Как работают трансформаторы напряжения. Из каких основных частей состоит трансформатор напряжения. Для чего применяются трансформаторы напряжения в электроэнергетике. Какие бывают типы трансформаторов напряжения.
Что такое трансформатор напряжения и зачем он нужен
Трансформатор напряжения — это специальный измерительный трансформатор, предназначенный для преобразования высокого напряжения в низкое напряжение, пропорциональное первичному. Основная задача трансформатора напряжения — обеспечить возможность измерения высокого напряжения с помощью стандартных измерительных приборов.
Применение трансформаторов напряжения обусловлено следующими причинами:
- Необходимость измерения очень высоких напряжений (сотни киловольт) в электроэнергетических системах
- Невозможность прямого подключения измерительных приборов к высоковольтным цепям из-за опасности для персонала и оборудования
- Потребность в гальванической развязке между первичной высоковольтной цепью и вторичными цепями измерения и защиты
Принцип действия трансформатора напряжения
Принцип действия трансформатора напряжения основан на явлении электромагнитной индукции. Когда на первичную обмотку подается высокое напряжение, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток. Этот поток индуцирует ЭДС во вторичной обмотке, пропорциональную первичному напряжению.
Соотношение напряжений на обмотках трансформатора определяется коэффициентом трансформации:
K = U1 / U2 = w1 / w2
где U1, U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках, w1, w2 — число витков обмоток.
Основные элементы конструкции трансформатора напряжения
Основными элементами конструкции трансформатора напряжения являются:
- Магнитопровод — изготавливается из листовой электротехнической стали
- Первичная обмотка — рассчитана на высокое напряжение, имеет большое число витков
- Вторичная обмотка — рассчитана на низкое напряжение, имеет меньшее число витков
- Изоляция — обеспечивает изоляцию между обмотками и магнитопроводом
- Бак — для масляных трансформаторов, заполняется трансформаторным маслом
- Вводы — для подключения первичной и вторичной обмоток
Типы трансформаторов напряжения
По конструкции различают следующие основные типы трансформаторов напряжения:
1. Масляные трансформаторы напряжения
Обмотки и магнитопровод погружены в бак с трансформаторным маслом. Масло выполняет функции изоляции и охлаждения. Применяются на напряжения до 750 кВ.
2. Сухие трансформаторы напряжения
Не содержат масла, изоляция выполнена из твердых диэлектриков. Применяются на напряжения до 35 кВ. Преимущества — пожаробезопасность, экологичность.
3. Газонаполненные трансформаторы напряжения
Заполнены инертным газом (обычно элегазом) под давлением. Применяются на сверхвысокие напряжения до 1150 кВ. Обладают высокими изоляционными свойствами.
4. Емкостные трансформаторы напряжения
Содержат емкостный делитель напряжения. Применяются на напряжения 110-1150 кВ. Имеют меньшие габариты по сравнению с обычными трансформаторами.
Области применения трансформаторов напряжения
Основные области применения трансформаторов напряжения в электроэнергетике:
- Измерение высокого напряжения в электрических сетях и на подстанциях
- Питание цепей релейной защиты и автоматики
- Подключение счетчиков электроэнергии
- Синхронизация генераторов при включении в сеть
- Питание цепей сигнализации и блокировки
Преимущества и недостатки трансформаторов напряжения
Основные преимущества трансформаторов напряжения:
- Возможность измерения высоких напряжений стандартными приборами
- Обеспечение гальванической развязки первичной и вторичной цепей
- Высокая точность преобразования напряжения
- Надежность и длительный срок службы
К недостаткам можно отнести:
- Большие габариты и масса масляных трансформаторов
- Необходимость периодического обслуживания масляных трансформаторов
- Возможность возникновения феррорезонансных явлений в сети
Погрешности трансформаторов напряжения
При работе трансформаторов напряжения возникают следующие основные погрешности:
- Погрешность напряжения — отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального
- Угловая погрешность — сдвиг по фазе между векторами первичного и вторичного напряжений
Погрешности нормируются стандартами в зависимости от класса точности трансформатора напряжения. Для измерительных трансформаторов напряжения классы точности составляют 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 3.0.
