Принцип работы электрического трансформатора основан на устройстве и принципе действия трансформатора. Часть 2

Трансформатор
– это статическое электромагнитное
устройство, имеющее две или большее
число индуктивно-связанных обмоток и
предназначенное для преобразования
посредством электромагнитной индукции
одной (первичной) системы переменного
тока в другую (вторичную) систему
переменного тока, т.е. для преобразования
переменного тока одного на­пряжения
в переменный ток другого напряжения
той же частоты.

Трансформатор
состоит в простейшем случае из одного
металлического сердечника и двух
обмоток. Обмотки электрически не связаны
одна с другой и представляют собой
изолированные провода.

Одна
обмотка (ее называют первичной)
подключается к источнику переменного
тока. Вторая обмотка, называемая
вторичной, подключается к конечному
потребителю тока.

Когда
трансформатор подключен к источнику
переменного тока, в витках его первичной
обмотки течет переменный ток величиной
I1. При этом образуется магнитный поток
Ф, который пронизывает обе обмотки и
индуцирует в них ЭДС.

Бывает,
что вторичная обмотка не находится под
нагрузкой. Такой режимы работы
трансформатора называется режимом
холостого хода. Величина ЭДС, возникающей
в обмотках, напрямую зависит от числа
витков каждой обмотки. Отношение ЭДС,
индуцированных в первичной и вторичной
обмотках, называется коэффициентом
трансформации и равно отношению
количества витков соответствующих
обмоток.

Коэффициент трансформации и определяющие его параметры?

Однофазный
трансформатор в режиме «холостой ход»

– приведенные к числу витков первичной
обмотки активное и индуктивное
сопротивления вторичной обмотки;

·
R0
– активное сопротивление намагничивающей
ветви, обусловленное потерями мо­щ­ности
в стальном магнитопроводе;

·
Х0
–
индуктивное сопротивление намагничивающей
ветви, обусловленное основным магнитным
потоком;

– приведенные к числу витков первичной
обмотки вторичное напряжение и вторичный
ток.

При
опыте ХХ к первичной обмотке трансформатора
под­водится но­минальное напряжение
(рис. 18.3)

– полное сопротивление первичной обмотки.

При
этом вторичная обмотка разомкнута (I2
=
0) и напряжение на её зажимах

Измерив
напряжение U20,
ток I0
и активную мощность Рх
и пренебрегая падением напряжения на
первичной обмотке

(вви­ду его небольшого значения по
сравнению с ЭДС

),
т. е. пользуясь упрощённой схемой
замещения трансформатора при ХХ (рис.
18.3, а и б), определяют:

–
параметры намагничивающей ветви схемы
замещения трансформатора

–
потери мощности при ХХ, называемые
потерями в стали Р0,
которые затрачиваются в основном на
на­грев магнитопровода от действия
вихревых токов и циклического
перемагничивания стали, т. е.

Однофазный
трансформатор в режиме «короткое
замыкание».

где
Sн
–
номинальная мощность трансформатора
(в В×А или в кВ×А).

Ввиду
малости магнитного потока Ф
(пропорциональ­ного пониженному
напряжению

Измерив
напряжение Uк,
ток I1н
и активную мощность Рк,
определяют:

–
параметры схемы замещения при КЗ
трансфор­матора (пользуясь упрощенной
схемой замещения, рис. 18.4, а):

– соответственно полное, активное и
реактивное сопротивления К3 трансформатора;

–
напряжение К3 (рис. 18.4, б), выраженное в
процентах,

uк
(%
) = 100Uк
/U1н;

–
потери мощности при КЗ трансформатора
(потери в меди)

Соседние файлы в папке Исследование однофазного трансформатора

Измерительный трансформатор — это трансформатор предназначенный для расширения диапазона измерений измерительных приборов (амперметров, вольтметров, ваттметров и т.д.).

Для измерения больших напряжений (выше 1000 Вольт) и токов (более 100 Ампер) нецелесообразно строить приборы на измерение таких больших величин. Это и экономически невыгодно, и приборы в этом случае будут слишком громоздкими. Не говоря про опасность непосредственной работы с такими большими значениями напряжения и тока.

