Всё об энергетике

Всё об энергетике

Трансформаторы, автотрансформаторы. Виды, назначение, особенности

Трансформатором называется электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования напряжения и тока одних параметров в напряжение и ток других параметров.

ВНИМАНИЕ!
Данная статья находится на переработке! Благодарим за понимание!

Трансформаторы бывают двух-, трех- и многообмоточные, в которых сооответственно две, три или более обмотки. Все обмотки в трансформаторе гальванически не связаны (исключение - автотрансформатор). Термин "гальванически не связанные" означает, что у этих обмоток нет общего контура протекания тока, а энергия из первичной цепи во вторичную передаётся с помощью магнитного поля.

Автотрансформатором (АТ) называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны (т.е. имеют общую часть). В отличии от обычного трансформатора в автотрансформаторе всегда минимум три обмотки. При этом вторичная обмотка АТ является частью первичной. Передача энергии из первичной цепи автотрансформатора во вторичную происходит одновременно магнитным полем и электрическим током, а в третичную цепь АТ - только магнитным полем.

Автотрансформатор экономически более выгоден по сравнению с обычным трансформатором за счёт экономии активных материалов и меньших размеров. Достигается такая экономия следующим образом: в автотрансформаторе часть первичной обмотки используется как вторичная, что снижает в последней напряжение U2 и соответственно ток I2. Это позволяет использовать во вторичной обмотке проводник меньшего сечения, а первичная обмотка, которая выполняется на высокое напряжение U1 получается уменьшеной до общей обмотки АТ.

В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку высокого напряжения - ВН и низкого напряжения - НН. В трехобмоточном трансформаторе (автотрансформаторе) кроме обмотки ВН и НН различают обмотку среднего напряжения - СН. К трансформаторам с 4-мя и более обмотками понятия ВН, СН, НН не применяется (исключение - расщепление обмоток), а вместо этого в названии обмотки указывается ее номер: вторичная, третичная и четвертичная обмотки. При этом первичной считается обмотка с наибольшим напряжением, вторичной - со вторым по величене, третичной - третьим и так далее. Термины первичная, вторичная обмотки по отношению к двухобмоточному трансформатору имеют другое значение - первичной называется та обмотка, к которой подводится электрическая энергия, а вторичной - от которой эта энергия отводится.

Принципиальная схема трансформатора

Рисунок 1 - Принципиальная схема трансформатора

Принципиальная схема автотрансформатора

Рисунок 2 - Принципиальная схема автотрансформатора

На принципиальных схемах трансформаторы и автотрансформаторы обозначаются в соответствии со стандартом. Ниже на рисунках 3-6 изображены условные обозначения наиболее распостранненных трансформаторов.

Двухобмоточный трансформатор

Рисунок 3 - Двухобмоточный трансформатор

Трансформатор с расщеплённой обмоткой

Рисунок 4 - Трансформатор с расщеплённой обмоткой

Трехобмоточный трансформатор

Рисунок 5 - Трансформатор с расщеплённой обмоткой

Автотрансформатор

Рисунок 6 - Автотрансформатор

Каждый трансформатор имеет следующий набор параметров:

  • Номинальная мощность Sном;
  • Номинальное напряжение трансформатора Uном и его обмоток: Uвн, Uнн (для трехобмоточного трансформатора - Uсн);
  • Номинальный ток Iном;
  • Группа соединения обмоток трансформатора;
  • Напряжение короткого замыкания Uкз;
  • Ток холостого хода Iхх;
  • Потери короткого замыкания Pкз;
  • Потери холостого хода Qхх.

Номинальной мощностью Sном в трех- и многообмоточном трансформаторе называется наибольшая из мощностей его обмоток, а в двухобмоточном - мощность каждой из его обмоток (обмотки двухобмоточного трансформатора выполняются одинаковой мощности).

Номинальным напряжением трансформатора Uном называется наибольшее номинальное напряжение его обмоток. За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

Номинальным током трансформатора Iном называется величина тока, протекающая по его первичной обмотке под напряжением Uном и нагрузке Sном.

Группой соединения обмоток трансформатора называется угол между вектором напряжения первичной обмотки и вектором напряжения вторичной обмотки отсчитанный в часах, при условии, что вектор напряжения первичной обмотки направлен на 12-ть часов. Всего существует 12 групп соединения обмоток трансформатора. Подробнее об этом в статье "Режимы работы трансформатора".

Напряжением короткого замыкания Uкз называется величина напряжения, которое, при замкнутой накоротко вторичной обмотке, необходимо приложить к первичной обмотке трансформатора, чтобы по ней протекал ток Iном. Напряжение короткого замыкания обычно выражается в процентах. Физически, Uкз представляет собой реактивное сопротивление трансформатора, выраженное в относительных единицах (о.е.).

