Principio de funcionamiento y finalidad del transformador. Propósito y diseño de transformadores de potencia.

Contenido:

En ingeniería eléctrica, muy a menudo existe la necesidad de medir cantidades con valores grandes. Para solucionar este problema se utilizan transformadores de corriente, cuya finalidad y principio de funcionamiento permite realizar cualquier medida. Para ello, el devanado primario del dispositivo se conecta en serie a un circuito con corriente alterna, cuyo valor debe medirse. El devanado secundario está conectado a instrumentos de medición. Existe una cierta proporción entre las corrientes en los devanados primario y secundario. Todos los transformadores de este tipo son muy precisos. Su diseño incluye dos o más devanados secundarios, a los que se conectan dispositivos de protección, instrumentos de medición y dispositivos de medición.

¿Qué es un transformador de corriente?

Los transformadores de corriente incluyen dispositivos en los que la corriente secundaria utilizada para las mediciones es proporcional a la corriente primaria proveniente de la red eléctrica.

El devanado primario está conectado al circuito en serie con el conductor actual. El devanado secundario está conectado a cualquier carga en forma de instrumentos de medición y. Surge una relación proporcional entre las corrientes de ambos devanados, correspondiente al número de vueltas. En los dispositivos transformadores de alto voltaje, el aislamiento entre los devanados se realiza en función del voltaje de funcionamiento total. Como regla general, un extremo del devanado secundario está conectado a tierra, por lo que los potenciales del devanado y de tierra serán aproximadamente los mismos.

Todos los transformadores de corriente están diseñados para realizar dos funciones principales: medición y protección. Algunos dispositivos pueden combinar ambas funciones.

• Los transformadores de instrumentos transmiten la información recibida a los instrumentos de medición conectados. Se instalan en circuitos de alta tensión en los que es imposible conectar directamente instrumentos de medida. Por lo tanto, solo el devanado secundario del transformador está conectado a los contadores, devanados de corriente de vatímetros y otros dispositivos de medición. Como resultado, el transformador convierte la corriente alterna, incluso un valor muy alto, en corriente alterna con indicadores que son más aceptables para el uso de instrumentos de medición convencionales. Al mismo tiempo, se garantiza el aislamiento de los instrumentos de medida de los circuitos de alta tensión y se aumenta la seguridad eléctrica del personal operativo.
• Los dispositivos transformadores de protección transmiten principalmente la información de medición recibida a los dispositivos de control y protección. Con la ayuda de transformadores de protección, la corriente alterna de cualquier valor se convierte en corriente alterna del valor más adecuado, proporcionando energía a los dispositivos de protección de los relés. Al mismo tiempo, los relés accesibles al personal están aislados de los circuitos de alto voltaje.

Propósito de los transformadores

Los transformadores de corriente pertenecen a la categoría de dispositivos auxiliares especiales que se utilizan junto con diversos dispositivos de medición y relés en circuitos de corriente alterna. La función principal de dichos transformadores es convertir cualquier valor de corriente a los valores que sean más convenientes para las mediciones, proporcionando energía a los dispositivos de desconexión y devanados de relés. Gracias al aislamiento de los dispositivos, el personal de servicio está protegido de forma fiable contra descargas eléctricas de alto voltaje.

Los transformadores de corriente de medida están diseñados para circuitos eléctricos de alta tensión, cuando no es posible conectar directamente los instrumentos de medida. Su objetivo principal es transmitir los datos recibidos sobre la corriente eléctrica a los dispositivos de medición conectados al devanado secundario.

Una función importante de los transformadores es controlar el estado de la corriente eléctrica en el circuito al que están conectados. Durante la conexión al relé de potencia se realizan comprobaciones constantes de las redes, la presencia y estado de la conexión a tierra. Cuando la corriente alcanza un valor de emergencia, se activa la protección, apagando todos los equipos en uso.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de los transformadores de corriente se basa en. El voltaje de la red externa se suministra al devanado primario de potencia con un cierto número de vueltas y supera su resistencia total. Esto conduce a la aparición de un flujo magnético alrededor de la bobina, capturado por el circuito magnético. Este flujo magnético se encuentra perpendicular a la dirección de la corriente. Gracias a esto, las pérdidas de corriente eléctrica durante el proceso de conversión serán mínimas.

Cuando las espiras del devanado secundario, ubicadas perpendicularmente, se cruzan, la fuerza electromotriz es activada por el flujo magnético. Bajo la influencia de los EMF, aparece una corriente que se ve obligada a superar la resistencia total de la bobina y la carga de salida. Al mismo tiempo, se observa una caída de tensión en la salida del devanado secundario.

Clasificación de transformadores de corriente.

Todos los transformadores de corriente se pueden clasificar en función de sus prestaciones y características técnicas:

1. Con cita previa. Los dispositivos pueden ser de medición, de protección o intermedios. La última opción se utiliza cuando se conectan instrumentos de medición a circuitos actuales de protección de relés y otros circuitos similares. Además, existen transformadores de corriente de laboratorio que se caracterizan por su alta precisión y una variedad de .
2. Por tipo de instalación. Existen dispositivos transformadores para instalación externa e interna, aéreos y portátiles. Algunos tipos de dispositivos pueden integrarse en automóviles, dispositivos eléctricos y otros equipos.
3. Según el diseño del devanado primario. Los dispositivos se dividen en de una vuelta o de varilla, de varias vueltas o de bobina, así como en bus, por ejemplo, TSh-0.66.
4. La instalación interna y externa de transformadores implica métodos de paso y soporte para instalar estos dispositivos.
5. El aislamiento del transformador puede ser seco, utilizando baquelita, porcelana y otros materiales. Además, se utiliza aislamiento de papel-aceite convencional y condensador. Algunos diseños utilizan relleno compuesto.
6. Dependiendo del número de etapas de transformación, los dispositivos pueden ser de una o dos etapas, es decir, en cascada.
7. La tensión nominal de funcionamiento de los transformadores puede ser de hasta 1000 V o más de 1000 V.

