Схема включения трансформатора напряжения: Схемы подключения трансформаторов напряжения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Схемы подключения трансформаторов напряжения

Общие сведения

Трансформаторами напряжения, как правило, называют разновидность трансформаторов, которые предназначены не для передачи мощности, а для гальванического разделения высоковольтной стороны от низковольтной.

Такие трансформаторы предназначены для питания измерительных и управляющих приборов. На «высокой» стороне различных трансформаторов напряжения, естественно, напряжение может быть разным, это и 6000, и 35000 вольт и даже много более, а вот на «низкой» стороне (на вторичной обмотке) оно не превышает 100 вольт.

Это очень удобно для унификации приборов управления. Если делать измерительные приборы и приборы управления, а это в основном реле, на высокое напряжение, то они, во-первых, будут очень большими, а во-вторых, очень опасными в обслуживании.

Коэффициент трансформации указан на самом трансформаторе и может выглядеть как К_u = 6000/100, либо просто 35000/100. Разделив одно число на другое, получим в первом случае этот коэффициент 60, во втором 350.

Данные трансформаторы бывают как «сухие», в которых в качестве изоляции используется электрокартон. Они применяются, обычно, для напряжений до 1000 вольт. Пример НОС-0,5. Где, Н означает напряжение, имеется ввиду трансформатор напряжения, О – однофазный, С – сухой, 0,5 – 500 вольт (0,5кВ). А так же масляные: НТМИ, НОМ, 3НОМ, НТМК, в которых масло играет роль, как изолятора, так и охладителя. И литые, если быть точным, то с литой изоляцией (3НОЛ – трехобмоточный трансформатор напряжения однофазный с литой изоляцией), в которых все обмотки и магнитопровод залиты эпоксидной смолой.

Устройство трансформаторов напряжения

Как и все трансформаторы, как это было сказано выше, данный тип трансформаторов имеют как первичные обмотки (высоковольтные), так и вторичные (низковольтные). Различают однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения.

В каждом из них имеется магнитопровод, к которому предъявляются довольно высокие требования.

Дело в том, что чем больше рассеивание магнитного потока в таком трансформаторе, тем больше погрешность измерения. Кстати. В зависимости от погрешности различают трансформаторы по классу точности различаются (0,2; 0,5; 1; 3). Чем выше число, тем больше погрешность измерений.

К примеру, трансформатор с классом точности 0,2 может допустить погрешность не выше 0,2% от измеряемой величины напряжения, а, соответственно, класса точности 3 – не более 3%.

Обозначения на схемах и натуральное исполнение бывает сильно отличаются друг от друга.

Однофазный двухобмоточный трансформатор представлен на рисунке, так, как он выглядит на самом деле.

На схемах он обозначается как:

Обратите внимание, трансформатор понижающий, во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, и это отражено визуально на схеме в данном случае, хотя это и не всегда делается. Кроме того, начала и концы обмоток обозначены на схеме и на самом трансформаторе. Первичные обмотки обозначаются большими (прописными) буквами AиX. Вторичные – малыми (строчными) буквами a и x.

Существуют и трехобмоточные однофазные трансформаторы, у которых две вторичных обмотки. Одна из которых является основной, а вторая дополнительной. Дополнительная обмотка служит для контроля изоляции и имеет аббревиатуру КИЗ. Маркировка выводов этой обмотки следующая а_д — начало обмотки, х_д — конец обмотки.

Трехфазные трансформаторы выпускаются с двумя типами магнитопроводов: трехстержневые и пятистержневые.

Начала и концы здесь обозначаются несколько по-другому. На первичных обмотках начала обозначаются буквами A, B иC согласно фазам к которым они будут подключаться, а концы буквами X,Y и Z. Вторичные обмотки, соответственно, малыми буквами a,b,cи x,y,z.

Магнитные потоки создаваемые катушками AX, BY, CZ компенсируют друг друга при нормальных условиях работы. Но вот в случае пробоя одной из фаз на землю в стержнях магнитопровода создается слишком большой дисбаланс и часть потока будет закольцовываться через воздух, что создает сильный нагрев трансформатора из-за повышения номинального тока в обмотках.

Дополнительные стержни, как раз и призваны взять на себя образовавшиеся разбалансированные потоки и не допустить перегрева трансформатора. При этом в нем наматываются дополнительные обмотки, но об этом несколько позже.

Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения

Самым простым способом измерения межфазного напряжения является включение однофазного двухобмоточного трансформатора напряжения по схеме представленной на рисунке слева.

При этом на концах вторичной обмотки имеем напряжение соответствующее межфазному ВС, но уменьшенное с учетом коэффициента трансформации.

Все три межфазных напряжения можно измерять при помощи двух однофазных трансформатора подключенных определенным способом.

В трехфазных трансформаторах первичные обмотки всегда подключается по схеме «звезда».

Вторичные обмотки могут подключаться как по схеме «звезда» так и по схеме «треугольник».

При верхнем подключении на точках вывода вторичной обмотки мы имеем возможность измерения межфазных напряжений. При нижнем подключении, по схеме так называемого разомкнутого треугольника, мы можем выявить факт короткого замыкания или обрыва провода в одной их фаз на высокой стороне. Выводы при этом маркируются 0₁ и 0₂, поскольку при нормальных условиях работы между этими точками нет напряжения.

Для подключения реле защиты применяются, как уже было сказано выше дополнительные обмотки в трехобмоточных трансформаторах напряжения. Пот пример подключения таких трансформаторов в трехфазную сеть. При этом концы обмоток заземляются как в первичной, так и во вторичной обмотке.

Вот еще несколько вариантов подключения однофазных трансформаторов для измерения межфазных и фазных напряжений, а так же для питания аппаратуры управления.

Более сложные варианты подключения трансформаторов напряжения, содержащих большее количество обмоток изучается в специальном курсе электротехники.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Устройство и схемы включения измерительных трансформаторов

Страница 31 из 66

Трансформаторы тока.

Назначением трансформаторов тока в установках напряжением до 1000 В является понижение тока до величины, наиболее удобной для подключения измерительных приборов станций и подстанций. В установках более высоких напряжений трансформаторы тока нужны также и для отделения вторичных цепей приборов от цепей первичного высокого напряжения. Вторичный ток стандартных трансформаторов тока принят равным 5 А, что достигается соответствующим подбором отношения витков первичной и вторичной обмоток. Первичные обмотки трансформаторов тока могут быть выполнены на токи до нескольких тысяч ампер. Это дает возможность включать их в цепи с большой нагрузкой и замерять эту нагрузку на вторичной стороне трансформаторов тока, подключая к ним измерительные приборы, отградуированные на первичную нагрузку.

Каждый трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации по току, который представляет собой отношение номинальных токов первичного ко вторичному

Так как в большинстве случаев Iном2 = 5 А, то коэффициент трансформации указывают дробью, например:
Вторичная мощность трансформатора тока равна

где Ζ2 — полное сопротивление внешней цепи, включая сопротивление всех катушек приборов и реле. Или, пренебрегая индуктивными сопротивлениями токовых цепей и заменив Ζ2 на R2, получим

Рис. 81. Измерительный трансформатор тока типа ТПОЛ на 10 кВ:
1 — литой корпус, 2 —выводы, 3 — установочная плита, 4 — болт, 5 — крепежные отверстия, 6 — зажимы

Первичная обмотка трансформаторов тока выполняется в виде катушки, насаженной на сердечник. Трансформаторы тока для установок низкого напряжения выполняются с одним сердечником и од- ной вторичной обмоткой, а для установок высокого напряжения с несколькими сердечниками и обмотками.

По числу витков первичной обмотки трансформаторы тока делятся на одновитковые и многовитковые. В одновитковых роль витка играет токоведущий стержень или шина, на которую надевается трансформатор. Многовитковые трансформаторы изготовляют на большие первичные токи порядка сотен ампер.
Наиболее распространенные типы трансформаторов тока, применяемые в сельских электроустановках, следующие: ТКМ, ТПФМ, ТПЛ, ТПШЛ, рассчитанные на первичные токи от 5 до 3000 А и выше. В обозначениях трансформаторов буква Т — означает трансформатор тока, К — катушечный, П — проходного исполнения, Ф — с фарфоровой, а Л — с лигой изоляцией, М — модернизированный.

Трансформаторы проходного исполнения чаще всего применяют в распределительных устройствах, так как они могут заменить собой проходные изоляторы. Трансформаторы с литой изоляцией выполняются в едином блоке (обе обмотки и сердечник заливаются синтетической смолой, что повышает прочность обмоток, и сокращает размеры трансформатора). Трансформаторы типов ТПЛ, ТПОЛ, ТПШЛ имеют малые габариты и повышенную устойчивость к токам короткого замыкания. На рис. 81 показан внешний вид трансформатора тока типа ТПОЛ, лигой корпус 1 которого соединен с установочной плитой 3, имеющей крепежные отверстия 5. Выводами 2 трансформатор включается в первичную цепь, а приборы вторичной цепи подключаются к зажимам 6. Для заземления трансформатора служит болт 4. Основные технические данные трансформаторов тока приведены в приложении 12.

Рис. 82. Схемы включения трансформаторов тока: а — в две фазы, б — в три фазы
Трансформаторы тока могут включаться в одну, две или три фазы. Независимо от способа включения в установках высокого напряжения одна точка вторичной обмотки заземляется по условиям безопасности (на случай пробоя первичной обмотки на вторичную). Для подключения контрольно-измерительных приборов используют схемы включения трансформаторов тока в две или три фазы, соединяя их в неполную или полную звезду соответственно (рис. 82).

Для разовых замеров, например нагрузки по фазам в цепях напряжения выше 1000 В, применяют трансформаторы тока с разъемными сердечниками, выполненными в виде токоизмерительных клещей. Разъемный сердечник со вторичной обмоткой, к которой подключен амперметр, укреплен на изолирующих ручках. Роль первичной обмотки играет охватываемая токоведущая часть или провод. Токоизмерительные клещи часто используют для контроля равномерности нагрузки отдельных фаз электроустановки.

Стационарные трансформаторы тока выбирают по роду установки, номинальным данным, классу точности и нагрузке, а проверяют на термическую и динамическую устойчивость токам короткого замыкания.

Эти измерительные трансформаторы устроены и работают, как обычные небольшие силовые трансформаторы с номинальным коэффициентом трансформации по напряжению

Первичное номинальное напряжение соответствует напряжению установки, а вторичное Uном2=100 В (на это напряжение и выполняются обмотки подключаемых измерительных приборов).

