Как влияет величина номинального первичного напряжения на конструктивное исполнение тн кратко

Обновлено: 02.07.2024

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для понижения высокого напряжения (свыше 250 В) до какого-то стандартного (принято 100 В), применяемого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств. Они одновременно изолируют перечисленные цепи от высокого напряжения. ТН выполняются как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу напряжений (начиная от 380 В).

Основными параметрами ТН являются следующие.

Номинальное напряжение обмоток — рабочее напряжение, на которое рассчитаны обмотки (указывается на щитке). При этом номинальным напряжением трансформатора считается напряжение первичной обмотки.

Номинальный коэффициент трансформации — отношение номинальных первичного и вторичного напряжений: К_Цном= l/_lHOM/t/₂_HOM.

Класс точности, определяемый погрешностью по напряжению и по углу в процентах (аналогично рассматриваемому выше для ТТ):

дт-т **~Uhom ^2ном ^1ном -«л

Номинальная мощность — мощность, которой трансформатор может быть нагружен в пределах класса точности.

Трансформатор напряжения имеет одну обмотку высокого напряжения (ВН) и одну или две (основную и дополнительную) рбмотки низкого напряжения (НН) и включается по схеме на рис. 12-1.

Трансформаторы могут выполняться сухими (на напряжение до 10 кВ и для внутренней установки) или масляными (на более высокие напряжения и для наружной установки).

Общий вид сухого трехфазного ТН приведен на рис. 12-4. На трехстержневом шихтованном магнитопроводе расположены три первичные и три вторичные обмотки. Обмотки слоевые, намотаны на соответствующие изоляционные каркасы. Присоединительные концы выведены на соответствующие изолированные зажимы. Однофазные трансформаторы выполняются тоже на трехстержневых магнитопро-водах, крайние стержни половинного сечения. Катушки (одна ВН и одна НН) располагаются на среднем стержне.

У масляных ТН магнитопроводы с обмотками располагаются либо в

стальных баках при напряжениях до 35 кВ, либо в фарфоровых покрышках, заполненных маслом.

Принцип действия ТН, физические явления в электрическом

Аппарате

а) Принцип действия. Трансформаторы напряжения (ТН) служат для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное напряжение, удобное для измерения. Обычно за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение 100 В или 100/ В. Это позволяет для измерения любого высокого напряжения применять одни и те же измерительные приборы. Реле защиты также выпускаются на те же стандартные напряжения независимо от номинального напряжения защищаемой установки.

б) Погрешности ТН. Погрешность ТН обусловлена наличием активных и реактивных сопротивлений обмоток и тока холостого хода. Схема замещения ТН дана на рис.8.2.1, а векторная диаграмма — на рис. 8.2.2. Все величины приведены к первичной обмотке. Поток Ф создает вторичную ЭДС Е'₂, отстающую от него на 90°. Под действием этой ЭДС во вторичной цепи возникают напряжение U'₂ и ток I₂, проходящий по сопротивлению нагрузки R₂, Х₂. Тот же ток создает падения напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки r'₂ и х'₂. При выбранных положительных направлениях ток — I'₂ отстает от ЭДС Е'₂.

Сумма этих напряжений равна ЭДС Е'₂, Намагничивающий ток I₀ (ток холостого хода) на угол потерь опережает поток Ф. В первичной обмотке создается падение напряжения I₁(r₁+jx₁). Но

I₁(r₁+jx₁) = I₀(r₁+jx₁) + I'₂(r₁+jx₁).

Согласно рис. 8.2.1 можно написать

Используя (8.2.1), получаем

U₁ = I₁(r₁+jx₁) + I'₂ (r₁ + r'₂ ) + I'₂ j (x₁ +х'₂) + U'₂.

Рис. 8.2.1. Схема замещения ТН

Катеты треугольника ABC пропорциональны падениям напряжения от тока холостого хода I₀ , катеты треугольника CDE — падениям напряжения от тока нагрузки I'₂.

При отсутствии погрешности U'₂ и = U₂ = = U₁ или U₁ / U₂ = w₁ /w₂ и точки А, Е должны совпасть.

Погрешность ТН по напряжению

U =

Поскольку угол между U₁ и U'₂ мал, то вместо арифметической разности модулей этих векторов можно взять проекцию вектора АЕ на ось U'_{2 .}Таким образом, погрешность определяется отрезком AF.