Todos los rasgos característicos de clasificación están presentes en la corriente y constan de ciertos.

Parámetros y características.

Cada transformador de corriente tiene parámetros individuales y características técnicas que determinan el ámbito de aplicación de estos dispositivos.

Corriente nominal. Permite que el dispositivo funcione durante mucho tiempo sin sobrecalentarse. Estos transformadores tienen una reserva de calefacción importante y el funcionamiento normal es posible con sobrecargas de hasta el 20%.

Tensión nominal. Su valor debe garantizar el funcionamiento normal del transformador. Es este indicador el que afecta la calidad del aislamiento entre los devanados, uno de los cuales está en alto voltaje y el otro está conectado a tierra.

Relación de transformación. Es la relación entre las corrientes en los devanados primario y secundario y está determinada por una fórmula especial. Su valor real diferirá del valor nominal debido a determinadas pérdidas durante el proceso de transformación.

error actual. Ocurre en un transformador bajo la influencia de una corriente magnetizante. El valor absoluto de la corriente primaria y secundaria difiere exactamente en esta cantidad. La corriente magnetizante conduce a la creación de un flujo magnético en el núcleo. A medida que aumenta, también aumenta el error de corriente del transformador.

. Determina el funcionamiento normal del dispositivo en su clase de precisión. Se mide en ohmios y, en algunos casos, puede sustituirse por un concepto como potencia nominal. El valor actual está estrictamente estandarizado, por lo que el valor de potencia del transformador depende completamente únicamente de la carga.

Factor limitante nominal. Representa el múltiplo de la corriente primaria a su valor nominal. El error de esta multiplicidad puede alcanzar hasta el 10%. Durante los cálculos, se deben clasificar la carga en sí y sus factores de potencia.

Relación de corriente secundaria máxima. Presentado como la relación entre la corriente secundaria máxima y su valor nominal cuando se clasifica la carga secundaria efectiva. La multiplicidad máxima está relacionada con el grado de saturación del circuito magnético, en el que la corriente primaria continúa aumentando, pero el valor de la corriente secundaria no cambia.

Posibles averías de los transformadores de corriente.

Un transformador de corriente conectado a una carga a veces experimenta fallos de funcionamiento e incluso situaciones de emergencia. Como regla general, esto se debe a violaciones de la resistencia eléctrica del aislamiento de los devanados, una disminución de su conductividad bajo la influencia de temperaturas elevadas. Los impactos mecánicos accidentales o la instalación de mala calidad tienen un impacto negativo.

Durante el funcionamiento del equipo, con mayor frecuencia se producen daños en el aislamiento, lo que provoca cortocircuitos entre espiras de los devanados, lo que reduce significativamente la potencia transmitida. Las corrientes de fuga pueden aparecer como resultado de circuitos creados aleatoriamente, hasta que se produzca un cortocircuito.

Para evitar situaciones de emergencia, los especialistas comprueban periódicamente todo el circuito operativo mediante cámaras termográficas. Esto permite eliminar rápidamente los defectos de contacto y reducir el sobrecalentamiento del equipo. Las pruebas e inspecciones más complejas se llevan a cabo en laboratorios especiales.

El funcionamiento de un transformador se basa en dos principios básicos:

1. Una corriente eléctrica que varía en el tiempo crea un campo magnético (electromagnetismo)

2. Un cambio en el flujo magnético que pasa a través del devanado crea un EMF en este devanado (inducción electromagnética)

La corriente alterna que fluye en el devanado primario crea un flujo magnético alterno en el núcleo magnético, cambios en los que, a su vez, al pasar a través del devanado secundario, crean una FEM alterna en él.

Arroz. 1 Estructura esquemática del transformador. 1 - devanado primario, 2 - secundario

ley de faraday

La fem creada en el devanado secundario se puede calcular mediante la ley de Faraday, que establece que:

N2 - número de vueltas en el devanado secundario,

Φ es el flujo magnético total a través de una vuelta del devanado. Si las espiras del devanado están ubicadas perpendiculares a las líneas del campo magnético, entonces el flujo será proporcional al campo magnético B y al área S por donde pasa.

La FEM creada en el devanado primario es, respectivamente:

U1 - valor de voltaje instantáneo en los extremos del devanado primario,

N1 es el número de vueltas del devanado primario.

Dividiendo la ecuación U2 por U1, obtenemos la relación:

Ecuaciones de transformadores ideales

Si el devanado secundario está conectado a una carga, entonces la energía eléctrica se transferirá del circuito primario al secundario. Idealmente, un transformador transforma toda la energía entrante del circuito primario en un campo magnético y luego en la energía del circuito secundario. En este caso, la energía entrante es igual a la energía convertida.

P1 es el valor instantáneo de la potencia suministrada al transformador procedente del circuito primario,

P2 es el valor instantáneo de la potencia convertida por el transformador que ingresa al circuito secundario.