Поэтому, как правило, при напряжениях свыше 1000Вольт и токах более 100 Ампер перед измерительными приборами ставят соответствующие трансформаторы, чтобы уменьшить контролируемые электрические параметры до величин удобных для измерения: измерительные трансформаторы напряжения (далее — ИТН) — для измерения напряжений, измерительные трансформаторы тока (далее — ИТТ) — для измерения токов.

При использовании измерительных трансформаторов (далее — ИТ) измерительный прибор подключается к сети не напрямую, а опосредованно (косвенно) через ИТ который снижает (как правило, в десятки раз) измеряемый параметр до значения допустимого для измерительного прибора.

Таким образом, что бы считать показания с прибора подключенного через ИТ необходимо знать во сколько раз ИТ снизил измеряемый параметр, а что бы это узнать необходимо знать так называемый коэффициент трансформации ИТ — отношение входного (первичного) тока или напряжения к выходному (вторичному), этот параметр для ИТ является основным и указывается на их корпусах и в паспортах

Зная коэффициент трансформации ИТ достаточно просто умножить на него показания измерительного прибора для точного определения измеряемого параметра сети. Для наглядности разберем следующий пример:

Имеется сеть в которой протекает ток до 80 Ампер и нам необходимо постоянно контролировать в ней величину тока, при этом имеющейся амперметр имеет номинальный ток 5 Ампер, соответственно подключить его в сеть с током 80 Ампер невозможно. Здесь нам и поможет ИТТ, его номинальный ток конечно должен быть больше либо равен максимальному току сети возьмем ИТТ 100/5, где 100 — номинальный ток первичной обмотки, а 5 — номинальный ток первичной обмотки, таким образом его коэффициент трансформации составит Кт=100/5=20.

Соответственно, чтобы в нашем случае определить какой ток протекает в сети необходимо показания амперметра умножить на коэффициент трансформации ИТТ через который он подключен (в нашем случае Кт=20), таким образом если амперметр показывает нам 4 Ампера, значит ток в сети составляет 80 Ампер (4х20), если показания 1,5Ампера — значит 30 Ампер (1,5х20) и т.д.

Аналогично может измеряться и напряжение с помощью измерительного трансформатора напряжения и вольтметра.

Некоторые приборы, такие как ваттметры и счётчики электрической энергии устанавливаемые в электроустановках напряжением выше 1000 Вольт подключаются к электрической сети через ИТТ совместно с ИТН.

Для примера ниже приведена схема включения ваттметра в сеть высокого напряжения через ИТТ и ИТН (схемы подключения счетчиков аналогичны схеме подключения ваттметров, подробнее читайте статью: Подключение счетчика через трансформаторы)

Аналогичным образом определяется и расход электроэнергии по электросчетчикам подключенным через ИТ. При этом следует учитывать, что в некоторых случаях шкала измерительного прибора может быть отградуирована с учетом коэффициента трансформации ИТ, т.е. в них изначально заложен коэффициент трансформации ИТ через которые они должны подключаться, а в некоторых электронных измерительных приборах, например электронных счетчиках, коэффициент трансформации можно устанавливать в настройках, такие приборы показывают измеряемую величину уже с учетом коэффициента трансформации, соответственно никаких дополнительных действий по ее пересчету выполнять не требуется.

Как уже было сказано выше ИТ бывают двух видов измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения, которые в зависимости от места и способа установки и других особенностей могут иметь различные типы исполнения.

Трансформаторы напряжения  подразделяются  по  следующим  основным типам:

• По конструктивному исполнению: О — однофазные, Т — трехфазные, 3 — защищенные, В — водозащищенные, А — антирезонансные, П — со встроенным предохранителем, Г — герметичные, 3 — заземляемые, ДЕ — с емкостным делителем;
• По способу охлаждения: воздушного охлаждения, масляного охлаждения;
• По виду изоляции: Л — литая, С — воздушно-бумажная, К — компаунд битумный, Ф — фарфоровая покрышка, М – масляная, Г — газовая, П — полимерная;
• По количеству обмоток: двухобмоточные, трёхобмоточные;
• По классу точности: по допустимым значениям погрешностей;
• По числу ступеней трансформации: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

Маркировка ИТН выглядит следующим образом:

Буквы после чисел – климатическое исполнение: У — климат умеренный; цифра 3 — для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

Для работы на открытом воздухе нужно использовать аппараты с цифрой 1 после букв У или ХП – холодное помещение, а в помещениях со свободным доступом наружного воздуха — с цифрой 2.