Заключение
Трансформаторы напряжения играют важную роль в современных системах передачи и распределения электроэнергии. Они позволяют безопасно и точно измерять высокие напряжения, обеспечивая нормальную работу систем защиты, автоматики и учета электроэнергии. Развитие технологий позволяет создавать все более совершенные конструкции трансформаторов напряжения для применения на сверхвысоких напряжениях.
Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия
Время прочтения: 10 минут
- 250 кВА
- 400 кВА
- 630 кВА
- 800 кВА
- 1000 кВА
- 1250 кВА
- 1600 кВА
- 2500 кВА
- 6 кВ
- 10 кВ
- Трансформатор-стабилизатор высоковольтный дискретный ВДТ-СН
- Трансформаторы с литой изоляцией ТСЛ, ТСЗЛ
- Трансформаторы ТС, ТСЗ
- Комплектные трансформаторные подстанции
- Сухие силовые трансформаторы
- Масляные трансформаторы
- Высоковольтные трансформаторы
- Трансформаторы собственных нужд ТСКС
- Трансформаторы силовые сухие ТС, ТСЗ
- Однофазные вольтодобавочные трансформаторы
Все трансформаторы тока — это конструкции, которые изменяют переменный ток и стабильно защищают от перепадов высокого напряжения. Он является механизмом только переменного тока, который не может работать с источником постоянного тока, так как при этом в его обмотках не будет электромагнитной индукции.
Сейчас трансформаторы напряжения, работающие на маленьких мощностях, практически вытеснены более мощными модификациями.
Описание и составляющие
Трансформатор состоит из трех частей:
- Электро-обмотка может быть первичной подводящей напряжение и вторичной снимающей напряжение. Первичная обвивка подключается по порядку и подсоединяется к ключу переменного тока. Вторичная обвивка должна быть замкнута на нагрузку и ее противодействие не превышает установленного значения, она никак не сопряжена с первичной. На вторичной обмотке вызывается крайне высокое напряжение и вследствие этого она обязана быть заземлена.
- Системы охлаждения: естественное воздушное, масляное (трансформаторное масло циркулирует и отдает запасенное тепло через заднюю стенку бака в окружающую среду, охлаждаясь), по тому же принципу циркуляции происходит охлаждение водой и естественное жидким диэлектриком.
- Сердечник. А еще его называют магнитопровод, чаще всего изготавливается из специальных сплавов штампованных пластин в виде буквы Ш и О.
Могут быть броневые (катушки установлены на одной оси) и стержневые (занимают большую часть сердечника и сердечники являются раздельными их стягивают при сборке).
Принцип действия
Отдача мощности из одной обмотки во вторую совершается электромагнитным путем и основана на электромагнитной индукции. Непостоянный ток, идя по первичной обмотке, формирует электромагнитное течение в магнитопроводе и индуцирует во вторичной обмотке, пронизывая ее витки. В результате он становиться замкнутым в магнитопроводе и сцепляется с двумя обмотками. Витки обмотки имеют равное усилие и в случае если повысить количество витков на 2–ой обмотке, объединяя их поочередно между собою, то можно повысить вольтаж на выходе трансформатора. Таким же образом уменьшая количество витков уменьшить выходное напряжение. В сердечнике трансформатора неизбежны потери энергии за счет выделения тепла, но в современных мощных моделях эти потери невелики и не превышают 3%. Однофазные трансформаторы напряжения могут работать, на нагрузку, в режиме холостого хода и короткого замыкания.
Как три отдельных однофазных трансформатора можно рассматривать трехфазные, но они работают на больших мощностях.
Возврат к списку
Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики
электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)
Трансформатор — устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.
Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.
Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.
В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.
Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.
Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений.
Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.
В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.
УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки.
Сердечники трансформаторов бывают двух типов — броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:
- Ш-образные;
- П-образные;
- тороидальные.
Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.
Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части — витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.
У каждого из типов свои достоинства и недостатки:
- Наборные сердечники.
- Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.
Недостатки — необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).
- Витые.
- Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки — соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.
При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.
- Тороидальные.
- Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.
Основной недостаток — сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.
Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.
В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.
Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основные характеристики трансформатора:
- входное напряжение;
- значения выходных напряжений;
- мощность;
- напряжение и ток холостого хода.
Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.
Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно — допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.
Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.
Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.
Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.
Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.
Общая последовательность расчета трансформатора такова:
- определение мощности трансформатора;
- подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
- определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
- расчет количества витков для каждой обмотки;
- расчет сечения проводов обмоток.
Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них — это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.
Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 — 1.1.
Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.
Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения.
Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.
Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S,
где N — количество витков на вольт, S — площадь сечения сердечника в см2, K — коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.
Значение коэффициента К:
- для наборных сердечников — 60;
- для типов ПЛ — 50;
- для тороидальных сердечников 40.
Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.
У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.
Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I, где I — ток обмотки.
Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).
В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.
В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.
© 2012-2023 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники
Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции из одной цепи в другую. В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, размещенных на одном и том же магнитном пути.
Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Ниже показано типичное действие двухобмоточного трансформатора:
| Действие трансформатора |
Когда первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока (AC), переменное магнитное поле устанавливается в сердечник трансформатора. Переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком», проходят через сердечник. При второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными силовыми линиями. Нагрузка, подключенная к клеммам вторичной обмотки, приводит к протеканию тока.
Части трансформатора
Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:
(a) Многослойный железный сердечник
(b) Обмотки (первичная и вторичная)
Многослойное железо ядро
Железный сердечник трансформатора состоит из листов катаного железа.
Это железо обрабатывается таким образом, чтобы оно имело высокое качество магнитной проводимости (высокую магнитную проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин, используемый для обозначения случая, при котором материал будет проводить магнитные силовые линии.
Железо также имеет высокое омическое сопротивление поперек пластин (по толщине сердечника). Листы железа необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:
(a) Тип сердечника
(b) Тип корпуса
| Трансформаторы с сердечником и корпусом |
В сердечнике типа (сердечник форма) трансформатора, обмотки которого окружают сердечник. В оболочечном трансформаторе стальной магнитопровод (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки. В сердечнике обмотки находятся снаружи; в виде оболочки обмотки находятся внутри.
Обмотки
Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка.
Первичная обмотка представляет собой катушку, которая получает энергию. Он формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка представляет собой катушку, которая разряжает энергию при преобразованном или измененном напряжении.
Типы трансформаторов
Трансформаторы классифицируются по различным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов:
(a) Однофазные трансформаторы
(b) Трехфазные трансформаторы
(c) Трансформаторы напряжения
(d) Автотрансформаторы
(e) Трансформаторы тока
(f) Силовые трансформаторы
90 002 Коэффициент напряжения трансформатораНапряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально числу витков на витках обмоток. Эта связь выражается формулой:
| Коэффициент трансформации трансформатора |
Где:
Vp = напряжение на первичных обмотках, В
Vs = напряжение на вторичных обмотках, В
Np = число витков первичной обмотки
Ns = число витков вторичной обмотки
Отношение Vp/Vs называется коэффициентом напряжения (VR).
Отношение Np/Ns называется коэффициентом витков (TR).
Соотношение напряжений 1:4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной обмотке. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.
Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 В на первичной обмотке приходится только 1 В на вторичной. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим.