В реальных ТН углы _К1 и _К2, определяемые активным и реактивным сопротивлением обмоток, примерно одинаковы. В связи с этим введем угол

_К= _К1 = _К2, необходимый для построения треугольника падений напряжений CDE.

Угол между напряжением на нагрузке —U'₂ и ЭДС Е'₂ составляет несколько минут, и им можно пренебречь. Найдем проекции векторов I₀r₁, I₀x₁, I'₂ (r₁ + r'₂ ),

I'₂ (x₁ +х'₂) на направление вектора U'₂ (ось OF). Уравнение для погрешности по напряжению имеет вид

Рис. 8.2.2. Векторная диаграмма ТН

Рис. 8.2.3. Зависимость погрещности от вторичной мощности

U _% = — 100% = —

— 100%. (8.2.2)

Уравнение (8.2.2) показывает, что погрешность состоит из двух частей. Первая определяется током холостого хода, вторая — током нагрузки. Для того чтобы уменьшить погрешность по напряжению, снижают активное и реактивное сопротивление обмоток. Уменьшение активного сопротивления достигается малой плотностью токов в обмотках (около 0,3 А/мм 2 ), что облегчает тепловой режим ТН.

Для снижения индуктивного сопротивления обмоток х₁ и х'₂ уменьшают расстояние между. первичной и вторичной обмотками.

При заданном первичном напряжении U₁ намагничивающий ток I₀ практически постоянен. В этом случае согласно (8.2.2) погрешность линейно растет с увеличением тока нагрузки I'₂. Поскольку в номинальном режиме напряжение U'₂ мало меняется с током нагрузки I'₂, то вторичная (выходная) мощность Р₂ пропорциональна этому току. Зависимость погрешности по напряжению от вторичной мощности для одного из исполнений ТН показана на рйс. 8.2.4, а.

На погрешность влияет коэффициент мощности нагрузки cos . С уменьшением cos погрешность увеличивается.

Погрешность зависит и от первичного напряжения.

Рассмотрим холостой ход (I'₂ = 0). Если принять, что при изменении I₀ угол потерь не изменяется, то согласно (8.2.2) погрешность по напряжению будет определяться отношением намагничивающего тока I₀ к первичному напряжению U₁ . Индукция В пропорциональна первичному напряжению, а намагничивающий ток пропорционален напряженности поля:

Тогда погрешность пропорциональна отношению H/В или обратно пропорциональна магнитной проницаемости . Обычно рабочая индукция в номинальном режиме составляет 1,1 Тл.

При изменении первичного напряжения в пределах (0.5 - 1,1) U_НОМ магнитная проницаемость увеличивается и погрешность уменьшается.

Следует отметить, что погрешность от тока холостого хода мала по сравнению с погрешностью от тока нагрузки. Поэтому изменение первичного напряжения в указанных пределах мало влияет на значение погрешности.

Угловая погрешность определяется углом между вторичным напряжением U'₂ и первичным напряжением U₁. Ввиду малости угла можно считать, что OE=OF (см. рис. 8.2.2). Тогда tg = = ЕF/OF или (в угловых минутах)

= 3440 100%. (8.2.3)

Погрешность по углу состоит также из двух частей: первой, определяемой током холостого хода, и второй, зависящей от тока нагрузки. Из (8.2.3) следует, что индуктивное сопротивление обмоток вносит отрицательную угловую погрешность, а активное — положительную. Зависимость угловой погрешности от вторичной мощности Р при разичных значениях cos ₂ приведена на рис. 8.2.3, б. В режиме холостого хода угловая погрешность положительная. При чисто активной нагрузке (сos ₂ = l) с ростом мощности угловая погрешность изменяет знак и становится

отрицательной. При сos ₂ = 0,5 угловая погрешность линено растет с мощностью и остается все время положительной. Следует отметить, что характер нагрузки (сos ₂) оказывает большее влияние на угловую погрешность, чем на погрешность по напряжению (см. рис. 8.2.3, а и б).

Погрешность по напряжению можно компенсировать путем уменьшения числа витков первичной обмотки.: При этом коэффициент трансформации становится меньше номинального, вторичное напряжение возрастает, вводится положительная погрешность, которая компенсирует отрицательную. Обычно вводится такая коррекция, что при холостом ходе трансформатор имеет максимально допустимую для данного класса точности положительную погрешность.