Примеры некоторых типов ИТН:

По конструктивному исполнению и применяемой изоляции  трансформаторы  тока  бывают следующих типов:

• По конструктивному исполнению: О — опорные, П — проходные, Ш — шинные, В — встроенные, Р — разъёмные, электроизмерительные клещи;
• По виду изоляции: Л – литая изоляция, Ф — фарфоровая покрышка, М – маслонаполненные, Г – газонаполненные, Т — твердая изоляция (кроме фарфоровой и литой), П – в пластмассовом корпусе (полимерном), бескорпусные;
• По количеству вторичных обмоток: с  одной  вторичной  обмоткой,  снесколькими вторичными обмотками;
• По  назначению  вторичных  обмоток: для  измерения,  для  учёта,  для защиты, для измерения и защиты;
• По  числу  коэффициентов  трансформации: с  одним  коэффициентом трансформации, с несколькими  коэффициентами  трансформации;
• По числу ступеней трансформации: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

Маркировка ИТТ имеет следующий вид:

Зачастую в маркировке после класса точности можно увидеть букву «S», например: ТОП- 0,66-1-5-0,5S 300/5, как можно увидеть данный трансформатор имеет класс точности 0,5S, 0,5 обозначает, что погрешность данного трансформатора составляет всего пол процента, но это номинальная погрешность, фактически погрешность может быть больше в зависимости от нагрузки на ИТ, например если проходящий ток через ИТТ слишком мал, то его погрешность будет больше 0,5, что конечно же не очень хорошо, буква S в маркировке ИТТ обозначает, что он входит в свой номинальный класс точности при меньших нагрузках в сравнении с обычными ИТТ.

На рисунке ниже представлены некоторые типы трансформаторов тока:

Принцип действия измерительных трансформаторов, как и других трансформаторов основан на законе электромагнитной индукции, с общим принципом работы трансформаторов вы можете ознакомиться в этой статье.

Устройство измерительных трансформаторов напряжения

ИТН по устройству принципу действия подобны обычным силовым трансформаторам. Они так же содержат две обмотки из медного изолированного провода, хотя их может быть и больше, расположенных на общем замкнутом магнитопроводе изготовленном из электротехнической листовой стали. Изоляция трансформатора напряжения представляет собой заливку эпоксидным компаундом, что создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности.

Устройство измерительного трансформатора тока

Самый простой распространенный трансформатор тока — двухобмоточный. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков W1 и одну вторичную обмотку с числом витков W2. Обмотки находятся на общем  магнитопроводе,  благодаря которому между ними существует электромагнитная (индуктивная) связь. Вторичных обмоток может будет измерительная, другая — может использоваться в цепях защиты. Первичная обмотка в этом случае является общей для всех вторичных обмоток. Часто трансформаторы тока изготовляются с двумя и более сердечниками, на которых размещаются обмотки, их называют кернами.

Первичная обмотка W1 может быть выполнена в виде катушки, намотанной на  сердечник и содержать 1-3 витка провода большого сечения, рассчитанного на высокие измеряемые токи I1. Так же она может быть в виде шины встроенной в магнитопровод. В других  конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка — в них роль первичной обмотки выполняет шина (токопровод) распределительного устройства поверх которой закрепляется ИТТ. Вторичная обмотка W2 может иметь до нескольких сотен витков, благодаря чему ток во вторичной цепи I2 во много раз меньше тока первичной цепи: I2 = I1*W1/W2

К основным характеристикам измерительных трансформаторов напряжения относятся:

1) Номинальное первичное  напряжение U1ном, кВ:

Напряжение,  приложенное  к  первичной обмотке  ТН  и подлежащее трансформации. Значения  напряжения указываются  в  документации  на трансформаторы конкретных типов, а так же выбираются из таблиц.

2) Номинальное вторичное  напряжение U2ном, В:

Напряжение,  возникающее  на  зажимах вторичной  обмотки ТН при приложении напряжения к его первичной обмотке.

