Princip činnosti a účel transformátoru. Účel a konstrukce výkonových transformátorů

Obsah:

V elektrotechnice je poměrně často potřeba měřit veličiny s velkými hodnotami. K vyřešení tohoto problému se používají proudové transformátory, jejichž účel a princip činnosti umožňuje provádět jakákoli měření. Za tímto účelem je primární vinutí zařízení zapojeno sériově do obvodu se střídavým proudem, jehož hodnotu je nutné měřit. Sekundární vinutí je připojeno k měřicím přístrojům. Mezi proudy v primárním a sekundárním vinutí existuje určitý poměr. Všechny transformátory tohoto typu jsou vysoce přesné. Jejich konstrukce zahrnuje dvě nebo více sekundárních vinutí, ke kterým jsou připojena ochranná zařízení, měřicí přístroje a měřicí zařízení.

Co je proudový transformátor?

Proudové transformátory jsou zařízení, ve kterých je sekundární proud použitý pro měření úměrný primárnímu proudu přicházejícímu z elektrické sítě.

Primární vinutí je připojeno k obvodu v sérii s proudovým vodičem. Sekundární vinutí je připojeno k libovolné zátěži ve formě měřicích přístrojů a. Mezi proudy obou vinutí vzniká proporcionální vztah odpovídající počtu závitů. U vysokonapěťových transformátorových zařízení se izolace mezi vinutími provádí na základě plného provozního napětí. Zpravidla je jeden konec sekundárního vinutí uzemněn, takže potenciály vinutí a země budou přibližně stejné.

Všechny proudové transformátory jsou navrženy tak, aby vykonávaly dvě hlavní funkce: měření a ochranu. Některá zařízení mohou kombinovat obě funkce.

• Přístrojové transformátory předávají přijaté informace připojeným měřicím přístrojům. Instalují se do vysokonapěťových obvodů, ve kterých není možné přímo připojit měřicí přístroje. K čítačům, proudovým vinutím wattmetrů a dalším měřicím zařízením je proto připojeno pouze sekundární vinutí transformátoru. Výsledkem je, že transformátor převádí střídavý proud, dokonce i velmi vysokou hodnotu, na střídavý proud s indikátory, které jsou nejpřijatelnější pro použití běžných měřicích přístrojů. Zároveň je zajištěna izolace měřicích přístrojů od vysokonapěťových obvodů a zvýšena elektrická bezpečnost obsluhujícího personálu.
• Ochranná transformátorová zařízení primárně přenášejí přijaté informace o měření do řídicích a ochranných zařízení. Pomocí ochranných transformátorů se střídavý proud jakékoli hodnoty převádí na střídavý proud s nejvhodnější hodnotou, který poskytuje napájení reléovým ochranným zařízením. Současně jsou relé, která jsou přístupná personálu, izolována od vysokonapěťových obvodů.

Účel transformátorů

Proudové transformátory patří do kategorie speciálních pomocných zařízení používaných ve spojení s různými měřicími zařízeními a relé v obvodech střídavého proudu. Hlavní funkcí takových transformátorů je převést jakoukoli aktuální hodnotu na hodnoty, které jsou pro měření nejvhodnější, a poskytují napájení odpojovacím zařízením a vinutí relé. Díky izolaci zařízení je obsluhující personál spolehlivě chráněn před úrazem elektrickým proudem vysokým napětím.

Měřicí transformátory proudu jsou určeny pro elektrické obvody s vysokým napětím, kdy není možnost přímého připojení měřicích přístrojů. Jejich hlavním účelem je přenášet přijatá data o elektrickém proudu do měřicích zařízení připojených k sekundárnímu vinutí.

Důležitou funkcí transformátorů je řízení stavu elektrického proudu v obvodu, ke kterému jsou připojeny. Během připojení k výkonovému relé jsou prováděny neustálé kontroly sítí, přítomnost a stav uzemnění. Když proud dosáhne nouzové hodnoty, aktivuje se ochrana a vypne všechna používaná zařízení.

Princip fungování

Princip činnosti proudových transformátorů je založen na. Napětí z vnější sítě je přiváděno do výkonového primárního vinutí s určitým počtem závitů a překonává jeho celkový odpor. To vede ke vzniku magnetického toku kolem cívky, zachyceného magnetickým obvodem. Tento magnetický tok je umístěn kolmo ke směru proudu. Díky tomu budou ztráty elektrického proudu během procesu přeměny minimální.

Při protnutí závitů sekundárního vinutí, umístěného kolmo, je elektromotorická síla aktivována magnetickým tokem. Pod vlivem EMF se objevuje proud, který je nucen překonat celkový odpor cívky a výstupní zátěž. Současně je pozorován pokles napětí na výstupu sekundárního vinutí.

Klasifikace proudových transformátorů

Všechny proudové transformátory lze klasifikovat v závislosti na jejich vlastnostech a technických vlastnostech:

1. Po domluvě. Zařízení mohou být měřicí, ochranná nebo mezilehlá. Druhá možnost se používá při připojení měřicích přístrojů k proudovým obvodům reléové ochrany a jiným podobným obvodům. Kromě toho existují laboratorní transformátory proudu, které se vyznačují vysokou přesností a rozmanitostí .
2. Podle typu instalace. Existují transformátorová zařízení pro vnější a vnitřní instalaci, nadzemní a přenosná. Některé typy zařízení lze zabudovat do automobilů, elektrických zařízení a dalších zařízení.
3. Podle provedení primárního vinutí. Zařízení se dělí na jednootáčkovou nebo tyčovou, víceotáčkovou nebo cívkovou a také sběrnici, například TSh-0,66.
4. Vnitřní a vnější instalace transformátorů zahrnuje průchozí a podpůrné metody pro instalaci těchto zařízení.
5. Izolace transformátoru může být suchá s použitím bakelitu, porcelánu a dalších materiálů. Kromě toho se používá konvenční a kondenzátorová izolace papír-olej. Některá provedení používají složenou výplň.
6. V závislosti na počtu transformačních stupňů mohou být zařízení jedno- nebo dvoustupňová, to znamená kaskádová.
7. Jmenovité provozní napětí transformátorů může být až 1000 V nebo více než 1000 V.

