Какие бывают трансформаторы тока. Электрические трансформаторы. Классификация трансформаторов напряжения
Электрический трансформатор - это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Данная ЭДС пропорциональна числу витков в первичных и вторичных обмотках. Отношение электродвижующей силы в первичной обомотке/вторичной называется коэффициентом трансформации.
Трансформаторы тока широко используются для измерения токов большой величины. Такие трансформаторы в основном понижают ток, который должен быть измерен, так что его можно измерить амперметром среднего диапазона. Первичная боковая обмотка может быть просто проводником, расположенным в пустом сердечнике.
Рис. 1: Схема схемы трансформатора тока
В то время как вторичная сторона обладает большим количеством витков, которые точно наматываются для определенного коэффициента вращения. Как правило, номинальный ток вторичной стороны составляет 1 ампер или 5 ампер. Трансформаторы тока представлены следующим символом.
Основные типы трансформаторов
Силовые трансформаторы
- наиболее распространенный тип электро. трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Применяются для создания .
Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.
Наиболее известные низковольтные однофазные и трехфазные трансформаторы серии ТП и ОСМ.
Среди высоковольтных трансформаторов, наиболее используемые в данной момент в энергетике, трансформаторы ТМГ -с масляным охлаждением в герметичном баке.. Преимуществами данной серии вляется высокий КПД (до 99%), высокие показатели защиты от перегрева, высокие эксплуатационные характеристики, и минимальное обслуживание во время использования.
Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные трансформаторы), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные трансформаторы), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.д.
Рис. 2: Символ токового трансформатора. Трансформаторы напряжения - это, по сути, понижающие трансформаторы с высокоточным коэффициентом поворота. Такие трансформаторы имеют большее число оборотов на первичной стороне, а меньшее число - на вторичной стороне.
Рис. 3: Схема потенциального трансформатора
Трансформаторы напряжения представлены следующим символом. Рис. 4: Потенциальный символ трансформатора. В этой статье изложены основные отличия между токовым и потенциальным трансформатором на основе нескольких факторов, таких как функция, подключение, использование, первичная и вторичная обмотки, ток возбуждения, ядро, типы и приложения.
Измерительные трансформаторы
- электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.
Классифицируются по назначению, изменению уровня напряжения или тока.
Также делятся на низковольтные трансформаторы тока типа Т, 066 ТШ-0,66 , ТТИ-066 и Высоковольтные трансформаторы напряжения, такие как НАМИТ и ЗНОЛ.
Вторичные обмотки данных устройств соединены с измерительными устройствами (амперметрами, счетчиками электроэнергии, вольтметрами, фазометрами, реле тока и т.д.) Применение данного оборудования позволяет изолировать измеряющее оборудование от больших токов и напряжений измеряемой цепи, и создает возможность стандартизации измеряющего оборудования.
Разница между трансформатором тока и трансформатором потенциала
Здесь мы обсудим несколько фактов об инструментальных трансформаторах и сравним их. В промышленности трансформатор напряжения также называют трансформатором потенциала. В представлении энергосистемы. Подобно силовому трансформатору, для идентификации полярности приборов используются маленькие круглые точки. Надлежащая идентификация полярности важна для подключения измерительных трансформаторов.
Преобразователь напряжения преобразует высокое напряжение первичной стороны в низкое напряжение и трансформатор тока Преобразует высокий ток первичной стороны в низкий ток. Эти низкие значения напряжения и тока могут быть легко использованы измерительными и защитными приборами. Инструментальные трансформаторы изолируют приборы измерения и защиты от низкого напряжения со стороны высокого напряжения. При приложении высокого напряжения он обычно соединяется между линией и землей. . Вы учились в школе, что амперметр должен быть соединен последовательно с нагрузкой, а вольтметр должен быть подключен через клеммы нагрузки, для которых необходимо измерить напряжение.
Автотрансформаторы
- устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.
Основные сферы использования автотрансформаторов - изменение напряжения в пусковых устройствах крупных электрических машин переменного тока, в системах релейной защиты при плавном регулировании напряжения. В случае реализации в конструкции автотрансформатора изменения количества рабочих витков вторичной обмотки, появляется возможность сохранять уровень вторичного напряжения при изменении первичного напряжения. Наибольшее распространение данный данный механизм используется в стабилизаторах напряжения.