Номинальные напряжения основных вторичных обмоток:

• для однофазных трансформаторов, включаемых на напряжение между фазами, а так же трёхфазных ТН-100В;
• для однофазных трансформаторов,  включаемых на напряжение между фазой и землей -100/√3

Номинальные напряжения дополнительных вторичных обмоток:

• для однофазных трансформаторов, работающих в сетях с заземлённой нейтралью-100В;
• для однофазных трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью — 100/3В.

3) Номинальный коэффициент трансформации Кн ном.:

Отношение действующего значения номинального первичного напряжения к действующему значению номинального вторичного напряжения: Кнном. = U1ном/U2ном.

4) Класс точности ТН:

Класс точности любого измерительного прибора представляет собой отклонение реальной величины от номинального значения. Класс точности для  измерения, выбирается из ряда: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0, для защиты — 3P; 6P.

5) Номинальная  мощностьS, В·А:

Значение полной мощности, указанное в паспорте ТН,  которую  он  отдаёт  во вторичную  цепь  при  номинальном вторичном  напряжении  с  обеспечением соответствующего класса точности.

6) Предельная  мощностьS, В·А:

Кажущаяся  мощность,  которую трансформатор  напряжения  длительно отдаёт  при  номинальном  первичном напряжении,  вне  класса  точности,  и  при которой  нагрев  всех  его  частей  не выходит  за  пределы,  допустимые  для класса  нагревостойкости  данного трансформатора.

7) Номинальная частота питающей сети ƒном, Гц:

Номинальная частота напряжения питающей сети должна быть 50 или 60Гц (в отечественных электрических сетях она составляет 50Гц).

Эти паспортные данные наносятся на специальную металлическую пластину, которая закрепляется на видном месте корпуса прибора и называется табличкой или шильдиком.

Измерительные трансформаторы напряжения по техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 1983-2015.

• товарный знак предприятия-изготовителя;
• наименование «трансформатор напряжения»;
• тип трансформатора;
• порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя;
• год  выпуска;
• количество фаз;
• номинальная частота, Гц;
• категория размещения (в данном случае для внутренней установки — УЗ);
• классы точности;
• соответствующие классам точности номинальные мощности, В·А;
• номинальное напряжение первичной обмотки и номинальныенапряжения  каждой  из  вторичных  обмоток,  В;
• мощность дополнительной обмотки, В·А;
• предельная мощность, В·А;
• полная масса трансформатора, кг;
• дополнительная информация в соответствии с документацией на трансформаторы конкретныхтипов.

К основным характеристикам измерительных трансформаторов тока относятся:

1) Номинальноенапряжение Uном, кВ:

Выбирается из стандартного ряда напряжений: 0,66;3;6;10; 15; 20;24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750. Кроме встроенных трансформаторов.

2) Номинальный  первичный ток I1ном, А:

Ток, протекающий в первичной обмотке ТТ и подлежащий трансформации. Может находиться в пределах от 1А до 40кА.

3) Номинальный  вторичный ток I2ном, А:

Ток,  протекающий  во  вторичной  обмотке трансформатора тока. Обычно это 5А, но может быть 2А и 1А. Причём ток 1А допускается только для трансформаторов тока с номинальным первичным током до 4000А. А так же при больших измерительных расстояниях, чтобы снизить номинальную нагрузку. По заказу допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током 2 или 2,5А.

4)Номинальный  коэффициент трансформации Ктном.:

Отношение действующего значения номинального первичноготока к действующему значению номинального вторичного тока в режиме холостого хода.Определяется  по формуле: Ктном. = I1ном/I2ном.

5) Номинальная  вторичная  нагрузка S2ном, В·А:

Значение  вторичной  нагрузки,  указанноена  паспортной  табличке  ТТ,  при  котором  гарантируется  классточности. Определяется характером нагрузки с коэффициентом мощности cosφ.

6) Класс точности:

Обобщённая характеристика ТТ, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы.

Для трансформаторов токасуществуют следующие классы точности: 0,1; 0,2; 0,2S; 0,5; 0,5S; 1,0; 3,0; 5Р; 10Р.

Номинальноезначение частоты напряжения сети, для работы в которой предназначен ТТ, должна быть 50 или 60Гц.

