Конструкции трансформаторов напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения

2. Конструкции трансформаторов напряжения

2.1 Общие положения

2.2 Сухие трансформаторы напряжения

2.3 Масляные трансформаторы напряжения

2.4 Каскадные трансформаторы напряжения

2.5 Емкостные трансформаторы напряжения

3. Выбор трансформаторов напряжения

4.Измерительные трансформаторы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Одним из важнейших преимуществ переменного тока перед постоянным является легкость и простота, с которой можно преобразовать переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Достигается это посредством простого и остроумного устройства - трансформатора, созданного в 1876 г. замечательным русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым.

П.Н. Яблочков предложил способ “дробления света” для своих свечей при помощи трансформатора. В дальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретатель И.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечей Яблочкова, но и других приемников.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М.О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был сконструирован им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствования трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность.

В настоящее время измерительные трансформаторы напряжения применяются в цепях переменного тока электроустановок при высоких напряжениях и больших токов, когда непосредственное включение контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики в первичные цепи технически невозможно, нерационально или недопустимо по условиям безопасности.

трансформатор измерительный напряжение

1. Общие сведения

Измерительные трансформаторы состоят из магнита провода, собранного из листовой или ленточной стали, и двух обмоток на нем - первичной и вторичной- с соответствующей изоляцией и несущими или опорными конструкциями от вида установки. Для безопасного измерения напряжения, включения счетчиков, катушек напряжения, реле и синхронизации при напряжении выше 1000В применяются понижающие измерительные трансформаторы напряжения. Они выполняются аналогично силовым трансформаторам. Номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 100В. Это позволяет независимо от величины номинального напряжения в цепи использовать стандартные измерительные приборы. Первичную обмотку трансформатора напряжения (рис.1) подключают параллельно к сети. К вторичной обмотке присоединяют катушки напряжения реле и измерительных приборов. Для обеспечения безопасности обслуживания один конец вторичной обмотки обязательно заземляется. Трансформаторы напряжения изолируют измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения и делают безопасным их обслуживание. Основными параметрами измерительных трансформаторов напряжения являются:

-номинальное напряжение трансформатора равно номинальному напряжению первичной обмотки. Номинальное напряжение первичной и вторичной обмоток указывается на щитке трансформатора;

-номинальный коэффициент трансформации определяется отношением номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению:

,

,-число витков первичной и вторичной обмоток.

Погрешность по напряжению выражается зависимостью:

U=100%

Где

-напряжение первичной обмотки. Когда =,то погрешность равна нулю.

Угловая погрешность определяется в минутах между вектором первичного напряжения и повернутым на 180 градусов вектором вторичного напряжения. Если вектор вторичного напряжения, повернутый на 180 градусов, опережает вектор первичного напряжения, то погрешность по углу считается положительной. Погрешность трансформатора напряжения по напряжению в процентах при номинальных условиях численно равна классу точности. Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы напряжения, работающие в следующих классах точности: 0.2;0.5;1.3.

- номинальная вторичная нагрузка:

==,

Где

-номинальное сопротивление, на которое работает трансформатор;-номинальная мощность-это наибольшая мощность (при номинальном коэффициенте мощности, равном 0.8), которая может быть снята с трансформатора при условии, что его погрешность не выйдет за пределы, определенные классом точности. Каждому классу точности соответствует определенная номинальная мощность трансформатора напряжения, причем один и тот же трансформатор напряжения может работать в различных классах точности в зависимости от величины его вторичной нагрузки. Так, для трансформаторов напряжения тина НОМ-10 (трансформатор напряжения однофазный с масляной изоляцией на первичное напряжение 10кВ) установлены номинальные мощности:

-в классе точности 0.2-50 В А;

-в классе точности 0.5-80 В А;