Рис. 83. Измерительный однофазный трансформатор напряжения типа НОМ-10:
1 — трансформатор, 2 — пробка

Рис. 84, Схемы включения двух однофазных трансформаторов напряжения:

а —в открытый треугольник, б — трехфазного пятистержневого трансформатора для измерения напряжения в установках выше 1000 В

Трансформатор напряжения имеет две обмотки: первичную и вторичную, намотанные на одном сердечнике. Сердечник с обмотками помещают в кожух, заполненный маслом (для напряжения 3—35 кВ), или выполняют их сухими для напряжений 0,5 кВ. Трансформаторы выполняют как однофазными, так и трехфазными. На рис. 83 показан однофазный трансформатор НОМ-10 на первичное напряжение 10 кВ и вторичное напряжение 100 В для внутренней установки. На крышке трансформатора 1 расположены изоляторы высокого напряжения с вводами А и X для подключения к сети и выводами а, х низкого напряжения. Масло в бак трансформатора заливается через пробку 2. Трансформаторы напряжения устанавливаются в ячейках распределительных устройств и защищаются предохранителями типа ПКТ. Технические данные трансформаторов для напряжений до 35 кВ приведены в приложении 13.
Линейное напряжение цепи можно измерить однофазным трансформатором, подключенным между фазами. Двумя однофазными трансформаторами, соединенными в открытый треугольник (рис. 84, а), можно намерить три любых линейных напряжения (или три фазных напряжения при создании искусственной нулевой точки). Эту схему включения применяют иа станциях и подстанциях для питания обмоток напряжения самых разнообразных измерительных приборов — вольт- метров, счетчиков, ваттметров. Трехфазные трансформаторы напряжении могут быть выполнены как с трехстержневыми сердечниками и одной вторичной обмоткой, так и с двумя вторичными обмотками. Дополнительные крайние стержни такого трансформатора играют роль шунтов по отношению к основным стержням. Схема включения в сеть пятистержневого трансформатора с двумя вторичными обмотками w2 и w3 (последняя соединена в открытый треугольник) показана на рис. 84, б. Эта схема является наиболее универсальной, так как она позволяет измерять не только фазные и линейные напряжения, но и осуществить контроль изоляции установки. В этом случае к обмотке w3 подключают вольтметр или реле напряжения, действующие на сигнал при замыкании фазы на землю.
В распределительных устройствах сельских станций и подстанций трансформаторы напряжения подключаются к шинам через разъединители и кварцевые предохранители. Количество измерительных приборов, которое можно подключить ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, ограничено их мощностью. Нормальная работа трансформатора напряжения гарантирована при условии, если падение напряжения во вторичной цепи не превышает 1 % от номинального.

Схемы соединения измерительных трансформаторов напряжения

Схема включения однофазного трансформатора напряжения представлена на рисунке. Предохранители FV1 и FV2 защищают сеть высокого напряжения от повреждений первичной обмотки TV. Предохранители FV3 и FV4 (или автоматические выключатели) защищают TV от повреждений в нагрузке. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения TV1 и TV2 в открытый треугольник. Трансформаторы включены на два междуфазных напряжения, например UAB и UBC. Напряжение на зажимах вторичных обмоток TV всегда пропорционально междуфазным напряжениям …

Схема включения однофазного трансформатора напряжения представлена на рис. 1, а. Предохранители FV1 и FV2 защищают сеть высокого напряжения от повреждений первичной обмотки TV. Предохранители FV3 и FV4 (или автоматические выключатели) защищают TV от повреждений в нагрузке.

Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения TV1 и TV2 в открытый треугольник (рис. 2). Трансформаторы включены на два междуфазных напряжения, например UAB и UBC. Напряжение на зажимах вторичных обмоток TV всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включается нагрузка (реле).

Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения UAB, UBC и UCA (не рекомендуется присоединять нагрузку между точками а и с, так как через трансформаторы будет протекать дополнительный ток нагрузки, вызывающий повышение погрешности).

Рис. 1. Схема включения измерительного трансформатора напряжения

Рис. 2. Схема соединения двух однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

Схема соединения трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду, приведенная на рис. 3, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV соединяются в звезду. Начала каждой обмотки Л присоединяются к соответствующим фазам линии, а концы X объединяются в общую точку (нейтраль N1) и заземляются.

При таком включении к каждой первичной обмотке трансформатора напряжения (ТН) подводится напряжение фазы линии электропередачи (ЛЭП) относительно земли. Концы вторичных обмоток ТН (х) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки. В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1) жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будут иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки.

Рис. 3. Схема соединение трех однофазных трансформаторов напряжения в звезду

При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки трансформатора напряжения и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Схема соединения однофазных трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности (рис. 4). Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные — последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле напряжения KV. Напряжение U2 на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток:

Рис. 4. Схема соединения трех однофазных трансформаторов напряжения в фильтр напряжений нулевой последовательности

Рассмотренная схема является фильтром нулевой последовательности (НП). Необходимым условием работы схемы в качестве фильтра НП является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя однофазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну из них по схеме звезды, а вторую — по схеме разомкнутого треугольника (рис. 5).

Рис. 5. Схема включения трех однофазных трансформаторов напряжения для контроля изоляции

Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения показана на рис. 6. Нейтраль ТН заземлена.

Рис. 6. Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения в системе с заземленной нейтралью

Схема соединения обмоток трехфазного трансформатора напряжения в фильтр напряжения НП показана на рис. 5.

Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Фо, создаваемых током 10 в первичных обмотках при замыкании на землю в сети. В этом случае поток Фо замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением.

Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению Iнам. Повышенный ток Iнам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых трансформаторов напряжения недопустимо.

В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков Ф0 служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис. 7). Для получения 3U0 от трехфазного пятистержневого трансформатора напряжения на каждом из его основных стержней 7, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника.

Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по 4 и 5 стержням маг-нитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения. Применяются для измерения напряжений и контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью. Для этих же целей можно использовать схему рис. 5 с тремя однофазными ТН.

При измерении мощности или энергии трехфазной системы применяется схема включения трансформатора напряжения, приведенная на рис.8 .

Рис. 7. Пути замыкания магнитных потоков нулевой последовательности в трехфазном пятистержневом трансформаторе напряжения

Рис. 8. Схема включения трехфазного трехстержневого трансформатора напряжения для измерения мощности по методу двух ваттметров

10.12.2016 Без рубрики

Конструкция трансформаторов напряжения | Электрические аппараты | Обладнання

Страница 52 из 54

23.2. КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

При напряжении до 35 кВ конструкции ТН и силовых трансформаторов аналогичны. При этом индукция в магнитопроводе значительно меньше, чем у силовых трансформаторов. Это снижает погрешность, позволяет в некоторых случаях проводить испытания индуцированным напряжением Для испытания трансформатора напряжения на выводы вторичной обмотки подается удвоенное напряжение частотой 50 Гц. На первичной обмотке появляется также удвоенное напряжение Индукция не должна превышать индукцию насыщения.
При эксплуатации возможны случаи, когда первичная обмотка, рассчитанная на работу при фазном напряжении, попадает под линейное напряжение вместо фазного При этом магнитопровод не должен насыщаться.

Для напряжений до 35 кВ выпускаются однофазные ТН, у которых оба или один из выводов обмотки высокого напряжения изолированы от 3 земли (второй вывод заземлен) На рис. 23 5, а показан однофазный ТН на напряжение 6 кВ с масляной изоляцией. Оба вывода первичной обмотки изолированы от корпуса.

Рис. 23 5 ТН с масляной (а) и литой (б) изоляцией

Перспективным является отказ от масляной изоляции. В этом случае при меняется заливка трансформатора напряжения эпоксидным компаундом. Наряду с резким сокращение 1 массы и габаритов упрощается эксплуатация, делается ненужным уход за маслом Трансформаторы с литой пластмассовой изоляцией пожаробезопасны, удобны в передвижных установках и КРУ Для сравнения на рис 23 5 показаны ТН с одинаковыми параметрами при масляной и литой изоляции Габариты трансформатора напряжения в значительной степени определяются изоляцией Поэтому там, где возможно, ТН включаются между фазой сети и землей, что исключает необходимость в изоляции заземленного вывода первичной обмотки Линейное напряжение получается путем соединения в звезду вторичных обмоток таких ТН Такие способы позволяют уменьшить габариты, массу и стоимость трансформатора напряжения. 3 раз. Во избежание недопустимого нагрева и резкого возрастания погрешности магнитопроводы не должны насыщаться при таком увеличении индукции.
В установках с заземленной нейтралью заземление одной из фаз сети вызывает КЗ и срабатывание релейной защиты. Напряжение на неповрежденных фазах при этом не поднимается выше (l,2-f-l,3) U„.
Габариты и стоимость трансформатора напряжения могут быть уменьшены путем объединения трех однофазных ТН в один трехфазный Применяются трехстержневые и пятистержневые ТН. Трехфазные трехстержневые ТН выполняются с изолированной нулевой точкой на стороне высокого напряжения. Если нулевую точку заземлить, то при заземлении одной фазы в сетях с изолированной нейтралью возникает аварийный режим работы [3.1].
Для контроля сопротивления изоляции систем с изолированной нейтралью применяются трехфазные пятистержневые ТН (рис. 23.7). При заземлении одной из фаз магнитные потоки, созданные обмотками неповрежденных фаз, замыкаются по крайним стержням, имеющьм малое магнитное сопротивление. Дополнительные обмотки, соединенные в открытый треугольник а\Хи обеспечивают работу сигнализации и релейной защиты. При симметричном режиме в сети на выходе напряжение отсутствует.

Рис. 23.7. ТН с пятистержневым магнитопроводом

При напряжениях выше 35 кВ ввиду резкого возрастания габаритов и стоимости трансформатора напряжения нормальной конструкции применяются каскадные ТН. В двухкаскадном ТН на напряжение 110 кВ (рис. 23.8) каждый каскад имеет свой магнитопровод (/ и 11). Обмотки высокого напряжения ВН каждого каскада рассчитаны на 50 % фазного напряжения. Один из выводов каждой обмотки ВН соединен с магнитопроводом. На стороне низкого напряжения НН выходные обмотки ах, аяха предназначены для питания измерительных приборов и реле в схеме защиты. Обмотка связи weB\ расположена на магнитопроводе 1, а обмотка связи о>св2 — на магнитопроводе 11.
При отсутствии обмоток связи, если нагрузка не подключена к выходным обмоткам, напряжение разделится поровну между обмотками ВН, так как их индуктивные сопротивления холостого хода одинаковы. 3 кВ ТН имеет один магнитопровод. На верхнем горизонтальном стержне магнитопровода расположены обмотки связи гё>Св1 и первая обмотка высокого напряжения ВНи на нижнем — обмот-5ка связи о>св2, вторая обмотка высокого напряжения ВН2 и две обмотки низкого напряжения НН. Один из концов каждой обмотки ВЯ; и bhz соединяется с магнитопроводом. Каждая обмотка ВН имеет изоляцию относительно магнитопровода, рассчитанную на напряжение >/г Уф, что уменьшает размеры трансформатора напряжения. Собранный магнитопровод с изоляционными стойками показан на рис. 23 8, г.

Рис. 23.8. Каскадные трансформаторы напряжения

В трансформаторах на напряжение 110 кВ для снижения атмосферных перенапряжений необходимо равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки ВН. С этой целью поверх обмоток ВН располагаются экраны Эк, которые электрически соединяются с последними витками этих обмоток. Магнитопровод с обмотками крепится на изоляционных стойках, устанавливается в фарфоровый кожух и заливается маслом.
ТН на напряжение 220 кВ собирается из двух ТН на 110 кВ. Аналогично выполняются ТН на напряжения до 500 кВ. Для выравнивания напряжения между каскадами применяют охранные кольца. Изоляция верхних элементов, подвергающихся большей электрической нагрузке, соответственно усиливается.
Результирующее активное и индуктивное сопротивление обмоток каскадных ТН значительно больше, чем у ТН нормального исполнения. Поэтому для получения высокого класса точности приходится снижать нагрузку.
Как указывалось, для трансформатора напряжения характерна малая плотность тока в обмотках. В том случае, когда ТН используется как источник мощности и погрешность не играет особой роли, нагрузку обмоток можно значительно увеличить. Так, например, для трансформатора напряжения типа НОМ-10 при классе точности 0,5 допустима нагрузка 80 В-А, хотя максимальная мощность, которая может быть снята со вторичной обмотки, равна 720 В-А.