Combinando esta ecuación con la relación de los voltajes en los extremos de los devanados, obtenemos la ecuación de un transformador ideal:

Por lo tanto, encontramos que a medida que aumenta el voltaje en los extremos del devanado secundario U2, la corriente del circuito secundario I2 disminuye.

Para convertir la resistencia de un circuito en la resistencia de otro, debes multiplicar el valor por el cuadrado de la relación. Por ejemplo, la resistencia Z2 está conectada a los extremos del devanado secundario, su valor reducido al circuito primario será . Esta regla también se aplica al circuito secundario: .

El funcionamiento de un transformador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Uno de los devanados, llamado devanado primario, recibe voltaje de una fuente externa. La corriente alterna que fluye a través del devanado primario crea un flujo magnético alterno en el núcleo magnético, desfasado, con una corriente sinusoidal, de 90° con respecto a la tensión en el devanado primario. Como resultado de la inducción electromagnética, un flujo magnético alterno en el circuito magnético crea en todos los devanados, incluido el primario, una fem de inducción proporcional a la primera derivada del flujo magnético, con una corriente sinusoidal desplazada 90° en la dirección opuesta con respecto al flujo magnético. Cuando los devanados secundarios no están conectados a nada (modo sin carga), la fem inducida en el devanado primario compensa casi por completo el voltaje de la fuente de energía, por lo que la corriente a través del devanado primario es pequeña y está determinada principalmente por su inductivo. resistencia reactiva. El voltaje de inducción en los devanados secundarios en modo sin carga está determinado por la relación entre el número de vueltas del devanado correspondiente w2 y el número de vueltas del devanado primario w1:

Cuando el devanado secundario se conecta a una carga, la corriente comienza a fluir a través de él. Esta corriente también crea un flujo magnético en el circuito magnético y se dirige en dirección opuesta al flujo magnético creado por el devanado primario. Como resultado, la compensación de la fem inducida y la fem de la fuente de energía se altera en el devanado primario, lo que conduce a un aumento de la corriente en el devanado primario hasta que el flujo magnético alcanza casi el mismo valor. En este modo, la relación entre las corrientes de los devanados primario y secundario es igual a la relación inversa del número de vueltas de los devanados.

la relación de tensiones en una primera aproximación también sigue siendo la misma. Como resultado, la energía consumida desde la fuente en el circuito de devanado primario se transfiere casi por completo al secundario.

Esquemáticamente, lo anterior se puede representar de la siguiente manera:

U1 → I1 → I1w1 → Ф → ε2 → I2

El flujo magnético instantáneo en el circuito magnético del transformador está determinado por la integral de tiempo del valor instantáneo de la fem en el devanado primario, y en el caso de una tensión sinusoidal, está desfasada 90° con respecto a la fem. La FEM inducida en los devanados secundarios es proporcional a la primera derivada del flujo magnético y, para cualquier forma de corriente, coincide en fase y forma con la FEM en el devanado primario.

El principio de funcionamiento del transformador se basa en la famosa ley de inducción mutua. Si enciende el devanado primario de este, entonces la corriente alterna comenzará a fluir a través de este devanado. Esta corriente creará un flujo magnético alterno en el núcleo. Este flujo magnético comenzará a penetrar las espiras del devanado secundario del transformador. Se inducirá una fem alterna (fuerza electromotriz) en este devanado. Si conecta (cortocircuita) el devanado secundario a algún tipo de receptor de energía eléctrica (por ejemplo, a una lámpara incandescente común), entonces, bajo la influencia de una fuerza electromotriz inducida, una corriente eléctrica alterna fluirá a través del devanado secundario hasta el receptor.

Al mismo tiempo, la corriente de carga fluirá a través del devanado primario. Esto significa que la electricidad se transformará y transmitirá desde el devanado secundario al primario al voltaje para el que está diseñada la carga (es decir, el receptor de electricidad conectado a la red secundaria). El principio de funcionamiento del transformador se basa en esta sencilla interacción.

Para mejorar la transmisión del flujo magnético y fortalecer el acoplamiento magnético, el devanado del transformador, tanto primario como secundario, se coloca sobre un núcleo magnético de acero especial. Los devanados están aislados tanto del circuito magnético como entre sí.

El principio de funcionamiento del transformador varía según la tensión de los devanados. Si el voltaje de los devanados primario y secundario es el mismo, será igual a uno, y luego se pierde el significado mismo del transformador como convertidor de voltaje en la red. Transformadores reductores y elevadores separados. Si el voltaje primario es menor que el secundario, entonces dicho dispositivo eléctrico se llamará transformador elevador. Si la secundaria es menor, entonces hacia abajo. Sin embargo, el mismo transformador se puede utilizar como transformador elevador y reductor. Un transformador elevador se utiliza para transmitir energía a varias distancias, para tránsito y otras cosas. Los reductores se utilizan principalmente para redistribuir la electricidad entre consumidores. El cálculo se suele realizar teniendo en cuenta su uso posterior como reductor o elevador de tensión.

Como se mencionó anteriormente, el principio de funcionamiento del transformador es bastante simple. Sin embargo, hay algunos detalles interesantes en su diseño.

En los transformadores de tres devanados, se colocan tres devanados aislados sobre un núcleo magnético. Un transformador de este tipo puede recibir dos voltajes diferentes y transmitir energía a dos grupos de receptores de electricidad a la vez. En este caso, dicen que, además de los devanados de baja tensión, un transformador de tres devanados también tiene un devanado de media tensión.

