СВЭЛ – 10 – УХЛ 2

Например: ЗНОЛП – СВЭЛ – 10 – УХЛ 2

Номенклатура измерительных трансформаторов напряжения «СВЭЛ»

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10 1ЭТ.752.001 Однофазный трансформатор напряжения с заземляемым выводом первичной обмотки. Класс напряжения – 10 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-20 1ЭТ.752.004 Однофазный. Класс напряжения – 20 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-35 + ЗНОЛ-СВЭЛ-35 (III) 1ЭТ.752.005 + 1ЭТ.752.011 Однофазный. Класс напряжения – 35 кВ.
3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10 1ЭТ.753.001 Трехфазная антирезонансная группа. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-10 1ЭТ.752.002 Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-20 1ЭТ.752.006 Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 20 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-35 1ЭТ.752.007 Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 35 кВ,

НОЛ-СВЭЛ-6(10)

НОЛ-СВЭЛ-6(10) – незаземляемый двухполюсный двухобмоточный трансформатор напряжения. Номинальное напряжение первичной обмотки составляет 6 или 10 кВ. Климатическое исполнение возможно в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Устройство устанавливается в комплектном распределительном устройстве и служит для измерения параметров электрической сети. Трансформатор может применяться как силовое устройство без указания гарантированного класса точности. Мы можем предложить исполнение трансформатора с нестандартной нагрузкой по вашему заказу (см. каталог). Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение 1/1-0.

Трансформатор напряжения НОЛ-СВЭЛ-10

Рис. 7. Трансформатор напряжения НОЛ-СВЭЛ-10

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35)

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35) – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения. Изготавливается со стандартным номинальным напряжением 6/√3, 10/√3, 35/√3 кВ. в климатическом исполнении в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Основная вторичная обмотка (звезда с нулем) предназначена для измерения, а для контроля изоляции сети – дополнительная (разомкнутый треугольник). По вашему заказу мы можем изготовить устройство с 2 основными вторичными обмотками: первая — класса 0,2 для коммерческого учета и вторая — класса 0,5 для технического учета. Группа СВЭЛ производит трансформаторы с переключением первичного напряжения (отпайки во вторичной обмотке), т.е. номинальное напряжение (6/√3)-(10/√3) кВ в зависит от подключения к панели контактов. Группа СВЭЛ изготовит по вашему заказу не имеющее аналогов оборудование с предохранителем СПУЭ, разработанным на нашем предприятии. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение: 1/1/1-0-0, или 1/1/1/1-0-0-0 (для четырех обмоточных трансформаторов).

Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-10

Рис. 8. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-10

Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-35

Рис. 9. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-35

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения (Рис. 10). Имеет класс напряжения 35 кВ и климатическое исполнение в двух вариантах: УХЛ 1 или Т по ГОСТ 15150-69. То есть это устройство наружного (уличного) исполнения. Оно используется на открытых распределительных устройствах.

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

Рис. 10. Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10)

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10) – 3-фазная антиферрорезонансная группа трансформаторов напряжения. Устойчива к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в случае замыкания одной из фаз сети на землю. Возможно климатическое исполнение: УХЛ 2 или Т. Устройство имеет номинальное напряжение 6 или 10 кВ. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение Y/Y/п-0, когда дополнительные вторичные обмотки трансформаторов соединяются в открытый треугольник.

Также есть группа трансформаторов 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) со СПУЭ уменьшенных габаритов внутри литого корпуса трансформатора (Рис. 11).

Трехфазная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-10

Рис. 11. Трехфазная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-10

Габаритный чертеж

Габаритный чертеж – документ, содержащий изображение изделия (трансформатора) с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Для этого необходимо знать наибольшие длину, высоту и ширину трансформатора, то есть габаритный размер.

Для определения установочных и присоединительных размеров потребуются значения расстояния между отверстиями крепления, диаметров отверстий под болты, присоединительные размеры резьбы и другие данные, позволяющие измерить величины элементов. Это поможет установить трансформатор или присоединить его к другому оборудованию.

По габаритным чертежам не изготавливают изделия, в них не отражены данные для изготовления и сборки. Он максимально прост и только схематично указывает на характеристики устройства.

Чтобы присоединить трансформатор к другому устройству. Нужно обозначить установочные и присоединительные размеры с предельными отклонениями.