Коэффициент тока
Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках. Эта связь выражается уравнением:
| коэффициент тока трансформатора 9 Is = ток во вторичной обмотке, А 20 КПД трансформатора КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, подводимой к первичной обмотке. Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он отдает всю получаемую энергию. Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражается уравнением:
Где: Eff = КПД Ps = выходная мощность вторичной обмотки = входная мощность – потери в сердечнике – потери в меди Pp = мощность вход в первичную обмотку Эффективность хорошо спроектированных трансформаторов очень высока, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов. Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения. Основной причиной высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием является отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока. Трансформаторы напряжения | Tameson.comРисунок 1: Трансформаторы напряжения Электроэнергетическая система представляет собой сеть электрических компонентов, используемых для подачи, передачи и потребления электроэнергии. Энергия подается через механизм генерации, такой как электростанция, передается по линиям электропередачи и распределительным системам и потребляется в жилых помещениях. Уровень напряжения следует измерять, чтобы обеспечить передачу оптимального значения в различных точках системы распределения электроэнергии. Это напряжение часто бывает очень высоким, и его невозможно измерить обычным вольтметром. Специализированные трансформаторы, известные как измерительные трансформаторы, используются для измерения очень высокого напряжения и тока в энергосистеме. Трансформатор, используемый для измерения высокого напряжения, называется трансформатором напряжения, также обычно называемым трансформатором напряжения, а трансформатор, используемый для измерения сильного тока, называется трансформатором тока. Содержание
Что такое трансформатор напряжения Электрическая подстанция — это вспомогательная станция в системе производства, передачи и распределения электроэнергии, где напряжение преобразуется от высокого значения к низкому или обратному с помощью трансформаторов. Напряжение, вырабатываемое электростанцией или подстанцией, передается и подается на несколько промышленных объектов и жилых районов. Необходимо убедиться, что генерируемое напряжение имеет оптимальное значение, а также напряжение, полученное после передачи по нескольким линиям, не претерпело больших потерь. Следовательно, важно измерять эти напряжения в различных точках. Измерение напряжения высокого уровня на электростанциях и в центрах нагрузки не может быть выполнено обычными вольтметрами. Трансформатор напряжения — это прибор, используемый для измерения высокого напряжения в системе передачи или распределения. Это понижающий трансформатор, который преобразует входное напряжение в более низкое выходное напряжение, которое затем можно измерить вольтметром. Примечание: Термины «трансформатор напряжения» и «трансформатор напряжения» по существу означают одно и то же, и оба термина используются в статье взаимозаменяемо. Конструкция трансформаторов напряженияКонструкция трансформатора напряжения аналогична конструкции обычного силового трансформатора с первичной и вторичной обмотками. Напряжение, создаваемое на стороне нагрузки, пропорционально числу витков вторичной обмотки относительно первичной. Преобразование напряжения определяется выражением: В1/В2 = Н1/Н2
Например, трансформатор с N1=1, N2=10, имеющий напряжение первичной обмотки (V1), равное 10, будет иметь напряжение вторичной обмотки, равное 1В. Рис. 2: Вариант конструкции трансформатора напряжения Трансформатор напряжения имеет магнитный сердечник (на рис. Вторичная обмотка намотана рядом с сердечником, так как легко изолировать обмотку низкого напряжения (рис. 2, обозначенная буквой B). Первичная обмотка высокого напряжения (рис. 2, обозначенная буквой А) намотана поверх вторичной обмотки с бумажной лентой или хлопчатобумажной изоляцией (рисунок 2, обозначенной буквой С) между ними. Обмотки погружены в заполненный маслом резервуар (рис. 2, обозначенный буквой D), что обеспечивает лучшую изоляцию в трансформаторах высокого напряжения (выше 7 кВ). Клеммы высокого напряжения выведены из бака через маслонаполненные втулки (рис. 2, обозначены Е). Принцип работы трансформатора напряжения Трансформатор напряжения обычно используется для измерения высоких напряжений. Первичная сторона трансформатора напряжения (на рис. При подаче напряжения на первичную обмотку возникает напряжение на вторичных обмотках. Это напряжение ниже напряжения на первичной обмотке и пропорционально количеству обмоток на первичной и вторичной сторонах. Рис. 3: Работа трансформатора напряжения Измерение напряжения с помощью трансформатора напряжения