Všechny charakteristické klasifikační znaky jsou přítomny v proudu a sestávají z určitých.

Parametry a charakteristiky

Každý proudový transformátor má individuální parametry a technické vlastnosti, které určují rozsah použití těchto zařízení.

Jmenovitý proud. Umožňuje zařízení pracovat po dlouhou dobu bez přehřátí. Takové transformátory mají značnou rezervu vytápění a normální provoz je možný s přetížením až 20%.

Jmenovité napětí. Jeho hodnota by měla zajistit normální provoz transformátoru. Právě tento indikátor ovlivňuje kvalitu izolace mezi vinutími, z nichž jedno je pod vysokým napětím a druhé je uzemněno.

Transformační poměr. Je to poměr mezi proudy v primárním a sekundárním vinutí a je určen speciálním vzorcem. Jeho skutečná hodnota se bude lišit od nominální hodnoty kvůli určitým ztrátám během transformačního procesu.

Aktuální chyba. Vyskytuje se v transformátoru pod vlivem magnetizačního proudu. Absolutní hodnota primárního a sekundárního proudu se liší přesně o tuto hodnotu. Magnetizační proud vede k vytvoření magnetického toku v jádře. Jak se zvyšuje, zvyšuje se také proudová chyba transformátoru.

. Určuje běžný provoz zařízení v jeho třídě přesnosti. Měří se v ohmech a v některých případech může být nahrazen takovou koncepcí, jako je jmenovitý výkon. Hodnota proudu je přísně normovaná, takže hodnota výkonu transformátoru zcela závisí pouze na zatížení.

Jmenovitý omezující faktor. Představuje násobek primárního proudu k jeho jmenovité hodnotě. Chyba této násobnosti může dosáhnout až 10 %. Při výpočtech musí být dimenzována samotná zátěž a její účiníky.

Maximální sekundární proudový poměr. Uvádí se jako poměr maximálního sekundárního proudu a jeho jmenovité hodnoty při jmenovitém efektivním sekundárním zatížení. Maximální násobnost souvisí se stupněm nasycení magnetického obvodu, při kterém primární proud stále roste, ale hodnota sekundárního proudu se nemění.

Možné poruchy proudových transformátorů

Proudový transformátor připojený k zátěži někdy zaznamená poruchy a dokonce i nouzové situace. Zpravidla je to způsobeno porušením elektrického odporu izolace vinutí, snížením jejich vodivosti pod vlivem zvýšených teplot. Negativní dopad mají náhodné mechanické nárazy nebo nekvalitní instalace.

Při provozu zařízení nejčastěji dochází k poškození izolace, které způsobuje přepólové zkraty vinutí, což výrazně snižuje přenášený výkon. Svodové proudy se mohou objevit v důsledku náhodně vytvořených obvodů až po vznik zkratu.

Aby se předešlo nouzovým situacím, odborníci pravidelně kontrolují celý provozní okruh pomocí termokamer. To umožňuje rychle odstranit kontaktní vady a snížit přehřívání zařízení. Nejsložitější zkoušky a kontroly se provádějí ve speciálních laboratořích.

Provoz transformátoru je založen na dvou základních principech:

1. Časově proměnný elektrický proud vytváří magnetické pole (elektromagnetismus)

2. Změna magnetického toku procházejícího vinutím vytváří EMF v tomto vinutí (elektromagnetická indukce)

Střídavý proud protékající primárním vinutím vytváří střídavý magnetický tok v magnetickém jádru, jehož změny, procházející sekundárním vinutím, v něm zase vytvářejí střídavé EMF.

Rýže. 1 Schématická struktura transformátoru. 1 - primární vinutí, 2 - sekundární

Faradayův zákon

Emf vytvořený v sekundárním vinutí lze vypočítat pomocí Faradayova zákona, který říká, že:

N2 - počet závitů v sekundárním vinutí,

Φ je celkový magnetický tok procházející jednou otáčkou vinutí. Pokud jsou závity vinutí umístěny kolmo k siločarám magnetického pole, pak bude tok úměrný magnetickému poli B a ploše S, kterou prochází.

EMF vytvořené v primárním vinutí je, v tomto pořadí:

U1 - okamžitá hodnota napětí na koncích primárního vinutí,

N1 je počet závitů v primárním vinutí.

Vydělením rovnice U2 U1 dostaneme poměr:

Ideální transformační rovnice

Pokud je sekundární vinutí připojeno k zátěži, bude elektrická energie přenášena z primárního okruhu do sekundárního. V ideálním případě transformuje transformátor veškerou energii přicházející z primárního okruhu na magnetické pole a poté na energii sekundárního okruhu. V tomto případě se příchozí energie rovná přeměněné energii.

P1 je okamžitá hodnota výkonu dodávaného do transformátoru z primárního okruhu,

P2 je okamžitá hodnota výkonu přeměněného transformátorem vstupujícím do sekundárního okruhu.

Kombinací této rovnice s poměrem napětí na koncích vinutí získáme rovnici ideálního transformátoru:

Zjistíme tedy, že jak se napětí na koncích sekundárního vinutí U2 zvyšuje, proud sekundárního obvodu I2 klesá.