-в классе точности 1.3-200 В А

Если для этого трансформатора вторичная нагрузка 50В А, то он работает с погрешностями, не превышающими значений, установленных для класса точности 0.5. Характеризуется трансформатор напряжения тем наивысшим классом точности, в котором он может работать. Этот класс точности указывается в паспортной табличке ил каталоге. Трансформаторы напряжения класса 0.2 применяются для точных лабораторных исследований. Для включения щитовых электроизмерительных приборов применяются трансформаторы напряжения класса точности 1.3. Расчетные и контрольные счетчики должны подключаться к трансформаторам напряжения класса точности 0.5. Для каждого трансформатора напряжения установлена величина максимальной мощности. Максимальная мощность определяется длительно допустимой по условию нагрева предельной мощностью. Использование трансформаторов напряжения на максимальной мощности возможно только для питания сигнальных, отключающих катушки автоматов и других приборов и реле, для работы которых не имеет значения величина погрешности. По числу фаз различают однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения. Использование одного трансформатора напряжения осуществляется в однофазных установках. Один трансформатор может быть использован и в трехфазных установках, когда достаточно иметь напряжение между двумя какими-либо фазами. Это нужно для включения вольтметров, частотомеров, катушек нулевого напряжения ручных приводов выключателей, реле напряжения и др.

В сетях с малыми токами замыкания на землю применяют трехфазные трех обмоточные трансформаторы напряжения с магнитной системой, имеющей пять стержней (пяти стержневые трансформаторы). У этих трансформаторов напряжения первичные обмотки соединяются в звезду и заземляются. Приборы включаются на межфазные или фазные напряжения. Дополнительные вторичные обмотки соединяются в разомкнутый треугольник и используются для контроля изоляции. Перед трансформаторами напряжения устанавливаются предохранители с кварцевым заполнением типа ПКТ (предохранители быстродействующие токоограничиваюшие), способные отключать большие мощности.

2. Конструкции трансформаторов напряжения

2.1 Общие положения

Промышленность России изготавливает трансформаторы на все напряжения. Конструкции трансформаторов напряжения до 35 кВ аналогичны конструкциям силовых трансформаторов. При напряжении выше 35 кВ для уменьшения габаритов и стоимости изготавливаются каскадные трансформаторы напряжения. Они монтируются в фарфоровых кожухах и не имеют проходных изоляторов. В обычных трансформаторах напряжения первичную обмотку изолируют от сердечника и вторичной обмотки. В каскадном трансформаторе изоляторы распределяются равномерно на все ступени. Каждая из ступеней находится под некоторой частью напряжения сети, что позволяет снизить уровень изоляции. В зависимости от типа изоляции различают трансформаторы напряжения с сухой и масляной изоляцией.

2.2 Сухие трансформаторы напряжения

Сухие трансформаторы напряжения применяются только в сухих закрытых распределительных устройствах. Основными достоинствами таких трансформаторов служат: малый вес и габариты, пожаровзрывобезопасность. Промышленностью изготавливаются сухие трансформаторы напряжения мощностью до 6 кВ включительно: однофазные типа НОС-0.5 и НОСК-6, а также трехфазные трех стержневые трансформаторы НТС-0.5.

2.3 Масляные трансформаторы напряжения

Масляные трансформаторы напряжения нормальной конструкции изготавливаются на напряжение 3…35 кВ. Трансформаторы тина ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35- однофазные трех обмоточные при глухом заземлении нейтрали первичных обмоток (см. рис. 2). Трансформаторы типа НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35- это двух обмоточные однофазные масляные трансформаторы ( см. рис. 3). Трехфазные трансформаторы напряжения- это трех стержневые трансформаторы типа НТМК-6 и пяти стержневые типа НТМИ-6, НТМИ-10 и НТМИ-18.

Магнитная система таких трансформаторов помещается в сварном стальном баке, залитым трансформаторным маслом. У них выводы обмоток осуществляются через фарфоровые проходные изоляторы, укрепленные в стальной крышке. Все трансформаторы напряжения, за исключением ЗНОМ, предназначены для внутренней установки, т.к. они не имеют расширителей. Бак трансформатора ЗНОМ-35 оснащен расширителем, что позволяет использовать его для наружных установок.