Если отношение числа обмоток в первичной и вторичной обмотках составляет 1200:1, а вольтметр показывает 110 В на вторичной обмотке,
Типы трансформаторов напряженияТипы трансформаторов напряжения в зависимости от их конструкцииСуществуют два основных типа трансформаторов напряжения в зависимости от их конструкции: обмоточные и емкостные. Трансформатор напряжения с обмоткой Трансформаторы напряжения с кожухом и сердечником относятся к обмотке. Первичная и вторичная обмотки намотаны на стержни сердечника с соответствующей изоляцией. Для измерения высоких напряжений (обычно более 10 кВ) конструкция усложняется из-за проблем с изоляцией. Емкостной трансформатор напряженияРис. 4: Подключение емкостного трансформатора напряжения Емкостной трансформатор напряжения использует емкостной делитель и вспомогательный трансформатор (рис. 4, обозначенный A). Конденсаторный делитель устраняет необходимость в трансформаторе напряжения с высоким номиналом. Сеть с емкостным делителем (четыре конденсатора на рис. 4) подключается к измеряемому высокому напряжению (на рис. 4 обозначено B). При подключении к переменному напряжению конденсатор начинает заряжаться до величины напряжения. Входное напряжение распределяется между конденсаторами, что снижает высокое входное напряжение до низкого значения. Низкое напряжение, полученное от емкостного делителя, понижается (рис. 4, обозначено D) с помощью вспомогательного трансформатора. Заштрихованная часть, обозначенная буквой C на рис. 4, в совокупности описывает емкостной трансформатор напряжения, который состоит из конденсатора-делителя и вспомогательного трансформатора. Типы трансформаторов напряжения в зависимости от рабочего напряженияВ зависимости от используемого напряжения в сети трансформаторы напряжения классифицируются в Высоковольтные трансформаторы напряженияВысоковольтные трансформаторы напряжения обычно работают при входном напряжении более 69 кВ. Эти устройства подходят для измерения высокого напряжения на распределительных линиях электропередач. Неэкономично использовать один трансформатор для измерения напряжения более 500 кВ (поскольку размеры трансформатора становятся огромными), и в этом случае два трансформаторных блока соединяются каскадом для получения требуемого напряжения. Каскадирование — это процесс последовательного соединения двух трансформаторов. Например, для понижения высокого напряжения 100 кВ до 10 В требуется трансформатор с соотношением витков (количество витков вторичной обмотки: число витков первичной обмотки) 1:10000, что делает трансформатор чрезвычайно громоздким. Трансформаторы среднего напряженияВ соответствии со стандартом IEEE практические уровни напряжения (входящее напряжение) в диапазоне 5–35 кВ часто называют средним напряжением. Некоторые распределительные линии могут превышать 35 кВ, и эти линии относятся к категории высоковольтных. Трансформатор распределения среднего напряжения обеспечивает окончательное преобразование напряжения в системе распределения электроэнергии после понижения напряжения линии распределения до уровня, пригодного для использования потребителем. Примечание: Напряжение системы, указанное в Таблице 1 для различных типов трансформаторов напряжения, предназначено только для информационных целей, и эти значения могут варьироваться в зависимости от различных используемых стандартов, таких как IEEE, IEC и ANSI. Трансформаторы напряжения низкого напряженияТрансформатор низкого напряжения работает при входном напряжении менее 600В. Этот трансформатор используется с измерительным или контрольным оборудованием или в качестве вспомогательного источника питания в панели управления двигателем. Рис. 5: Типы трансформаторов напряжения, A: Трансформатор высокого напряжения, B: Трансформатор среднего напряжения и C: Трансформатор напряжения низкого напряжения