Los devanados del transformador tienen forma cilíndrica y están completamente aislados entre sí. Con tal devanado, la sección transversal de la varilla tendrá una forma redonda para reducir los espacios no magnetizados. Cuantos menos espacios, menor será la masa de cobre y, en consecuencia, la masa y el costo del transformador.

Transformador es un dispositivo electromagnético estático con dos (o más) devanados, diseñado con mayor frecuencia para convertir corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de otro voltaje. La conversión de energía en un transformador se realiza mediante un campo magnético alterno. Los transformadores se utilizan ampliamente en la transmisión de energía eléctrica a largas distancias, distribuyéndola entre receptores, así como en diversos dispositivos rectificadores, amplificadores, de señalización y otros.

Al transmitir energía eléctrica desde una central eléctrica a los consumidores, la intensidad de la corriente en la línea provoca pérdidas de energía en esta línea y el consumo de metales no ferrosos para su dispositivo. Si, con la misma potencia transmitida, se aumenta el voltaje, la intensidad de la corriente disminuirá en la misma medida y, por lo tanto, será posible utilizar cables con una sección transversal más pequeña. Esto reducirá el consumo de metales no ferrosos al construir una línea de transmisión de energía y reducirá las pérdidas de energía en la misma.

La energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas mediante generadores síncronos con un voltaje de 11 a 20 kV; en algunos casos, se utiliza un voltaje de 30-35 kV. Aunque tales voltajes son demasiado altos para uso industrial y doméstico directo, no son suficientes para una transmisión económica de electricidad a largas distancias. Un mayor aumento de voltaje en las líneas eléctricas (hasta 750 kV o más) se realiza mediante transformadores elevadores.

Los receptores de energía eléctrica (lámparas incandescentes, motores eléctricos, etc.) por razones de seguridad dependen de un voltaje más bajo (110-380 V). Además, la fabricación de dispositivos, instrumentos y máquinas eléctricas de alta tensión está asociada a importantes dificultades de diseño, ya que las partes portadoras de corriente de estos dispositivos de alta tensión requieren un aislamiento reforzado. Por lo tanto, el alto voltaje al que se transmite la energía no se puede utilizar directamente para alimentar los receptores y se les suministra a través de transformadores reductores.

La energía eléctrica de CA debe transformarse de 3 a 4 veces en el camino desde la central eléctrica donde se genera hasta el consumidor. En las redes de distribución, los transformadores reductores se cargan de forma no simultánea y no a plena capacidad. Por lo tanto, la potencia total de los transformadores utilizados para la transmisión y distribución de electricidad es entre 7 y 8 veces mayor que la potencia de los generadores instalados en las centrales eléctricas.

La conversión de energía en un transformador se realiza mediante un campo magnético alterno utilizando un núcleo magnético.

Los voltajes de los devanados primario y secundario no suelen ser los mismos. Si el voltaje primario es menor que el secundario, el transformador se llama elevador, si es mayor que el secundario, se llama reductor. Cualquier transformador se puede utilizar como transformador elevador y reductor. Los transformadores elevadores se utilizan para transmitir electricidad a largas distancias y los transformadores reductores se utilizan para distribuirla entre los consumidores.

Dependiendo del propósito, se distinguen transformadores de potencia, transformadores de medición de tensión y transformadores de corriente.

Transformadores de potencia convertir corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de otro voltaje para suministrar electricidad a los consumidores. Dependiendo del propósito, pueden ser crecientes o decrecientes. En las redes de distribución, por regla general, se utilizan transformadores reductores trifásicos de dos devanados, que convierten tensiones de 6 y 10 kV a una tensión de 0,4 kV. (Los principales tipos de transformadores son TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL y otros).

Transformadores de tensión- Son transformadores intermedios mediante los cuales se encienden los instrumentos de medida a altas tensiones. Gracias a esto, los instrumentos de medida están aislados de la red, lo que permite utilizar instrumentos estándar (con su escala reclasificada) y, por tanto, amplía los límites de las tensiones medidas.

Los transformadores de voltaje se utilizan tanto para medir voltaje, potencia, energía como para alimentar circuitos de automatización, alarmas y protección de relés de líneas eléctricas contra fallas a tierra.

En algunos casos, los transformadores de tensión se pueden utilizar como transformadores reductores de potencia de baja potencia o como transformadores elevadores de prueba (para probar el aislamiento de dispositivos eléctricos).

En el mercado ruso se presentan los siguientes tipos de transformadores de tensión:

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOL-35), ZNOL 35 , 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 y otros.

Para transformadores de medida de tensión, el devanado primario es 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000 /√3, 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3, y el secundario 100/√3 o 110/√3.

transformador de corriente Es un dispositivo auxiliar en el que la corriente secundaria es prácticamente proporcional a la corriente primaria y está diseñado para incluir instrumentos de medida y relés en circuitos eléctricos de corriente alterna.

Se suministra con clase de precisión: 0,5; 0,5S; 0,2; 0,2S.

Los transformadores de corriente se utilizan para convertir corriente de cualquier valor y voltaje en una corriente conveniente para medir con instrumentos estándar (5 A), alimentar los devanados de corriente de relés, desconectar dispositivos, así como aislar los dispositivos y su personal operativo del alto voltaje.