Схема включения трансформатора напряжения в сеть. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис. 2, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных

Рис. 2 Схемы соединения трансформаторов напряжения

трансформатора, соединенных по схеме Y 0 /Y 0 , или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис. 2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

4. Конструкции трансформаторов напряжения

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные — на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией (соответственно буквы С, М или Л в обозначении типа трансформатора).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6 — 1150 кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения.

Рис. 3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

а – тип НОМ – 35; б тип ЗНОМ – 35; 1 – вывод высокого напряжения; 2 – коробка выводов низкого напряжения; 3 – бак.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, 3HOM-35.

Схема обмоток первых показана на рис. 3, а. Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис. 3, б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН — на боковой стенке бака. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН — на В, дополнительная обмотка — на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2, в.

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной стали.

Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения серии 3HQJI.06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10, 15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис. 4) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на U ф /2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U ф /2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U ф /2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.

Рис. 4. Трансформатор напряжения НКФ-110:

а — схема; б — конструкция: 1 — ввод высокого напряжения; 2 — маслорасширитель; 3 — фарфоровая рубашка; 4 — основание; 5 — коробка вводов НН

Трансформаторы напряжения на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U ф /4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, т. е. шесть и восемь ступеней обмотки ВН.

Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивления, возрастают погрешности, и поэтому трансформаторы НКФ-330, НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис. 5, а). Напряжение, снимаемое с С2 (10-15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты. Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис. 6 показана установка НДЕ-500-72.

При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и 1150 кВ применяются трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150

Рис. 5. Схема трансформатор напряжения НДЕ:

Рис. 6. Конструкция трансформатор напряжения НДЕ – 500 – 72.:

1 — делитель напряжения; 2 — разъеди нитель; 3 — трансформатор напряжения и дроссель; 4 — заградитель высоко частотный; 5 — разрядник; 6 — привод

Министерство высшего профессионального образования.

Самарский Государственный Технический Университет.

Кафедра: «ЭПП»

по предмету ПЭЭ

Измерительные трансформаторы напряжения

Работу выполнил:

студент III -ЭТ-10

Ломакин С. В.

Проверил:

ДашковВ. М.

Самара 2003г.

Измерительные трансформаторы напряжения.

а)Общие сведения и схемы соединения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/ Ö 3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1; первичная обмотка включена на напряжение сети U 1 , а ко вторичной обмотке (напряжение U 2) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток,

потребляемый ими, не велик.

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения:

1- первичная обмотка;

2- магнитопровод;

3- вторичная обмотка;

где U 1ном, U 2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

´100

Так же как и трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180 0 . Это определяет угловую погрешность.

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cosj вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле,

подключенных ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

В зависимости от назначения могут применятся ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2,б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y 0 /Y 0 , или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

б) Конструкции трансформаторов напряжения

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные – на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ а изоляцией между обмотками служит элетрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5- трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кВ).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ закрытых и открытых РУ. В таких трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения. Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35.

Схема обмоток первых показана на рис.3,а.Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис.3,б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН – на боковой стенке. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН – на100/Ö3 В, дополнительная обмотка – на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2,в.

Рис.3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные: а- НОМ-35; б- ЗНОМ-35; 1- ввод ВН; 2- коробка вводов НН; 3- бак.

Рис. 4. Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20 в комплектном токопроводе.

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов.Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитний стали.

На рисунке 3 показана установка такого трансформатора в комплектном токопроводе. Трансформатор с помощью ножевого контакта 3, расположенного на вводеВН, присоединяется к пружинящим контактам, закреплённым на токопроводе1, закрытом экраном 2. К патрубку 5 со смотровыми люками 4 болтами 6 прикреплена крышка трансформатора. Таким образом, ввод ВН трансформатора находится в закрытом отростке экрана токопровода. Зажимы обмоток НН выведены на боковую стенку бака и закрываются отдельным кожухом.

Трехфазные масляные трансформаторы типа НТМИ имеют пятистержневой магнитопровод и три обмотки, соединенные по схеме, показанной на рисунке 2, в. Такие трансформаторы предназначены для присоединения приборов контроля изоляции.

Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения ЗНОЛ-06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10,15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны. Трансформаторы ЗНОЛ-06 предназначены для установки в КРУ и комплектных токопроводах вместо масляных трансформаторов НТМИ и ЗНОМ, а трансформаторы серии НОЛ.08 – для замены НОМ-6 и НОМ-10.

На рис. 5. показан однофазный двухобмоточный трансформатор с незаземленными выводами типа НОЛ.08-6 на 6 кВ. Трансформатор представляет собой литой блок, в который залиты обмотки и магнитопровод. Выводы первичной обмотки А,Х, выводы вторичной обмотки расположены Рис. 5. Трансформаторнапряжения на переднем торце трансформатора НОЛ.08-6.

и закрыты крышкой.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопрводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис.6) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанные на U ф /2.

Т.к. общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U ф /2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U ф /2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распоределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом. Трансформаторы напряжения (TV) на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U ф /4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют четыре блока, т.е. 6 и 8 ступеней обмотки ВН. Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивление, возрастают погрешности и поэтому трансформаторы НКФ 330 и НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис.6). Напряжение, снимаемое с С2 (10-15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты, Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис 6,б показана установка НДЕ-500-72.

При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и 1150 кВ применяется трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150.

Рис. 6 трансформатор напряжения НДЕ:

б) установка НДЕ-500-72:

1- делитель

2- разъединитель

3- трансформатор напряжения и дроссель

4- заградитель высокочастотный

5- разрядник

в) Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются:

по напряжению установки

U уст £U ном;

по конструкции и схеме соединения обмоток;

по классу точности;

по вторичной нагрузке

S 2 å £S ном,

где S ном — номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника — удвоенную мощность одного трансформатора;

S 2 å — нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.

Для упрощения расчетов нагрузку можно не разделять по фазам, тогда

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности,то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяются по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не более 1.5% при нормальной нагрузке.

В электроустановках необходимо измерять напряжения между фазами (линейные) и напряжения фаз по отношению к земле (фазные). В зависимости от этого применяют однофазные, трехфазные или группы однофазных трансформаторов, включаемых по соответствующим схемам, которые обеспечивают выполнение нужных измерений и работу защит.

На рис. 1 приведены наиболее употребительные схемы включения трансформаторов напряжения.

В схеме на рис. 1, а использован один . Схема позволяет измерять только одно из линейных напряжений.

На рис. 1, б показаны два однофазных трансформатора, включенных по схеме неполного треугольника. Схема дает возможность измерять все три линейных напряжения.

В схеме на рис. 1, в показано включение трех однофазных трансформаторов по схеме звезды с выведенной нулевой точкой и заземлением нейтрали первичных обмоток. Схема позволяет измерять все и контролировать изоляцию в системах с изолированной нейтралью.

Рис. 1. Схемы включения трансформаторов напряжения

На схеме рис. 1, г показано включение трехфазного трехстержневого трансформатора, который позволяет изменять только линейные напряжения. Этот трансформатор непригоден для контроля изоляции, заземление его первичной обмотки не допускается.

Дело в том, что при заземлении первичной обмотки, в случае возникновения замыкания на землю (в системе с изолированной нейтралью), в трехстержневом трансформаторе возникнут большие токи нулевой последовательности, а их магнитные потоки, замыкаясь по путям рассеяния (бак, конструкции и др. ), могут нагреть трансформатор до недопустимых температур.

На схеме (рис. 1, д) показано включение трехфазного компенсированного трансформатора, предназначенного для измерения только линейных напряжений.

В схеме на рис. 1, е показано включение трехфазного пятистержневого трансформатора НТМИ с двумя вторичными обмотками. Одна из них соединена в звезду с выведенной нулевой точкой и служит для измерения всех фазных и линейных напряжений, а также для контроля изоляции (в системе с изолированной нейтралью) при помощи трех вольтметров. В этом случае магнитные потоки нулевой последовательности не перегреют трансформатор, так как они будут свободно замыкаться через два боковых стержня магнитопровода.

Другая обмотка наложена на три основных стержня сердечника и соединена в разомкнутый треугольник. В эту обмотку включаются реле для сигнализации о замыканиях на землю и приборы.

Нормально на концах дополнительной вторичной обмотки напряжение равно нулю, при замыкании же одной из фаз сети на землю напряжение повышается до 3U ф оно будет равно геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз. Число витков дополнительной обмотки рассчитывают так, чтобы в этом случае напряжение было равно 100 В.

Реле повышения напряжения, включенное в цепь разомкнутого треугольника, сработает и включит звуковую сигнализацию.

Затем по трем вольтметрам устанавливают, в какой фазе произошло замыкание. Вольтметр заземленной фазы покажет нуль, два других — линейное напряжение.

В системе с изолированной нейтралью на сборных шинах всех напряжений устанавливают .

Измерительные органы, в частности измерительные реле напряжения, включаются на фазные и междуфазные напряжения, а также на напряжения нулевой и обратной последовательностей. Для получения этих напряжений используются однофазные или трехфазные трансформаторы напряжения и фильтры напряжения обратной последовательности. Трансформаторы в этом случае имеют различные схемы соединения обмоток, при выполнении которых придерживаются следующих правил:

– в случае включения первичных обмоток на фазные напряжения их начала присоединяются к соответствующим фазам, а концы объединяются и соединяются с землей;

– при включении первичных обмоток на междуфазные напряжения их начала присоединяются к предыдущим, а концы – к последующим фазам в порядке их электрического чередования.

Включение однофазного трансформатора напряжения (рис. 16а).

Первичная обмотка трансформатора включается на напряжение двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда достаточно иметь одно междуфазное напряжение, например напряжение U BC .

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый (неполный) треугольник (рис. 16б).

Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения (реле KV1–KV3) и на напряжения фаз по отношению к искусственной нейтральной точке системы междуфазных напряжений. В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду (реле KV4–KV6). Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее распространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Рис. 16. Схемы соединения измерительным трансформаторов напряжения и обмоток реле

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду (рис. 16в).

Как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряжения (реле KV1–KV3) и на напряжения фаз относительно искусственной нейтральной точки системы междуфазных напряжений (реле KV4–KV6), а также по отношению к земле, то есть на любые фазные напряжения (реле KV7–KV9).

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого. Применение трехфазных трехстержневых трансформаторов напряжения в данном случае не допускается в связи с тем, что при замыкании на землю в сети по первичным обмоткам трансформатора через его заземленную нейтраль проходят большие токи намагничивания нулевой последовательности и трансформатор сильно перегревается.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в фильтр напряжения нулевой последовательности (рис. 16г).