Результирующая погрешность по напряжению при отмотке первичных витков выражается уравнением

U _% = —

= — х

100% + (8.2.4)

На угловую погрешность витковая коррекция не влияет.

В трехфазных ТН угловую погрешность можно компенсировать с помощью специальных компенсирующих обмоток. При активной нагрузке вносится положительная коррекция. При индуктивной нагрузке применяется схема соединений, создающая отрицательную коррекцию.

К номинальным параметрам ТН относятся номинальные мощность, напряжение, ток; ток ХХ; потери ХХ и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Она представляет собой наибольшее значение вторичной мощности при cos =0,8 , при которой погрешность ТН не выходит за пределы, определенные классом точности.

Номинальное напряжение обмоток - это напряжение первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора. Для трехфазного трансформатора - это его линейное напряжение. Для однофазного трансформатора - это U/ .

Номинальный коэффициент трансформации - это отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному:

;

Где U - напряжение, для которого предназначен ТН.

U -напряжение, которое предназначено для приборов.

Номинальными токами трансформатора называется указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора. Номинальный ток любой обмотки определяется по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.

Напряжение короткого замыкания - напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному. Его определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

Ток холостого хода характеризует активные и реактивные потери в стали, и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции.

Потери холостого хода и короткого замыкания определяют экономичность работы трансформатора. Потери холостого хода состоят из потерь в стали и вихревые токи. Потери короткого замыкания состоят из

потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора.

Погрешность по напряжению:

1) U%- отношение разности замеренного и действительного напряжения к действительному напряжению в %.

U%=

) - угловая погрешность (в % или радианах)- это угол между первичным напряжением и повернутым на 180 градусов вторичным напряжением.

Для уменьшения этих погрешностей используют магнитные материалы с большой магнитной проницаемостью, увеличивают сечение, уменьшают длину магнитных силовых линий, применяют различные конструкции вторичной обмотки.

Класс точности ТН - это погрешность, по напряжению выраженная в % при номинальном первичном напряжении и номинальной вторичной нагрузке. ТН выпускают четыре класса точности:

- 0,2- для подключения точных лабораторных приборов, при точных исследованиях;

- 0,5- для подключения счетчиков;

1;3-для щитовых приборов.

Конструкция ТН

Основными конструктивными элементами ТН являются магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, баки. А также охлаждающее устройство, тележка, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства.

Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на магнитную индукцию и потери в магнитопроводе. Уменьшение удельных потерь, соединение стержней с ярмом позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга.

Обмотки трансформатора должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток должна выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Для проводников обмотки используется медь и алюминий. Для ТН характерна малая плотность тока в обмотках. Обмотки трансформатора снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации.

Изоляция является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. Габариты трансформатора также определяются изоляцией. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом. Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги, которая имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев В сухих трансформаторах широко применяют новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

трансформатор симметричный фильтр ток

К номинальным параметрам ТН относятся номинальные мощность, напряжение, ток; ток ХХ; потери ХХ и КЗ.

;

Где U - напряжение, для которого предназначен ТН.

U -напряжение, которое предназначено для приборов.

Погрешность по напряжению:

1) U%- отношение разности замеренного и действительного напряжения к действительному напряжению в %.

U%=

- 0,2- для подключения точных лабораторных приборов, при точных исследованиях;

- 0,5- для подключения счетчиков;

1;3-для щитовых приборов.

Конструкция ТН

Номинальным первичным напряжением трансформатора называют такое напряжение, которое необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.

Номинальным вторичным напряжением называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора, когда к зажимам первичной обмотки подведено номинальное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Напряжение на вторичной обмотке в режиме нагрузки отличается от напряжения на той же обмотке в режиме холостого хода, так как ток нагрузки создает падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки.

Это изменение вторичного напряжения зависит не только от значения тока и сопротивлений обмотки, но и от коэффициента мощности нагрузки. Если трансформатор нагружен чисто активной мощностью (рис. 11.1, а), то напряжение в сравнении с другими вариантами изменяется в меньших пределах. На векторной диаграмме É₂ — э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора. Вектор вторичного напряжения равен геометрической разности:

Ú₂ = É₂ — i₂Z_Tp, (11.2)

При индуктивной нагрузке и при том же самом значении тока напряжение снижается в большей степени (рис. 11.1,6). Это связано с тем, что вектор i_2•Х_тр, отстающий от тока на 90°, в этом случае более круто повернут навстречу вектору É₂, чем в предыдущем.