Техническая спецификация

Спецификация — перечисление специфических особенностей чего-либо, необходимый набор параметров и требований к конкретному объекту.

Техническая спецификация (ТС) на измерительные трансформаторы является частью договора поставки оборудования. Ошибки в этом документе недопустимы и могут привести к несоответствию запрашиваемой и произведенной продукции. Следует крайне внимательно отнестись к заполнению всех технических характеристик.

Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Схемы соединения устройств

Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) (Рис. 12) хорошо иллюстрирует схемы соединения устройств. Условно обозначается следующим образом — Как видно из схемы, первичная и основная вторичная обмотки соединяются по схеме звезда с нейтралью, а дополнительная вторичная соединяется по схеме открытого треугольника.

Принципиальная схема соединения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10)

Рис. 12. Принципиальная схема соединения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10)

Нормативная документация

Технические условия

Технические условия (ТУ) — это документ, устанавливающий технические требования, которым должны удовлетворять конкретное изделие, материал, вещество и пр. или их группа. Кроме того, в них должны быть указаны процедуры, с помощью которых можно установить, соблюдены ли данные требования.

Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта конструкторской или другой технической документации на продукцию.

Требования, установленные техническими условиями, не должны противоречить обязательным требованиям государственных или межгосударственных стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

Руководство по эксплуатации

Руководство по эксплуатации входит в состав конструкторской документации на готовое изделие (трансформатор).

Руководство по эксплуатации предназначено для двух видов деятельности:

  • целевое применение трансформатора;
  • техническое обслуживание трансформатора.

Задача руководства по эксплуатации — обеспечить необходимой технической информацией, как для применения, так и для обслуживания оборудования.

В руководстве по эксплуатации оборудования должны быть описаны:

Описание и работа оборудования; эксплуатация оборудования; поверка оборудования; техническое обслуживание; хранение оборудования; транспортирование оборудования и другое.

Фактически, это разделы руководства по эксплуатации.

Испытания измерительных трансформаторов напряжения

Любой трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ. Чтобы это подтвердить, проводят испытания. следует проводить испытания: для утверждения типа, на соответствие утвержденному типу, квалификационные, приемосдаточные, периодические, типовые. Самые основные описаны ниже.

Квалификационные испытания проводятся для нового типа оборудования. Данные испытания включают в себя весь перечень испытания согласно требованиям ГОСТ.

Типовым испытаниям должен быть подвергнут каждый новый тип электрооборудования. Так же типовые испытания проводят при изменении конструкции, применяемых материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать влияние на характеристики или параметры трансформаторов. В отличии от квалификационных, в типовые входят только те испытания, на которые могли бы повлиять изменения конструкции и т.п.

Приемосдаточные испытания проводятся для каждого трансформатора службой технического контроля или другой уполномоченной на это службой предприятия-изготовителя. СВЭЛ имеет собственную лицензированную испытательную станцию, которая может осуществлять весь перечень необходимых приемосдаточных испытаний, таких как: испытание электрической прочности изоляции; измерением тока холостого хода для ТН; проверка полярности; метрологические испытания на соответствие заявленному классу точности и т.п. Испытания на уровень частичных разрядов допускается не проводить для трансформаторов с изоляцией уровня «б».

Сертификаты

Чтобы сертифицировать средства измерений (СИ), их проверяют на безопасность, отслеживают электромагнитную совместимость, а тип устройства вносят в соответствующий государственный реестр. Исходя из этого, необходимо получить два сертификата соответствия для большинства средств измерения:

  • сертификат утверждения типа средств измерения;
  • сертификат соответствия в системе обязательной сертификации ГОСТ Р или декларации о соответствии ГОСТ Р.

Свидетельство об утверждении типа удостоверяет, что устройство прошло требуемые для данного типа испытания образцов, показало положительные результаты, тип устройства средства измерений был утвержден, прошел официальную государственную регистрацию в соответствующем реестре, ему присвоен уникальный регистрационный номер в реестре, СИ разрешено к использованию для измерений на территории РФ.