Напряжения отдельных последовательностей можно выделить из полных фазных напряжений посредством фильтров напряжений. Так, для получения напряжения нулевой последовательности первичные обмотки трансформаторов должны соединяться в звезду с заземленной нейтралью. Полученные при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем соединения вторичных обмоток в разомкнутый треугольник, к которому подключается реле. Напряжение на обмотке реле KV будет равно 3U 0 .

Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения (ТН) выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же, для приведения величины напряжения к уровню удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). ТН работают в режиме близком к холостому ходу.

Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 2.6, трансформатор напряжения TV состоит из стального сердечника (магнитопровода)С , собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Первичная обмотка w 1 имеющая большое число витков (несколько тысяч) тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмоткеw 2 имеющей меньшее количество витков (несколько сотен), подключаются параллельно реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДСЕ , которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на её зажимахU 2 x .

Напряжение U 2 x во столько раз меньше первичного напряженияU 1 , во сколько раз число витков вторичной обмоткиw 2 меньше числа витков первичной обмоткиw 1 .

(2.16)

Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается

(2.17)

Введя такое обозначение, можно написать:

(2.18)

Если ко вторичной обмотке ТН подключена нагрузка в виде реле и приборов, то напряжение на её зажимах U 2 будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчёт первичного напряжения на вторичное производится по формулам:

(2.19)

(2.20)

Схемы соединения трансформаторов напряжения

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом (см. рис 2.7, 2.8): начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – ад, конец – хд.

Рис. 2.8. Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой

На рис. 2.8 и 2.9 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН.

На рис. 2.8, а дана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения.

На рис. 2.8, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рис. 2.8, в приведена схема соединения трёх ТН в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.

На рис. 2.8, г приведена схема соединения трёх ТН треугольник – звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное ~ 173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.

Рис. 2.9. Схема соединения обмоток трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками

На рис. 2.9 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки. Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т.е. так же как в рассмотренной выше схеме на рис. 2.8, в . Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов, и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как известно, сумма трёх фазных напряжении в нормальном режиме, а также при двух-трёхфазных КЗ равна нулю. Поэтому, в указанных условиях напряжение между точками О1-О2 на рис. 2.9 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповреждённых фаз оказывается равной фазному напряжению.

В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповреждённых фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например 6000/100/3 В.

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трёхфазных ТН. В конструкции, показанной на рис. 2.10, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжении на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках.

Рис. 2.10. Схема соединений обмоток трёхфазного трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на крайних стержнях

В другой конструкции, показанной на рис. 2.11, имеются дополнительные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединённые в схему разомкнутого треугольника.

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на рис. 2.8, в ; 2.9 – 2.11. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включённые на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 2.8,в иг ) или один из фазных проводов – как правило, фазы «В » – для удобства проверки правильности включения электросчётчиков (рис. 2.8,а иб , 2.9). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников) переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и т. д.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм 2 (по меди).

Рис. 2.11. Схема соединений обмоток трёхфазного пятистержневого трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на основных стержнях

На промышленных предприятиях широко используются трансформаторы напряжения типа 3×ЗНОЛ-6(10) и НТМИ. Для защиты трансформаторов напряжения со стороны ВН обычно используются высоковольтные предохранители (например, ПКТ-10, ПКТ-35). Для защиты вторичных обмоток трансформаторов напряжения от перегрузок и КЗ применяются автоматические выключатели с отсечкой

В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда ёмкость, какой либо фазы в сети компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину

. Такое явление может произойти при малой ёмкости сети – подаче напряжения на холостые шины, или в случае, если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км, а воздушных линий меньше 60 км.

Для защиты от феррорезонансных перенапряжений в схемах с трансформаторами НТМИ или 3×ЗНОЛ применяется включение резисторов общим сопротивлением 25 Ом на обмотку 3U 0 .

Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю, и такой режим может существовать ограниченное время: до 8 часов для НТМИ-10.

В настоящее время в России и за рубежом выпускаются трансформаторы серий НАМИ-10, НТМ(i ), НОМ и НАМИТ-6(10)-2, которые обладают антирезонансными свойствами.

Балансная схема фильтра 3 U 0 .

Фильтр напряжения нулевой последовательности (3U 0) может быть выполнен двумя способами: по напряжению – при наличии трансформатора напряжения с отдельной обмоткой разомкнутого треугольника, или по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности, встроенного в реле, и предназначенного для подключения к звезде напряжений, при отсутствии такой обмотки. Такая схема используется, например, в ячейках фирмы «Таврида-Электрик». Схема балансного фильтра показана на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Схема фильтра напряжения нулевой последовательности

Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а ,в ,с напряжения обмотки ТН соединённой в звезду, ко вторым концам резисторов, соединённым вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения. На реле выделяется напряжениеU 0 .

Для сигнализации замыкания на землю выполняются уставки:

Схема работает неправильно при перегорании предохранителей на стороне ВН (или НН, если они там имеются).

Схемы защиты ТН от феррорезонанса

Скачать опросные листы на трансформаторы напряжения

Скачать каталог на трансформаторы (pdf; 32 Мб)

Скачать каталог на трансформаторы ТВ (pdf; 3,5 Мб)

Скачать каталог «Трансформаторы для железных дорог» (pdf; 4,8 Мб)

Варианты схем, разработанных конструкторами ОАО «СЗТТ» для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса.

№ п/п	Схема защиты от феррорезонанса	Схема включения	Краткое описание и преимущества применения
1	Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы.		Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы — это самая распространенная схема защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса, которая применяется в сетях на класс напряжения (6-10) кВ. Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополнительные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4 А. Также трехфазные группы выпускаются со встроенным защитным предохранителем, что обеспечивает дополнительную защиту обмоток ВН от сверхтоков при феррорезонансе. Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.
2	Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн.		Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн практически не имеет отличий от предыдущего варианта. Отличие лишь в том, что в дополнительные обмотки соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, включаются устройство СЗТн . Устройство можно применять одновременно с защитным реле и сопротивлением 25 Ом. Параллельное подключение не влияет на защитные функции СЗТн. Применение устройства СЗТн значительно повышает антирезонансные свойства трехфазной группы. Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.
3	Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ.04(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через дополнительный трансформатор напряжения нулевой последовательности.		Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ. 04(П) с заземлением нейтрали через реактор состоит из трех однофазных заземляемых трансформаторов напряжения, соединенных в звезду с выведенной нейтралью, и дополнительного трансформатора напряжения нулевой последовательности (ТНП), который включается между нейтралью звезды и землей. Вывод «Х» ТН, входящих в звезду, рассчитан на полную изоляцию, что позволяет испытывать внутреннюю изоляцию ТН полным уровнем приложенного напряжения промышленной частоты. ТНП позволяет измерять напряжение нулевой последовательности , а его большое реактивное сопротивление эффективно предотвращает возникновение устойчивого феррорезонанса. Данная схема для защиты от феррорезонанса является наиболее эффективной, универсальной и может применяться в широком диапазоне ëмкостных параметров сетей, класса напряжения (6-35) кВ.
4	Антирезонансная трехфазная группа 3хНОЛ(П) на базе однофазных незаземляемых трансформаторов напряжения.		Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью разработана трехфазная группа 3хНОЛ-6(10), состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ-6(10) – отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией. Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Внутреннюю изоляцию трансформаторов можно испытывать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты. Возможно изготовление трансформаторов с основной и дополнительной вторичной обмоткой. Дополнительная обмотка предназначена для питания цепей собственных нужд и не является измерительной.
5	Антирезонансная схема с R/C –гасителями.		Антирезонансная схема с R/C – гасителями. В схеме могут быть использованы заземляемые или незаземляемые трансформаторы напряжения. В случае использования заземляемых трансформаторов напряжения, R/C – гасители и трансформаторы напряжения включаются параллельно в сеть, по схеме звезда / звезда. В случае с использованием незаземляемых трансформаторов, R/C – гасители включаются по схеме звезда, трансформаторы напряжения по схеме открытого или полного треугольника. Схемы с R/C – гасителями применяются, как правило, для защиты трансформаторов напряжения от воздействия перенапряжений, низкого качества электрической энергии и других негативных факторов влияющих на надежность трансформаторов напряжения.

Версия для печати (pdf)

Схема 5 разработана совместно с партнером — ООО «Экспертный центр технологических решений» г. Екатеринбург. Подробная информация по ссылке.

Вариант исполнения шкафов с трансформаторами напряжения и RC-гасителями.

При выборе схемы 5 обязательно заполнение опросного листа.

Схема открытого треугольника в трансформаторе напряжения. Измерительные трансформаторы напряжения

Доброе время суток, дорогие друзья!

Сегодня продолжим разговор о измерительных трансформаторах. Поговорим о трансформаторах напряжения.

В ходе работы мне чаще всего приходится сталкиваться с трансформаторами напряжения следующих типов: НТМИ, который сейчас вытесняется НАМИ и ЗНОЛ.

Назначение трансформаторов напряжения (ТН ).

При напряжении свыше 1000 В, непосредственное включение приборов недопустимо как по условию изоляции, так и безопасности обслуживающего персонала. В связи с этим при высоких напряжениях измерительные приборы включаются через промежуточные измерительные трансформаторы, называемые трансформаторами напряжения (ТН).

ТН предназначены как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания автоматики, синхронизации и релейной защиты ЛЭП от замыканий на землю.

Обозначения некоторых ТН, наиболее используемых в электроустановках.

НОМ – ТН. Однофазный, масляный;

ЗНОМ – заземляемый ввод ВН, напряжения, однофазный, масляный;

НТМИ – напряжения, трехфазный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;

Рисунок 1. Внешний вид ТН НТМИ-6(10)кВ.

Рисунок 2. Схема соединения обмоток ТН НТМИ-6(10)кВ.

НАМИ – напряжения, антирезонансный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции сети;

Рисунок 3. Внешний вид ТН НАМИ-6(10)кВ.

Рисунок 4. Схема соединения обмоток ТН НАМИ-6(10)кВ.

НКФ – напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке;

СР – серия трансформаторов напряжения: измерительный, однофазный, емкостной напряжением 110-500 кВ.

НОЛ.11-6.05; НОЛ.0.8; НОЛ.12; НОЛ – незаземляемые трансформаторы напряжения 3-6-10 кВ;

ЗНОЛ.06; ЗНОЛЭ-35; ЗНОЛ – заземляемые ТН;

ЗхЗНОЛ; ЗхЗНОЛП – трехфазные антирезонансные группы ТН;

Рисунок 5. Внешний вид ТН 3хЗНОЛ-6(10)кВ

Рисунок 6. Схема соединения обмоток ТН 3хЗНОЛ-6(10)кВ.

Хочу отметить, что в высоковольтных узлах учета, устанавливаемых на ВЛ-10кВ вместо резисторов R1; R2; R3 (2,4кОм) устанавливается один резистор R (0,8кОм). Часто возникающий дефект – прогорание изоляции в точке соединения вывода Х ТН и резистора R1(R2 илиR3), что приводит перегоранию предохранителя в фазе, в которой стоит поврежденный резистор

ЗНОЛП; НОЛП – заземляемые и незаземляемые ТН со встроенными защитными предохранительными устройствами. В трансформаторах этих серий высоковольтные выводы первичной обмотки выполнены со встроенными защитными предохранительными устройствами (ЗПУ), которые, также как и магнитопровод с обмотками залиты изоляционным компаундом, образуя монолитный блок. ЗПУ выполнено в виде разборной конструкции с плавкой вставкой, представляющей собой металлодиэлектрический резистор, подобранный для каждого типа трансформаторов. Это устройство срабатывает при токах менее 1 А, время отключения от 5 до 10 секунд. После срабатывания ЗПУ подлежит перезарядке, которая производится персоналом предприятия, эксплуатирующего трансформатор.