Chcete-li převést odpor jednoho obvodu na odpor druhého, musíte hodnotu vynásobit druhou mocninou poměru. Například odpor Z2 je připojen ke koncům sekundárního vinutí, jeho snížená hodnota k primárnímu okruhu bude . Toto pravidlo platí také pro sekundární okruh: .

Činnost transformátoru je založena na jevu elektromagnetické indukce. Jedno z vinutí, nazývané primární vinutí, je napájeno napětím z externího zdroje. Střídavý proud protékající primárním vinutím vytváří v magnetickém jádru střídavý magnetický tok, fázově posunutý, se sinusovým proudem, o 90° vzhledem k napětí v primárním vinutí. V důsledku elektromagnetické indukce vytváří střídavý magnetický tok v magnetickém obvodu ve všech vinutích, včetně primárního, indukční emf úměrné první derivaci magnetického toku, se sinusovým proudem posunutým o 90° v opačném směru vzhledem k magnetickému toku. Když sekundární vinutí nejsou k ničemu připojena (režim bez zátěže), indukované emf v primárním vinutí téměř úplně kompenzuje napětí zdroje energie, takže proud primárním vinutím je malý a je určen hlavně jeho indukčností reaktance. Indukční napětí na sekundárních vinutích v režimu naprázdno je určeno poměrem počtu závitů odpovídajícího vinutí w2 k počtu závitů primárního vinutí w1:

Když je sekundární vinutí připojeno k zátěži, začne jím protékat proud. Tento proud také vytváří magnetický tok v magnetickém obvodu a je směrován opačně než magnetický tok vytvářený primárním vinutím. V důsledku toho je kompenzace indukovaného emf a emf zdroje energie narušena v primárním vinutí, což vede ke zvýšení proudu v primárním vinutí, dokud magnetický tok nedosáhne téměř stejné hodnoty. V tomto režimu se poměr proudů primárního a sekundárního vinutí rovná inverznímu poměru počtu závitů vinutí

poměr napětí k první aproximaci také zůstává stejný. Výsledkem je, že výkon odebíraný ze zdroje v obvodu primárního vinutí je téměř úplně převeden na sekundární.

Schematicky lze výše uvedené znázornit takto:

U1 → I1 → I1w1 → Ф → ε2 → I2

Okamžitý magnetický tok v magnetickém jádru transformátoru je určen časovým integrálem okamžité hodnoty emf v primárním vinutí a v případě sinusového napětí je fázově posunut o 90° vzhledem k el. emf. EMF indukovaný v sekundárních vinutích je úměrný první derivaci magnetického toku a pro jakýkoli tvar proudu se shoduje ve fázi a tvaru s EMF v primárním vinutí.

Princip činnosti transformátoru je založen na známém zákonu vzájemné indukce. Pokud zapnete primární vinutí tohoto, pak tímto vinutím začne protékat střídavý proud. Tento proud vytvoří v jádře střídavý magnetický tok. Tento magnetický tok začne pronikat závity sekundárního vinutí transformátoru. Na tomto vinutí se bude indukovat střídavá EMF (elektromotorická síla). Pokud připojíte (zkratujete) sekundární vinutí k nějakému přijímači elektrické energie (například k obyčejné žárovce), pak pod vlivem indukované elektromotorické síly protéká sekundárním vinutím střídavý elektrický proud do přijímač.

Současně bude primárním vinutím protékat zátěžový proud. To znamená, že elektřina bude transformována a přenášena ze sekundárního vinutí do primárního vinutí při napětí, pro které je zátěž navržena (tj. přijímač elektřiny připojený k sekundární síti). Princip činnosti transformátoru je založen na této jednoduché interakci.

Pro zlepšení přenosu magnetického toku a posílení magnetické vazby je vinutí transformátoru, primární i sekundární, umístěno na speciálním ocelovém magnetickém jádru. Vinutí jsou izolována jak od magnetického obvodu, tak od sebe navzájem.

Princip činnosti transformátoru se mění v závislosti na napětí vinutí. Pokud je napětí sekundárního a primárního vinutí stejné, bude se rovnat jednotě a pak se ztrácí samotný význam transformátoru jako měniče napětí v síti. Samostatné snižovací a snižovací transformátory. Pokud je primární napětí menší než sekundární, pak se takové elektrické zařízení bude nazývat step-up transformátor. Pokud je sekundární méně, pak směrem dolů. Stejný transformátor však může být použit jako zvyšovací i klesající transformátor. Zvyšovací transformátor se používá k přenosu energie na různé vzdálenosti, pro tranzit a další věci. Snižovací se používají především k přerozdělení elektřiny mezi spotřebiteli. Výpočet se obvykle provádí s přihlédnutím k jeho následnému použití jako snížení nebo zvýšení napětí.

Jak bylo uvedeno výše, princip činnosti transformátoru je poměrně jednoduchý. V jeho designu je však několik zajímavých detailů.

U třívinutých transformátorů jsou tři izolovaná vinutí umístěna na magnetickém jádru. Takový transformátor může přijímat dvě různá napětí a přenášet energii do dvou skupin elektrických přijímačů najednou. V tomto případě říkají, že kromě nízkonapěťových vinutí má třívinutý transformátor také vinutí středního napětí.

Vinutí transformátoru jsou válcového tvaru a jsou od sebe zcela izolována. S takovým vinutím bude mít průřez tyče kulatý tvar, aby se zmenšily nemagnetizované mezery. Čím méně takových mezer, tím menší je hmotnost mědi a v důsledku toho hmotnost a náklady na transformátor.

Transformátor je statické elektromagnetické zařízení se dvěma (nebo více) vinutími, určené nejčastěji k přeměně střídavého proudu jednoho napětí na střídavý proud jiného napětí. Přeměna energie v transformátoru se provádí střídavým magnetickým polem. Transformátory jsou široce používány při přenosu elektrické energie na velké vzdálenosti, její distribuci mezi přijímače, jakož i v různých usměrňovacích, zesilovacích, signalizačních a dalších zařízeních.