¡IMPORTANTE! Los transformadores de corriente están disponibles con las siguientes relaciones de transformación: 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, 10000/5.
Los transformadores de corriente en el mercado ruso están representados por los siguientes modelos:

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, transformadores 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 y otros.

Clasificación de transformadores de tensión.

Los transformadores de voltaje difieren:

A) por el número de fases: monofásicas y trifásicas;
b) según el número de devanados: dos devanados, tres devanados, cuatro devanados.
Ejemplo 0,5/0,5S/10P;
c) según la clase de precisión, es decir, según los valores de error permitidos;
d) por método de enfriamiento: transformadores con enfriamiento por aceite (aceite), con enfriamiento por aire natural (seco y con aislamiento fundido);
e) por tipo de instalación: para instalación interior, para instalación exterior y para aparamenta completa.

Para tensiones de hasta 6-10 kV, los transformadores de tensión se fabrican en seco, es decir, con refrigeración natural por aire. Para tensiones superiores a 6-10 kV se utilizan transformadores de tensión de aceite.

Los transformadores interiores están diseñados para funcionar a temperaturas ambiente de -40 a + 45°C con una humedad relativa de hasta el 80%.

EN transformadores monofásicos Para tensiones de 6 a 10 kV se utiliza predominantemente aislamiento fundido. Los transformadores con aislamiento fundido están total o parcialmente (un devanado) llenos de masa aislante (resina epoxi). Estos transformadores, destinados a instalación en interiores, se diferencian favorablemente de los transformadores de aceite: tienen menos peso y dimensiones totales y casi no requieren mantenimiento durante el funcionamiento.

Transformadores trifásicos de dos devanados. Los voltajes tienen circuitos magnéticos convencionales de tres varillas y tres devanados, blindados monofásicos.
Transformador trifásico de tres devanados. es un grupo de tres unidades unipolares monofásicas, cuyos devanados están conectados según el circuito correspondiente. Los transformadores de tensión trifásicos de tres devanados de la serie antigua (antes de 1968-1969) tenían núcleos magnéticos blindados. Un transformador trifásico es de menor peso y dimensiones que un grupo de tres transformadores monofásicos. Cuando se opera un transformador trifásico como respaldo, es necesario tener otro transformador a plena potencia.
En los transformadores de aceite, el principal medio aislante y refrigerante es el aceite de transformador.

transformador de aceite Consta de un circuito magnético, devanados, un tanque, una tapa con entradas. El núcleo magnético se ensambla a partir de láminas de acero eléctrico laminadas en frío, aisladas entre sí (para reducir las pérdidas debidas a corrientes parásitas). Los devanados están hechos de alambre de cobre o aluminio. Para regular el voltaje, el devanado de AT tiene ramas conectadas al interruptor. Los transformadores proporcionan dos tipos de conmutación de tomas: bajo carga - cambiador de tomas bajo carga (regulación bajo carga) y sin carga, después de desconectar el transformador de la red - cambiador de tomas sin carga (conmutación sin excitación). El segundo método de regulación de voltaje es el más común porque es el más simple.

Además de los transformadores refrigerados por aceite (Transformer TM) antes mencionados, se fabrican transformadores en versión sellada (TMG), en los que el aceite no se comunica con el aire y, por tanto, se excluye su oxidación y humidificación aceleradas. Los transformadores de aceite en diseño sellado están completamente llenos de aceite de transformador y no tienen expansor, y los cambios de temperatura en su volumen durante el calentamiento y enfriamiento se compensan mediante cambios en el volumen de las ondulaciones de las paredes del tanque. Estos transformadores se llenan de aceite al vacío, lo que aumenta la resistencia eléctrica de su aislamiento.

Transformador seco, como el de aceite, consta de un núcleo magnético, devanados de AT y BT, encerrados en una carcasa protectora. El principal medio aislante y refrigerante es el aire atmosférico. Sin embargo, el aire es un medio aislante y refrigerante menos perfecto que el aceite de transformador. Por lo tanto, en los transformadores secos, todos los espacios de aislamiento y conductos de ventilación son más grandes que en los transformadores de aceite.

Los transformadores secos se fabrican con devanados con aislamiento de vidrio de clase de resistencia térmica B (TSZ), así como con aislamiento sobre barnices de silicona de clase N (TSZK). Para reducir la higroscopicidad, los devanados se impregnan con barnices especiales. El uso de fibra de vidrio o amianto como aislamiento de los devanados puede aumentar significativamente la temperatura de funcionamiento de los devanados y obtener una instalación prácticamente ignífuga. Esta propiedad de los transformadores secos permite utilizarlos para su instalación en el interior de locales secos en los casos en los que garantizar la seguridad contra incendios de la instalación sea un factor decisivo. A veces los transformadores secos son reemplazados por transformadores secos más caros y difíciles de fabricar.

Los transformadores secos tienen dimensiones y peso ligeramente mayores (transformador TSZ) y una capacidad de sobrecarga menor que los de aceite, y se utilizan para operar en espacios cerrados con una humedad relativa no superior al 80%. Las ventajas de los transformadores secos incluyen su seguridad contra incendios (sin aceite), su relativa simplicidad de diseño y sus costos operativos relativamente bajos.

Clasificación de transformadores de corriente.