При емкостной нагрузке увеличение тока нагрузки вызывает повышение напряжения на обмотке трансформатора (рис. 11.1, в). Здесь вектор i_2•Х_Тр, равный аналогичному вектору в первых двух случаях и. также отстающий от тока на 90°, благодаря емкостному характеру этого тока оказывается повернутым вдоль вектора É₂ и увеличивает Ú₂ по сравнению с É₂.

В процессе эксплуатации возникает необходимость регулирования напряжения. Для этого изменяют число рабочих витков обмотки высокого напряжения, изменяя коэффициент трансформации в пределах от ± 5 до ± 7,5% номинального значения.

Схема отводов от обмоток с простым переключением приведена на рисунке 11.2. В паспорте такого трансформатора указывают минимальное, номинальное и максимальное значения напряжения. Если, например, номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 10 ООО В, то максимальное напряжение 1,05 U_н = 10 500 В, а минимальное 0,95 U_н = 9500 В.

Число витков обмотки высшего напряжения изменяют при помощи специального переключателя, контакты которого находятся внутри трансформатора, а рукоятка выведена на его крышку.

Обычно для трансформаторов, которые устанавливают вблизи понизительной подстанции 35/10 кВ или повысительной 0,4/10 кВ, коэффициент трансформации принимают равным 1,05 к , то есть ставят переключатель в положение + 5 %. Если потребительская подстанция удалена от районной, в линии электропередачи возникает значительная потеря напряжения, поэтому переключатель ставят в положение —5%. Трансформатор в средней точке линии электропередачи устанавливают на номинальный коэффициент трансформации (рис. 11.3).

Для автоматической стабилизации вторичного напряжения под нагрузкой применяются стабилизаторы напряжения типа СТС на 10, 16, 25, 40, 63, 100 кВ • А. По способу стабилизации они могут быть со стабилизацией по трем фазным напряжениям 220 В или со стабилизацией [по трем линейным напряжениям. Они обеспечивают стабильность напряжения в пределах ±1,5% номинального при изменении напряжения питающей сети от +10 до —15% от номинального. Схема управления стабилизаторами выполнена на полупроводниковых элементах.

Для регулирования напряжения трансформаторы снабжены устройствами ПРБ или РПН. ПРБ означает: переключение обмоток без возбуждения, то есть при выключенном трансформаторе. Отпайки от обмоток сделаны с таким расчетом, чтобы можно было регулировать напряжение в пределах от —5 до +5% через каждые 2,5%. РПН означает: регулирование напряжения под нагрузкой (автоматическое). В этом случае напряжение изменяют в пределах от —7,5 до + 7,5 %, шестью ступенями или через каждые 2,5%. Такими устройствами можно оборудовать трансформаторы мощностью от 63 кВ•А и выше.

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал о расчёте дросселей переменного тока, особенностью которых является отсутствие постоянного тока подмагничивания. Такие дроссели широко применяются в преобразователях напряжения. Ещё одним электромагнитным устройством, применяемым в преобразовательной технике, является трансформатор, представляющий собой несколько дросселей объединённых общей магнитной цепью.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Кроме преобразовательной техники трансформаторы находят широкое применение в импульсной, усилительной и силовой электронике. Поэтому в зависимости от назначения и конструктивных особенностей трансформаторы разделяют не несколько категорий и типов.

В данной статье я расскажу о типах трансформаторов и об особенностях их конструкций.

Классификация трансформаторов по схемным параметрам

Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.

1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:

— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.

Силовой трансформатор ТП-60.

— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.

Трансформатор согласующий RCF TD507.

— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:

— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.

— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.

Обозначение двухобмоточного трансформатора.

— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.

Обозначение многообмоточного трансформатора (две вторичные обмотки).