Таблица 1: Разница между трансформаторами напряжения низкого, среднего и высокого напряжения Типы трансформаторов напряжения в зависимости от функции Трансформаторы напряжения делятся на измерительные и защитные в зависимости от их функции. Трансформаторы напряжения измерительного типаТрансформаторы напряжения измерительного типа представляют собой трансформаторы низкого номинала с высокой точностью, используемые для измерения напряжения в приборах учета. Трансформаторы напряжения с защитойТрансформаторы напряжения с защитой используются для обеспечения изоляции и защиты от высоких напряжений во время измерений. Обмотки этих трансформаторов электрически изолированы, и сторона низкого напряжения не связана напрямую со стороной высокого напряжения. Ошибки в трансформаторах напряжения В обычном трансформаторе выходное напряжение во вторичной обмотке точно пропорционально напряжению на вторичном трансформаторе. Однако в трансформаторах напряжения напряжение падает из-за реактивного сопротивления и сопротивления в первичной и вторичной обмотках. Существует два типа ошибок, а именно ошибки фазового сдвига и ошибки отношения напряжений, присутствующие в выходном напряжении трансформатора напряжения. Ошибка фазового сдвигаОшибка фазового сдвига представляет собой разницу между фазой первичного напряжения и инвертированным вторичным напряжением. В идеале первичное напряжение остается в фазе с обратным вторичным напряжением. Но на практике реактивное сопротивление обмоток сдвигает фазу вторичного напряжения, создавая ошибку фазового угла. Ошибка соотношения напряженийОшибка соотношения напряжений представляет собой разницу между идеальным напряжением, которое необходимо получить, и фактическим напряжением, полученным на вторичных обмотках. Процент погрешности соотношения напряжений определяется как: {(V1 – K n V2) / V1} ✕100
Преимущества и недостатки трансформатора напряженияПреимущества
Недостатки
Применение трансформаторов напряженияТрансформаторы напряжения обычно используются в:
Часто задаваемые вопросыДля чего используется трансформатор напряжения? Трансформатор напряжения используется для измерения высоковольтных линий электропередачи и обеспечения изоляции в системах коммерческого учета. Похожие записи
|
В этой статье обсуждаются конструкция, принцип работы, измерение, типы и области применения трансформаторов напряжения. 
Электроэнергия проходит через несколько подстанций между электростанциями и потребителем, при этом напряжение может изменяться в несколько ступеней. 
2 обозначен буквой F), аналогичный магнитному сердечнику обычного силового трансформатора, но с сердечником большого размера из кремниевых пластин. Магнитопровод может быть как оболочечным, так и стержневым. 
3 обозначена как PT) подключается к линии электропередачи, напряжение которой (132 кВ на рис. 3) должно быть измерено. Линия передачи подключена к нагрузке «А», которая получает электроэнергию от линии. Трансформатор напряжения всегда подключается параллельно линии. Вторичная сторона трансформатора напряжения подключена к стандартному низкочастотному вольтметру (на рис. 3 обозначено буквой V). Трансформатор тока всегда подключается последовательно к линии, ток которой необходимо измерить. Прочтите нашу статью, чтобы увидеть подробное сравнение трансформаторов напряжения и трансформаторов тока. 
Следовательно, емкостные трансформаторы напряжения используются для измерения очень высоких напряжений. 
Для этой же цели можно использовать два трансформатора с соотношением витков 1:100. Первый трансформатор понижает входное напряжение 100 кВ до 1 кВ, которое подается на первичную обмотку второго трансформатора. Второй трансформатор понижает входное напряжение 1 кВ до 10 В на выходе. Следовательно, трансформаторы могут быть соединены каскадом для получения точного преобразования напряжения одного трансформатора, но с гораздо меньшими размерами и проблемами конструкции. 
Эти трансформаторы идеально подходят как для внутреннего, так и для наружного применения в зависимости от уровня диапазона входного напряжения (см. Таблицу 1). 