Так же как и трансформаторы напряжения, каждый трансформатор тока должен иметь табличку (шильдик), на которой указаны технические характеристики ТТ.

Измерительные трансформаторы тока по техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 7746-2015.

Рассмотрим условные обозначения на такой табличке:

• товарный знак предприятия-изготовителя;
• наименование «трансформатор тока»;
• тип трансформатора и климатическое исполнение;
• порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя;
• номинальное напряжение, кВ (кроме встроенных трансформаторов);
• номинальный коэффициент трансформации обмоток;
• номинальная частота, Гц;
• номера  вторичных  обмоток;
• номинальная вторичная нагрузка, В·А;
• класс  точности  для  вторичных  обмоток;
• год  выпуска;
• масса трансформатора;
• обозначение  документа  на  трансформатор  конкретного  типа.

Особенность эксплуатации ИТТ заключается в необходимости замыкания вторичной обмотки через измерительные приборы и реле или шунты (замыкания накоротко) — в случае если измерительные приборы отсутствуют. То есть ИТТ всегда должен работать в режиме короткого замыкания.

Большую опасность представляет обрыв вторичной обмотки. В этом случае в магнитопроводе создаётся очень большой магнитный поток, который не будет уравновешиваться размагничи­вающим действием вторичной обмотки. Это приводит к тому, что во вторичной, разомкнутой, обмотке может наводиться напряжение в десятки тысяч вольт, опасное для изоляции приборов и обслуживающего персонала. Поэтому, вторичная обмотка ИТТ всегда должна быть заземлена и замкнута накоротко через подключенный к ней измерительный прибор, а в случае необходимости его демонтажа (например с целью замены), должен устанавливаться шунт закорачивающий выводы вторичной обмотки ИТТ и снимается данный шунт только после установки и подключения измерительного прибора.

Трансформаторы напряжения, в отличие от трансформаторов тока, работают в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Для обеспечения нормальной работы, ИТН должен быть защищен от токов короткого замыкания со стороны нагрузки, поскольку они вызывают перегрев и повреждение изоляции обмоток, а также приводят к возникновению короткого замыкания в самом трансформаторе. С этой целью во всех незаземлённых проводах устанавливаются автоматические выключатели или предохранители.Защита первичной обмотки от повреждений выполняется при помощи предохранителей.

Подключая измерительные приборы и устройства защиты к ИТН, следует учитывать тот факт, что включение большого количества электроприборов приводит к повышению значения тока во вторичной обмотке и увеличению погрешности измерения.

ВАЖНО! Для обеспечения безопасности работ, проводимых в цепях измерительных приборов и устройств релейной защиты, все вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения должны иметь постоянное заземление.

Трансформаторы напряжения выполняются в однофазном и трехфазном исполнении. В зависимости от требуемой информации они могут соединяться в различные схемы, как на рисунке ниже.

На рисунке «а» приведена схема включения одного трансформатора напряжения на междуфазное напряжение АВ. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рисунке «б» показана схема соединения двух ИТН в открытый треугольник или в неполную звезду. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рисунке «в» приведена схема соединения трёх однофазных или одного трёхфазного ИТН в звезду. Эта схема используется, когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.

а рисунке «г» схема соединения трёх ИТН в треугольник–звезда. В этом случае на вторичной стороне будет повышенное напряжение, равное  U2 173В. Схема может использоваться для питания электромагнитных корректоров напряжения для устройств автоматического регулирования.

На рисунке «д» представлена схема соединения ИТН в схему разомкнутого треугольника – на сумму фазных напряжений. В этой схеме первичные обмотки соединяются в звезду, а вторичные соединяются последовательно, образуя разомкнутый треугольник. Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности (3Uo), необходимого для включения реле напряжения и реле мощности защиты от замыканий на землю.

Трансформаторы тока являются однофазными аппаратами и могут быть установлены в одну, две или три фазы измеряемой сети.

В трехфазной сети для подключения измерительных приборов и реле, вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные из них приведены ниже.

На рисунке «а» схема соединения в полную звезду, которая применяется при необходимости контроля тока во всех трех фазах электрической сети и для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных коротких замыканий.