Классификация трансформаторов по электрическим параметрам

Классификация по данным особенностям трансформаторов позволяют оценить способность применения того или иного типа трансформатора в конкретном случае. В соответствии с этим трансформаторы по электрическим параметрам разделяются на следующие группы:

1. По рабочей частоте. Так как от частоты тока переменного напряжения зависят используемые материалы, из которых изготавливаются сердечник, обмотки и изоляция. В соответствие с этим различают трансформаторы следующих типов:

— пониженной частоты – рабочая частота ниже 50 Гц;

— промышленной частоты – рабочая частота 50 Гц;

— повышенной частоты – рабочая частота 100 – 10000 Гц;

— ультразвуковой частоты – рабочая частота более 10 кГц;

— высокой частоты – рабочая частота свыше 100 кГц.

В отношении импульсных трансформаторов чаше используется длительность импульса. В настоящее время мощные трансформаторы в большинстве случаев питаются от сетей промышленной частоты, но в современной электронике в подавляющем случае используют трансформаторы, рассчитанные на высокую и ультразвуковую частоту. Это позволяет снизить габариты трансформатора.

2. По системе тока. Данная особенность трансформатора позволяет разделить трансформаторы на:

— однофазные;

— многофазные (например, трёхфазные, шестифазные и т.д.).

3. По величине электрического напряжения. Данный параметр характеризует величину напряжения, на которую рассчитана изоляция кокой-либо обмотки или обмоток трансформатора. По данному параметру трансформаторы делятся:

— низковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки (или обмоток) не превышает 1000 – 1500 В;

— высоковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки выше 1000 — 1500 В.

В настоящее время в бытовой радиоэлектронике в большинстве случаев используются низковольтные трансформаторы.

4. По величине мощности. Данный параметр достаточно условен и прежде всего вводится для удобства описания конкретного трансформатора:

— малой мощности, имеющие мощность порядка десятка Вт;

— средней мощности, имеющих мощность сотни Вт;

— большой мощности, имеющие мощность нескольких кВт.

КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Конструктивное исполнение ТН зависит от того, для работы в каких электрических сетях он предназначен, где его предполагается устанавливать и какие приборы будут к нему подключены.

Классификация трансформаторов напряжения может производиться по следующим признакам:

класс напряжения, на которое рассчитана первичная обмотка;
однофазное или трёхфазное исполнение;
величина U вторичного;
общее число обмоток — двухобмоточные или трёхобмоточные;
класс точности, значение которого может быть 0.1, 0.2, 0.5, 1, 3, 3Р, 6Р;
тип изоляции — сухие, литые, маслонаполненные;

место предполагаемого монтажа — наружной либо внутренней установки.

Вторичное значение U в ТН унифицировано, его величина зависит от схемы подключения первичной обмотки. Трёхфазные и однофазные трансформаторы, подключаемые к фазам первичной сети, на выходе выдают 100 вольт. Однофазные ТН, при включении их на фазное напряжение имеют на низкой стороне 100/√3 вольт.

Вид исполнения изоляции и способ охлаждения тепла при изготовлении ТН выбирается так же, как для силовых трансформаторов.

Сухая либо литая изоляция может применяться в устройствах до 35 кВ, в остальных случаях используются только маслонаполненные конструкции.

Обмотки и магнитная система маслонаполненного ТН помещены в стальной бак, заполненный трансформаторным маслом. Масло в данном случае играет роль изолятора и осуществляет отвод тепла к стенкам бака и в окружающее пространство.

Чаще всего бак имеет форму цилиндра, на верхнем торце которого установлены фарфоровые изоляторы проходного типа. Изоляторы являются вводами ТН.

Классификация трансформаторов по конструктивным параметрам

Конструктивные параметры трансформаторы определяют особенности его сердечника и обмоток. Можно выделить несколько признаков, которые характеризуют различные конструктивные особенности.

1. Тип конструкции. Один из важнейших конструктивных признаков, определяющий тип конструкции трансформатора. Определяющим фактором здесь является тип сердечника, который можно определить, как:

— броневой сердечник, имеет три стержня, причём центральный стержень шире крайних и на нём располагаются обмотки трансформатора, а боковые служат только для протекания магнитного потока;

— стержневой сердечник, имеет два стержня одинаковой ширины и обмотки располагают на них равномерно;

— тороидальный сердечник, выполнен в виде тороида прямоугольного или (реже) круглого сечения и обмотки распределены равномерно по всему сердечнику.