Při přenosu elektrické energie z elektrárny ke spotřebitelům způsobuje síla proudu ve vedení energetické ztráty v tomto vedení a spotřebu barevných kovů pro jeho zařízení. Pokud se při stejném přenášeném výkonu zvýší napětí, sníží se ve stejném rozsahu i síla proudu, a proto bude možné použít vodiče s menším průřezem. Tím se sníží spotřeba neželezných kovů při výstavbě elektrického vedení a sníží se v něm energetické ztráty.

Elektrická energie je v elektrárnách vyráběna synchronními generátory o napětí 11-20 kV; v některých případech se používá napětí 30-35 kV. Přestože jsou tato napětí příliš vysoká pro přímé průmyslové a domácí použití, nejsou dostatečná pro ekonomický přenos elektřiny na velké vzdálenosti. Další zvýšení napětí v elektrických vedeních (až 750 kV nebo více) se provádí pomocí stupňovitých transformátorů.

Přijímače elektrické energie (žárovky, elektromotory atd.) z bezpečnostních důvodů spoléhají na nižší napětí (110-380 V). Kromě toho je výroba elektrických zařízení, nástrojů a strojů pro vysoké napětí spojena se značnými konstrukčními potížemi, protože části těchto zařízení s vysokým napětím, které vedou proud, vyžadují zesílenou izolaci. Vysoké napětí, při kterém je přenášena energie, proto nelze přímo využít k napájení přijímačů a je k nim přiváděno přes snižovací transformátory.

Střídavá elektrická energie musí být na cestě z elektrárny, kde je generována, ke spotřebiteli transformována 3-4krát. V distribučních sítích se snižující transformátory zatěžují nesoučasně a ne na plný výkon. Proto je celkový výkon transformátorů používaných pro přenos a distribuci elektřiny 7-8x větší než výkon generátorů instalovaných v elektrárnách.

Přeměna energie v transformátoru se provádí střídavým magnetickým polem pomocí magnetického jádra.

Napětí primárního a sekundárního vinutí nejsou obvykle stejná. Je-li primární napětí menší než sekundární, nazývá se transformátor step-up, pokud je větší než sekundární, nazývá se step-down. Jakýkoli transformátor lze použít jako zvyšovací i klesající transformátor. Zvyšovací transformátory se používají k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a snižovací transformátory se používají k její distribuci mezi spotřebitele.

Podle účelu se rozlišují výkonové transformátory, transformátory pro měření napětí a transformátory proudu

Výkonové transformátory přeměňovat střídavý proud jednoho napětí na střídavý proud jiného napětí, aby byly spotřebitele zásobovány elektřinou. V závislosti na účelu se mohou zvyšovat nebo snižovat. V distribučních sítích se zpravidla používají třífázové dvouvinuté snižovací transformátory, které převádějí napětí 6 a 10 kV na napětí 0,4 kV. (Hlavní typy transformátorů jsou TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL a další.)

Napěťové transformátory- Jedná se o mezitransformátory, přes které se zapínají měřicí přístroje při vysokých napětích. Díky tomu jsou měřicí přístroje izolovány od sítě, což umožňuje použití standardních přístrojů (s předělenou stupnicí) a tím se rozšiřují limity měřených napětí.

Napěťové transformátory se používají jak pro měření napětí, výkonu, energie, tak pro napájení automatizačních obvodů, alarmů a reléové ochrany silových vedení před zemním spojením.

V některých případech mohou být napěťové transformátory použity jako nízkovýkonové snižovací výkonové transformátory nebo jako zvyšující zkušební transformátory (pro testování izolace elektrických zařízení).

Na ruském trhu jsou prezentovány následující typy napěťových transformátorů:

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL , NOL 35, NOL-35 III, NAMIT-10 , ZNIOL, ZNIOL-10-1, ZNIOL-10-P, ZNIOL-20, ZNIOL-20-P, ZNIOL-35, ZNIOL-35-P, ZNIOL-35 -1, NIOL -20, NIOL-35, NOL-SESH -10, NOL-SESH -10-1, NOL-SESH-6, NOL-SESH-6-1, NOL-SESH-20, NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH -10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, NAMI 6, NAMI 10, NAMI 35, NAMI 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 a další.

U transformátorů pro měření napětí je primární vinutí 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√003, 350 /√3 , 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3 a sekundární 100/10/3 nebo 10000/√3

Proudový transformátor je pomocné zařízení, ve kterém je sekundární proud prakticky úměrný primárnímu proudu a je navržen tak, aby zahrnoval měřicí přístroje a relé ve střídavých elektrických obvodech.

Dodáváno s třídou přesnosti: 0,5; 0,5S; 0,2; 0,2 S.

Proudové transformátory slouží k přeměně proudu libovolné hodnoty a napětí na proud vhodný pro měření standardními přístroji (5 A), napájení proudových vinutí relé, odpojovacích zařízení, ale i oddělování zařízení a jejich obsluhy od vysokého napětí.

DŮLEŽITÉ! Proudové transformátory jsou k dispozici s následujícími transformačními poměry: 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000/ 5, 10 000/5.
Proudové transformátory na ruském trhu představují následující modely:

TOP-0,66, TShP-0,66, TOP-0,66-I, TShP-0,66-I, TShL-0,66, TNShL-0,66, TNSh-0,66, TOL-10, TLO-10, TOL-10-I, TOL-10- M, TOL-10-8, TOL-10-IM, TOL-10 III, TSHL-10, TLSH-10, TPL-10-M, TPOL-10, TPOL-10M, TPOL-10 III, TL-10, TL-10-M, TPLC-10, TOLK-6, TOLK-6-1, TOLK-10, TOLK-10-2, TOLK-10-1, TOL-20, TSL-20-I, TPL-20, TPL-35, TOL-35, TOL-35-III-IV, TOL-35 II-7.2, TLC-35, TV, TLC-10, TPL-10S, TLM-10, TSHLP-10, TPK-10, TVLM -10, TVK-10, TVLM-6, TLK-20, TLK-35-1, TLK-35-2, TLK-35-3, TOL-SESH 10, TOL-SESH-20, TOL-SESH-35, TSHL-SESH 0,66, transformátory Ritz, TPL-SESH 10, TZLK(R)-SESH 0,66, TV-SESH-10, TV-SESH-20, TV-SESH-35, TSHL-SESH-10, TSHL-SESH-20 , TZLV-SESH-10 a další.

Klasifikace napěťových transformátorů

Napěťové transformátory se liší:

A) počtem fází - jednofázové a třífázové;
b) podle počtu závitů - dvouvinutí, třívinutí, čtyřvinutí.
Příklad 0,5/0,5S/10P;
c) podle třídy přesnosti, t.j. podle hodnot dovolených chyb;
d) metodou chlazení - transformátory s olejovým chlazením (olej), s přirozeným chlazením vzduchem (suché a s litou izolací);
e) podle typu instalace - pro vnitřní instalaci, pro venkovní instalaci a pro kompletní rozvaděče.

Pro napětí do 6-10 kV se napěťové transformátory vyrábí suché, tedy s přirozeným chlazením vzduchem. Pro napětí nad 6-10 kV se používají napěťové transformátory plněné olejem.

Vnitřní transformátory jsou určeny pro provoz při okolní teplotě od -40 do + 45°C s relativní vlhkostí do 80%.

V jednofázové transformátory napětí od 6 do 10 kV, převážně se používá litá izolace. Transformátory s litou izolací jsou zcela nebo částečně (jedno vinutí) vyplněny izolační hmotou (epoxidová pryskyřice). Takové transformátory, určené pro vnitřní instalaci, se příznivě liší od olejových transformátorů: mají menší hmotnost a celkové rozměry a během provozu nevyžadují téměř žádnou údržbu.

Třífázové dvouvinuté transformátory napětí mají konvenční třítyčové magnetické obvody a třívinutí - jednofázové pancéřované.
Třífázový třívinutý transformátor je skupina tří jednofázových jednopólových jednotek, jejichž vinutí jsou zapojena podle příslušného obvodu. Třífázové třívinuté transformátory napětí staré řady (před 1968-1969) měly pancéřovaná magnetická jádra. Třífázový transformátor má menší hmotnost a velikost než skupina tří jednofázových transformátorů. Při provozu třífázového transformátoru pro zálohování musíte mít další transformátor na plný výkon
U olejových transformátorů je hlavním izolačním a chladicím médiem transformátorový olej.

Olejový transformátor sestává z magnetického obvodu, vinutí, nádrže, krytu se vstupy. Magnetické jádro je sestaveno z plechů za studena válcované elektrooceli, vzájemně izolované (pro snížení ztrát vířivými proudy). Vinutí je vyrobeno z měděného nebo hliníkového drátu. Pro regulaci napětí má vinutí VN odbočky připojené k vypínači. Transformátory zajišťují dva typy spínání odboček: pod zátěží - přepínač odboček při zatížení (regulace při zatížení) a bez zátěže, po odpojení transformátoru od sítě - spínání pod zátěží (nebuzené spínání). Druhý způsob regulace napětí je nejběžnější, protože je nejjednodušší.

Kromě výše uvedených transformátorů chlazených olejem (Transformer TM) jsou transformátory vyráběny v utěsněném provedení (TMG), ve kterém olej nekomunikuje se vzduchem a je tedy vyloučena jeho urychlená oxidace a vlhčení. Olejové transformátory v utěsněném provedení jsou zcela naplněny transformátorovým olejem a nemají expandér a teplotní změny jeho objemu při ohřevu a chlazení jsou kompenzovány změnami objemu zvlnění stěn nádrže. Tyto transformátory jsou naplněny olejem ve vakuu, což zvyšuje elektrickou pevnost jejich izolace.

Suchý transformátor, stejně jako olejový, se skládá z magnetického jádra, vinutí VN a NN, uzavřených v ochranném obalu. Hlavním izolačním a chladicím médiem je atmosférický vzduch. Vzduch je však méně dokonalé izolační a chladicí médium než transformátorový olej. Proto jsou u suchých transformátorů všechny izolační mezery a ventilační kanály větší než u olejových transformátorů.

Suché transformátory jsou vyráběny s vinutím se skleněnou izolací třídy tepelné odolnosti B (TSZ), jakož i s izolací na silikonových lacích třídy N (TSZK). Pro snížení hygroskopičnosti jsou vinutí impregnována speciálními laky. Použití sklolaminátu nebo azbestu jako izolace pro vinutí může výrazně zvýšit provozní teplotu vinutí a získat prakticky ohnivzdornou instalaci. Tato vlastnost suchých transformátorů umožňuje jejich použití pro instalaci uvnitř suchých místností v případech, kdy je rozhodujícím faktorem zajištění požární bezpečnosti instalace. Někdy jsou suché transformátory nahrazeny dražšími a obtížněji vyrobitelnými suchými transformátory.

Suché transformátory mají o něco větší celkové rozměry a hmotnost (transformátor TSZ) a nižší přetížitelnost než olejové a používají se pro provoz v uzavřených prostorách s relativní vlhkostí maximálně 80 %. Mezi výhody suchých transformátorů patří jejich požární bezpečnost (bez oleje), srovnatelná jednoduchost konstrukce a relativně nízké provozní náklady.

Klasifikace proudových transformátorů

Proudové transformátory jsou klasifikovány podle různých kritérií:

1. Proudové transformátory lze podle účelu rozdělit na měřicí (TOL-SESH-10, TLM-10), ochranné, mezilehlé (pro zařazení měřicích přístrojů do proudových obvodů reléových ochran, pro vyrovnávání proudů v obvodech diferenciálních ochran, pro začlenění měřicích přístrojů do proudových obvodů reléových ochran, pro vyrovnávání proudů v obvodech diferenciálních ochran, pro začlenění měřicích přístrojů do proudových obvodů reléových ochran, pro začlenění měřicích přístrojů do proudových obvodů reléových ochran, pro vyrovnávání proudů v obvodech diferenciálních ochran, pro začlenění měřicích přístrojů do proudových obvodů reléových ochran. atd.) a laboratorní (vysoká přesnost, stejně jako s mnoha transformačními poměry).

2. Podle typu instalace se rozlišují proudové transformátory:
a) pro venkovní instalaci, instalované v otevřených rozvaděčích (TLK-35-2.1 UHL1);
b) pro vnitřní instalaci;
c) zabudované do elektrických zařízení a strojů: spínače, transformátory, generátory atd.;
d) režijní - umístěno na horní části průchodky (například na vysokonapěťovém vstupu výkonového transformátoru);
e) přenosné (pro kontrolní měření a laboratorní testy).

3. Podle provedení primárního vinutí se proudové transformátory dělí:
a) víceotáčkový (cívkový, smyčkový a osmičkový);
b) jednootáčkový (tyč);
c) pneumatiky (TSh-0,66).

4. Podle způsobu instalace se proudové transformátory pro vnitřní a venkovní instalaci dělí:
a) kontrolní body (TPK-10, TPL-SESH-10);
b) podpora (TLK-10, TLM-10).

5. Na základě izolace lze proudové transformátory rozdělit do skupin:
a) se suchou izolací (porcelán, bakelit, litá epoxidová izolace atd.);
b) s izolací z papírového oleje a s kondenzátorovou izolací z papírového oleje;
c) naplněné sloučeninou.

6. Podle počtu transformačních stupňů se rozlišují proudové transformátory:
a) jednostupňové;
b) dvoustupňové (kaskádové).

7. Transformátory jsou klasifikovány podle provozního napětí:
a) pro jmenovité napětí nad 1000 V;
b) pro jmenovité napětí do 1000 V.

Kombinace různých klasifikačních charakteristik se zapisuje do typového označení transformátoru proudu, skládajícího se z abecední a digitální části.

Proudové transformátory se vyznačují jmenovitým proudem, napětím, třídou přesnosti a provedením. Při napětí 6-10 kV se vyrábějí jako nosná a průchozí vinutí s jedním nebo dvěma sekundárními vinutími třídy přesnosti 0,2; 0,5; 1 a 3. Třída přesnosti udává maximální chybu vnesenou proudovým transformátorem do výsledků měření. Transformátory tříd přesnosti 0,2, které mají minimální chybu, se používají pro laboratorní měření, 0,5 - pro napájení měřičů, 1 a 3 - pro napájení proudových vinutí relé a technických měřicích přístrojů. Pro bezpečný provoz musí být sekundární vinutí uzemněno a nesmí být přerušený obvod.
Při instalaci rozváděčů s napětím 6-10 kV se používají proudové transformátory s litou a porcelánovou izolací a pro napětí do 1000 V - s litou, bavlněnou a porcelánovou izolací.

Příkladem je referenční 2-vinutí transformátoru proudu TOL-SESH-10 s litou izolací pro jmenovité napětí 10 kV, provedení 11, se sekundárními vinutími:

Pro připojení měřicích obvodů, s třídou přesnosti 0,5 a zátěží 10 VA;
- pro připojení ochranných obvodů, s třídou přesnosti 10P a zátěží 15 VA;

Pro jmenovitý primární proud 150 A, jmenovitý sekundární proud 5 A, klimatická modifikace „U“, kategorie umístění 2 podle GOST 15150-69 při zadání objednávky na výrobu od JSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0,5/10R-10/15-150/5 U2 - se jmenovitým primárním proudem - 150A, sekundární - 5A.

Činnost transformátoru je založena na jevu vzájemné indukce. Pokud je primární vinutí transformátoru připojeno ke zdroji střídavého proudu, pak jím bude protékat střídavý proud, který v jádru transformátoru vytvoří střídavý magnetický tok. Tento magnetický tok, pronikající do závitů sekundárního vinutí, v něm vyvolá elektromotorickou sílu (EMF). Pokud je sekundární vinutí zkratováno k jakémukoli energetickému přijímači, pak pod vlivem indukovaného EMF začne tímto vinutím a přijímačem energie protékat proud.

Současně se v primárním vinutí objeví zatěžovací proud. Transformovaná elektrická energie se tak přenáší z primární sítě do sekundární při napětí, pro které je navržen přijímač energie připojený k sekundární síti.

Pro zlepšení magnetického spojení mezi primárním a sekundárním vinutím jsou umístěny na ocelovém magnetickém jádru. Vinutí jsou izolována jak od sebe, tak od magnetického obvodu. Vinutí s vyšším napětím se nazývá vinutí vysokého napětí (VN) a vinutí s nižším napětím se nazývá vinutí nízkého napětí (LV). Vinutí připojené k síti zdroje elektrické energie se nazývá primární; vinutí, ze kterého je přiváděna energie do přijímače, je sekundární.

