Для чего нужны трансформаторы тока и чем они отличаются от трансформаторов напряжения

Говоря о трансформаторе напряжения, мы имеем ввиду электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения определенной частоты: из высокого — в пониженное, или из низкого — в более высокое, в зависимости от назначения трансформатора, и в конечном счете — от коэффициента трансформации данного экземпляра. При помощи трансформатора напряжения электрическая мощность с достаточно высоким КПД передается из первичной цепи — во вторичную, к которой обычно и подключается нагрузка, то есть потребитель.

Потребитель должен соответствовать трансформатору напряжения по мощности: он может быть меньшей мощности, чем трансформатор в состоянии передать, но никогда не должен быть большей мощности, чем та, на которую спроектирован данный трансформатор, иначе напряжение на вторичной обмотке данного трансформатора начнет уменьшаться, сердечник станет постоянно входить в насыщение, и как обмотки так и сердечник будут перегреваться, КПД трансформатора упадет.

Тем не менее, напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения, работающего под нагрузкой в штатном режиме или на холостом ходу, всегда остается почти неизменным, по крайней мере с высокой точностью близким к номинальному напряжению вторичной обмотки трансформатора, то есть будет лежать в определенном известном, довольно узком диапазоне. Но при этом ток нагрузки может быть очень разным — варьироваться от нуля до максимально допустимого, в зависимости от импеданса и характера нагрузки, которую трансформатор питает в данный момент.

Трансформатор тока существенно отличается от трансформатора напряжения, как конструктивно, так и по назначению, и по особенностям применения. В то время как первичная и вторичная (или вторичные, если их несколько) обмотки трансформатора напряжения зачастую имеют немалое количество витков, отвечающее коэффициенту трансформации и параметрам сердечника, то первичная обмотка трансформатора тока — это всего один виток, проходящий через окно магнитопровода. Вторичная же обмотка трансформатора тока имеет множество витков, и всегда соединена с активной нагрузкой строго определенного номинала, например с резистором.

Теперь если через первичную обмотку потечет переменный ток определенной величины, то вторичная обмотка, будучи нагружена на постоянную активную нагрузку в виде резистора, создаст на нем падение напряжения, пропорциональное току первичной обмотки (через коэффициент трансформации) и сопротивлению нагрузки. То есть, в зависимости от тока первичной цепи, напряжение вторичной обмотки трансформатора тока может изменяться в широких пределах — от нуля до максимально допустимого.

Очевидно, такой режим отличается от режима работы трансформатора напряжения. Здесь (у трансформатора тока) как правило нет узкого диапазона номинальных напряжений вторичной обмотки, характерного для трансформаторов напряжения. Типичное применение трансформатора тока — измерение тока в цепях, к которым уже подключена нагрузка.

Трансформаторы тока, кроме расширения пределов измерения, изолируют измерительные приборы от высокого напряжения и делают возможным измерение тока в сетях с напряжением выше 1000 В.

Первичная обмотка трансформатора тока имеет изоляцию, рассчитанную на полное рабочее напряжение сети. Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала (в случае пробоя изоляции) один из зажимов вторичной обмотки и сердечник трансформатора должны быть заземлены.

В отличие от силовых трансформаторов ток вторичной обмотки в трансформаторе тока зависит от тока первичной обмотки (измеряемого тока). Поэтому при работе с трансформатором тока необходимо особенно внимательно следить за тем, чтобы вторичная обмотка была замкнута. Для этого они имеют приспособление для замыкания вторичной обмотки при отключении измерительного прибора.

В тех случаях, когда проводник с током нельзя разъединить, для подключения трансформатора тока применяются трансформаторы в виде токовых клещей. Сердечник таких трансформаторов состоит из двух половин, скрепленных шарниром, что позволяет охватить проводник с током, не разрывая его. Вторичная обмотка замкнута на амперметр, который обычно укрепляется на самом сердечнике.

Итак, трансформатор напряжения предназначен для преобразования электрической мощности переменного тока с целью питания нагрузок различного номинала, рассчитанных на напряжение вторичной обмотки трансформатора.

К трансформаторам напряжения относятся мощные промышленные трансформаторы, трансформаторы подстанций, сетевые трансформаторы, сварочные трансформаторы, трансформаторы в блоках питания некоторых бытовых приборов и т. д. эти трансформаторы могут быть как повышающими, так и понижающими.

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения сети в напряжение, доступное для измерения обычными приборами, т. е. для расширения пределов измерения приборов на переменном токе по напряжению.