В соответствии с типом сердечника трансформаторы также имеют следующие наименования: броневой, стержневой и тороидальный трансформаторы соответственно. Каждый тип имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при конструировании трансформатора.

Типы сердечников трансформаторов: броневой, стержневой и тороидальный.

2. Вид сердечника. Данный признак характеризует технологию изготовления сердечников трансформаторов. Можно выделить следующие категории:

— шихтованные сердечники или наборные. Шихтованием называется сборка сердечника трансформатора из штампованных пластин той или иной конфигурации. Конфигурация штампованных пластин соответственно бывает: Ш-образная, П-образная, Е-образная и О-образная. Однако вследствие не технологичности штамповки пластин для трансформаторов больших мощностей используют другой тип сердечника;

Шихтованные (штампованные) сердечники.

— ленточные сердечники. Сердечники такого типа формируются из гнутых отрезков ленты, либо навиваются на станках. В зависимости от принципа сборки трансформатора бывают замкнутые, разъёмные и разрезные. Конструктивно ленточные сердечники отличаются от шихтованных только наличием скруглённых углов;

Ленточные сердечники.

— прессованные сердечники. В соответствии с названием, такие сердечники изготавливают прессованием из порошковых материалов, причем, как половинок сердечника, так и его цельный вариант. Необходимость в прессованных сердечниках возникла в связи с необходимостью использования ферритовых порошковых материалов в качестве магнитопроводов соответствующих конструкций. Так как прессование возможно задать практически любую форму, то и формы сердечников выпускаются очень многих конфигураций.

Прессованные ферритовые сердечники.

3. Способы охлаждения. Данные признаки определяют способ отвода тепла от работающего трансформатора:

— трансформаторы с естественным охлаждением;

— трансформаторы с принудительным обдувом потоком воздуха;

— трансформаторы с жидкостным охлаждением;

— трансформаторы с парожидкостным охлаждением;

4. Способы изоляции и защиты. Данные признаки определяют способы защиты трансформаторов от внешних воздействий и окружающих факторов:

— сухие открытые трансформаторы. Защищены от внешних воздействий только изоляцией обмоточных проводов, межслойной изоляцией и каркасом обмотки;

Трансформатор сухой открытый серии EI.

— закрытые герметизированные трансформаторы. Такие трансформаторы характеризуются повышенными эксплуатационными характеристиками, устойчивыми к тяжёлым условиям эксплуатации (грязь, пыль, механические воздействия и т.д.);

Герметизированный трансформатор ТПК-2.

— трансформаторы тропикоустойчивого исполнения. Защита данного вида трансформатора характеризуется особой устойчивостью к тяжёлым условиям эксплуатации в районах с тропическим климатом.

Трансформатор тропикоустойчивого исполнения Т0,5-27.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ГОСТам. РАЗДЕЛЕНИЕ ПО ГАБАРИТАМ. ОБОЗНАЧЕНИЕ ТИПОВ

Силовые трансформаторы общего назначения в зависимости от напряжения и мощности условно подразделяются на группы или габариты. Трансформаторы мощностью от 25 до 100 ква

включительно относятся к габариту I, мощностью от 160 до 630
ква
— к габариту II, мощностью от 1000 до 6300
ква
— к габариту III, мощностью 10 000
ква
и более с напряжением 35
кв
и все трансформаторы с напряжением ПО
кв
обмотки ВН— к габариту IV, мощностью 40 000
ква
и более с напряжением 220
кв
обмоток ВН и выше — к габариту V и мощностью 10 0000
ква
и выше — к габариту VI. Трансформаторы указанных выше мощностей чаще изготовляются масляными, т. е. с активной частью, опущенной с целью лучшего охлаждения и повышения прочности изоляции в бак с маслом. Однако трансформаторы мощностью до 1000—1600
ква
и напряжением до 10—15
кв
могут изготовляться также и сухими, т. е. с воздушным охлаждением. Система охлаждения трансформатора входит в условное обозначение его типа.

Обозначение типа трансформатора состоит из двух частей — буквенной и цифровой.

На втором месте, после буквы Т или О, стоит буква (или две буквы), означающая систему охлаждения: М — естественное масляное, Д — масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла, ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Ц —масляно-водя-ное с принудительной циркуляцией масла, Н — естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком, С — естественное воздушное при открытом исполнении, СЗ — естественное воздушное при защищенном исполнении.