Obvykle nejsou napětí primárního a sekundárního vinutí stejná. Je-li primární napětí menší než sekundární, nazývá se transformátor step-up, pokud je větší než sekundární, nazývá se step-down. Jakýkoli transformátor lze použít jako zvyšovací i klesající transformátor. Zvyšovací transformátory se používají k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a snižovací transformátory se používají k její distribuci mezi spotřebitele.

U třívinutých transformátorů jsou na magnetickém jádře umístěna tři od sebe izolovaná vinutí. Takový transformátor, napájený z jednoho z vinutí, umožňuje přijímat dvě různá napětí a dodávat elektrickou energii dvěma různým skupinám přijímačů. Kromě vysokonapěťového a nízkonapěťového vinutí má třívinutý transformátor vinutí středního napětí (MV).

Vinutí transformátoru má převážně válcový tvar, vyrobený z kruhového izolovaného měděného drátu při nízkých proudech a z obdélníkových měděných tyčí při vysokých proudech.

Nízkonapěťové vinutí je umístěno blíže k magnetickému jádru, protože je snazší jej od něj izolovat než vysokonapěťové vinutí.

Nízkonapěťové vinutí je od tyče izolováno vrstvou nějakého izolačního materiálu. Stejné izolační těsnění je umístěno mezi vysokonapěťovým a nízkonapěťovým vinutím.

U válcových vinutí je vhodné dát průřezu magnetického jádra kulatý tvar, aby v oblasti pokryté vinutími nezůstaly žádné nemagnetické mezery. Čím menší jsou nemagnetické mezery, tím menší je délka závitů vinutí, a tím i hmotnost mědi pro danou plochu průřezu ocelové tyče.

Je však obtížné vyrobit kulaté tyče. Magnetické jádro je sestaveno z tenkých ocelových plechů a získání kulaté tyče by vyžadovalo velké množství ocelových plechů různých šířek, což by vyžadovalo výrobu mnoha zápustek. Proto u vysokovýkonných transformátorů má tyč stupňovitý průřez s počtem kroků ne větším než 15-17. Počet kroků v řezu tyče je určen počtem úhlů v jedné čtvrtině kruhu. Jho magnetického obvodu, tedy jeho část, která spojuje tyče, má rovněž stupňovitý průřez.

Pro lepší chlazení jsou ventilační kanály instalovány v magnetických jádrech, stejně jako ve vinutích výkonných transformátorů, v rovinách rovnoběžných a kolmých k rovině ocelových plechů.
U transformátorů s nízkým výkonem je plocha průřezu drátu malá a vinutí jsou zjednodušená. Magnetická jádra takových transformátorů mají obdélníkový průřez.

Hodnocení transformátoru

Užitečný výkon, na který je transformátor dimenzován podle topných podmínek, tj. výkon jeho sekundárního vinutí při plné (jmenovité) zátěži, se nazývá jmenovitý výkon transformátoru. Tento výkon se vyjadřuje v jednotkách zdánlivého výkonu – voltampérech (VA) nebo kilovoltampérech (kVA). Činný výkon transformátoru se vyjadřuje ve wattech nebo kilowattech, tedy výkon, který lze přeměnit z elektrického na mechanický, tepelný, chemický, světelný atd. Průřezy vodičů vinutí a všech částí transformátoru, jako stejně jako jakýkoli elektrický přístroj nebo elektrický stroj, jsou určeny nikoli činnou složkou proudu nebo činného výkonu, ale celkovým proudem protékajícím vodičem, a tedy celkovým výkonem. Všechny ostatní hodnoty, které charakterizují provoz transformátoru za podmínek, pro které je navržen, se také nazývají nominální.

Každý transformátor je vybaven stíněním z materiálu, který nepodléhá atmosférickým vlivům. Štítek je připevněn k nádrži transformátoru na viditelném místě a obsahuje jeho jmenovité údaje, které jsou vyleptané, vyryté, vyražené nebo jiným způsobem pro zajištění trvanlivosti značek. Na panelu transformátoru jsou uvedeny následující údaje:

1. Značka výrobce.
2. Rok výroby.
3. Sériové číslo.
4. Typové označení.
5. Číslo normy, které odpovídá vyrobený transformátor.
6. Jmenovitý výkon (kVA). (U tří vinutí uveďte výkon každého vinutí.)
7. Jmenovitá napětí a napětí větví vinutí (V nebo kV).
8. Jmenovité proudy každého vinutí (A).
9. Počet fází.
10. Frekvence proudu (Hz).
11. Schéma a zapojení skupiny vinutí transformátoru.
12. Zkratové napětí (%).
13. Typ instalace (interní nebo externí).
14. Způsob chlazení.
15. Celková hmotnost transformátoru (kg nebo t).
16. Hmotnost oleje (kg nebo t).
17. Hmotnost aktivní části (kg nebo t).
18. Polohy přepínače uvedené na jeho pohonu.

U transformátoru s umělým vzduchovým chlazením je jeho výkon navíc indikován při vypnutém chlazení. Sériové číslo transformátoru je také vyraženo na nádrži pod štítem, na krytu poblíž VN vstupu fáze A a na levém konci horní příruby třmenu magnetického obvodu. Symbol transformátoru se skládá z abecedních a digitálních částí. Písmena znamenají následující:

T - třífázový,
O - jednofázové,
M - přirozené chlazení oleje,
D - chlazení oleje tryskáním (umělý vzduch a s přirozenou cirkulací oleje),
C - chlazení oleje s nuceným oběhem oleje přes vodní chladič,
DC - olej s tryskáním a nuceným oběhem oleje,
G - bleskuvzdorný transformátor,
H na konci označení - transformátor s regulací napětí při zátěži,
H na druhém místě - naplněné nehořlavým kapalným dielektrikem,
T na třetím místě je třívinutý transformátor.