На рисунке «б» схема соединения в треугольник, применяется для получения большей силы тока во вторичной цепи или сдвига по фазе вторичного тока относительно первичного на 30  или 330 . Так же она используется для получения разности фазных токов, например, для включения дифференциальной защиты трансформатора.

На рисунке «в» схема соединения в неполную звезду, используемая для включения защиты от междуфазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью.

На рисунке «г» схема соединения в неполный треугольник “восьмёрка”, которая используется для включения защиты от междуфазных коротких замыканий. Ток равен разнице токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы.

На рисунке «д» схема соединения на сумму токов трёх фаз (фильтр токов нулевой последовательности), используемая для включения защиты от коротких замыканий на землю.

На рисунке «е» схема последовательного соединения двух ИТТ, установленных на одной фазе. При таком соединении вторичных обмоток, с одинаковым коэффициентом трансформации, сила тока будет такая же, как при включении в цепь только одного из трансформаторов, при этом нагрузка распределяется поровну по двум. Эта схема применяется при использовании маломощных  ИТТ.

На рисунке «ж» схема параллельного соединения вторичных обмоток ИТТ, установленных на одной фазе. Это позволяет уменьшить коэффициент трансформации, суммируя ток вторичных обмоток при данном токе в линии. Коэффициент трансформации этой схемы в два раза меньше коэффициента трансформации одного трансформатора тока. Так, для получения коэффициента трансформации 150/5, соединяют параллельно два стандартных трансформатора тока с коэффициентом трансформации 300/5.

ПРИМЕЧАНИЕ: такие измерительные приборы как электросчетчики и ваттметры могут подключаются одновременно и к ИТТ и к ИТН, ознакомиться со схемами подключения счетчиков через ИТ вы можете здесь: https://elektroshkola.ru/uchet-elektroenergii/podklyuchenie-schetchika-cherez-transformatory/

Данный вопрос рассмотрим на примере выбора измерительных трансформаторов для подключения электросчетчиков.

Трансформаторы напряжения необходимо применять при необходимости подключения приборов учёта электроэнергии, а так же других измерительных приборов и реле, в высоковольтных электроустановках (выше 1000 Вольт). Их выбирают по номинальному напряжению, классу точности, вторичной нагрузке, а так же по сечению и длине проводов и кабелей.

Номинальное напряжение первичной обмотки (U1ном.), должно быть равно номинальному напряжению сети (Uс.ном.): U1ном.=Uс.ном.

Класс точности ИТН для присоединения расчётных счётчиков электроэнергии не должен быть более 0,5, для технического учёта – не более 1,0 (ПУЭ п.1.5.16).

Присоединение расчетных счётчиков к трёхфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность.

В цепях распределительных устройств выше 1кВ, а так же 0,4кВ при токах нагрузки более 100А, измерительные устройства, как правило, подключаются через трансформаторы тока.

Рассмотрим пример выбора ИТТ для подключения расчётного счётчика электрической энергии офисного здания.

Напряжении сети — 0,4кВ

Максимальная потребляемая мощность (дневное время) — 75кВт (120 А)

Минимальная потребляемая мощность (ночное время) — 22,5кВт (36 А)

Номинальное напряжение ИТТ должно быть не меньше максимального напряжения электроустановки, где требуется установить ИТТ. Выбирается из стандартного ряда по ГОСТ 7746-2015, в кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

В нашем случае измерительный трансформатор должен быть на 0,66кВ.

Выбирается исходя из номинального (базового) тока счетчика, как правило составляет 5А.

Класс точности ИТТ определяется в зависимости от назначения электросчётчика. Для коммерческого учёта в сетях 0,4кВ класс точности должен быть 0,5S.

Это наиболее важный параметр ТТ. Величина номинального тока ТТ должна быть больше значения максимального тока электроустановки, где монтируется ТТ.Он выбирается из следующего ряда по ГОСТ 7746-2015, в А: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000.

Номинальный первичный ток ИТТ должен быть больше, чем максимальный рабочий ток линии (I1макс, в нашем случае 120Ампер).

Выбираем ближайший больший из стандартного ряда – 150А.