Трансформаторы тока используются в измерительных целях — там, где необходимо узнать величину переменного тока, текущего по проводу. Трансформатор тока включается в разрыв этого провода, а к его вторичной обмотке подсоединяется амперметр или вольтметр, соединенный с резистором известного номинала. Путем несложных вычислений легко найти величину тока первичной обмотки. Вычисления может производить как человек, так и электроника.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов

На предприятиях в энергетических установках требуется постоянный контроль режимов функциональности оборудования. Контроль выполняют с помощью учета электроэнергии и наблюдением за показаниями приборов нагрузки и рабочего и сетевого напряжения.

Приборы для измерения тока нагрузки, рабочего напряжения в высоковольтных установках подключаются через трансформаторы тока и напряжения. Кроме измерения трансформаторы нужны для присоединения защитных устройств и реле.

Для чего нужны измерительные трансформаторы тока и напряжения

Трансформатор принадлежит к классу статических электромагнитных аппаратов, который преобразует ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Измерительные трансформаторы признаны одними из самых надежных элементов в системе энергообеспечения.

Помимо определения показателей нагрузки и напряжения служат для присоединения аппаратуры автоматического регулирования и защитных устройств. С помощью измерительных трансформаторов:

снижают габариты и вес приборов измерения;

повышают уровень безопасного обслуживания оборудования;

предупреждают последствия от ошибочных действий электротехнического персонала;

расширяют пределы измерения переменного тока.

Назначение трансформаторов напряжения

Подобное оборудование относится к однофазным устройствам, через которые присоединяют киловольтметры, фазометры для обозначения правильности чередования фаз, ваттметры для определения мощности и для подключения защитных реле в цепях напряжения 3, 6, 10 кВ промышленной частоты.

Обмотки первичного и вторичного напряжения трансформатора ТН отличаются сопротивлением большой величины и малой мощностью. Работа происходит в режиме холостого хода. Стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки не бывает более 100 В и имеет рабочий ток от 1 до 5 А.

Рис. №1. Трансформатор напряжения масляный 6 кВ. НТМИ

Рассмотрим какие бывают трансформаторы напряжения.

Классификация трансформаторов напряжения

Типы измерительных трансформаторов напряжения включают в линейку изделия, классифицируемых следующим образом:

однофазные трансформаторы с одним заземленным концом первичной обмотки. К заземляемым относятся и трехфазные тр-ры с заземленной нейтралью катушки первичного напряжения;

незаземляемые тр-ры напряжения с полностью изолированными от «земли» участками, зажимами «первички»;

каскадный тип с обмоткой первичного напряжения, разделенной на несколько последовательных секций. В конструкции предусмотрены обмотки, выравнивающие напряжение. В наличии есть связующая катушка, которая служит для передачи мощности к обмотке вторичного напряжения;

емкостный ТН с делителем;

двухобмоточный ТН с одной обмоткой вторичного напряжения;

трехобмоточный ТН с двумя обмотками: основного напряжения и дополнительной.

Рис. №2. Трансформатор напряжения, литого типа, опорный с заземленным выводом первичной обмотки, 3НОЛ-СВЭЛ-6. Используется для КРУН, КРУ, КСО

Рис. №3. Трехфазный антирезонансный масляный трансформатор для сетей с изолированной нейтралью

Чтобы понять для каких задач нужны измерительные трансформаторы рассмотрим назначение и разберем принцип действия оборудования.

Устройство трансформаторов напряжения

Конструкцию ТН рассмотрим на примере лабораторных трансформаторов НЛЛ, используемыми для проверки работы большинства трансформаторов измерения и приборов.

Трансформаторы напряжения на 3, 6 или 10 кВ имеет магнитопровод с конструкцией из электротехнической стали в основном стержневого типа. На магнитопроводе расположена внутренняя вторичная обмотка. Первичка представляет собой две секции, которые соединены между собой.

Изоляции представляет собой заливку компаудом, что создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности от попадания влаги и внешних повреждений.

Выводы первичной обмотки размещаются вверху корпуса трансформатора.

С торца трансформатора на клеммнике размещены выводы вторичной обмотки и контакты заземления.

Измерительные трансформаторы напряжения, условия безопасной эксплуатации

Для обеспечения рабочих условий эксплуатации клеммы вторичной обмотки присоединяют к измерительными приборам или защитному оборудованию. Одну из клемм и основание оборудования заземляют.

Цепи при вторичной работе не замыкают, иначе может произойти термическое разрушение.

Если существует не использованная вторичная обмотка ее оставляют открытой, заземлив одну из клемм. Разомкнутая треугольная цепь должна включать резистор соответствующего напряжения и номинальной мощности вторички. Заземление цепи производится по техническим рекомендациям.