Los transformadores de corriente se clasifican según varios criterios:

1. Según su finalidad, los transformadores de corriente se pueden dividir en de medida (TOL-SESH-10, TLM-10), de protección, intermedios (para incluir instrumentos de medida en los circuitos de corriente de protección de relés, para igualar corrientes en circuitos de protección diferencial, etc.) y de laboratorio (alta precisión, así como con muchas relaciones de transformación).

2. Según el tipo de instalación, se distinguen los transformadores de corriente:
a) para instalación exterior, instalado en celdas abiertas (TLK-35-2.1 UHL1);
b) para instalación interior;
c) integrados en dispositivos y máquinas eléctricas: interruptores, transformadores, generadores, etc.;
d) aéreo: colocado encima del casquillo (por ejemplo, en la entrada de alto voltaje de un transformador de potencia);
e) portátil (para mediciones de control y pruebas de laboratorio).

3. Según el diseño del devanado primario, los transformadores de corriente se dividen:
a) multivuelta (bobina, bucle y ocho);
b) de una sola vuelta (varilla);
c) neumáticos (TSh-0,66).

4. Según el método de instalación, los transformadores de corriente para instalación interior y exterior se dividen:
a) puntos de control (TPK-10, TPL-SESH-10);
b) soporte (TLK-10, TLM-10).

5. Según el aislamiento, los transformadores de corriente se pueden dividir en grupos:
a) con aislamiento seco (porcelana, baquelita, aislamiento de epoxi fundido, etc.);
b) con aislamiento de papel-aceite y con aislamiento de papel-aceite del condensador;
c) lleno de compuesto.

6. Según el número de etapas de transformación, existen transformadores de corriente:
a) de una sola etapa;
b) dos etapas (cascada).

7. Los transformadores se clasifican según la tensión de funcionamiento:
a) para tensión nominal superior a 1000 V;
b) para tensión nominal hasta 1000 V.

La combinación de varias características de clasificación se ingresa en la designación del tipo de transformador de corriente, que consta de partes alfabéticas y digitales.

Los transformadores de corriente se caracterizan por su corriente nominal, tensión, clase de precisión y diseño. Para una tensión de 6-10 kV, se fabrican como devanados de soporte y de paso con uno o dos devanados secundarios de clase de precisión 0,2; 0,5; 1 y 3. La clase de precisión indica el error máximo introducido por el transformador de corriente en los resultados de la medición. Los transformadores de clase de precisión 0,2, que tienen un error mínimo, se utilizan para mediciones de laboratorio, 0,5 - para alimentar medidores, 1 y 3 - para alimentar devanados de corriente de relés e instrumentos técnicos de medición. Para un funcionamiento seguro, los devanados secundarios deben estar conectados a tierra y no deben estar en circuito abierto.
Al instalar aparamenta con un voltaje de 6-10 kV, se utilizan transformadores de corriente con aislamiento de fundición y porcelana, y para voltajes de hasta 1000 V, con aislamiento de fundición, algodón y porcelana.

Un ejemplo es el transformador de corriente de 2 devanados de referencia TOL-SESH-10 con aislamiento fundido para una tensión nominal de 10 kV, versión de diseño 11, con devanados secundarios:

Para conexión de circuitos de medida, con clase de precisión 0,5 y carga 10 VA;
- para conectar circuitos de protección, con clase de precisión 10P y carga 15 VA;

Para una corriente primaria nominal de 150 amperios, una corriente secundaria nominal de 5 amperios, modificación climática "U", categoría de colocación 2 según GOST 15150-69 al realizar un pedido de producción a JSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - con corriente primaria nominal - 150A, secundaria - 5A.

El funcionamiento de un transformador se basa en el fenómeno de la inducción mutua. Si el devanado primario de un transformador está conectado a una fuente de corriente alterna, entonces fluirá corriente alterna a través de él, lo que creará un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo magnético, al penetrar las espiras del devanado secundario, inducirá en él una fuerza electromotriz (EMF). Si el devanado secundario se cortocircuita con cualquier receptor de energía, entonces, bajo la influencia del EMF inducido, una corriente comenzará a fluir a través de este devanado y a través del receptor de energía.

Al mismo tiempo, también aparecerá una corriente de carga en el devanado primario. Así, la energía eléctrica, al transformarse, se transfiere de la red primaria a la secundaria al voltaje para el cual está diseñado el receptor de energía conectado a la red secundaria.

Para mejorar la conexión magnética entre los devanados primario y secundario, estos se colocan sobre un núcleo magnético de acero. Los devanados están aislados entre sí y del circuito magnético. El devanado de mayor voltaje se llama devanado de alto voltaje (HV), y el devanado de menor voltaje se llama devanado de bajo voltaje (LV). El devanado conectado a la red de la fuente de energía eléctrica se denomina primario; el devanado desde el cual se suministra energía al receptor es secundario.

Normalmente, los voltajes de los devanados primario y secundario no son los mismos. Si el voltaje primario es menor que el secundario, el transformador se llama elevador, si es mayor que el secundario, se llama reductor. Cualquier transformador se puede utilizar como transformador elevador y reductor. Los transformadores elevadores se utilizan para transmitir electricidad a largas distancias y los transformadores reductores se utilizan para distribuirla entre los consumidores.

En los transformadores de tres devanados, se colocan tres devanados aislados entre sí sobre el núcleo magnético. Un transformador de este tipo, alimentado desde uno de los devanados, permite recibir dos tensiones diferentes y suministrar energía eléctrica a dos grupos diferentes de receptores. Además de los devanados de alta y baja tensión, el transformador de tres devanados tiene un devanado de media tensión (MT).