Рисунок 7. Расположение ТН в высоковольтной ячейке.

Какое напряжение принято во вторичной обмотки ТН .

Для основной вторичной обмотки ТН с номинальным напряжением, соответствующим линейному напряжению сети, установлено напряжение 100 В. Соответственно для ТН с фазным номинальным напряжением основной вторичной обмотки 100 / В при включении их по схеме звезда-звезда вторичное линейное напряжение, соответствующее номинальному, будет тоже 100 В.

Номинальное напряжение дополнительных вторичных обмоток устанавливается таким образом, чтобы максимальное значение напряжения 3Uо (на разомкнутом треугольнике) при однофазном замыкании на землю в сети, когда линейное напряжение соответствует номинальному напряжению ТН, было 100 В. Поэтому для дополнительных обмоток ТН, предназначенных для сети с заземленной нейтралью, установлено Uном = 100 В, а в сети с изолированной нейтралью Uном=100/3 В.

Трансформаторы напряжения производятся со следующим исполнением внутренней изоляции:

· Сухая (трансформаторы напряжения до 10кВ включительно типа НОСК-6, ЗНОЛТ-3, ЗНОЛТ-6, ЗНОЛТ-10 и др.).

· Бумажно-масляная (трансформаторы напряжением до 35кВ включительно типа НОМ-10, НОМ-35) с изоляцией выводов обмотки на полное номинальное напряжение.

· Литая эпоксидная (чешские однофазные трансформаторы напряжения и трансформаторы типа НОЛ).

Испытания ТН.

Объём испытаний трансформаторов напряжения :

1) измерение сопротивления изоляции обмоток первичной и вторичной (вторичных) (К, М)

2) испытание повышенным напряжением трансформаторов напряжения с литой изоляцией (К, М).

3) испытание трансформаторного масла (К, М). Сразу отмечу, что в ТН до 35кВ трансформаторное масло допускается не испытывать

Примечание : К – капитальный ремонт, испытание при приёмке в эксплуатацию; М – межремонтные испытания

для трансформаторов напряжения 3-35кВ – при проведении ремонтных работ в ячейках, где они установлены, если работы не проводятся – не реже 1 раза в 4 года.

Измеренные значения сопротивления изоляции при вводе в эксплуатацию и в эксплуатации должны быть не менее значений, приведённых в таблице 5.

Испытания повышенным напряжением следует проводить согласно таблицы 6 или требований заводов изготовителей.

На этом у меня на сегодня все. Если есть вопросы, задавайте, будем вместе искать ответы.

Министерство высшего профессионального образования.

Самарский Государственный Технический Университет.

Кафедра: «ЭПП»

по предмету ПЭЭ

Измерительные трансформаторы напряжения

Работу выполнил:

студент III -ЭТ-10

Ломакин С. В.

Проверил:

ДашковВ. М.

Самара 2003г.

Измерительные трансформаторы напряжения.

а)Общие сведения и схемы соединения

потребляемый ими, не велик.

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения:

1- первичная обмотка;

2- магнитопровод;

3- вторичная обмотка;

где U 1ном, U 2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

´100

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле,

Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

б) Конструкции трансформаторов напряжения

Схема обмоток первых показана на рис.3,а.Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис.3,б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН – на боковой стенке. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН – на100/Ö3 В, дополнительная обмотка – на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2,в.

Рис.3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные: а- НОМ-35; б- ЗНОМ-35; 1- ввод ВН; 2- коробка вводов НН; 3- бак.

Рис. 4. Установка трансформатора напряжения ЗНОМ-20 в комплектном токопроводе.

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов.Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитний стали.

и закрыты крышкой.

Рис. 6 трансформатор напряжения НДЕ:

б) установка НДЕ-500-72:

1- делитель

2- разъединитель

3- трансформатор напряжения и дроссель

4- заградитель высокочастотный

5- разрядник

в) Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются:

по напряжению установки

U уст £U ном;

по конструкции и схеме соединения обмоток;

по классу точности;

по вторичной нагрузке

S 2 å £S ном,

S 2 å — нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.

Для упрощения расчетов нагрузку можно не разделять по фазам, тогда

На рис. 1 приведены наиболее употребительные схемы включения трансформаторов напряжения.

В схеме на рис. 1, а использован один . Схема позволяет измерять только одно из линейных напряжений.

Рис. 1. Схемы включения трансформаторов напряжения

Дело в том, что при заземлении первичной обмотки, в случае возникновения замыкания на землю (в системе с изолированной нейтралью), в трехстержневом трансформаторе возникнут большие токи нулевой последовательности, а их магнитные потоки, замыкаясь по путям рассеяния (бак, конструкции и др.), могут нагреть трансформатор до недопустимых температур.

В системе с изолированной нейтралью на сборных шинах всех напряжений устанавливают .

Включение однофазного трансформатора напряжения (рис. 16а).

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый (неполный) треугольник (рис. 16б).

Рис. 16. Схемы соединения измерительным трансформаторов напряжения и обмоток реле

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду (рис. 16в).

Рис. 2 Схемы соединения трансформаторов напряжения

4. Конструкции трансформаторов напряжения

Рис. 3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

Рис. 4. Трансформатор напряжения НКФ-110:

Рис. 5. Схема трансформатор напряжения НДЕ:

Рис. 6. Конструкция трансформатор напряжения НДЕ – 500 – 72.:

Коммутация и защита трансформатора | T&D World

Для коммунальных предприятий надлежащая защита от переходных перенапряжений и перегрузок при высоком напряжении имеет решающее значение для обеспечения максимального срока службы их силовых трансформаторов. Невыполнение этого требования может привести к значительным финансовым последствиям для коммунального предприятия в виде повреждения оборудования и потери доходов из-за длительных отключений потребителей.

Коммунальные предприятия сталкиваются с устаревшей инфраструктурой и быстрым ростом коммерческой и жилой недвижимости. Это часто приводит к замене существующего защитного оборудования для удовлетворения повышенных требований к уровню неисправности, а также к добавлению нового оборудования для удовлетворения роста системы.Недорогое устройство защиты трансформатора первичной стороны может быть выгодным, поскольку оно обеспечивает надежное трехфазное прерывание токов короткого замыкания.

Выбор защиты первичного трансформатора

Выбор устройства защиты трансформатора первичной стороны требует тщательного понимания того, какие функции оно должно выполнять, поскольку оно должно обеспечивать надежную и экономичную работу в течение ожидаемого срока службы в 20–30 лет. Ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе защитного устройства, включают надежность, площадь основания и прерывание ограниченных неисправностей трансформатора, на которые приходится 90% неисправностей, которые устройство будет отключать.

Силовые предохранители

Для трансформаторов малых и средних размеров (обычно силовые предохранители могут служить первичным устройством защиты от сверхтоков. Плавкие предохранители исторически являются наименее дорогими с точки зрения затрат на покупку и установку и являются самой простой формой устройства электрической защиты. В этом случае предохранитель может быть подобран таким образом, чтобы обеспечить максимальную токовую защиту от повреждений, возникающих между предохранителем и ближайшим вторичным защитным устройством.

Плавкие предохранители

также могут служить резервной защитой для вторичного защитного устройства. Однако их применение может быть ограничено, поскольку они являются одноразовыми устройствами (предохранитель необходимо заменять после каждого прерывания), однофазными по конструкции и имеют ограниченные номиналы отключения по току короткого замыкания. Кроме того, их иногда трудно координировать как с вышестоящими, так и с нижележащими устройствами. По мере роста уровня отказов эта координация становится более сложной; отключающая способность предохранителя может быть недостаточной, и потребность в трехфазном режиме работы возрастает.Это побудило многие коммунальные предприятия использовать другие традиционные устройства защиты трансформаторов, включая автоматические выключатели и переключатели цепи.

Автоматические выключатели

Автоматический выключатель — это электрический выключатель, предназначенный для защиты электрической цепи и / или оборудования от повреждений, вызванных избыточным током в результате перегрузки или короткого замыкания. Его основная функция — превратиться из идеального проводника в идеальный изолятор в кратчайшие сроки путем прерывания протекания тока после обнаружения неисправности.Автоматические выключатели — популярное решение для защиты силовых трансформаторов, на долю которых приходится примерно 25% их применений. Конструкция общего назначения делает их идеальными для коммутации и защиты сложных схем шин, а также для защиты линий электропередачи. Многие из этих приложений требуют возможности быстрого (2-3 цикла) отключения сильноточных замыканий, превышающих 40 кА симм. Для защиты шины и линии интеграция трансформаторов тока во вводы выключателя (для конструкций с глухим резервуаром) помогает минимизировать затраты на установку и оборудование.

Хотя эта универсальная конструкция имеет множество преимуществ, она не всегда является лучшим решением для конкретного приложения. Это справедливо для приложений защиты трансформаторов, где быстрое восстановление переходных напряжений (TRV) может иметь место во время прерывания ограниченных замыканий трансформатора. Ограниченные повреждения трансформатора возникают на вторичной стороне трансформатора, но прерываются защитным устройством первичной стороны. Стандарты автоматических выключателей ANSI / IEEE не требуют гарантийных испытаний на это явление.Несмотря на то, что существует опубликованный стандарт для автоматических выключателей (C37.06.1), который поощряет дополнительные испытания на прерывание короткого замыкания во время быстрых TRV, большинство производителей автоматических выключателей не проводят эти дорогостоящие испытания без специального запроса.

Коммутаторы цепей

Коммутаторы цепи — это третий вариант, который коммунальные предприятия могут рассмотреть для переключения и защиты трансформаторов. В отличие от автоматических выключателей, автоматические выключатели разработаны и испытаны специально для высокого напряжения, защиты трансформаторов и коммутации.Коммутаторы цепи протестированы в соответствии с ANSI C37.016, что включает в себя тестирование на быстрое время нарастания TRV, которое типично во время прерывания ограниченных неисправностей трансформатора.

Поскольку большинство прерывистых неисправностей связаны с ограничениями трансформатора, в переключателях цепей обычно используются трансформаторы тока, смонтированные на проходном изоляторе, для измерения тока. Это приводит к уменьшению занимаемой площади и стоимости по сравнению с традиционным автоматическим выключателем. Доступны переключатели цепей с прерыванием первичной КЗ до 40 кА и прерыванием на 3 цикла, но их также можно найти с более низкими номиналами отключения при КЗ и более длительным временем отключения (5-6 циклов).Часто этого достаточно для приложения. Коммутаторы цепи также могут включать в себя аксессуары, такие как встроенный выключатель, встроенный заземляющий выключатель, датчики тока или традиционные трансформаторы тока.

Конструкция прерывателя

Выбор устройства защиты первичной стороны трансформатора, на которое можно положиться для прерывания ограниченных неисправностей трансформатора, очень важен, поскольку большинство неисправностей, прерываемых первичным устройством защиты, возникают на вторичной стороне трансформатора.