Трансформаторы — назначение, виды и характеристики

Трансформатор — это статическое устройство, имеющее две или более обмотки, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного напряжения и тока в одну или несколько других систем переменного напряжения и тока, имеющих обычно другие значения при той же частоте, с целью передачи мощности. (Источник: ГОСТ 30830-2002)

общий вид трансформатора

Значение трансформаторов как в электроэнергетике в целом, так и в повседневной жизни каждого человека трудно переоценить, они применяются повсеместно: на подстанциях, в городах и поселках, стоят силовые трансформаторы, понижающие высокое напряжение в тысячи и даже десятки тысяч Вольт до привычных нам 380/220 Вольт, на предприятиях стоят сварочные трансформаторы которые совершенно незаменимы на производстве, трансформаторы так же применяются и у нас дома в бытовой технике: в СВЧ-печах, блоках питания компьютеров и даже зарядных устройствах для телефонов.

В этой статье мы разберемся в том как устроены и как работают трансформаторы, какие бывают виды трансформаторов, а так же приведем их общие характеристики.

Общее устройство и принцип работы трансформаторов

В общем виде трансформатор представляет собой две обмотки расположенных на общем магнитопроводе. Обмотки выполняются из медного или алюминиевого провода в эмалевой изоляции, а магнитопровод изготовлен из тонких изолированных лаком пластин электротехнической стали, для уменьшения потерь электроэнергии на вихревые токи (так называемые токи Фуко).

Та обмотка, которая подключается к источнику питания, называется первичной обмоткой, а обмотка к которой подключается нагрузка — соответственно вторичной. Если со вторичной обмотки (W2) трансформатора снимается напряжение (U2) ниже, чем напряжение (U1) которое подаётся на первичную обмотку (W1), то такой трансформатор считается понижающим, а если выше — повышающим.

Общее устройство трансформатора

Металлическая часть на которой располагается электрическая обмотка (катушка), т.е. которая находится в ее центре, называется сердечником, в трансформаторах этот сердечник имеет замкнутое исполнение и является общим для всех обмоток трансформатора, такой сердечник называется магнитопроводом.

Как уже было сказано выше принцип работы трансформаторов основан на законе электромагнитной индукции, для понимания того как это работает представим самый простой трансформатор, аналогичный тому который представлен на рисунке 2, т.е. у нас есть магнитопровод на котором располагаются 2 обмотки, представим, что первая обмотка состоит всего из одного витка, а вторая — из двух.

Теперь подадим напряжение 1 Вольт на первую обмотку, ее единственный виток условно создаст магнитный поток величиной в 1 Вб (Справочно: Вебер (Вб) — единица измерения магнитного потока) в магнитопроводе, так как магнитопровод имеет замкнутое исполнение магнитный поток будет протекать в нем по кругу при этом пересекая 2 витка второй обмотки, при этом в каждом из этих витков за счет электромагнитной индукции наводит (индуктирует) электродвижущую силу (ЭДС) в 1 Вольт, ЭДС этих двух витков складывается и на выходе со второй обмотки мы получаем 2 Вольта.

Таким образом, подав на первичную обмотку 1 Вольт на вторичной обмотке мы получили 2 Вольта, т.е. в данном случае трансформатор будет называться повышающим, т.к. он повышает поданное на него напряжение.

Но этот трансформатор может работать и в обратную сторону, т.е. если на вторую обмотку (с двумя витками) подать 2 Вольта, то с первой обмотки по тому же принципу мы получим 1 Вольт, в этом случае трансформатор будет называться понижающим.

Общие характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • номинальную мощность;
  • номинальное напряжение обмоток;
  • номинальный ток обмоток;
  • коэффициент трансформации;
  • коэффициент полезного действия;
  • число обмоток;
  • рабочую частоту;
  • количество фаз.

Мощность является одним из главных параметров трансформаторов. В паспортных (заводских) данных трансформатора указывается его полная мощность (обозначается буквой S), она зависит от типа используемого магнитопровода, количества и диаметра витков в обмотках, то есть от массогабаритных показателей электромагнитного аппарата.

Измеряется мощность в единицах В∙А (Вольт-Ампер). На практике для трансформаторов больших мощностей, как правило используются кратные Вольт-Амперам величины Киловольт-ампер — кВА (10 3 В∙А) и Мегавольт-ампер — МВА (10 6 В∙А).

Фактически каждый трансформатор имеет 2 значения мощности: входную (S1) — мощность, которую трансформатор потребляет из питающей его сети и выходную (S2) — мощность, которую трансформатор отдает подключенной к нему нагрузке, при этом выходная мощность всегда меньше входной за счет электрических потерь в самом трансформаторе (потери на нагрев обмоток, потери на вихревые токи и т.д.) величина этих потерь определяется другим основным параметром — коэффициентом полезного действия, сокращенно — КПД (обозначается буквой η), данный параметр указывается в процентах.