Током холостого хода Iхх называется величина тока протекающего по первичной обмотке трансформатора под напряжением Uном и разомкнутой вторичной обмотке. Iхх выражается в процентах от номинального тока трансформатора. Физически ток холостого хода представляет собой полное сопротивление трансформатора в о.е.

Потерями короткого замыкания трансформатора Pкз называется величина активной мощности, которая рассеивается в трансформаторе при замкнутой накоротко вторичной обмотке и токе Iном в первичной. Pкз выражается в кВт (киловатт).

Потерями холостого хода Qхх называется величина реактивной мощности, рассеиваемая трансформатором в опыте холостого хода. Qхх выражается в кВар (киловар).

Кроме параметров перечисленных выше у трансформаторов могут быть и другие, характерные для одного типа. Например у измерительных трансформаторов кроме все прочих имеется параметр угловая погрешность показывающий отклонение вектора напряжения (тока) вторичной обмотки, от такого же вектора первичной обмотки.

Трансформаторы разделяют на:

  • Силовые трансформаторы;
  • Измерительные трансформаторы;
  • Трансформаторы частоты;
  • Вольтодобавочные трансформатры.

Задача силовых трансформаторов - питание сетей и приёмников электроэнергии. Силовые трансформаторы бывают:

  • Силовые трансформаторы общего назначения;
  • Силовые трансформаторы специального назначения.
Силовой трансформатор общего назначения

Рисунок 7 - Силовой трансформатор общего назначения

Силовой трансформатор специального назначения

Рисунок 8 - Силовой трансформатор специального назначения

Трансформаторы общего назачения включается в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, а также служат для питания электроприемников, не отличающихся характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения применяются для питания сетей и приёмников электроэнергии, если таковые работают в особых услових или имеют специфический характер нагрузки или режим работы (например выпрямительные установки, рудничные и шахтные сети).

Основная функция измерительных трансформаторов - преобразовывать величину напряжения или тока до значений, удобных для приборов и автоматики. Вторая сторона использования измерительных трансформаторов в качестве промежуточного звена при измерениях - наличие гальванической развязки. При наличии гальванической развязки измерительный прибор оказывается изолированным от высоковольтной (сильноточной) цепи, что повышает безопасность работы с ним. Измерительные трансформаторы делятся на:

  • Трансформаторы тока (ТТ);
  • Трансформаторы напряжения (ТН).

Номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока может достигать 40 кА, при этом вторичная обмотка исполняется на номинальный ток 1 или 5 А.

Трансформаторы тока по токовой погрешности разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Величина погрешности определяется по формуле:

ΔI = (I2K - I1) × 100/I1

где I1 = (1÷1,2)×I1.

Трансформатор тока

Рисунок 9 - Трансформатор тока

Трансформаторы тока по конструкции делятся на:

  • Одновитковые ТТ;
  • Многовитковые ТТ.

По количеству фаз ТТ делятся на:

  • Однофазные ТТ;
  • Трехфазные ТТ.

Конструкцией трансформатора тока предусмотрено, что первичной обмоткой является силовой кабель или токоведущая шина или ввод, а вторичная обмотка ТТ "оборачивается" вокруг токоведущего элемента.

Трансформатор напряжения (ТН) изготавливается на номинальное напряжение вторичной обмотки 100 В. Номинальное напряжение первичной обмотки ТН может достигать 110 кВ. При измерении напряжения в сетях выше 110 кВ применяются ёмкостные делители напряжения.

Однофазный трансформатор напряжения на ёмкостном делителе

Рисунок 10 - Однофазный трансформатор напряжения на ёмкостном делителе

Трехфазный трансформатор напряжения

Рисунок 11 - Трехфазный трансформатор напряжения

Трансформаторы напряжения выполняются:

  • Однофазные ТН;
  • Трехфазные ТН.

По виду изоляции ТН делятся на:

  • Сухие;
  • Масляные;
  • С литой изоляцией;

Трансформаторы напряжения по погрешности делятся на четыре класса точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Трансформаторы частоты позволяют удвоить или утроить частоту сети.

Вольтодобавочные трансформаторы предназначены для повышения напряжения в отдельных точках электрических сетей.

Вольтодобавочный трансформатор

Рисунок 12 - Вольтодобавочный трансформатор

Для защиты трансформатора от повреждений предустатривается его релейная защита. На трансформатор могут быть установлены следующие виды защит:

  • Токовая отсечка;
  • Максимальная токовая защита;
  • Токовая защита нулевой последовательности;
  • Диффиренциальная защита;
  • Диффиренциально - фазная защита;
  • Газовая защита.

Список использованных источников

  1. Пункт автоматического регулирования напряжения серии ВДТ/VR-32 [электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ipenet.ru/vr-32.shtml

Категории

x