Нейтральный вывод первичной обмотки однофазного трансформатора заземляется только в нейтральную систему замыкания.

Будьте уверены, что правильный выбор и эксплуатация измерительных трансформаторов приведут вас к объективным показателям нагрузки и качества электрической сети.

Рис. №6. Схема подключения трансформатора напряжения где: 1 – первичная обмотка, 2 – магнитопровод, 3 – обмотка вторичного напряжения

Рис. №7. Размещение трансформатор напряжения в ячейке КРУН, подключение к питающей сети через предохранители

Назначение и принцип действия трансформаторов тока

Трансформаторы тока преобразуют первичный ток во вторичный ток меньшей величины в процессе гальванического разделения цепи. Они служат для включения амперметров и токовых катушек приборов измерения, отличающихся очень малым сопротивлением.

Трансформаторы тока постоянно работают в режиме короткого замыкания. Вторичная цепь защищается от сильных токов за счет эффекта насыщения стального сердечника.

Применяются ТТ там, где затруднительно произвести замеры токовых величин напрямую.

С использованием измерительных трансформаторов выполняют учет потребления электроэнергии.

О измерительных трансформаторах напряжения иы вкратце узнали. За более подробной информацией обращайтесь к менеджеру компании «КубаньЭлектрощит» Задавайте вопросы на сайте. Мы ответим в самые короткие сроки.

Классификация трансформаторов тока

Типы измерительных трансформаторов тока подразделяют на следующие классы:

по функциональности: на измерительные и защитные;

по току: постоянного и переменного тока;

по коэффициенту трансформации: одно и многодиапазонные;

по способу монтажа: внутреннего и наружного размещения, встроенные, накладные;

по напряжению: низкого и среднего;

по типу изготовления и диэлектрическому материалу: газо- и маслонаполненные, сухие.

Рис. №4. Внешний вид трансформатора тока ТОЛ-СЭЩ-20

Рис. №5. Опорный трансформатор тока ТОЛ-СЭЩ-10, внешний вид

Измерительные подключают напрямую к считывающему, записывающему и вычисляющему измерительному оборудованию. Также их подключают к защите от сверхтоков. Разделяются на однопроводниковые ТТ и трансформаторы с первичной обмоткой. Однопроводниковый трансформатор – это устройство с проемом для первичной цепи, он устанавливается на первичный проводник.

Мощность трансформаторов тока зависит от коэффициента трансформации и поперечного сечения сердечника.

При низком токе первичной обмотки применяется трансформатор тока с высокой пропускной способностью. Для того чтобы получить трансформатор тока с первичной обмоткой через однопроводниковый трансформатор несколько раз пропускают первичный проводник.

Маркировка клемм первичной обмотки: Р1 (К) и Р2 (L), вторичной S1 (k) S2 (i). Полярность соответствует направлению прохождению тока.

Трансформатор постоянного тока

Трансформатор для измерения постоянного тока работает по принципу магнитного усилителя и включает в свою конструкцию ферромагнитный сердечник и две обмотки постоянного и переменного тока.

Устройство трансформаторов тока

Большинство измерительных трансформаторов тока выполнены в виде литой и опорной конструкции. Изоляция, например, как у трансформаторов тока ТОЛ-СЭЩ-10-IV выполнена из циклоалифатической смолы, защищающей обмотки от влаги и всех внешних повреждений. Катушки первичного напряжения выполнены из 2, 3 или 4 магнитопроводов со вторичными обмотками.

Эксплуатационные условия для трансформаторов тока

Важно. Трансформаторы тока запрещено включать в линию без измерительного прибора.

Для безопасной эксплуатации

Чтобы увеличить степень надежности ТТ и обеспечить безопасную эксплуатацию кожух трансформатора и одну из клемм «вторички» необходимо заземлить.

Вторичная обмотка не эксплуатируется при разомкнутой цепи, а та обмотка, которая не используется закорачивается и заземляется.

Трансформаторы тока с ответвителем емкостного делителя присоединяются к индикатору. Неиспользованное ответвление заземляют.

Обслуживание измерительных трансформаторов

Перед началом работы с поверхности трансформаторов удаляется смазка, пыль и прочие загрязнения. Протирка производится с использованием уайт-спирита. Ветошь не должна оставлять ворс.

Трансформатор исследуется на наличие сколов, трещин и наличие следов коррозии.

После визуального осмотра трансформатор подвергают испытанию или проверяют прибором/мегомметром (2500 В) на достаточность сопротивления изоляции. Вторичная обмотка проверяется мегомметром со шкалой деления на 1000 В.

Ток холостого хода проверяется со стороны вторичной обмотки под напряжением равным 1,2 от номинального. Отличие полученного результата не должно быть отличным от паспортного больше чем на ±10%.

Основное требование к трансформаторам – номинальная мощность не должна быть больше указанных в паспорте изделия.

Качество электроэнергии в сети должно быть соответствующим требованиям ГОСТ 32144.

Установка трансформатора должна производиться на место с обеспеченным доступом к клеммным контактам.

При обслуживании трансформатора измерения проверяют надежность контактного соединения.

Разомкнутые треугольные обмотки однофазных индукционных ТН обеспечивают безаварийность кабельных систем распределения энергии.

Для повышения надежности разомкнутых треугольных обмоток трансформатора напряжения в цепь добавляют стабилизаторы напряжения, ограничители, стабилитроны. Эти устройства поддерживают работоспособность систем распределения электроэнергии после аварий и сбоев.

Работы по обслуживанию измерительных трансформаторов производятся по наряду в соответствии с технологическими картами. Капитальный ремонт, например, у трансформаторов тока не делают. Если испытания и замеры сопротивления основной изоляции показали неудовлетворительные результаты трансформатор меняют на другой. Основная изоляция должна иметь сопротивление не менее 300 МОм.

Вторичная обмотка в отключенном и отсоединенном состоянии должна показать сопротивление не менее 50 МОм, с подключенными вторичными цепями не менее 1 МОм.

При обслуживании трансформаторов тока проверяют переходное сопротивление болтового контактного соединения. Оно не должно превышать 33 мкОм для контактов на 2000 А и не выше 60 мкОм для контактных соединений на 630 А.

Технология ремонта измерительных трансформаторов: разборка магнитопровода, демонтаж и ремонт катушек, перемотка обмоток, замена пластин магнитопровода и прочее схожи с ремонтом силовых трансформаторов. На время ремонта трансформатора обмотки закорачивают между собой, чтобы исключить возможный контакт и обратную трансформацию и напряжение при выполнении ремонтных работ.

Важные примечания

В индукционных однополюсных измерительных трансформаторах тока при замыкании цепи и во время затухания токов замыкания на «землю» возникает феррорезонанс, следствием которого является перегрев, появляется высокое напряжение, а сам трансформатор может разрушиться. Для предупреждения феррорезонанса в разомкнутую треугольную цепь трех обмоток трансформатора напряжения включают резистор. Заземление выполняют только в одной точке. В контакты разомкнутого треугольника присоединяют приборы, которые следят за токами замыкания не землю.

Приобретение и установка измерительного трансформатора в соответствии с паспортными данными нагрузки и напряжения электроустановки гарантируют бесперебойную и точную работу приборов и оборудования.

Источник

Трансформаторы тока и напряжения

Без электроснабжения невозможно представить нашу жизнь. Чтобы электрическая система работала без сбоев или не пришла в негодность из-за неисправности в кабеле или в силовом оборудовании, её параметры необходимо контролировать, замерять. Диагностика, заключающаяся в проведении электрических измерений, способна выявить причины сбоев и вовремя устранить их. Для этого применяются приборы, измеряющие величины токов, напряжений, мощности.

Но если в электроустановках с низким напряжением возможно подключение измерительных приборов напрямую, непосредственно к измеряемому узлу, то в высоковольтных цепях проблематично отследить параметры без применения измерительных трансформаторов. В электроустановках напряжение доходит до 750 кВ и выше, а токи устанавливаются в десятки килоампер и более. Для «прямого» измерения потребовались бы громоздкое и дорогое оборудование, а иногда измерения вообще не возможно было бы произвести. Также, при обслуживании приборов, напрямую подключенных к сети высокого напряжения, персонал подвергался бы опасности поражения током.

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) способствуют расширению пределов измерений обычных измерительных устройств и одновременно изолируют их от цепей высокого напряжения. Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики подлежат первичной и периодической поверке на правильность работы.

Наиболее часто в сетях переменного тока применяются электромагнитные трансформаторы. Они состоят из магнитопровода, первичной и одной или нескольких вторичных обмоток. ТТ преобразовывает замеряемый высокий ток в малый, а ТН — измеряемое высшее напряжение в низшее. Измерительные трансформаторы включаются в цепи между высоковольтным оборудованием и контрольно-измерительными приборами: амперметрами, вольтметрами, ваттметрами, приборами релейной защиты, телемеханики и автоматики, счетчиками энергии.

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые:

Подключение ТН к высоковольтной части электроустановки осуществляется соединением его первичной обмотки «в параллель» к цепи высокого напряжения. Номинал вторичных обмоток трансформатора напряжения составляет обычно 100 В. Так как сопротивление измерительных приборов, подключаемых к вторичной обмотке, велико, током можно пренебречь. Поэтому основной режим работы ТН подобен режиму холостого хода типового силового трансформатора.

Трансформаторы напряжения и их конструкция

Трансформаторы напряжения подразделяются:

У каскадного ТН первичная обмотка разделена на несколько поочередно соединенных секций, передача энергии от которых к вторичным обмоткам происходит посредством связующих и выравнивающих обмоток. У ёмкостного ТН в конструкции имеется ёмкостный делитель. Заземляемый однофазный ТН — устройство, у которого один конец первичной обмотки должен быть заземлен. У заземляемого трехфазного ТН должна быть заземлена нейтраль первичной обмотки. Все части первичной обмотки не заземляемого ТН изолированы от земли.

Зачем нужны трансформаторы тока

Трансформатор тока — базовый измерительный аппарат в электроэнергетике, применяемый для преобразования тока первичной сети во вторичный стандартный ток величиной 5 А или 1 А. Первичная обмотка соединяется непосредственно с цепью высокого напряжения последовательным способом подключения. Вторичная обмотка включается во вторичные цепи измерений, защиты и учета. 5А — часто встречающийся номинал вторичной обмотки.

Принцип действия и конструкция трансформаторов тока

Первичная обмотка ТТ включается в разрез линейного провода (последовательно с нагрузкой), в котором измеряется сила тока. Вторичная обмотка замкнута на измерительное устройство с малым сопротивлением. Поэтому, в отличие от силового трансформатора, для которого режим короткого замыкания является аварийным, нормальным режимом для измерительного ТТ являются условия, близкие к КЗ, так как сопротивление во вторичной цепи у него мало.

Через первичную обмотку, имеющую определённое количество витков, течет ток. Вокруг катушки наводится магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Пересекая перпендикулярно ориентированные витки вторичной обмотки, магнитный поток формирует электродвижущую силу. Под влиянием последней возникает ток, протекающий по катушке и нагрузке на выходе. Одновременно на зажимах вторичной цепи образуется падение напряжения.

По конструктиву и применению ТТ условно подразделяются на несколько разновидностей:

• Опорные монтируются на опорной плоскости.
• Проходные используются в качестве ввода и устанавливаются в металлических конструкциях, в проемах стен или потолков.
• Встраиваемые размещаются в полости оборудования: электрических выключателей, генераторов и других электроаппаратов и машин.
• Разъемные не имеют своей первичной обмотки. Их магнитопроводы из двух половинок, стягиваемых болтами, можно размыкать и закреплять вокруг проводников под током. Эти проводники исполняют роль первичных обмоток.
• Шинные изготавливаются тоже без первичных обмоток — их роль выполняют пропущенные сквозь окна магнитопроводов ТТ токоведущие шины распредустройств.
• Накладные надеваются сверху на проходной изолятор.
• Переносные предназначаются для лабораторных и контрольных измерений.

По выполнению первичной обмотки ТТ подразделяются на одновитковые и многовитковые, а по числу вторичных обмоток — на устройства с одной обмоткой и с несколькими вторичными обмотками (до четырёх, пяти). По числу ступеней трансформации — на одноступенчатые и каскадные.

К общей классификации трансформаторов обоих типов относятся: количество коэффициентов трансформации (однодиапазонные и многодиапазонные), критерии по материалу диэлектрика между первичной и вторичной обмотками и по материалу внешней изоляции — маслонаполненные, газонаполненные, сухие, с литой, фарфоровой и прессованной изоляцией, с вязкими заливочными компаундами, комбинированные бумажно-масляные. ТТ и ТН устанавливаются на открытом воздухе, в закрытых и в подземных установках, на морских и речных судах, внутри оболочек электроустановок и связываются контрольными проводами и кабелями с оборудованием вторичных цепей. По диапазону рабочего напряжения выделяют трансформаторы, функционирующие в устройствах до 1000 В и выше 1000 B. Трансформаторы также классифицируются по классу точности.

Видео про трансформаторы тока

Кратко о назначении трансформатора тока, составе и особенностях конструкции, о схеме и принципе работы. Почему нельзя допускать размыкание вторичных цепей трансформатора тока без предварительного их замыкания накоротко? Почему на напряжение выше 330 кВ изготавливаются ТТ каскадного типа? Об этом и об измерительном трансформаторе тока для подстанции 750 кВ вы узнаете из видео.

Источник