Например если КПД указано 92% — это значит, что выходная мощность трансформатора будет меньше входной на 8%, т.е. 8% -это потери в трансформаторе.

Формулы расчета мощности:

  • I1,I2 — соответственно, токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора в Амперах;
  • U1,U2 — соответственно, напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора в Вольтах.

Следует помнить, что полная мощность состоит из активной (P) и реактивной (Q) мощностей:

  • Активная мощность определяется по формуле: P=U х I х cosφ ,Ватт (Вт)
  • Реактивная мощность определяется по формуле: Q=U х I х sinφ ,вольт-ампер реактивный (Вар)
  • Коэффициент мощности: cosφ=P/S;
  • Коэффициент реактивной мощности:sinφ=Q/S

Формулы расчета КПД (η) трансформатора:

Как уже было указано выше КПД определяет величину потерь в трансформаторе или иными словами эффективность работы трансформатора и определяется оно отношением выходной мощности (P2) к входной (P1):

В результате данного расчета значение КПД определяется в относительных единицах (в виде десятичной дроби), например — 0,92, чтобы получить значение КПД в процентах рассчитанную величину необходимо умножить на 100% (0,92*100%=92%).

Чем ближе КПД к 100% тем лучше, т.е. идеальный трансформатор — это трансформатор в котором P2=P1, однако в реальности из-за потерь в трансформаторе выходная мощность всегда ниже входной.

Это хорошо видно из так называемой энергетической диаграммы трансформатора (рис.3):

энергетическая диаграмма трансформатора

  • P1 — активная мощность, потребляемая трансформатором от источника;
  • P2 — активная (полезная) мощность, отдаваемая трансформатором приемнику;
  • ∆Pэл — электрические потери в обмотках трансформатора;
  • ∆Рм — магнитные потери в магнитопроводе трансформатора;
  • ∆Рдоп — дополнительные потери в остальных элементах конструкции.

В режиме холостого хода (работы без подключенной к трансформатору нагрузки) КПД трансформатора η = 0. Мощность холостого хода P0, потребляемая трансформатором в этом режиме, расходуется на компенсацию магнитных потерь. С увеличением нагрузки в достаточно небольшом диапазоне (приблизительно β = 0,2) КПД достигает больших значений. В остальной части рабочего диапазона КПД трансформатора держится на высоком уровне. В режимах, близких к номинальному, КПД трансформатора η ном = 0,9 — 0,98.

Зависимость КПД от нагрузки представлена на следующем графике (рис.4):

график зависимости КПД отт нагрузки трансформатора

Первичное номинальное напряжение U1н — это напряжение, которое требуется подать на первичную катушку трансформатора, чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное напряжение U2н.

Вторичное номинальное напряжение U2н — это значение, которое устанавливается на выводах вторичной обмотки при подаче на первичную обмотку номинального первичного напряжения U1н, в режиме холостого хода.

Номинальный первичный ток I1н — это максимальный ток, протекающий в первичной обмотке, т.е. потребляемый трансформатором из сети, на который рассчитан данный трансформатор и при котором возможна его длительная работа.

Номинальный вторичный ток I2н — это максимальный ток нагрузки, протекающий во вторичной обмотке, на который рассчитан данный трансформатор и при котором возможна его длительная работа.

Коэффициент трансформации (kт) — это отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке k=W1/W2.

Так же kт определяется как отношение напряжений на зажимах обмоток: kт=U1н/U2н.

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для повышающего — меньше 1.

Примечание: для трансформаторов тока kт определяется как отношение номинальных значений первичного и вторичного токов kт=I1н/I2н

Число обмоток у однофазных трансформаторов чаще две, но может быть и больше. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а с вторичной обмотки снимают другое значение.

Когда требуются различные напряжения для питания нескольких приборов, то в этом случае вторичных обмоток может быть несколько. Также есть трансформаторы с общей точкой на вторичной обмотке для двуполярного питания.

Рабочая частота трансформаторов может быть различной. Но при одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышается нагрев магнитопровода и обмоток, приводящий к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Конечно, трансформатор должен быть рассчитан на эту частоту. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее.

