Transformátory napětí: zařízení, princip činnosti, typy

Sekundární vinutí proudových transformátorů se vyrábí navinutím měděných smaltovaných drátů na toroidní (méně často obdélníková) magnetická jádra z různých druhů magnetických materiálů. Každé sekundární vinutí je navinuto na vlastním magnetickém obvodu.

Průměr, počet závitů a počet drátů, velikost a typ materiálu magnetického jádra se volí při výpočtu transformátoru na základě následujících parametrů:

• počet ampérových závitů
• jmenovitý sekundární proud
• jmenovitá třída přesnosti
• bezpečnostní faktor zařízení (sekundární vinutí pro měření a měření)
• maximální multiplicita (sekundární vinutí pro ochranu)
• jmenovité sekundární zatížení

Označení vinutí

Svorky sekundárních vinutí proudových transformátorů jsou označeny 1I1-1I2, 2I1-2I2 atd. podle GOST 7746-2015.

Kde první číslice je sériové číslo sekundárního vinutí;
Druhá číslice je číslo svorky sekundárního vinutí.

Označení kolíků jsou aplikována tak, že mají stejnou polaritu, tzn. takže když proud v primárním vinutí směřuje z L1 do L2, sekundární proud prochází vnějším obvodem (zařízeními) z I1 do I2. (Vektor primárního proudu je otočen o 180° vzhledem k vektoru sekundárního proudu).

Maximální počet sekundárních vinutí je dán konstrukcí proudového transformátoru, konstrukcí sekundárních vývodů (na základě maximálního počtu sekundárních vývodů) a parametry sekundárních vinutí, které určují jejich geometrickou velikost.

Parametry vinutí

Různá sekundární vinutí obsažená ve stejném proudovém transformátoru mohou mít různý jmenovitý sekundární proud (1 A nebo 5 A) nebo různý transformační poměr. Transformační poměr sekundárních vinutí v jednom transformátoru může mít zpravidla poměr nejvýše 1:4, ale jsou možné i vyšší výjimky.

Například: transformační poměr vinutí 1I1-1I2 – 100/5; 2I1-2I2 – 400/5.

Vinutí větví

Sekundární vinutí je možné vyrobit s odbočkami (odbočka), v tom případě musí označení transformátoru obsahovat písmeno „K“ a dotazník je nutné vyplnit pro každý odbočník zvlášť.

Vzhledem k tomu, že počet závitů na různých odbočkách je různý a magnetický obvod je společný, nemusí být parametry sekundárního vinutí (třída přesnosti, jmenovité sekundární zatížení, bezpečnostní faktor zařízení, maximální násobnost) na různých odbočkách vždy být zcela totožné.

Například: bezpečnostní faktor zařízení a maximální multiplicita v hrubé aproximaci se vypočítá pomocí vzorce:

kde v_пр – mezní hodnota magnetické indukce, T
f – frekvence, Hz
W₂ – počet závitů sekundárního vinutí
S_м – aktivní průřez magnetického obvodu, mm2
I_2n – jmenovitý proud sekundárního vinutí, A
Z₂ – celkový odpor sekundárního vinutí, Ohm

Ze všech parametrů je variabilní pouze w₂ a Z₂?

kde Z_nom – jmenovité sekundární zatížení, Ohm
S_nom – jmenovité sekundární zatížení, VA

Vezmeme-li tedy v úvahu, že stejnosměrný odpor samotného vinutí je nejčastěji výrazně nižší než zatěžovací odpor, lze poznamenat, že hodnotu K je možné udržet pouze zvýšením jmenovité sekundární zátěže.

Pokud je zatížení ponecháno konstantní, bude skutečná hodnota K na druhém odbočce vyšší. To je třeba vzít v úvahu při návrhu a objednávce transformátoru.

Totéž může ovlivnit kombinaci třídy přesnosti a jmenovitého sekundárního zatížení. U závitníků s velkým počtem ampérových závitů můžete vždy zvýšit hodnotu zatížení při zachování třídy přesnosti.

Výroba sekundárních vinutí s odbočkami vede ke zvýšení počtu sekundárních vývodů, jejichž celkový počet je omezen konstrukcí transformátoru. Na jejich maximální počet je nutné se podívat v technickém popisu konkrétního typu transformátoru.

Poměr transformačního poměru na různých odbočkách je omezený, závisí na řadě parametrů a zpravidla nepřesahuje 1:4.