Этот ток определяет коэффициент трансформации (Кт) нашего измерительного трансформатора, который выражается отношением номинального тока первичной обмотки к номинальному току вторичной обмотки:

Таким образом нам необходим трансформатор тока 0,66кВ, 150/5, Кт=30, 0,5S

Согласно пункту 1.5.17 ПЭУ, при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока должен составлять не менее 40% номинального тока счётчика, а при минимальной рабочей нагрузке – не менее 5%.

I2макс. = I1макс./Кт = 120А/30 = 4А.

I2мин. = I1мин./Кт = 36А/30 = 1,2А.

I2макс. в % = (I2макс.×100)/Iном.сч. = (4А×100)/5А = 80%.

I2мин. в % = (I2мин.×100)/Iном.сч. = (1,2А×100)/5А = 24%.

Следовательно ИТТ выбран верно.

ПРИМЕЧАНИЕ: Расчёт измерительных трансформаторов тока и их проверку можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора.

Сечение  и  длина  проводов  и  кабелей, согласно пункту 1.5.19 ПУЭ,  в  цепях  напряжения расчётных  счётчиков должны выбираться  такими,  чтобы  потери  напряжения  в  этих  цепях  составляли  не  более  0,25% номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и  не  более  0,5%  при  питании  от  трансформаторов  напряжения  класса  точности  1,0. Потери  напряжения  от  трансформаторов  напряжения  до  счётчиков  технического  учёта должны составлять не более 1,5% номинального напряжения.

При этом, по условию механической прочности, сечение жил проводов и кабелей должно быть не менее 1,5 мм2 для медных жили не менее 2,5 мм2 для алюминиевых жил. Для токовых  цепей — 2,5 мм2  для меди и 4 мм2  для алюминия (ПУЭ 3.4.4).

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.

26Дата
печати 29.03.2009 17:23:002626

Назначение, устройство и принцип действия трансформаторов.

К пояснению устройства и принципа действия трансформатора.

Трансформатор
состоит из замкнутого ферромагнитного
магнитопровода (сердечника), на котором
расположены две обмотки, выполненные
из медного или алюминиевого провода.
Для уменьшения потерь в стали, сердечник
собирается из изолированных друг от
друга листов электротехнической стали.

Обмотка, с
числом витков W1,
подключаемая к источнику питания,
называется
первичной.
К другой обмотке
с числом витков W2,
называемой вторичной,
подключается приёмник Zн.

Все величины,
относящиеся к первичной обмотке
(напряжение, ток, мощность, число витков
и т. д.) называются первичными,
а величины, относящиеся ко вторичной
обмотке, – вторичными.

Трансформатор,
у которого W2
< W1,
называется понижающим.
Если

Величина к = W1/
W2
называется коэффициентом
трансформации трансформатора.

Трансформатор,
имеющий первичную и одну вторичную
обмотку, называется двухобмотачным.
Если у трансформатора две или более
вторичных обмоток, то он называется
трёх- или
многообмотачным.

На рисунке 6.2.
показаны условные графические обозначения
трансформаторов в электрических схемах.

Рис. 6.2. Условные графические обозначения
схем однофазного (а, б)

и трёхфазного (в, г) трансформаторов.

По мощности
трансформаторы подразделяются на
трансформаторы:

малой мощности –
до 50 – 1000 ВА;

средней мощности
– до 20 – 500 кВА;

большой мощности
– до 500 000 – 1 000 000 кВА.

Трансформаторы
средней и большой мощности, используемые
в системах передачи и распределения
электроэнергии, а также при её использовании
в промышленных установках называются
силовыми.

Трансформаторы,
устанавливаемые на электрических
станциях и подстанциях, называются
силовыми
трансформаторами общего назначения.
В промышленности широко распространены
также силовые
трансформаторы специального назначения:
выпрямительных, сварочных и др.
электроустановок.

Трансформаторы
малой мощности применяются в
радиотехнических системах и системах
автоматического управления производственными
процессами. Сюда относятся импульсные,
разделительные, согласующие,
дифференцирующие и др. типы маломощных
трансформаторов.

Несмотря на
большое разнообразие типов трансформаторов,
принцип действия всех трансформаторов
одинаков и основан на явлении
электромагнитной индукции.

Соседние файлы в папке конспект ЭМ)

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

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

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

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

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

Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство трансформатора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типы магнитопроводов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

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