Los devanados del transformador tienen una forma predominantemente cilíndrica, hechos de alambre de cobre aislado redondo para corrientes bajas y de barras de cobre rectangulares para corrientes altas.

El devanado de bajo voltaje se ubica más cerca del núcleo magnético, ya que es más fácil aislarlo de él que el devanado de alto voltaje.

El devanado de bajo voltaje está aislado de la varilla mediante una capa de algún material aislante. Se coloca la misma junta aislante entre los devanados de alta y baja tensión.

En el caso de devanados cilíndricos, es aconsejable dar a la sección transversal del núcleo magnético una forma redonda para que no queden espacios no magnéticos en la zona cubierta por los devanados. Cuanto más pequeños sean los espacios no magnéticos, menor será la longitud de las espiras del devanado y, por tanto, la masa de cobre para un área de sección transversal determinada de la varilla de acero.

Sin embargo, es difícil producir varillas redondas. El núcleo magnético se ensambla a partir de finas láminas de acero, y para obtener una varilla redonda se necesitarían una gran cantidad de láminas de acero de diferentes anchos, y esto requeriría la fabricación de muchas matrices. Por lo tanto, en los transformadores de alta potencia, la varilla tiene una sección transversal escalonada con un número de pasos no superior a 15-17. El número de pasos en la sección de la varilla está determinado por el número de ángulos en un cuarto del círculo. El yugo del circuito magnético, es decir, la parte que conecta las varillas, también tiene una sección escalonada.

Para una mejor refrigeración, se instalan conductos de ventilación en los núcleos magnéticos, así como en los devanados de potentes transformadores, en planos paralelos y perpendiculares al plano de las láminas de acero.
En los transformadores de baja potencia, la sección transversal del cable es pequeña y los devanados están simplificados. Los núcleos magnéticos de tales transformadores tienen una sección transversal rectangular.

Clasificaciones de transformadores

La potencia útil para la que está diseñado un transformador según las condiciones de calefacción, es decir, la potencia de su devanado secundario a plena carga (nominal), se denomina potencia nominal del transformador. Esta potencia se expresa en unidades de potencia aparente: voltiamperios (VA) o kilovoltiamperios (kVA). La potencia activa de un transformador se expresa en vatios o kilovatios, es decir, la potencia que se puede convertir de eléctrica a mecánica, térmica, química, luminosa, etc. Las secciones de los cables de los devanados y de todas las partes del transformador, como así como cualquier aparato eléctrico o máquina eléctrica, no están determinados por el componente activo de la corriente o potencia activa, sino por la corriente total que fluye a través del conductor y, por tanto, por la potencia total. Todos los demás valores que caracterizan el funcionamiento de un transformador en las condiciones para las que está diseñado también se denominan nominales.

Cada transformador está equipado con una pantalla de material resistente a las influencias atmosféricas. La placa se fija al tanque del transformador en lugar visible y contiene sus datos de clasificación, los cuales son grabados, grabados, gofrados o de otra forma para asegurar la durabilidad de las señales. En el panel del transformador se indican los siguientes datos:

1. Marca del fabricante.
2. Año de fabricación.
3. Número de serie.
4. Designación de tipo.
5. Número de norma a la que corresponde el transformador fabricado.
6. Potencia nominal (kVA). (Para tres devanados, indique la potencia de cada devanado).
7. Tensiones nominales y tensiones derivadas de los devanados (V o kV).
8. Corrientes nominales de cada devanado (A).
9. Número de fases.
10. Frecuencia actual (Hz).
11. Diagrama y grupo de conexión de devanados de transformadores.
12. Tensión de cortocircuito (%).
13. Tipo de instalación (interna o externa).
14. Método de enfriamiento.
15. Masa total del transformador (kg o t).
16. Masa de petróleo (kg o t).
17. Masa de la parte activa (kg o t).
18. Cambiar las posiciones indicadas en su variador.

Para un transformador con refrigeración por aire artificial, su potencia se indica adicionalmente cuando se apaga la refrigeración. El número de serie del transformador también está estampado en el tanque debajo del blindaje, en la tapa cerca de la entrada de AT de la fase A y en el extremo izquierdo de la brida superior de la viga del yugo del circuito magnético. El símbolo del transformador consta de partes alfabéticas y digitales. Las letras significan lo siguiente:

T - trifásico,
O - monofásico,
M - enfriamiento de aceite natural,
D - refrigeración del aceite con chorro (aire artificial y con circulación natural del aceite),
C - enfriamiento de aceite con circulación forzada de aceite a través de un enfriador de agua,
DC - aceite con explosión y circulación forzada de aceite,
G - transformador a prueba de rayos,
H al final de la designación: transformador con regulación de voltaje bajo carga,
H en segundo lugar: lleno de dieléctrico líquido no inflamable,
T en tercer lugar es un transformador de tres devanados.

El primer número después de la letra que designa el transformador muestra la potencia nominal (kVA), el segundo número, la tensión nominal del devanado de alta tensión (kV). Así, el tipo TM 6300/35 significa un transformador trifásico de dos devanados con refrigeración por aceite natural con una potencia de 6300 kVA y una tensión de devanado de AT de 35 kV. La letra A en la designación del tipo de transformador significa autotransformador. En la designación de autotransformadores de tres devanados, la letra A se coloca en primer lugar o en último lugar. Si el circuito del autotransformador es el principal (los devanados de AT y MT forman un autotransformador, y el devanado de BT es adicional), se coloca la letra A en primer lugar; si el circuito del autotransformador es adicional, se coloca la letra A en último lugar;

Transformador es un dispositivo electromagnético estático que tiene dos o más devanados acoplados inductivamente y diseñado para convertir, mediante inducción electromagnética, uno o más sistemas de corriente alterna en uno o más sistemas de corriente alterna.