• Kombinované transformátory
• Kombinované transformátory
• Proudové transformátory
• Proudové transformátory

Pro přenos elektrické energie na velké vzdálenosti se napětí elektrického proudu zvyšuje na stovky tisíc voltů pomocí výkonových transformátorů. Vzhledem k tomu, že vysoká napětí jsou velmi nebezpečná, proud za snižovacím transformátorem se používá k provozu elektrických spotřebičů. Po celé délce vedení pro přenos energie je však instalováno mnoho ochranných zařízení. Transformátor napětí (VT) se používá k oddělení napětí obvodů těchto zařízení od potenciálů vedení pro přenos energie.

Zařízení tohoto typu se často používají pro bezpečný způsob připojení měřicích přístrojů. Úkolem transformátoru napětí (VT) je transformovat proudy vysokého napětí (nad 6 kV) na bezpečnou úroveň. Použití takových transformátorů snižuje náklady na provoz energetických systémů snížením nákladů na izolační zařízení pracující v sítích nízkého napětí.

Zařízení a princip činnosti

Strukturálně se TN nijak zvlášť neliší od jiných typů převodních zařízení. Jeho struktura:

• magnetické jádro laminované z elektrotechnických ocelových plechů;
• primární cívka;
• jedno nebo dvě sekundární vinutí;
• ochranný kryt (pro venkovní konstrukce).

Vzhled a schematické znázornění výrobku jsou znázorněny na obr. 1. Obrázek ukazuje zařízení s jedním (hlavním) sekundárním vinutím. Některé modely mají další sekundární vinutí, které lze použít například k připojení měřicích přístrojů.

Všimněte si, že mezi svorkami primárních vinutí a sekundárních cívek není galvanické spojení. To je hlavní rozdíl mezi měřicími transformátory a konstrukcí konvenčního snižujícího transformátoru.

Ochranné pouzdra se vyrábějí z různých materiálů. V modelech používaných pro servis vedení vysokého napětí se používají dielektrika z porcelánu (obr. 2),

Pro chlazení vinutí takových vysokonapěťových jednotek se používají speciální transformátorové oleje.

V sítích středního výkonu se používají modely s pouzdry na bázi epoxidových pryskyřic (obr. 3).

Třífázové VT s nulovými svorkami jsou vyrobeny na magnetickém obvodu s pěti tyčemi. Taková konstrukce chrání vinutí před přehřátím, protože v případě jednofázových zkratů v obvodech vysokonapěťových vodičů je obvod vedení celkového magnetického toku v samotném transformátoru zkratován podél oceli jádra.

Princip činnosti se také příliš neliší od činnosti snižujícího výkonového transformátoru. Magnetický tok generovaný v primární cívce se šíří podél magnetického obvodu a způsobuje napětí elektromotorického pole v sekundárním vinutí. Hodnota napětí závisí na poměru počtu závitů v cívkách. Protože sekundární vinutí se skládají z malého počtu závitů, je i výstupní napětí malé (obvykle nepřesahuje 100 V).

Princip fungování TN je vysvětlen diagramem na obrázku 4.

Důležitým úkolem při výrobě transformátorů tohoto typu je splnění požadavků na dosažení potřebných amplitudových a úhlových parametrů sinusoidy, určujících odpovídající třídu přesnosti: 0,5; 1; 3. V referenčních vzorcích se používá třída přesnosti 0,2. U měřicích přístrojů je důležité, aby třída přesnosti byla co nejvyšší. Čím vyšší je, tím menší je chyba měření zařízení.

Přesnost parametrů převáděných střídavých proudů závisí na zatížení. Čím vyšší je zatížení sekundárního obvodu, tím větší je chyba transformátoru napětí (třída přesnosti se snižuje). Optimálních parametrů napětí na výstupu transformátoru je dosaženo při jmenovitém zatížení. V tomto režimu se účinnost převodu proudu zvyšuje s přiblížením se k jmenovitému transformačnímu poměru.

Provoz VT je efektivní při nízkých jmenovitých výkonech v sekundárních obvodech. Pro tato zařízení je dlouhý klidový stav normální. Proto se efektivně používají v systémech ochrany vedení, které jsou většinu času v pohotovostním režimu a spotřebovávají málo proudu.