В зависимости от назначения трансформаторы изготавливают однофазными и трехфазными.

Однофазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в однофазной цепи. В основном имеет две обмотки, первичную и вторичную, но вторичных обмоток может быть и несколько.

Трехфазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно состоит из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним ярмом. На каждый стержень надеты обмотки W1 и W2 высшего (U1) и низшего (U2) напряжений каждой фазы (рис.5).

схема общего устройства трехфазного трансформатора

Виды трансформаторов

Все трансформаторы можно разделить на следующие виды:

  1. силовые;
  2. автотрансформаторы;
  3. измерительные;
  4. разделительные;
  5. согласующие;
  6. импульсные;
  7. пик-трансформаторы;
  8. сварочные.

Силовые трансформаторы являются наиболее распространенным типом промышленных трансформаторов. Они применяются для повышения или понижения напряжения. Являются неотъемлемой частью сети электроснабжения предприятий, населенных пунктов и т.д.

Общий вид силового трансформатора

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка с числом витков W1. Часть этой обмотки с числом витков W2 принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям:

схема однофазного автотрансформатора

Данный тип трансформаторов применяется в приборах автоматического регулирования напряжения. Эти устройства используются, например, в образовательных учреждениях для проведения лабораторных работ, их можно встретить в электролабораториях различных предприятий для проведения тестовых работ.

Внешний вид автотрансформаторов:

Измерительные трансформаторы подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Они обеспечивают гальваническую развязку между цепями высокого и низкого напряжений. Как видно из названия, основное применение — снижение первичного напряжения или тока до величины, используемой в измерительных цепях, например для подключение амперметров, вольтметров, счетчиков электрической энергии. Также они могут применяться в различных цепях защиты, управления и сигнализации. От других типов трансформаторов отличаются повышенной точностью и стабильностью коэффициента трансформации.

Пример измерительных трансформаторов:

внешний вид измерительных трансформаторов

Разделительные трансформаторы, данные устройства мало чем отличается от обычных понижающих или повышающих трансформаторов. Единственное различие заключено в том, что на общем магнитопроводе размещаются абсолютно идентичные обмотки. То есть у них полностью совпадают такие параметры как сечение провода, количество витков, изоляция. Поэтому коэффициент трансформации у них равен единице.

Задачей этих устройств является обеспечение гальванической развязки, т.е. исключение непосредственной электрической связи между электрической сетью и подключаемому к ней, через данный трансформатор, оборудованию.

Применяются в тех областях где предъявляются повышенные требования к электробезопасности, например подключение медицинского оборудования.

Согласующие трансформаторы применяются для согласования сопротивления различных частей каскадов электронных схем, а также для подключения нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям источника сигнала, что позволяют передать максимум мощности в такую нагрузку. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения.

Они применяются в усилителях низкой частоты в качестве входных, межкаскадных и выходных трансформаторов.

В качестве входных, согласующие трансформаоры применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов и звукоснимателей различных типов.

Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приёмным и передающим устройствам.

Импульсные трансформаторы — это устройства с ферромагнитным сердечником, которые используются для изменения импульсов тока или напряжения. Преобразуют получаемый сигнал в прямоугольный импульс. Применяются для предотвращения высокочастотных помех. Импульсные трансформаторы наиболее часто используются в электронно-вычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи, в качестве измерительных устройств в счетчиках электроэнергии

внешний вид импульсных трансформаторов

Пик-трансформаторы — преобразуют напряжение синусоидальной формы в импульсные пики с сохранением их полярности и частоты колебаний.

Незаменимы там, где для запуска исполнительного устройства требуется единичный импульс с установленной амплитудой напряжения. Это, например, управляющие электронные схемы, собранные на тиристорах. Так же применяются в качестве генераторов импульсов, главным образом в высоковольтных исследовательских установках, в технике связи и радиолокации. Наибольшее применение пиковые трансформаторы получили в автоматизации технологических процессов.

внешний вид пик-трансформаторов

Сварочные трансформаторы — являются основными источникам питания для ручной дуговой сварки на переменном токе. Они служат для понижения напряжения сети с 220В или 380В до безопасного и вместе с тем повышения величины тока для увеличения температуры электрической дуги.

внешний вид сварочных трансформаторов

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.