Стандартный автоматический выключатель предназначен для быстрого прерывания и устранения короткого замыкания, связанного с перегрузкой по току. Во многих конструкциях выключателей используется вспомогательный контакт, который помогает увеличить энергию дуги (конструкция с поддержкой дуги), что приводит к увеличению давления газа, которое может быстро прервать дугу. Хотя это полезно для более быстрого отключения сверхтоков, оно может создавать проблемы, когда необходимо устранять быстрые аварии TRV.

В отличие от этого, по стандарту требуются прерыватели цепи для прерывания этих быстрых переходных отказов трансформатора TRV, ограниченных.Это требование обычно затрудняет обеспечение более высоких уровней отключения и экстремальных скоростей отключения, которые доступны в некоторых автоматических выключателях.

Ограничения по пространству и адаптируемость

Для коммунальных предприятий, где существуют ограничения по площади подстанции или где стоимость земли чрезмерно высока, строительство и / или техническое обслуживание их новых и существующих подстанций высокого напряжения может создать серьезные проблемы. При выборе устройства защиты эти утилиты должны максимально увеличить доступное пространство и учитывать те устройства, которые адаптируются к их системе и занимают меньше места.

Коммутационные выключатели

обладают некоторыми преимуществами перед автоматическими выключателями. Они имеют меньшую площадь основания, чем автоматический выключатель, и часто могут быть установлены на существующих конструкциях, заменяя старые защитные устройства, которые могут иметь более низкие характеристики. Они также могут быть сконструированы со встроенным разъединителем, разрядниками, заземлителями и устройствами контроля тока, которые обеспечивают большую индивидуальную настройку для удовлетворения уникальных потребностей предприятия.

Помимо применения на подстанциях, горизонтальные переключатели цепи также идеальны для применения в высоковольтных мобильных прицепах, где их вес и размер по сравнению с универсальным автоматическим выключателем представляют значительную ценность для пользователя.В развернутом состоянии они могут поставляться на стеллажном механизме, обеспечивающем необходимый межфазный интервал, необходимый для безопасной работы.

Выбросы газа SF6

Учитывая растущую озабоченность по поводу выбросов парниковых газов на нашей планете, многие коммунальные предприятия стремятся устранить или уменьшить свой вклад в выбросы SF6. Для систем с высоким потенциалом повреждения, где силовые предохранители не подходят, использование элегаза SF6 по-прежнему является основным средством гашения дуги, используемым в устройствах защиты трансформаторов.

Для автоматического выключателя нередко требуется 80 фунтов. газа SF6. Сравните это с менее чем 20 фунтами. элегаза, необходимого для переключателей цепей, и вы ожидаете значительного сокращения количества используемого SF6, а также последствий в случае утечки. Вакуумные выключатели в настоящее время широко доступны для некоторых приложений на 72 кВ и ниже, но имеют ограничения в некоторых приложениях из-за максимальной способности к отключению при коротких замыканиях и тенденции к прерыванию тока в определенных приложениях. В отношении альтернативных газов ведутся серьезные исследования, но на сегодняшний день SF6 остается лучшей альтернативой с точки зрения производительности и стоимости.

Заключение

При выборе устройства первичной защиты для трансформатора важно учитывать несколько факторов, в том числе возможность отключения при коротком замыкании трансформатора с ограниченным значением TRV, методику отключения, адаптируемость конструкции и количество используемого газа SF6. При правильном выборе следует искать экономичное решение, не жертвующее надежностью.

Горизонтальные и вертикальные переключатели цепей — оптимальный выбор, когда коммунальным предприятиям требуется надежное специализированное устройство для защиты трансформатора, которое могло бы соответствовать этим требованиям.Чтобы узнать больше о линейке коммутаторов каналов Southern States, загрузите их брошюру здесь.

Спонсор:

Основы работы с трансформаторами с переключателем

Импульсные трансформаторы

являются эффективным источником питания практически для любой электронной системы. За исключением приложений, где требуется точное определенное количество энергии, импульсные трансформаторы широко используются для питания общих коммерческих и промышленных электронных систем, таких как медицинские устройства, устройства связи, коммерческие источники питания.

Общие сведения о импульсном блоке питания

Легче понять важность импульсных трансформаторов, если вы впервые поймете термин импульсный источник питания или SMPS. Этот термин используется для обозначения любого внешнего источника питания или источника питания продукта, подключенного к сети. Проще говоря, SMPS — это термин, которым обозначается любой элемент, который действует как полноценный источник питания.

Основы коммутируемого трансформатора

Термин «режим переключения» относится к преобразованию основного питания переменного тока в выходное напряжение постоянного тока.Импульсный трансформатор эффективно выполняет это преобразование, обеспечивая эффективную мощность от сети до конечной нагрузки.

При включении питания основная мощность переменного тока фильтруется через конденсатор, который преобразует напряжение переменного тока в нерегулируемое напряжение постоянного тока. Затем трансформатор использует регулятор для преобразования нерегулируемого постоянного напряжения в регулируемое выходное напряжение постоянного тока. Регулятор — это электронная схема, которая регулирует последовательный переключающий элемент в трансформаторе.

Преимущества импульсных трансформаторов

Переключаемые трансформаторы, как известно, обеспечивают следующие преимущества в применении.

Эффективное использование мощности : Переключение регулятора означает, что регулятор либо включен, либо выключен. Благодаря этому происходит минимальное рассеивание энергии, что приводит к эффективному использованию энергии.

Легкий и компактный: Высокие рабочие частоты и эффективное энергопотребление исключают необходимость в тяжелых трансформаторах сетевой частоты. Это приводит к созданию компактных и легких трансформаторов.

Гибкость с точки зрения преобразования мощности: Импульсные трансформаторы могут использоваться для создания высоких преобразований в приложениях с повышением напряжения, а также в приложениях с понижением напряжения.

Понимание основных функций импульсного трансформатора помогает упростить его использование в приложении.

Соответствуйте вашим ожиданиям, запросив ценовое предложение на коммутационный трансформатор.

Понимание основ коммутирующих трансформаторов Последнее изменение: 19 марта 2018 г., gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, опытный в исследованиях, оценке, тестировании и поддержке различные технологии.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Switch Mode Power Supply Transformers FAQ

MPS Industries — американский производитель магнитных компонентов, специализирующийся на разработке индивидуальных трансформаторов, катушек индуктивности, синфазных дросселей, датчиков тока и многих других нестандартных магнитных устройств.

Трансформаторы импульсных источников питания (SMPS) используют различные топологии переключения, передавая требуемую мощность от входа к выходу в электронных системах. Здесь мы ответили на некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов об этой уникальной и эффективной трансформаторной технологии.

Как работает импульсный силовой трансформатор?

Импульсные трансформаторы используются в импульсных источниках питания для обеспечения питания ряда коммерческих и промышленных электронных систем.Эти трансформаторы очень эффективны при преобразовании основной мощности переменного тока (AC) в выходное напряжение постоянного тока (DC). Основная мощность переменного тока фильтруется через конденсатор при включении питания, что позволяет преобразовать его из переменного напряжения с помощью выпрямителей в нерегулируемое постоянное напряжение. Затем с помощью регулятора импульсный трансформатор преобразует это нерегулируемое напряжение постоянного тока в стабилизированное выходное напряжение постоянного тока с различными уровнями напряжения.

Каковы общие области применения импульсного силового трансформатора?

Большинство современных электронных приложений полагаются на источники питания, которые могут очень эффективно преобразовывать низкочастотную основную мощность переменного тока в хорошо регулируемое постоянное напряжение, необходимое для схемы.Трансформаторы SMPS часто предпочтительнее из-за их способности обеспечивать строго регулируемое выходное напряжение. Некоторые конкретные области применения этих трансформаторов включают:

Медицинские устройства
Устройства связи
Коммерческие источники питания
Системы безопасности
Вспомогательные материалы для ПЛК
Аудиовизуальные продукты

Что отличает силовые трансформаторы с импульсным режимом от других Трансформеры?

За счет внутреннего переключения транзистора между включенным и выключенным состояниями импульсные трансформаторы могут минимизировать рассеивание энергии источника питания, что приводит к более высокому КПД с меньшим тепловыделением по сравнению с трансформаторами, используемыми в линейных источниках питания.Для линейных источников питания обычно требуются большие силовые трансформаторы для повышения или понижения напряжения, прежде чем его можно будет подать в цепь регулятора. Как правило, линейные силовые трансформаторы имеют тенденцию быть более громоздкими и значительно менее эффективными, чем импульсные силовые трансформаторы, которые меньше и компактны с учетом их более высокой рабочей частоты.

Каковы разные топологии силового трансформатора с переключателем?

Топология импульсного силового трансформатора относится к его конкретной конфигурации схемы.Некоторые из основных топологий, используемых при проектировании питания, включают:

Обратный ход: Обратный ход — это изолированная топология, в которой энергия, накопленная и сохраненная во время «включено» состояния переключателя, передается на выход во время «выключено». государственный. Это одна из самых простых и недорогих изолированных топологий, которая лучше всего подходит для приложений с низким энергопотреблением.
Прямой преобразователь: Вместо того, чтобы хранить энергию в сердечнике, прямые преобразователи напрямую передают энергию между первичными вторичными сторонами.Как и обратноходовые преобразователи, прямые преобразователи лучше всего подходят для приложений с низким энергопотреблением.
Двухтактный: Двухтактная топология в основном представляет собой прямой преобразователь с обмоткой с двойным приводом, что делает его гораздо более эффективным при использовании сердечника трансформатора по сравнению с обратноходовыми или простыми прямыми преобразователями.
Полумост: Полумост — это тип топологии прямого преобразователя. Топологии полумоста спроектированы так, что ток нагрузки может течь в двух направлениях.
Полный мост: Топология полного моста состоит из двух полумостов. Он имеет те же номиналы переключателей, что и полумост, но обеспечивает вдвое большую выходную мощность.
Привод затвора: Трансформаторы привода затвора используются в импульсных источниках питания для управления синхронизацией схемы посредством подачи электрических импульсов.

Каковы преимущества использования импульсного силового трансформатора?

Когда дело доходит до современных электронных приложений, трансформаторы SMPS предлагают несколько явных преимуществ по сравнению с альтернативными методами преобразования энергии постоянного тока.К ним относятся:

Более высокий КПД: Переключение регулятора позволяет ему находиться в режиме включения или выключения. Благодаря этому рассеивание энергии минимально, а мощность может использоваться чрезвычайно эффективно.
Более легкий вес: По сравнению с линейными трансформаторами импульсные силовые трансформаторы намного меньше и легче. Это возможно благодаря их высокой рабочей частоте и высокоэффективному использованию энергии.
Большая гибкость: В отличие от линейных трансформаторов, импульсные силовые трансформаторы способны создавать высокие преобразования как при повышении, так и при понижении напряжения.

Каковы особенности конструкции трансформатора SMPS?