Odrůdy

Podle konstrukce a způsobu připojení se transformátory napětí klasifikují takto:

• dvouvijový VT (skládá se z primární cívky a hlavního sekundárního vinutí);
• třívijákový (má dvě sekundární vinutí. Jedno z nich je hlavní a druhé je doplňkové);
• uzemněné (konstrukce jednofázových VT, u kterých je jeden vývod primárního vinutí uzemněn. U třífázových modelů VT jsou všechny neutrály pevně uzemněny);
• neuzemněný;
• typ kaskádových transformátorů (primární vinutí je tvořeno kaskádami sekcí);
• rodina kapacitních transformátorů, jejichž konstrukce obsahuje prvky kapacitních děličů;
• modely antirezonančních transformátorů (viz obr. 5).

Lze vyčlenit nízkonapěťové struktury, které se používají v některých elektronických zařízeních. Tato třída elektronických transformátorů se používá v případech, kdy je v elektronických obvodech vyžadováno oddělení, oddělující vysokonapěťové obvody od nízkonapěťových.

Dekódování značení

Pro rozlišení mezi různými typy modelů se používá písmenné označení:

• N – transformátor napětí;
• T – třífázový model;
• O – jednofázový VT;
• C – suchý (chlazení vzduchem);
• M – olej;
• A – antirezonanční modely;
• K – kaskádová zařízení;
• F – porcelánový typ tělesa;
• I – pětityčový transformátor obsahující vinutí pro regulaci izolace;
• L – lité konstrukce pouzder;
• DE – kapacitní;
• З – uzemněno (primární cívka musí být uzemněna).

Technické parametry

Základní informace jsou uvedeny na typovém štítku transformátoru napětí.

Technické parametry transformátorů:

• velikost napětí na vstupu primární fáze;
• napětí na svorkách sekundárních fázových vinutí;
• účiníky;
• maximální zkratová napětí.

Mezi důležité informace patří jmenovité frekvenční parametry a třída přesnosti pro jmenovitý transformační poměr. U některých modelů výrobci specifikují úhlové chyby a přípustné chyby napětí.

Schémata zapojení

Nejjednodušší schéma zapojení se používá v odběrných místech vedení pod napětím 6 – 10 kV. Transformátory zapojené podle tohoto schématu slouží k zapnutí voltmetru a napájení relé zařízení ATS. Příklad takového schématu je znázorněn na obr. 7.

Obrázek 8 znázorňuje schéma zapojení jednofázových transformátorů pro dodávku bezpečného napětí zátěžím napájeným sekundárními vinutími. Toto schéma používá skupinu jednofázových transformátorů, jejichž cívky jsou zapojeny do hvězdy. Všimněte si, že primární vinutí jsou připojena k pevně uzemněnému nulovému vodiči.

Toto schéma se používá v sítích 0,5 – 10 kV pro připojení měřicích přístrojů a elektroměrů. Voltmetry používané pro monitorování izolace se připojují podle podobného schématu.

Schéma je efektivní pro příjem signálů indikujících jednofázové zemní poruchy. Existují i jiná schémata zapojení, zejména typ zapojení s otevřeným trojúhelníkem. Zvláštností těchto schémat je, že výkon skupiny dvou VT je menší než výkon tří zařízení zapojených podle schématu s plným trojúhelníkem ne 1,5krát, ale √3krát.

V některých obvodech se používá kombinované zapojení vinutí. Pro to je vhodné zapojení „trojúhelník-hvězda“. Při provozu takových obvodů je jmenovité napětí 173 V. Tento způsob zapojení se používá v systémech řízení budícího napětí pro vinutí generátoru a kompenzátoru.

přihláška

Hlavním použitím primárních měničů napětí je napájení vinutí měřicích přístrojů a připojení ochranných relé v sítích 380 V a vyšších. Transformátory umožňují rozšířit měřicí rozsahy a izolovat relé od vysokých mezifázových potenciálů. Zapojení svorek primárních vinutí mezi fázi a zemi umožňuje kalibrovat stupnice přístrojů s ohledem na transformační poměr, což umožňuje řídit primární parametry vedení pro přenos energie.

Změny parametrů napětí v primárních obvodech ovlivňují chování střídavých magnetických toků. Tyto poruchy jsou zaznamenávány sekundárními vinutími, která reagují změnou amplitudy proudu a frekvence kmitání. Signály jsou vysílány do různých ochranných zařízení, která automaticky odpojují úseky vedení se zkraty a jinými kritickými odchylkami.

Související videa

Reference

• Vavin V.N. „Transformátory napětí a jejich sekundární obvody“ 1977
• Rozhkova L.D., Kozulin V.S. “Elektrická zařízení stanic a rozvoden” 1987
• A. G. Godzhello „Elektrická zařízení“ 2016