На третьем месте стоит буква, означающая характерную особенность данного типа трансформатора, например: Т — трехобмоточный, Н — регулирование под нагрузкой, Р — для питания ртутных выпрямителей.

В связи с тем что вновь разрабатываемые серии трансформаторов и мх специальные назначения требуют новых буквенных обозначений, дать полный их перечень не представляется возможным.

Цифровая часть обозначения состоит из двух чисел. Первое число (числитель) означает номинальную мощность трансформатора в ква

, второе число (знаменатель) означает класс напряжения обмотки ВН в
кв
.

В качестве примера предлагается расшифровка обозначения типа трансформатора ТДТН-6300/35: трехфазный, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 6300 ква

, с обмоткой ВН на напряжение 35
кв
.

Выводные концы обмоток присоединяются к проходным фарфоровым изоляторам, называемым вводами и устанавливаемым на крышке бака (или на его стенке, у трансформаторов малой мощности и у сухих трансформаторов).

Таблица 1.1

Трансформатор
Обмотка	трехфазный	однофазный
ВН НН СН	О — А —В — С о — а — b —с Оm — Аm —Вm — Ст	А-Х а — х Аm –Хm

Вводы должны располагаться таким образом, чтобы их последовательность (слева направо), если смотреть со стороны вводов высшего напряжения, была в соответствии с указанной ранее.

Основные параметры и технические требования трехфазных силовых трансформаторов должны соответствовать: для трансформаторов мощностью от 25 до 630 ква

— ГОСТ 12022—66, для трансформаторов мощностью от 1000 до 80 000
ква
— ГОСТ 11920—66.

Значения номинальных мощностей соответствуют шкале мощностей, содержащейся в указанных ГОСТах, а именно: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300 ква

Значения номинальных напряжений соответствуют шкале напряжений, содержащейся в ГОСТ 721—62.

Обмотки ВН имеют следующие значения номинальных линейных напряжений: 6000, 10 000, 20 000, 35 000 в.

Обмотки НН имеют значения линейных напряжений, равные 230, 400, 690, 3150, 6300, 10 500, 11000 в.

Схемы соединений обмоток могут быть следующими: для обмоток ВН — , , и для обмоток НН — , ,

Для трансформаторов с другими значениями мощности и напряжений и для специальных трансформаторов существуют другие стандарты или ведомственные технические условия, которым эти трансформаторы должны удовлетворять.

В данной книге рассматриваются в основном только трехфазные масляные двухобмоточные силовые трансформаторы габаритов I, II и III мощностью от 25 до 6300 ква

и с высшим напряжением до 35
кв
. Менее подробно рассмотрены лишь некоторые типы специальных трансформаторов: трехобмоточные, для питания ртутных выпрямителей и автотрансформаторы. Специальные трансформаторы также могут быть отнесены к тому или другому габариту в зависимости от их типовой мощности.

Силовые трансформаторы на более высокие напряжения и мощности и другие типы специальных трансформаторов, в том числе и сухие, требуют значительного расширения объема книги и поэтому здесь не рассматриваются, а лишь по некоторым из них попутно приводятся отдельные сведения.

Контрольные вопросы

На чем основан принцип действия трансформатора?
Для чего нужен стальной сердечник?
Что называется коэффициентом трансформации?
Из каких основных частей состоит трансформатор?
Для чего сечению стержня магнитопровода придается ступенчатая форма?
Как располагаются обмотки на магнитопроводе трансформатора?
Какие вы знаете материалы, применяемые для изготовления трансформа торов?
Какие размеры магнитопровода являются основными?
От какого основного параметра трансформатора зависят его размеры?
Как распределяются мощности трансформаторов по их габаритам?
Как составляется обозначение типа трансформатора?
Как обозначаются выводные концы обмоток?

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ОБЪЕМ ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Для расчета силового двухобмоточного трансформатора должны быть заданы следующие его основные параметры:

— номинальная мощность трансформатора,
ква
;

и
U2
— номинальные линейные напряжения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений, в;

схема и группа соединения обмоток;

способ охлаждения трансформатора;

режим нагрузки — длительная или кратковременная (для силовых трансформаторов обычно задается длительная нагрузка);

род установки — внутренняя или наружная.