Но сумма бремени устройств не должна превышать номинальную нагрузку приборов. Поэтому подключение измерительных трансформаторов не должно влиять на исходное состояние цепи или изменять ее. Ток первичной стороны определяется исключительно импедансом нагрузки, напряжением источника и, конечно, параметрами линии.
Трансформаторы тока и трансформаторы напряжения широко используются в подстанциях для измерения и контроля напряжения и тока. Эти измерения составляют важную часть функций работы и защиты в подстанции, поэтому важна надежность и точность трансформаторов напряжения и тока.
Импульсный трансформатор
- это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.
Импульсные трансформаторы наиболее часто используются в электронновычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи и т.д. в качестве измерительного устройства в счетчиках электроэнергии.
Основное требование импульсным трансформаторам, - при изменении импульса форма импульса должна сохраняться. Это достигается максимальным уменьшением межвитковой емкости, индуктивности рассеивания за счет использования применением сердечников малой величины, взаимным расположение и уменьшением числа обмоток.
Оптоволоконные датчики тока и напряжения обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями измерения тока и напряжения. Они обеспечивают чрезвычайно быстрое время отклика с высокой точностью измерения. Они не взрываются во время катастрофического разрушения, в отличие от масляных электроизоляционных башен.
- Сенсорный элемент естественно отсоединен от линии напряжения.
- На сигнальной линии минимальные электрические помехи.
- Размеры и вес датчиков снижаются по сравнению с существующими технологиями.
Пик-трансформатор - устройство, изменяющее напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Пик-трансформаторы применяются в качестве генераторов импульсов главным, высоковольтных исследовательских установках и системах автоматики..
Что такое трансформатор? Много медного или алюминиевого провода, еще больше стали, специальной, электротехнической. Ну а если чуть серьезней, то эта электротехническая сталь, называется сердечником трансформатора, может быть круглой формы (тороидальные трансформаторы), может быть прямоугольной (состоит из двух П-образных половинок), или Ш-образной формы. Другие формы встречаются очень редко. Суть трансформатора сводится к тому, чтобы получить из одного напряжения или тока другое, нужное нам напряжение (или несколько напряжений) и ток.
Типы измерительных трансформаторов тока и напряжения
Кроме того, они по своей природе свободны от магнитного насыщения и, как правило, имеют ширину полосы измерения в диапазоне кГц. Полоса пропускания в диапазоне десятков или сотен кГц также возможна. Это позволяет использовать их не только как автономные устройства, но и легко интегрировать их в другие энергоресурсы. Затраты на подставку и затраты на установку сокращаются. Другими преимуществами являются повышенная безопасность и экологичность. Датчики оптического тока сразу же совместимы с современной цифровой подстанцией, что помогает устранить большие объемы медных кабелей.
Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Конструктивно обмотка- это медный или алюминиевый одножильный провод, который очень плотно (виток к витку) намотан на сердечник трансформатора. Отношение количества витков первичной обмотки к вторичной показывает коэффициент трансформации.
Если говорить , то первичная обмотка рассчитывается на используемое напряжение (в большинстве случаев это сеть 220 вольт, а в нашем случае это киловольты и даже мегавольты). Если количество витков первичной и вторичной обмотки одинаковое, то мы получаем разделительный трансформатор. То есть, на выходе мы будем иметь такое же напряжение, как и на входе, но оно никак не будет связано с входным напряжением. Это используется в случаях, когда требуется сделать электрическую развязку электрооборудования (проще говоря, если вы возьмете оба конца вторичной обмотки трансформатора напряжения, вас, конечно же, тряхнёт, но если вы возьмете любой из проводов и встанете в лужу, то с вами ничего не случится. Если же вы возьмете в руки фазный провод из розетки и встанете в лужу вас просто убьет). Если количество витков вторичной обмотки будет меньше, чем в первичной, мы получим понижающий трансформатор, если же наоборот – повышающий. Первичная обмотка, как правило, одна, но она может иметь несколько вводов (на разные напряжения, например 380, 220 и 127 вольт). А вот вторичных обмоток может быть несколько, как повышающих, так и понижающих.
Какие типы трансформаторов тока бывают
Датчики оптических волокон представляют особый интерес для применений в высоковольтных средах электроэнергетики из-за их характерных свойств, включая диэлектрическую природу, устойчивость к электромагнитным помехам и небольшие размеры и вес. Датчик тока использует эффект Фарадея в термически отожженной катушке чувствительного волокна. Датчики напряжения основаны на эффекте Поккеля в электрооптических кристаллах или обратном пьезоэлектрическом эффекте в кварцевом кристалле в форме цилиндра.
Что касается трансформаторов тока, то здесь обратная ситуация. Первичная обмотка выполнена в виде проводника (толстой, чаще алюминиевой пластины), вокруг которой намотана вторичная обмотка.
Вкратце разобрались.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Довольно сложно выполнить измерения скажем 750 тысяч вольт или 5000 ампер. В первом случае вольтметр будет иметь очень громоздкую конструкцию, во втором случае в амперметре должен стоять шунт из проволоки диаметром с десятки сантиметров. Для этого применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Рисунок 2: Основной метод измерения поляризационного вращения. Эффект Фарадея представляет собой магнитооптический эффект, который вызывает изменение состояния поляризации света в присутствии магнитного поля. Он описывает вращение поляризации света, распространяющегося в направлении магнитного поля. Когда луч света посылается через материал, проявляющий эффект Фарадея, поляризация света будет вращаться на угол θ, который зависит от силы магнитного поля, параллельной направлению распространения света.
Эффект Фарадея пропорционален намагничиванию материала. Β - составляющая плотности магнитного потока, параллельная направлению распространения света. Все принципы обнаружения эффекта Фарадея основаны главным образом на обнаружении интенсивности. Однако структура, материалы и путь света различных датчиков Фарадея значительно различаются. Существует несколько методов измерения фазового вращения. Простейший и самый общий использует поляризатор, как показано на рисунке 2. Магнитное поле в среде Фарадея может быть измерено путем определения вращения поляризации θ, которое происходит после того, как линейно поляризованный световой пучок прошел фарадеевскую среду.
Трансформатор напряжения в этом случае имеет первичную обмотку рассчитанную таким образом, чтобы при наличии на ней номинального напряжения, на вторичной обмотке было напряжение (чаще всего) 100 вольт. Ну а дальше дело техники. Имеем вольтметр на 100 вольт. Вся шкала (с учетом трансформатора напряжения) будет равна 750 тысячам вольт (берем пример напряжения, взятый в начале абзаца), следовательно, стало напряжение на 10 тысяч вольт ниже, стрелка упадет. С одной стороны сложно, с другой это приводит к сильной миниатюризации измерительных приборов.
Это можно сделать, измеряя интенсивность светового луча после прохождения второго поляризатора. Интенсивность этого светового пучка зависит от угла поворота и, следовательно, от напряженности магнитного поля. Рисунок 3: Датчик тока с использованием интерферометра.
Характеристика датчика определяется ориентацией двух поляризаторов друг к другу. Угол между осями передачи поляризаторов определяет, насколько значение передаваемой интенсивности изменяется с изменением магнитного поля. Углы могут быть выбраны где угодно между 0 ° и 90 °, что дает одинаковые результаты для всех остальных квадрантов. Результирующие интенсивности могут быть рассчитаны с использованием закона Малуса: с учетом линейно поляризованного светового пучка, падающего на поляризатор, его перпендикулярная составляющая пучка блокируется.
То же самое и с трансформаторами тока. Первичная обмотка подбирается (она же ведь выполнена в виде пластины), по силе тока, а вторичная рассчитывается таким образом, чтобы на ее выводах при максимальной силе тока в проводе, сила тока во вторичной обмотке была (чаще всего 5 ампер). Результат аналогичный. Миниатюризация измерительных устройств. Простота получения данных. На этом принципе основано большинство схем установки счетчиков. В данном случае не требуется мощный счетчик, достаточно счетчика, который может пропускать через себя всего лишь 5 ампер. В переводе на понятный язык 1 кВт мощности.
Поэтому амплитуда света, передаваемого поляризатором, показана в уравнении. И интенсивность прошедшего света определяется формулой в формуле. Другие методы обнаружения используют поляризационные разделительные призмы и два детектора. Два ортогональных линейно поляризованных пучка детектируются отдельно. Преимущество этого метода состоит в том, что оптические потери в волокнах и материала датчика могут быть компенсированы. Вращение поляризации может быть напрямую получено путем сравнения двух сигналов датчика.
Рисунок 4: Типичная конструкция оптоволоконного датчика тока. Более продвинутые методы используют интерферометры для измерения степени вращения. В схеме поляриметрического детектирования измерялось вращение плоскости поляризации линейного поляризованного света. Это вращение также может быть измерено в терминах круговой поляризации, что соответствует разности фаз между двумя круговыми ортогональными модами. Это можно сделать, используя схему интерферометрического детектирования, в которой генерируется несущая частоты модуляции, и оптическое изменение фазы, которое модулируется задержкой времени, вызванной между плечами интерферометра, будет содержать информацию электрического тока.
Типы измерительных трансформаторов тока и напряжения
По сути, типа два: наружной и внутренней установки. К основным характеристикам можно отнести класс точности. Для трансформаторов напряжения – контрольное напряжение вторичной обмотки, для трансформаторов тока – контрольный ток вторичной обмотки. Вот в принципе и все.
На рисунке 3 показан датчик тока, основанный на принципах интерферометра. В этом приложении волокно само действует как механизм преобразователя. Магнитооптический эффект используется для индуцирования вращения по углу поляризации распространяющегося в волокне света, который пропорционален магнитному полю. Обычно волокно скручивается вокруг электрического проводника, делая его невосприимчивым к внешним токам и магнитным полям. Чувствительность инструмента может быть изменена путем изменения количества оборотов волокна.
Волокна обычно представляют собой одномодовые кремниевые волокна и не требуют точного совпадения или выравнивания. Чувствительность можно отрегулировать, добавив присадки к сердечнику или изменив количество оборотов. Эти волокна имеют сердцевину эллиптического поперечного сечения или показатель анизотропии преломления, вводимый присадками или одноосным напряжением.
Поверка измерительных трансформаторов тока и напряжения
Всем приборам для контроля и учета электроэнергии необходимо периодически делать поверку. Трансформаторы тока и напряжения к таким приборам относятся. Основной документ, это паспорт прибора. Для каждого типа трансформатора свой срок очередной поверки, но для трансформаторов тока он не должен превышать пять лет, для трансформаторов напряжения – восемь лет.
На рисунке 4 показана типичная конструкция. Этот тип прибора имеет то преимущество, что передача света в и из области измерения тока осуществляется с помощью оптических волокон, которые совместимы с аналоговым и цифровым оборудованием низкого напряжения, используемым для измерений и ретрансляции.
Рисунок 5: Трансформатор тока с использованием объемного оптического материала. Он состоит из электрооптического материала, полностью закрывающего проводник. Были предложены многочисленные конструкции со световыми лучами, окружающими токопроводящий проводник ровно один или несколько раз. Эти датчики изготавливаются из блоков с одним стеклом с относительно низкими постоянными Вердетом и не страдают от проблем с изгибом, возникающих в элементах оптического волокна. Оптический материал собран в четырехугольном формате вокруг проводника, как показано на рис.
Трансформаторы тока и напряжения – назначение
Как можно было понять из вышесказанного, трансформаторы тока и напряжения относятся к классу электроприборов по учету и контролю электроэнергии. Трансформатор напряжения относится к контролю напряжения (с помощью него можно контролировать такой важный параметр, как величина напряжения). А трансформатор тока относится к приборам учета. Такие трансформаторы ставят тогда, когда есть большие токи и обычный счетчик электрической энергии не в состоянии работать при таких нагрузках.
Номинальные данные трансформатора
Эффект Поккеля: двулучепреломление. Большинство оптических датчиков напряжения основаны на электрооптическом кристалле и продольном эффекте Поккеля. Передача света в и из области измерения напряжения осуществляется оптическими волокнами, которые обеспечивают присущий им иммунитет к электромагнитным помехам и совместимость с аналоговым и цифровым оборудованием низкого напряжения, используемым для измерений и ретрансляции. Поле может быть применено вдоль направления распространения или под прямым углом к нему.
В заключение, хочется отметить такой момент… Трансформаторы напряжения не любят , от этого сгорает чаще всего вторичная обмотка, реже первичная. Следовательно, если выводы не используются их просто надо изолировать от случайного прикосновения. А вот с трансформаторами тока обратная ситуация, они фактически работают в режиме короткого замыкания. Если разомкнуть цепь вторичной обмотки трансформатора тока в момент протекания тока, то на концах вторичной обмотки появляется очень высокое напряжение, крайне опасное для жизни. Поэтому если вторичная обмотка трансформаторов тока не используется, необходимо ЗАМКНУТЬ выводы вторичной обмотки, то есть, сделать между ними перемычку, способную выдерживать ток, указанный в паспорте для вторичной обмотки.