Los transformadores se utilizan ampliamente para los siguientes propósitos.

Para transmisión y distribución de energía eléctrica. Normalmente, en las centrales eléctricas, los generadores de corriente alterna producen energía eléctrica a un voltaje de 6-24 kV.

Para alimentar diversos circuitos de equipos de radio y televisión; dispositivos de comunicación, automatización en telemecánica, electrodomésticos;

separar circuitos eléctricos de varios elementos de estos dispositivos; para igualar voltaje Incluir instrumentos de medida eléctrica y algunos dispositivos, como relés, en circuitos eléctricos de alta tensión o en circuitos por los que pasan grandes corrientes, con el fin de ampliar los límites de medida y garantizar la seguridad eléctrica.

Los transformadores utilizados para este propósito se llaman

medición. . Tienen una potencia relativamente baja, determinada por la potencia consumida por los instrumentos de medida eléctricos, relés, etc.

El devanado de mayor voltaje se llama bobinado de alto voltaje (HV) y baja tensión - bobinado de bajo voltaje (NN). Los inicios y finales del devanado de alta tensión se designan con letras. A Y INCÓGNITA; Devanados BT - letras A Y INCÓGNITA.

Cuando se conecta a la red, aparece corriente alterna en el devanado primario. i 1 , lo que crea un flujo magnético alterno F, cerrándose a lo largo del circuito magnético. El flujo F induce fem alternantes en ambos devanados - mi 1 Y mi 2 , proporcional, según la ley de Maxwell, al número de vueltas w 1 y w 2 Devanado correspondiente y tasa de cambio de flujo d F/ dt.

Así, los valores instantáneos de la fem inducida en cada devanado son

mi 1 = - w 1 re F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

En consecuencia, la relación entre la FEM instantánea y efectiva en los devanados está determinada por la expresión

En consecuencia, seleccionar el número de vueltas del devanado en consecuencia, a un voltaje dado U 1 puedes obtener el voltaje deseado U 2 . Si es necesario aumentar el voltaje secundario, entonces el número de vueltas w 2 se toma mayor que el número w 1; tal transformador se llama creciente Si necesita reducir el voltaje Ud. 2 , entonces el número de vueltas w 2 se toma menor que w 1; tal transformador se llama hacia abajo,

Relación FEM mi Devanados de alta tensión de mayor voltaje que EMF mi Los devanados de baja tensión (o la relación entre su número de vueltas) se denominan relación de transformación

k= mi VN / mi NN = w VN / w NN

Coeficiente k siempre mayor que uno.

En los sistemas de transmisión y distribución de energía, en algunos casos, se utilizan transformadores de tres devanados, y en dispositivos de radioelectrónica y automatización, transformadores de devanados múltiples. En tales transformadores, se colocan tres o más devanados aislados entre sí sobre el núcleo magnético, lo que permite recibir dos o más voltajes diferentes cuando se alimenta uno de los devanados. (Ud. 2 ,t 3 ,t 4, etc.) para el suministro de energía a dos o más grupos de consumidores. En los transformadores de potencia de tres devanados se distingue entre devanados de alta, baja y media tensión (MT).

En un transformador sólo se convierten tensiones y corrientes. La potencia permanece aproximadamente constante (disminuye un poco debido a las pérdidas internas de energía en el transformador). Por eso,

I 1 /I 2 ≈ Ud. 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Cuando el voltaje secundario del transformador aumenta en k veces en comparación con el primario, actual i 2 en el devanado secundario disminuye en consecuencia k una vez.

El transformador sólo puede funcionar en circuitos de corriente alterna. Si el devanado primario de un transformador está conectado a una fuente de corriente continua, entonces se forma un flujo magnético en su cable magnético, constante en magnitud y dirección a lo largo del tiempo. Por lo tanto, en los devanados primario y secundario en estado estacionario, la FEM no se induce y, por lo tanto, la energía eléctrica no se transfiere del circuito primario al secundario. Este modo es peligroso para el transformador, ya que debido a la falta de EMF mi 1 corriente de devanado primario I 1 =Ud. 1 R 1 es bastante grande.

Una propiedad importante de un transformador utilizado en dispositivos de automatización y radioelectrónica es su capacidad para convertir la resistencia de carga. Si conecta una resistencia a una fuente de CA R a través de un transformador con una relación de transformación A, luego para el circuito fuente

R" = PAG 1 /I 1 2 ≈ PAG 2 /I 1 2 ≈ yo 2 2 RHODE ISLAND 1 2 ≈ k 2 R

Dónde R 1 - potencia consumida por el transformador de una fuente de corriente alterna, W; R 2 = yo 2 2 R≈ PAG 1 - potencia consumida por la resistencia R del transformador.

De este modo, el transformador cambia el valor de resistencia R a k 2 una vez. Esta propiedad se utiliza ampliamente en el desarrollo de diversos circuitos eléctricos para hacer coincidir la resistencia de carga con la resistencia interna de las fuentes de energía eléctrica.