Трансформатор напруги: призначення і принцип дії

Трансформатор напруги: призначення і принцип дії Класичний трансформатор напруги (ТН) - це пристрій, що перетворює одне його значення в інше. Процес супроводжується частковою втратою потужності, але виправданий в ситуаціях, коли необхідно змінити параметри вхідного сигналу. У конструкції такого трансформатора передбачені намотувальні елементи, при правильному розрахунку яких вдається отримати необхідну вихідну напругу.

Призначення і принцип дії


Основне призначення трансформаторів напруги це перетворення вхідного сигналу до рівня, передбаченого стоять перед користувачем завданнями - коли робочий потенціал потрібно знизити або підвищити. Домогтися цього вдається за рахунок принципу електромагнітної індукції, сформульованого в якості закону вченими Фарадеем і Максвеллом. Згідно з ним, в будь-петлі, розташованої близько до іншого такого ж витка проводу, з струмом наводиться ЕРС, пропорційна потоку магнітної індукції, що пронизує їх. Величина цієї індукції у вторинній обмотці трансформатора (що складається з безлічі таких витків) залежить від сили струму в первинному контурі і від кількості витків в тієї й іншої котушці.

Струм у вторинній відмотування трансформатора і напруга на підключеної до нього навантаженні визначаються тільки співвідношенням кількості витків в обох котушках. Закон електромагнітної індукції дозволяє правильно розрахувати параметри приладу, що передає потужність з входу на вихід з потрібним співвідношенням діючих струмів і напруг.

Чим відрізняється трансформатор струму від трансформатора напруги


Основна відмінність трансформаторів струму (ТС) від перетворювача напруги полягає в їх різному функціональному призначенні. Перші використовуються тільки в вимірювальних ланцюгах, дозволяючи знизити рівень контрольованого параметра до прийнятного значення. Другі встановлюються в електричних лініях змінного струму і видають на виході напруги, що використовуються для роботи підключеної побутової апаратури.

Їх відмінності по конструкції полягають у наступному:

• в якості первинної обмотки в трансформаторах струму використовується шина силовий підводки, на якій він монтується;
• параметри вторинної обмотки розраховані на підключення до вимірювального приладу (електролічильника в будинку, наприклад);
• в порівнянні з ТН трансформатор струму більш компактний і має спрощену схему включення.

Трансформатори струму і напруги відповідають різним вимогам в частині точності перетворюються величин. Якщо для вимірювального приладу цей показник дуже важливий, то для трансформатора напруги він має другорядне значення.

Класифікація трансформаторів напруги


Відповідно до загальноприйнятої класифікації, ці пристрої за своїм призначенням поділяються на такі основні типи:

• трансформатори силові із заземленням і без нього;
• вимірювальні пристрої;
• автотрансформатори;
• спеціальні погоджують прилади;
• розділові й пікові трансформатори.

Перші з цих різновидів використовуються для доставки безперебійного живлення споживача в прийнятному для нього вигляді (з потрібною амплітудою). Суть їх дії - в перетворенні одного рівня потенціалу в інший з метою подальшої передачі в навантаження. Встановлені на трансформаторній підстанції трифазні пристрої, наприклад, дозволяють знизити високі напруги з 6,3 і 10 кВ до побутового значення 0,4 кВ.

Автотрансформатори представляють собою найпростіші індуктивні конструкції, що мають одну обмотку з відгалуженнями для регулювання величини вихідної напруги. Погоджують вироби встановлюються в слабкострумових ланцюгах, забезпечуючи передачу потужності від одного каскаду до іншого з мінімальними втратами (з максимальним ККД). За допомогою так званих «розділових» трансформаторів вдається організувати електричну розв'язку ланцюгів з високим і низьким напругою. Тим самим гарантується захист власника будинку або дачі від ураження струмом високого потенціалу. Крім того, цей різновид перетворювачів дозволяє:



• передавати електроенергію від джерела до споживача в потрібному і безпечному вигляді;
• захищати навантажувальні ланцюги з включеними в них чутливими приладами від електромагнітних завад;
• блокувати потрапляння постійної складової струму в робочі ланцюга.

Пікові трансформатори - ще один різновид перетворюють електричну енергію пристроїв. Вони служать для визначення полярності імпульсних сигналів і узгодження її з вихідними параметрами. Цей тип перетворювачів встановлюється в сигнальних ланцюгах комп'ютерних систем і каналах радіозв'язку.

Вимірювальні трансформатори напруги і струму


Спеціальні вимірювальні трансформатори - це особливий тип перетворювачів, що дозволяють включати контрольні пристрої в силові ланцюги. Їх основне призначення - перетворення струму або напруги в величину, зручну для вимірювання параметрів мережі.

Необхідність в цьому виникає в наступних ситуаціях:

• при знятті показань електричними лічильниками;
• в разі установки в силових живлять ланцюгах реле захисту по напрузі і струму;
• при наявності в ній інших пристроїв автоматики.

Вимірювальні прилади класифікуються за конструкцією, типом установки, коефіцієнту трансформації і числу ступенів. Відповідно до першого ознакою вони бувають вбудованими, прохідними і опорними, а за місцем проживання - зовнішніми або призначеними для монтажу в осередках КРУ закритого типу. За кількістю ступенів перетворення вони діляться на одноступінчасті і каскадні, а за коефіцієнтом трансформації - на вироби, що мають одне або кілька значень.

Особливості роботи ТН в мережах з ізольованою і заземленою нульовою точкою


Електричні високовольтні мережі мають два виконання: з ізольованою нульовою шиною, або з компенсованій і заземленою нейтраллю. Перший режим приєднання нульової точки дозволяє не відключати мережу при однофазних (ОЗ) або дугових замиканнях (ДЗ). ПУЕ допускають роботу ліній з ізольованою нейтраллю до восьми годин при однофазному замиканні, але із застереженням, що в цей час ведуться роботи з усунення несправності.

Пошкодження електрообладнання можливо через підвищення фазної напруги до лінійного і подальшого за цим появи дуги, що носить змінний характер. Незалежно від причини виникнення та режиму роботи це найбільш небезпечний вид замикань з великим коефіцієнтом перенапруги. Саме в цьому випадку велика ймовірність появи ферорезонансу в мережі.

Ферорезонансний контур в силових мережах з ізольованою нейтраллю є ланцюжком нульової послідовності з нелінійним намагнічуванням. Трифазний не заземлюють ТН по суті - це три однофазних трансформатора, з'єднані за схемою зірка-зірка. При перенапруженнях в зонах, де він встановлений, індукція в його осерді збільшується приблизно в 1,73 рази, будучи причиною появи ферорезонансу.

Для захисту від цього явища розроблені спеціальні методи:

• виготовлення ТН і ТТ з низькою власної індукцією;
• включення в їх ланцюг додаткових демпферних елементів;
• виготовлення 3-хфазних трансформаторів з єдиною магнітною системою в 5-тістержневом виконанні;
• заземлення нейтрального проводу через струмообмежувальним реактор;
• використання компенсаційних обмоток і т.п .;
• застосування релейних схем, які захищають обмотки ТН від надструмів.

Ці заходи захищають вимірювальні ТН, але повністю не вирішують проблему безпеки. Допомогти в цьому можуть заземлюються прилади, що встановлюються в мережах з ізольованою нейтральною шиною.

Характер роботи трансформаторів зниженої напруги в режимах з заземленою нейтраллю відрізняється підвищеною безпекою і істотним зниженням ферорезонансним явищ. Крім того, їх використання підвищує чутливість і селективність захисту при однофазному замиканні. Такий підйом стає можливим завдяки тому, що індуктивна обмотка трансформатора включається в ланцюг заземлення і короткочасно збільшує струм через встановлене в ній пристрій захисту.

У ПУЕ наводиться обгрунтування допустимості короткочасного заземлення нейтрали невеликий індуктивністю обмотки ТН. Для цього в мережі використовується автоматика, яка силовими контактами при виникненні ОЗ через 0,5 секунди ненадовго підключає трансформатор до збірних шин. Завдяки ефекту глухозаземленной нейтралі при однофазному замиканні на землю в захисній ланцюга починає текти струм, обмежений індуктивністю ТН. Разом з тим його величина достатня для того, щоб спрацювала апаратура захисту від ОЗ і створила умови для гасіння небезпечного дугового розряду.


18-11-2019, 09:18 60 0

Поділіться власною думкою