Широко применяются трансформаторы напряжения серии ЗНОЛ-6. Они имеют пять исполнений по номинальному напряжению:6;10;15;20 и 24 кВ. Класс точности- 0.2, небольшая масса. Обычно используются в комплектных распределительных устройствах и токопроводах вместо масляных трансформаторов.

2.4 Каскадные трансформаторы напряжения

Каскадные трансформаторы напряжения выпускаются на напряжение 11…500 кВ в фарфоровом кожухе. Каскадный трансформатор состоит из последовательно соединенных дроссельных катушек, включенных между фазой и землей. При глухо заземленных нейтралях сети через все дроссельные катушки протекает одинаковый ток, пропорциональный току сети. Последний дроссель, соединенный с землей, имеет вторичную обмотку. Для ограничения размагничивающего действия тока, протекающего по вторичной обмотке, на сердечники всех элементов наматываются дополнительные обмотки с одинаковым числом витков. Соединяются они встречно. В результате всякое изменение магнитного потока одного из элементов вызывает протекание уравнительных токов, размагничивающих сердечники элементов с большим магнитным потоком и намагничивающих с меньшим. Магнитные потоки в сердечниках станут примерно равными. Напряжение по элементам распределяется равномерно. Поскольку при номинальном напряжении 110 кВ фазное напряжение составляет 100/ кВ, то при двух элементах внутренняя изоляция выполняется на напряжение не более 32 кВ. Трансформаторы напряжения НКФ-110 весят 1360 кг, трансформаторы же типа НИОМ-110 весили 3895 кг, что в 2,9 раза больше современных трансформаторов каскадного типа.

Трансформаторы напряжения на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим. Они имеют два магнита-провода и четыре ступени каскадной обмотки. Трансформаторы напряжения НКФ-330 (см. рис. 4) и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, т.е. шесть и восемь ступеней обмотки высшего напряжения. Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивление, что приводит к возрастанию погрешности. Поэтому трансформаторы типа НКФ-330 и НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1.3.

Следует отметить, что для контроля состояния изоляции нельзя применять трехфазные трех стержневые трансформаторы напряжения во избежание ошибочного заземления. В нормальных условиях работы обмотки трансформатора находятся под фазным напряжением. Они создают магнитные потоки, замыкающиеся в магните провода. Ввиду незначительного сопротивления магнита провода намагничивающие токи в фазах малы. Если возникают однофазные замыкания на землю, допустим фазы А, ее обмотка оказывается под напряжением, близким к нулю, а двух других фаз под напряжением в раз большем фазных. Чтобы осуществить контроль изоляции, нейтраль первичной обмотки трансформатора заземляют. Поэтому замыкание на землю фазы А вызывает закорачивание первичной обмотки фазы А трансформатора. Создается несимметричный режим работы, и, как следствие, в электромагнитной системе трансформатора начинают действовать токи нулевой последовательности , равные по величине и совпадающие по фазе. Токи вызывают в сердечниках магнита провода магнитные потоки нулевой последовательности . Так как токи равны по величине и совпадают по фазе, они не могут замыкаться через стержни соседних фаз магнита провода и вынуждены замыкаться через воздух и частично через стальной кожух магнита провода. Магнитное сопротивление воздуха во много раз больше магнитного сопротивления стального магнита провода. Для проведения магнитного потока через воздух необходима значительная намагничивающая сила. Поэтому токи значительны по величине, а следовательно, и полные токи протекающие по обмоткам трансформатора, будут превышать номинальные в несколько раз. Длительное протекание этих токов неизбежно приводит к перегреву обмоток и повреждению трансформатора. В трехфазных пяти стержневых трансформаторах подобного перегрева обмоток и кожуха не происходит. Возникающие магнитные потоки замыкаются через дополнительные крайние стержни магнита провода. Аналогичное явление наблюдается и в однофазных трансформаторах напряжения, имеющих разделительные магнитные системы для каждой фазы.