První číslo za písmenným označením transformátoru udává jmenovitý výkon (kVA), druhé číslo - jmenovité napětí vinutí vn (kV). Typ TM 6300/35 tedy znamená třífázový dvouvinutý transformátor s chlazením přirozeným olejem o výkonu 6300 kVA a napětí vinutí VN 35 kV. Písmeno A v označení typu transformátoru znamená autotransformátor. V označení třívinutých autotransformátorů je písmeno A umístěno buď jako první nebo jako poslední. Je-li obvod autotransformátoru hlavní (vinutí VN a VN tvoří autotransformátor a vinutí NN je doplňkové), je písmeno A umístěno jako první, pokud je obvod autotransformátoru doplňkový, písmeno A se umístí jako poslední.

Transformátor je statické elektromagnetické zařízení se dvěma nebo více indukčně vázanými vinutími a určené k přeměně jednoho nebo více systémů střídavého proudu elektromagnetickou indukcí na jeden nebo více jiných systémů střídavého proudu.

Transformátory jsou široce používány pro následující účely.

Pro přenos a rozvod elektrické energie. Typicky v elektrárnách vyrábějí generátory střídavého proudu elektrickou energii o napětí 6-24 kV.

K napájení různých obvodů rozhlasových a televizních zařízení; komunikační zařízení, automatizace v telemechanice, elektrické domácí spotřebiče;

k oddělení elektrických obvodů různých prvků těchto zařízení; pro přizpůsobení napětí Zahrnout elektrické měřicí přístroje a některá zařízení, jako jsou relé, do vysokonapěťových elektrických obvodů nebo do obvodů, kterými procházejí velké proudy, za účelem rozšíření limitů měření a zajištění elektrické bezpečnosti.

Transformátory používané k tomuto účelu se nazývají

měření. . Mají relativně nízký výkon, určený výkonem spotřebovaným elektrickými měřicími přístroji, relé atd.

Vinutí s vyšším napětím se nazývá vysokonapěťové vinutí (HV) a nízké napětí - nízkonapěťové vinutí (NN). Začátky a konce vinutí VN jsou označeny písmeny A A X; NN vinutí - písmena A A X.

Po připojení k síti se v primárním vinutí objeví střídavý proud i 1 , který vytváří střídavý magnetický tok F, uzavírající se podél magnetického obvodu. Proud F indukuje střídavé emf v obou vinutích - E 1 A E 2 , úměrné, podle Maxwellova zákona, počtu závitů w 1 a w 2 Odpovídající vinutí a rychlost změny toku d F/ dt.

Okamžité hodnoty emf indukovaného v každém vinutí jsou tedy

E 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

V důsledku toho je poměr okamžitého a efektivního emf ve vinutí určen výrazem

V důsledku toho odpovídajícím způsobem vyberte počet závitů vinutí při daném napětí U 1 můžete získat požadované napětí U 2 . Pokud je nutné zvýšit sekundární napětí, pak se počet závitů w 2 bere větší než počet w 1; takový transformátor se nazývá zvyšující se Pokud potřebujete snížit napětí U 2 , potom počet závitů w2 je menší než w1; takový transformátor se nazývá dolů,

EMF poměr E VN vinutí vyššího napětí do EMF E Nízkonapěťová vinutí NN (nebo poměr jejich počtu závitů) se nazývají transformační poměr

k= E VN / E NN = w VN / w NN

Součinitel k vždy větší než jedna.

V systémech přenosu a distribuce energie se v některých případech používají transformátory se třemi vinutími a v rádiové elektronice a automatizačních zařízeních se používají transformátory s více vinutími. V takových transformátorech jsou na magnetickém jádru umístěny tři nebo více vinutí, která jsou od sebe izolovaná, což umožňuje přijímat dvě nebo více různých napětí při napájení jednoho z vinutí. (U 2 ,U 3 ,U 4 atd.) pro napájení dvou nebo více skupin spotřebitelů. U třívinutých výkonových transformátorů se rozlišují vinutí vysokého, nízkého a středního (VN) napětí.

V transformátoru se převádějí pouze napětí a proudy. Výkon zůstává přibližně konstantní (poněkud klesá vnitřními energetickými ztrátami v transformátoru). Proto,

já 1 /I 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Když se sekundární napětí transformátoru zvýší v k časy oproti primárnímu, proud i 2 v sekundárním vinutí odpovídajícím způsobem klesá k jednou.

Transformátor může pracovat pouze v obvodech střídavého proudu. Pokud je primární vinutí transformátoru připojeno ke zdroji stejnosměrného proudu, pak se v jeho magnetickém drátu vytvoří magnetický tok, který je v čase konstantní velikosti a směru. Proto se v primárním a sekundárním vinutí v ustáleném stavu neindukuje EMF, a proto se elektrická energie nepřenáší z primárního okruhu do sekundárního. Tento režim je pro transformátor nebezpečný, protože kvůli nedostatku EMF E 1 proud primárního vinutí já 1 =U 1 R 1 je poměrně velký.

Důležitou vlastností transformátoru používaného v automatizačních a radioelektronických zařízeních je jeho schopnost převádět zátěžový odpor. Pokud připojíte odpor ke zdroji střídavého proudu R přes transformátor s transformačním poměrem Na, pak pro zdrojový obvod

R" = P 1 /I 1 2 ≈ P 2 /I 1 2 ≈ I 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R

Kde R 1 - výkon spotřebovaný transformátorem ze zdroje střídavého proudu, W; R 2 = I 2 2 R≈ P 1 - výkon spotřebovaný odporem R z transformátoru.

Tedy, transformátor změní hodnotu odporu R na k 2 jednou. Tato vlastnost je široce používána při vývoji různých elektrických obvodů pro přizpůsobení zátěžového odporu vnitřnímu odporu zdrojů elektrické energie.