При проектировании трансформатора SMPS важно учитывать следующие параметры:

Входное и выходное напряжение
Выходная мощность или ток
Частота переключения
Рабочий режим
Максимальный рабочий цикл IC
Безопасность стандарты
Температурные требования
Требования к размеру

Три основных вопроса проектирования — это форма, тип и размер сердечника, которые следует выбирать в зависимости от требований к питанию вашего приложения, топологии коммутации и ожидаемой частоты коммутации.Некоторые материалы сердечника обладают свойствами, которые делают их более подходящими для высокочастотных приложений. Также важно следить за тем, чтобы температура компонентов и проводки не превышала их номинальные температуры, так как это повлияет на общую надежность цепи. Также следует учитывать отраслевые требования безопасности, чтобы обеспечить соответствие вашей конструкции соответствующим нормативным стандартам.

Есть ли какие-либо соображения по конструкции трансформатора для микросхем?

Как правило, инженеры-проектировщики наших клиентов начинают с интегральной схемы / микросхемы IC, которая обычно имеет эталонный дизайн с предложениями по трансформаторам и другим компонентам, которые будут использоваться с микросхемой.Они могут либо начать с эталонного дизайна и изменить его в соответствии со своим приложением, либо они могут выбрать свой собственный дизайн с использованием микросхемы.

В настоящее время мы работаем с несколькими компаниями по производству микросхем и уже работаем над некоторыми эталонными проектами. Тем не менее, мы определенно можем работать с заказчиком, чтобы поставить трансформаторы в соответствии с их эталонными проектами или создать индивидуальную конструкцию для удовлетворения потребностей их приложений.

Свяжитесь с MPS Industries по вопросам руководства по трансформатору SMPS

В MPS Industries наша команда инженеров-электротехников регулярно предоставляет рекомендации по магнитным компонентам и помощь в проектировании даже самых сложных промышленных систем.Если вам требуются незначительные модификации стандартного продукта или полная индивидуальная разработка с нуля, наши инженеры обладают знаниями и ресурсами, чтобы соответствовать вашим точным спецификациям. Мы поддерживаем сильную систему управления качеством, чтобы гарантировать, что каждый поставляемый нами продукт соответствует ожиданиям клиентов или превосходит их, а также всем соответствующим отраслевым стандартам.

Чтобы узнать больше о трансформаторах SMPS в MPS, перейдите по ссылкам ниже:

Свяжитесь с нами сегодня по поводу любых наших решений или услуг для магнитных компонентов!

напряжение — Пик выключения трансформатора

Как избежать скачка выключения трансформатора и защитить цепь?

Это отвлекающий маневр для большинства нагрузок, потому что индуцированное напряжение на вторичной обмотке обычно адекватно «подавляется» самой нагрузкой.Так работает обратный трансформатор; энергия накапливается в магнитном поле сердечника в течение 1-й половины цикла и выделяется во вторичную обмотку во 2-й половине цикла.

Таким образом, нагрузка, естественно, будет «содержать» небольшое количество энергии в магнитном поле трансформатора, если первичная обмотка внезапно отключится.

С учетом всего вышесказанного, вики-страница, на которую ссылается вопрос, называется: —

  Пусковой ток

Итак, учитывая, что пусковой ток в трансформаторе может быть значительно выше, чем его нормальный рабочий ток, следует принять во внимание некоторые соображения.{\ text {ПРИМЕЧАНИЕ 1}} \ $ нормальный пиковый ток намагничивания, поэтому нам следует опасаться этого удвоения тока и учитывать, что если питание было отключено после половины цикла приложенного напряжения (это напряжение приложено в точке перехода через нуль для наихудшего эффекта) мы наблюдали бы пиковый ток намагничивания, вдвое превышающий нормальный пик тока намагничивания.

Сравнение, вероятно, хорошая идея, чтобы увидеть вещи в перспективе. Представьте, что у нас есть трансформатор 1 кВА 1: 1, подающий 250 В переменного тока на нагрузку 1 кВт.Ток нагрузки составит 4 ампера. Для трансформатора такого размера индуктивность намагничивания может составлять 10 генри. Это означает, что «нормальный» ток намагничивания будет около 80 мА RMS. Это имеет пиковое значение 113 мА, а с индуктивностью 10 Генри представляет пиковую накопленную энергию 63 мДж.

Учитывая, что нагрузка (1 кВт) «обрабатывает» энергию со скоростью 1 джоуль в миллисекунду, я бы сказал, что большинство нормальных нагрузок выдержат дополнительную энергию скачка в 63 мДж (или в 4 раза больше, если первичная обмотка отключена в наихудший возможный момент при наихудшем сценарии броска тока.

Это то, о чем мы должны беспокоиться из-за конструкций с низким энергопотреблением?

Я бы беспокоился, но не беспокоился И Я бы смоделировал наихудшие сценарии, чтобы увидеть, какие проблемы могут возникнуть. В этом сила симуляции.

\ $ \ text {ПРИМЕЧАНИЕ 1} \ $ — если сердечник насыщается, то пусковой ток может быть намного больше, чем в два раза, но, поскольку пиковый поток ограничивается эффектом насыщения, достаточно проанализировать не -насыщающая ситуация (на мой взгляд).

(PDF) Конструкция высоковольтного трансформатора на основе импульсного источника питания с обратным ходом

Конструкция с высоковольтным трансформатором на основе обратного переключения

Источник питания

Ли Чэнконг1 *, Fan Zhenfang2 и Luo Hui3

1 Колледж передовых междисциплинарных исследований Национального университета Defense

Technology, Чанша, Хунань, 410005, Китай

2 Колледж передовых междисциплинарных исследований, Национальный университет обороны

Technology, Чанша, Хунань, 410005, Китай

3 Колледж передовых междисциплинарных технологий

, Национальный университет обороны

, Чанша, Хунань, 410005, Китай

Эл. Почта: [email protected]

Аннотация. Генератор с одним источником может изменять частоту и рабочий цикл импульса до

, управляя выходным напряжением в импульсном источнике питания с обратным ходом. Для проектирования высоковольтного трансформатора можно использовать различные методы и расчеты

, такие как метод, который будет использоваться в этом трансформаторе

, 𝑘𝑔 метод и 𝐾𝑅𝑃 метод. В этой статье шаг за шагом будет рассмотрен процесс выбора

магнитопровода и другие параметры трансформатора.На

сначала выходное напряжение будет выше двух тысяч пятисот вольт. Единственный источник

генератора, изменяющий частоту и рабочий цикл, выходное напряжение будет оставаться стабильным на пяти

сотнях напряжения. Захват трансформатора меньше, чем был ранее, поэтому он будет

выгодным для интегральной схемы.

1. Введение

Устройства постоянного и переменного тока широко используются в электронном оборудовании [1]. По сравнению с традиционным регулируемым блоком питания

с лайнером, импульсный блок питания с такими преимуществами, как высокая эффективность, меньший размер и низкая стоимость.В

история импульсных источников питания было создано множество топологических структур, таких как прямая, обратная связь, полный мост

, полумост, APEC и другие топологии [2]. Изменяя некоторые параметры трансформатора

может управлять выходным напряжением в импульсном блоке питания с обратным ходом. Например, магнитопровод, входное напряжение

, частота импульсов, количество витков, воздушный зазор, диаметр эмалированного провода.

Поскольку на выходное напряжение может влиять так много параметров, инженерам по источникам питания

будет сложно всесторонне подумать при разработке собственного трансформатора.Если некоторые параметры

не могут быть выбраны правильно, температура магнитного сердечника будет очень высокой, потому что индуктивность рассеяния

и энергоэффективность не достигнут идеального уровня. КПД большинства импульсных источников питания

обратного хода будет более 80%, если все параметры могут быть хорошо рассчитаны. Трансформатор

может работать в режимах CCM и DCM, расчетная формула трансформатора для этих двух режимов

будет сильно отличаться [3-4].В этой статье будет разработан трансформатор меньшего размера, чтобы

заменил тот же функциональный трансформатор большего объема.

Остальная часть этого документа будет организована следующим образом. Во-первых, основные принципы работы импульсного источника питания flyback

будут показаны в разделе 2. Во-вторых, в разделе 3 будут представлены некоторые важные параметры

. Затем будет дано краткое введение в некоторые схемы защиты и управления

Руководство по обратноходовым трансформаторам

Что такое трансформаторы с обратным ходом?

Обратный трансформатор — это спаянная катушка индуктивности с сердечником с зазором.Во время каждого цикла, когда входное напряжение подается на первичную обмотку, энергия накапливается в зазоре сердечника. Затем он передается на вторичную обмотку, чтобы обеспечить нагрузку энергией. Обратные трансформаторы используются для преобразования напряжения и изоляции цепей в обратноходовых преобразователях.

Трансформаторы

с обратной связью являются наиболее популярным выбором для экономичных и высокоэффективных изолированных источников питания мощностью до 120 Вт. Они обеспечивают изоляцию цепи, возможность подключения нескольких выходов и возможность появления положительного или отрицательного выходного напряжения.Их также можно регулировать в широком диапазоне входного напряжения и условий нагрузки. Поскольку энергия накапливается в трансформаторе, топология обратного хода не требует отдельного катушки индуктивности выходного фильтра, как в других изолированных топологиях. Это уменьшает количество компонентов и упрощает требования к схемам. В этой статье обсуждаются обратноходовые трансформаторы и приложения, для которых они лучше всего подходят.

Что такое обратный ход?

В обратноходовой топологии энергия накапливается в магнитном поле трансформатора в течение первой половины цикла переключения, а затем передается вторичной обмотке (ам), подключенной к нагрузке, во второй половине цикла.Трансформаторы с обратным ходом имеют конструкцию с зазором, что позволяет хранить большое количество энергии без насыщения сердечника. Этот аспект накопления энергии отличает обратную связь от других топологий, таких как прямой режим, при котором энергия передается немедленно от первичной к вторичной. Обратные трансформаторы также известны как связанные индукторы, потому что они имеют конструкцию сердечника с зазором и накапливают энергию в сердечнике.

Как работает контроллер обратного хода?

фигура 1

Топология обратного хода основана на топологии понижающего и повышающего напряжения, при которой трансформатор обеспечивает изоляцию и, при необходимости, преобразование напряжения по коэффициенту передачи.Схема , показанная на рис. 1 , представляет собой типичную схему обратного хода.

Наиболее часто используемым переключателем (SW) в обратном преобразователе является MOSFET (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником), но иногда используются биполярный транзистор, а иногда и GaN (нитрид галлия) или SiC (карбид кремния). Контроллер обратного хода размыкает и замыкает переключатель с соответствующим рабочим циклом для достижения необходимого выходного напряжения. Рабочий цикл обратноходовых трансформаторов обычно не превышает 0.5. Для достижения требуемого выходного напряжения в соответствии с этим уравнением можно использовать различные комбинации соотношений витков и рабочих циклов:

V _out = V _in * (N _s / N _p) * (D / (1-D)) где:
V _out — выходное напряжение
В _в входное напряжение
N _с = вторичные витки
N _p = витки первичной обмотки
D = рабочий цикл = t _на / (t _на + t _на)

Базовый цикл обратного хода включает следующие части:

Когда ПО полевого транзистора (полевого транзистора) закрыто (ВКЛ), ток проходит через первичную обмотку трансформатора.Это создает магнитное поле, в котором энергия накапливается в сердечнике. Комбинация полярности обмотки (обозначенная точками полярности) смещает выходной диод в обратном направлении, чтобы гарантировать, что энергия не передается на вторичную обмотку (нагрузку), когда переключатель замкнут. Во время этой части цикла ток в первичной обмотке со временем нарастает для накопления энергии (= ½LI ²).
Когда полевой транзистор открыт (выключен), магнитное поле схлопывается, передавая накопленную энергию вторичной обмотке и, в конечном итоге, нагрузке.При закрытии переключателя ток во вторичной обмотке достигает своего пика и снижается по мере того, как накопленная энергия передается нагрузке.

фигура 2 Рисунок 3

Если полевой транзистор снова включить до того, как вся энергия обратного хода будет передана вторичной обмотке, вторичный ток никогда не достигнет нуля. Это называется режимом непрерывной проводимости (CCM). Пример формы волны CCM показан на Рис. 2 . Если накопленная энергия обратного хода полностью опорожняется во вторичной обмотке до того, как снова включается полевой транзистор, вторичный ток достигает нуля до конца периода, создавая «время простоя» (t _idle) во время цикла.Это называется режимом прерывистой проводимости (DCM). Пример формы сигнала DCM показан на рис. 3 . Трансформаторы могут быть разработаны для CCM, DCM или того и другого. Обратные трансформаторы могут работать как в режимах CCM, так и в режиме DCM, в зависимости от входного напряжения и условий нагрузки.

При проектировании обратноходового трансформатора условия максимальной нагрузки при минимальном входном напряжении в наихудшем случае создают наивысший (пиковый) первичный ток. Выберите трансформатор, у которого пиковый первичный ток (Ipk) или первичный ток насыщения (Isat) намного выше ожидаемого пикового значения первичного тока для вашего приложения.Если пиковое значение первичного тока, потребляемого приложением, превышает номинальное значение трансформатора, насыщение сердечника приведет к падению индуктивности первичной обмотки. Если в этот момент нагрузке требуется больше энергии, запас энергии трансформатора будет превышен, и нагрузка не получит требуемую энергию. Это приведет к потере регулирования, поэтому пиковый первичный ток (Ipk) или первичный ток насыщения (Isat) обратного трансформатора является критическим параметром.

Каковы типичные применения трансформаторов с обратным ходом?

Обратные трансформаторы можно использовать во многих приложениях, в том числе:

Источники питания DC-DC
Телеком
Светодиодное освещение
Питание через Ethernet (PoE)
Зарядка конденсатора
Зарядка аккумулятора
Микроинверторы на солнечных батареях
Источники питания AC-DC

Готовые обратноходовые трансформаторы доступны для многих приложений, где требуются низкая стоимость, небольшие размеры и высокий КПД.Они обычно используются в контроллерах постоянного и переменного тока в диапазоне напряжения электросвязи (телекоммуникации) от 37 до 72 В постоянного тока, иногда при расширенных напряжениях в диапазоне от 2 до 400 В постоянного тока, а также в универсальном диапазоне входного напряжения сети переменного тока (85 — 265 В переменного тока).

Обратные трансформаторы

обычно используются при выходном токе ниже примерно 10 А и выходной мощности ниже примерно 100 Вт. Компания Coilcraft предлагает стандартные, готовые к использованию обратноходовые трансформаторы с мощностью от нескольких ватт до примерно 120 Вт.Когда требуются более высокие ток и мощность, более эффективными альтернативами становятся топологии прямого режима, двухтактные или полумостовые / полные мосты.

Как выбрать обратноходовой трансформатор Coilcraft, который наилучшим образом соответствует требованиям моего приложения?

Как и в случае с любым другим электронным компонентом, выбор обратноходовых трансформаторов предполагает множество конкурирующих компромиссов в отношении производительности, размера, эффективности, стоимости и веса. Для достижения высокого уровня хранения энергии без насыщения сердечника требуется тщательный выбор размера сердечника.Размер (диаметр) провода следует выбирать тщательно, чтобы обеспечить высокий выходной ток без перегрева изоляции провода. Форма сердечника и выбор бобины должны быть оптимизированы, чтобы минимизировать длину намотки и достичь минимально возможного DCR. Высокая частота коммутации может использоваться для уменьшения размера трансформатора, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать увеличения потерь переменного тока из-за потерь в сердечнике, эффекта близости и скин-эффекта.

Coilcraft предлагает полезное руководство по выбору подходящего готового обратноходового трансформатора на основе:

Независимо от того, питаете ли вы свое приложение от источника постоянного тока или от источника входного сигнала линии переменного тока
Требуемый диапазон входного напряжения трансформатора (В _мин. в худшем случае)
Требуемое выходное напряжение (я)
Требуемый выходной среднеквадратичный ток или мощность.Приблизительная выходная мощность: P _{на выходе} = V _{на выходе} * I _{на выходе}

Coilcraft отображает свои обратноходовые трансформаторы по диапазону входного напряжения и сортирует в этой категории по выходной мощности.

Список литературы

Маммано, Роберт А., 2017. Основы проектирования источников питания . Инструменты Техаса.
Полковник Вм. T. McLyman, 1988. Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов. 2-е изд., Марсель Деккер.

Что дальше?

Подробнее: Начало работы Серия

A Руководство по трансформаторам привода затвора

Что такое трансформатор привода затвора?

Ток через полевой МОП-транзистор между стоком и истоком управляется напряжением возбуждения, подаваемым на затвор полевого МОП-транзистора.В импульсных источниках питания импульсное напряжение управления затвором включает и выключает ток сток-исток, используя полевой МОП-транзистор как переключатель тока. Трансформаторы управления затвором используются для подачи управляющих импульсов, обеспечивая изоляцию между полевым МОП-транзистором и управляющей схемой управления. В этой статье обсуждаются трансформаторы привода затвора и приложения, для которых лучше всего подходят стандартные трансформаторы привода затвора Coilcraft.

Схемы драйвера затвора

нуждаются в изолированном (плавающем) источнике смещения для поддержания требуемого смещения при включении, когда источник на полевом транзисторе повышается до входного напряжения.Трансформатор управления затвором изолирует схему управления затвором от коммутационного узла при запуске затвора MOSFET, а также может масштабировать выходное напряжение с помощью соответствующего отношения первичного к вторичному витку.

В некоторых приложениях цифровые изоляторы или оптопары могут обеспечивать средства для непосредственного управления полевыми МОП-транзисторами, но трансформаторы управления затвором предпочтительны для требований более высокого напряжения и имеют преимущество в гораздо меньшем времени задержки включения и выключения. как способность масштабировать напряжение по соотношению витков.Поэтому трансформаторы управления затвором часто являются лучшим решением для высоковольтных и высокочастотных приложений, где критически важна быстрая и точная синхронизация сигнала.

Как выглядит типичная схема трансформатора управления затвором?

На рис. 1 показана упрощенная схема управления затвором с одним выходом, подключенная к трансформатору (связь по переменному току), для приложений с низким энергопотреблением. В зависимости от рабочего цикла и других условий цепи могут использоваться дополнительные компоненты (конденсаторы, диоды и резисторы), чтобы предотвратить:

Развитие постоянного напряжения на трансформаторе, которое может вызвать его насыщение
Намагничивающая индуктивность и емкость связи от резонанса с резкими изменениями рабочего цикла

Для несимметричных цепей (связанных по переменному току) рабочий цикл в наихудшем случае равен 0.50.

Рисунок 1: Упрощенная односторонняя схема управления затвором с трансформаторной связью

Полумостовые и полумостовые конфигурации (например, двухтактная схема управления затвором с трансформаторной связью, показанная на рис. , рис. 2 ) используются для более высоких -силовые приложения.

Для двухсторонних мостов (со связью по постоянному току) наихудшим случаем является максимальный рабочий цикл (теоретически 1,0).

Рисунок 2: Двухтактная полумостовая схема управления затвором с трансформаторной связью

На рисунке 3 показано типичное решение с трансформатором управления затвором, в котором полномостовой силовой каскад приводится в действие как с верхней стороны (Q1 и Q2), так и с нижней стороны. (Q3 и Q4) МОП-транзисторы.

Рис. 3: Полномостовой силовой каскад с полевыми МОП-транзисторами на верхней и нижней стороне

Какие типы управляющих трансформаторов затвора производит Coilcraft?

Компания

Coilcraft предлагает готовые готовые трансформаторы для управления затвором с различными номиналами вольт-времени, изоляцией и коэффициентами поворотов.

Как выбрать лучший приводной трансформатор затвора Coilcraft для моего приложения?

Стандартные трансформаторы привода затвора

Coilcraft упрощают проектирование схемы управления затвором и сокращают время цикла проектирования.В наших конструкциях обычно используются ферритовые сердечники с высокой магнитной проницаемостью, чтобы максимизировать индуктивность намагничивания и минимизировать ток намагничивания.

Требуемый размер трансформатора определяется произведением напряжения на время приложения. Поэтому первым критерием выбора трансформатора управления затвором является номинальное значение произведения напряжения на время (В-мкс), как показано в таблице данных трансформатора, и его следует выбирать больше или равным ожидаемому наибольшему приложенному напряжению-времени произведения, чтобы избежать насыщения сердечника. .

Примечание: Вольт-временное произведение (В-мкс) можно рассчитать из технических характеристик, умножив индуктивность первичной обмотки при пиковом токе (L @ Isat) на номинальный пиковый ток (Isat).

Схемы подключения трансформаторов напряжения

Общие сведения

Устройство трансформаторов напряжения

Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения

Устройство и схемы включения измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока.

Схемы соединения измерительных трансформаторов напряжения

Конструкция трансформаторов напряжения | Электрические аппараты | Обладнання

Схема включения трансформатора напряжения в сеть. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения:

1- первичная обмотка;

2- магнитопровод;

3- вторичная обмотка;

Схемы соединения трансформаторов напряжения

Схемы защиты ТН от феррорезонанса

Схема открытого треугольника в трансформаторе напряжения. Измерительные трансформаторы напряжения

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения:

1- первичная обмотка;

2- магнитопровод;

3- вторичная обмотка;

Коммутация и защита трансформатора | T&D World

Основы работы с трансформаторами с переключателем

О gt stepp

Switch Mode Power Supply Transformers FAQ

напряжение — Пик выключения трансформатора

(PDF) Конструкция высоковольтного трансформатора на основе импульсного источника питания с обратным ходом

Руководство по обратноходовым трансформаторам

Что такое трансформаторы с обратным ходом?

Что такое обратный ход?

Как работает контроллер обратного хода?

Каковы типичные применения трансформаторов с обратным ходом?

Как выбрать обратноходовой трансформатор Coilcraft, который наилучшим образом соответствует требованиям моего приложения?

Список литературы

Что дальше?

A Руководство по трансформаторам привода затвора

Что такое трансформатор привода затвора?

Как выглядит типичная схема трансформатора управления затвором?

Какие типы управляющих трансформаторов затвора производит Coilcraft?

Как выбрать лучший приводной трансформатор затвора Coilcraft для моего приложения?

Похожие записи

Микросхема 358: datasheet на русском, применение, аналоги, назначение выводов

Радиозвонок схема: ДВЕРНОЙ РАДИОЗВОНОК

Электросхема ваз 2105 инжектор: Схема ВАЗ-2105 | 2 Схемы

Добавить комментарий Отменить ответ