2.5 Емкостные трансформаторы напряжения

Чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформатора. В установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности. Делитель практически представляет собой два конденсатора. Напряжение на конденсаторах делится обратно пропорционально величинам их емкостей. Емкость конденсатора на порядок больше емкости конденсатора . Поэтому ток, идущий по цепочке, будет определяться величиной емкости конденсатора . Напряжение снимается с конденсатора . Его величина 10…15 кВ. Напряжение подается на трансформатор, имеющий две вторичные обмотки, соединяющиеся по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности измерения в цепь первичной обмотки трансформатора включается дроссель. Если трансформатор выключить на конденсатор без дросселя, то с увеличением нагрузки уменьшается входное сопротивление трансформатора. Напряжение начинает уменьшаться. Следовательно, напряжение на нагрузку зависит от ее величины, поэтому дроссель настраивается на резонанс с емкостью при частоте f=50Гц. В результате выходное напряжение будет мало зависеть от величины нагрузки. Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. При соответствующем выборе всех элементов настройки схемы устройства НДЕ могут быть выполнены на класс точности 0.5 и выше.

НДЕ-фазное напряжение между конденсаторами последовательной цепи распределяется пропорционально их емкостным сопротивлениям. К последнему конденсатору со стороны заземления параллельно части фазного напряжения подключаются ИТН. В конструкциях боковых выключателей в качестве НДЕ используется конденсаторный ввод ВН, к обкладкам которого со стороны заземления подключается навешиваемый снаружи аппарат ПИН (прибор измерения напряжения). Для установок 750 1150 кВ применяются трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150.

3. Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются по номинальным параметрам (напряжению и току), классу точности и нагрузке, которая определяется мощностью электроизмерительных приборов и реле, подключенных к трансформатору. При этом необходимо учитывать конструктивные особенности и схемы соединения обмоток трансформатора. Номинальное напряжение трансформатора должно быть больше или равно напряжению усиановки, т.е. Номинальная мощность должна быть больше или равна активной и реактивной мощности, потребляемой приборами и реле

,

где P=cos - суммарная активная мощность, потребляемая реле; Q=tan - суммарная реактивная мощность. Как правило, значения мощности, потребляемой реле, и их cos даются в справочниках.

Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду равна суммарной мощности всех трех фаз. Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему. Сечения проводов в цепях трансформаторов выбирают по допустимой потере напряжения.

4. Измерительные трансформаторы

При высоких напряжениях трудно проверить измерения, поскольку измерительные приборы дорогостоящие и громоздкие; их точность подвержена воздействию статического электричества, к тому же они небезопасны. Когда ток превышает 60А, нелегко обеспечить высокую точность амперметров из-за больших проводов и значительных ошибок, обусловленных паразитным полем концевых выводов. Кроме того, амперметры и катушки тока в высоковольтных цепях опасны для оператора. В измерительных трансформаторах тока и напряжения используются катушки напряжения на 100В и катушки тока на 5А. Вторичные обмотки должны быть заземлены. Если шкалы приборов не откалиброваны в коэффициентах трансформации, то показания надо умножить на соответствующий коэффициент трансформации.

Для внешней изоляции комбинированных измерительных трансформаторов от 72,5 до 800 кВ используется высококачественная керамика. Внутренняя изоляция состоит из кабельной бумаги,0 пропитанной маслом в вакууме.

Заключение

Трансформаторами в электротехнике называют аппараты, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной катушке, не связанной с первой электрически. Звеном, передающим энергию, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и направлению.

30 ноября 1876 года (дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем) считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки. Первые трансформаторы с замкнутым сердечником были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 году предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор мощностью 230 кВт при напряжении 95 В. 1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии - Московский электрозавод).

Список использованной литературы

1.Силовая электроника. Юрий Черкашин. М.:2009г

2.Трансформаторы силовые и измерительные. Справочник,Т.1/под ред. Акимова Е.Г.-М.:2005г.

3.Кацман М.М. Электрические машины - М.: Высшая школа,2011г.

Размещено на Allbest.ru