Проектируемому трансформатору должны быть также заданы определенные эксплуатационные параметры (характеристики): Рх

— потери холостого хода,
вт
;
Рк
— потери короткого замыкания,
вт
;
i0
—ток холостого хода, %;
uк
— напряжение короткого замыкания, %.

Трансформаторы напряжения (ТН) являются измерительными преобразователями, выполняющими масштабированное понижение первичного напряжения (U) электрической сети, необходимое для работы схем измерения, учёта, защиты и автоматики.

Поскольку понижение (или повышение) значения U осуществляет также любой силовой трансформатор, может возникнуть вопрос — в чём заключаются отличительные особенности работы ТН? Рассмотрим их по пунктам.

Точность преобразования.

Трансформатор напряжения, вторичные цепи которого подключаются к аппаратуре РЗА и измерительным цепям, оказывает влияние на точность результата измерения. ТН наряду с измерительными приборами относится к средствам измерений (СИ).

Это означает, что погрешность ТН, возникающая в процессе трансформации, строго нормируется рамками присвоенного ему класса точности, а сам ТН подвергается регулярной процедуре поверки уполномоченной организацией.

Кроме этого, тип применяемого ТН должен присутствовать в Государственном реестре средств измерений. На практике это выполняется только в случаях, когда речь идёт о коммерческом учёте электроэнергии.

Чаще всего ТН имеет несколько вторичных обмоток различного назначения, класс точности которых отличается. Класс точности обмоток, нагрузкой которых являются цепи измерения, может быть от 0.1 до 3.0, в зависимости от допустимой погрешности измерения. Для питания цепей защиты и автоматики применяются обмотки класса 3Р или 6Р.

Таким образом, основная задача ТН заключается в высокой и строго нормируемой точности трансформирования сетевого значения U, как по величине, так и по фазе.

Выбор конструкционных решений и материалов, из которых изготавливаются элементы ТН, нацелен на решение именно этой задачи.

Что касается силовых трансформаторных установок, их функция заключается в преобразовании электрической энергии с минимальными потерями, в ходе которого фазовый угол исходной синусоиды U практически всегда изменяется.

Кстати, это является причиной запрета на работу в параллельном режиме линий электропередачи одного класса, приходящих с разных подстанций, так как угол сдвига по фазе у них, как правило, различный.

Режим работы.

Силовой трансформатор может работать как в режиме повышения, так и в режиме понижения, ТН предназначен только для понижения первичных параметров сети, то есть, питающей является обмотка ВН, нагрузка всегда подключается к выводам НН.

Это вытекает из основного назначения ТН, обеспечивающего цепи измерения и защит пониженным значением U.

Этот показатель силовых трансформаторов может исчисляться сотнями мегаватт, предельная же мощность ТН составляет порядка 1кВА. Как видно, величины несопоставимы. Для ТН мощность важна лишь с точки зрения её влияния на точность измерения.

КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

класс напряжения, на которое рассчитана первичная обмотка;
однофазное или трёхфазное исполнение;
величина U вторичного;
общее число обмоток — двухобмоточные или трёхобмоточные;
класс точности, значение которого может быть 0.1, 0.2, 0.5, 1, 3, 3Р, 6Р;
тип изоляции — сухие, литые, маслонаполненные; место предполагаемого монтажа — наружной либо внутренней установки.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

номинальное значение напряжения электрической сети, для работы в которой предназначен ТН;
коэффициент трансформации;
мощность — номинальная величина и её максимально допустимое значение.

Поскольку величина U на низкой стороне трансформатора напряжения любого класса имеет одинаковое значение, числовое значение коэффициента трансформации равно напряжению первичной сети, делённому на 100 или на 100/√3.

Вторичные измерительные приборы обычно имеют шкалу на 100 вольт, которая проградуирована в первичных единицах. Например, при измерении в сети 35 кВ номинальное значение U вольтметра составляет 100 вольт, при этом показания прибора составляют 35 кВ.

В схемах учёта при определении реального значения потреблённой электрической энергии показания счётчика умножаются на коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

При определении фактической мощности нагрузки измерительных трансформаторов обычно пользуются величиной суммарного сопротивления приборов, подключенных к низкой стороне.

Оптимальное значение мощности нагрузки, при которой обеспечивается соответствие основных параметров ТН, лежит в пределах 25% – 100% номинала.

Читайте также: