Однофазные трансформаторы для повышения напряжения

Что такое трансформатор напряжения и как он работает?

Для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжения электрического тока с помощью силовых трансформаторов повышают до сотен тысяч вольт. Поскольку высокие напряжения очень опасны, то для работы электроприборов используют ток после силового понижающего трансформатора. Однако на всей протяженности ЛЭП установлено множество защитных устройств. Для отделения напряжений цепей этих приборов от потенциалов линий электропередач применяют трансформатор напряжения (ТН).

Приборы этого типа часто используются для безопасного способа подключения измерительных приборов. Задача ТН состоит в преобразовании высоковольтных токов линий (свыше 6 кВ) до безопасного уровня. Применение таких трансформаторов удешевляет эксплуатацию энергосистем за счет снижения затрат на изоляцию оборудования, работающего в низковольтных сетях.

Устройство и принцип действия

Конструктивно ТН особо не отличается от других типов преобразующих устройств. Его устройство:

магнитный сердечник, шихтованный из пластин электротехнической стали;
первичная катушка;
одна или две вторичные обмотки;
защитный кожух (для конструкций уличного типа).

Внешний вид и схематическое изображение изделия смотрите на рис.1. На картинке изображено устройство с одной (основной) вторичной обмоткой. На некоторых моделях есть дополнительная вторичная обмотка, которая может использоваться, например, для подключения приборов измерения.

Обратите внимание на то, что между выводами первичных обмоток и вторичными катушками отсутствует гальваническая связь. Это главное отличие измерительных трансформаторов от конструкции обычного понижающего трансформатора.

Защитные кожухи изготовляются из разных материалов. В моделях, используемых для обслуживания высоковольтных ЛЭП, применяют диэлектрики, изготовленные из фарфора (рис. 2),

Для охлаждения обмоток таких высоковольтных агрегатов применяют специальные трансформаторные масла.

В сетях средней мощности применяют модели с корпусами на основе эпоксидных смол (рис. 3).

Трехфазные ТН с нулевыми выводами выполняются на магнитопроводе с пятью стержнями. Такая конструкция защищает обмотки от перегрева, так как при однофазных замыканиях в цепях высоковольтных проводов цепь линий суммарного магнитного потока в самом трансформаторе замыкается по стали сердечника.

Принцип действия также мало отличается от работы силового понижающего трансформатора. Магнитный поток, возникающий в первичной катушке, распространяется по магнитопроводу, вызывая напряжение ЭДС во вторичной обмотке. Величина напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках. Поскольку вторичные обмотки состоят из малого количества витков, то и выходное напряжение небольшое (обычно оно не превышает 100 В).

Принцип работы ТН объясняет схема на рисунке 4.

Важной задачей при изготовлении трансформаторов данного типа является выполнение требований по достижению необходимых амплитудных и угловых параметров синусоиды, определяющих соответствующий класс точности: 0,5; 1; 3. В эталонных образцах применяется класс точности 0,2. Для измерительных приборов важно чтобы класс точности был максимально высоким. Чем он выше, тем меньшая погрешность измерения прибора.

Точность параметров преобразованных переменных токов зависит от нагрузки. Чем выше нагрузка вторичной цепи, тем больше погрешность трансформатора напряжения (снижается класс точности). Оптимальные параметры напряжения на выходе трансформатора достигаются при номинальных нагрузках. В этом режиме эффективность преобразования тока возрастает по мере приближения к номинальному коэффициенту трансформации.

Работа ТН эффективна при малых номинальных мощностях во вторичных цепях. Для этих устройств длительное состояние в режиме холостого хода является нормой. Поэтому они эффективно используются в системах защиты линий, которые большую часть времени находятся в режиме ожидания и потребляют мало тока.

Разновидности

По конструкции и способам подключения трансформаторы напряжения классифицируются следующим образом:

двухобмоточный ТН (состоит из первичной катушки и основной вторичной обмотки);
трехобмоточный (имеет две вторичные обмотки. Одна из них является основной, а другая – дополнительной);
заземляемый (конструкция однофазных ТН у которых один вывод первичной обмотки уходит на землю.В моделях трехфазных ТН наглухо заземлены все нейтрали);
незаземляемый;
тип каскадных трансформаторов (первичную обмотку образуют каскады из секций);
семейство емкостных трансформаторов, конструкция которых содержит элементы емкостных делителей;
модели антирезонансных трансформаторов (см. рис. 5).

Можно отдельно выделить низковольтные конструкции, которые используются в некоторых электронных устройствах. Данный класс электронных трансформаторов применяют в тех случаях, когда в электронных схемах необходима развязка, отделяющая цепи высоких напряжений от низких.

Расшифровка маркировки

Для различения разновидностей моделей к ним применяют буквенную маркировку:

Н – трансформатор напряжения;
Т – трехфазная модель;
О – однофазный ТН;
С – сухой (воздушное охлаждение);
М – масляный;
А – антирезонансные модели;
К – каскадные устройства;
Ф – фарфоровый тип корпуса;
И – пятистержневой трансформатор, содержащий обмотку для контроля изоляции;
Л – конструкции в литом корпусе;
ДЕ – емкостные;
З – заземляемые (первичную катушку необходимо заземлять).

Технические параметры

Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.

Технические параметры трансформаторов:

величина напряжения на первичном фазном входе;
напряжение на выводах вторичных фазных обмоток;
коэффициенты мощности;
максимальные напряжения короткого замыкания.

К важным сведениям относится параметры номинальной частоты и класс точности для номинального коэффициента трансформации. На некоторых моделях изготовители указывают угловые погрешности и допустимые погрешности напряжений.

Схемы подключения

Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР. Пример такой схемы показан на рис. 7.

На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды. Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью.

Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.

Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.

В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.

Применение

Основное применение первичных преобразователей напряжений – подача питания на обмотки измерительных приборов и подключение реле защиты в сетях 380 В и выше. Трансформаторы позволяют расширить диапазоны измерений и изоляцию реле от высоких межфазных потенциалов. Включение выводов первичных обмоток между фазой и землей дает возможность градуировать шкалы приборов с учетом коэффициента трансформации, что позволяет контролировать первичные параметры линий ЛЭП.

Изменение параметров напряжений в первичных цепях влияет на поведение переменных магнитных потоков. Эти возмущения фиксируются вторичными обмотками, которые реагируют изменением амплитуды тока и частоты колебаний. Сигналы поступают на различные защитные устройства, которые автоматически отключают участки линий с КЗ и с другими критичными отклонениями.

Источник

Трансформаторы для дома: обзор, характеристики, советы по выбору

Нестабильное напряжение электросети может повлечь за собой неприятные последствия — от неисправностей электроприборов до выхода из строя проводки и возгораний. Устранить большинство неполадок можно посредством установки трансформатора для частного дома — статического аппарата, способного преобразовывать напряжение или электрический ток.

Проблемы в электрических сетях

Электричество поставляется в домах через линии электропередач и повышающие трансформаторы поставщика, преодолевая несколько сотен километров. Нагрузки будут разделяться между подключенными домами после установки понижающего агрегата. Установка индивидуального трансформатора гораздо выгоднее, но при этом дороже — внутренняя электрическая сеть будет получать ток, пониженный до 220 В.

Проблему регулярной просадки напряжения в электрической сети, при которой приборы не могут нормально функционировать, можно решить посредством установки повышающего трансформатора.

Классификация и виды

Трансформаторы разделяются на несколько типов в зависимости от области применения и технических характеристик. Основными параметрами классификации считаются:

Количество обмоток.
Число фаз.
Способ охлаждения.
Класс точности или возможные погрешности.
Тип размещения.

Трансформаторы, предназначенные для регулировки электрического тока, носят наименование трансформаторов тока. Если же прибор регулирует напряжение, то он именуется трансформатором напряжения.

Напряжение меняется в зависимости от количества обмоток трансформатора:

Первичная принимает напряжение.
Вторичная передает измененное напряжение.

Повышающим трансформатор для дома зовется в случае, если у него количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, в противном случае он понижающий.

Сечение проводов обмотки влияет на мощность трансформатора, материалы изготовления проводов и тип сердечника — на размер и вес прибора. Все устройства по типу исполнения подразделяются на трехфазные и однофазные.

Простейшим трансформатором с минимальным весом и компактными габаритами считается автотрансформатор с одной обмоткой. Такие модели являются бюджетными вариантами и чаще всего применяются в автоматических устройствах и высоковольтных электрических сетях. Автотрансформаторы не обладают гальванической развязкой, что является их недостатком.

Силовые трансформаторы применяются при подаче и приеме электричества на линии электропередач и обратно. Электроприборы комплектуются сетевыми приборами.

Советы по выбору

Перед приобретением стабилизатора напряжения необходимо определиться с тем, нужен он или нет, однако для профилактики его все же стоит устанавливать, поскольку напряжение в электрических сетях нередко различается.

При выборе мини-трансформатора учитываются следующие характеристики:

Число фаз.
Выходная мощность.
Масса прибора.
Габариты трансформатора.
Эксплуатационный срок.
Рабочий диапазон напряжения.
Скорость реакции на скачки напряжения.

Обязательно уточняется нагрузка конкретных приборов. Однофазовые трансформаторы приобретаются для бытовых приборов небольшой мощности, трехфазовые стабилизаторы — для большого количества приборов с необходимостью в распределении нагрузки.

Одним из самых популярных и востребованных трансформаторов считается «Ресанта АСН» — однофазовый цифровой стабилизатор, обладающий доступной ценой в 2600 рублей. Такой трансформатор крепится на стену.

Более дорогой и надежной моделью является стабилизатор «Штиль». Его примерная стоимость составляет 4000 рублей. Стабилизатор «Штиль» оптимально подходит для защиты электронной техники и бытовых приборов при переменном напряжении.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения — статические электромагнитные приборы, изменяющие переменное напряжение. Подобные стабилизаторы подразделяются на несколько категорий в зависимости от назначения:

Силовые. Применяются для повышения и понижения напряжения, что позволяет передавать ток на дальние расстояния и к устройствам-потребителям.
Технологические. Приборы повышенной мощности, используемые с технологическими целями — печными, сварными и прочими.
Маломощные. Устанавливаются на теле- и радиоаппаратуру, бытовые приборы и различные электронные схемы.
Измерительные. Применяются для расширения границ измерения устройств.

Трансформаторы напряжения могут использоваться как для контроля, так и для измерения напряжения и мощности. Могут питать сигнализационные системы, электрические цепи автоматики и эффективно защищают линии электропередач.

Повышающие трансформаторы

Это силовые приборы, устанавливаемые в электрических цепях бытового или производственного назначения и повышающие напряжение. В зависимости от области использования и характеристик трансформаторы для дома подразделяются на несколько видов, подающих напряжение:

Автотрансформатор. Однофазный однообмоточный прибор.
Трансформатор тока. Стабилизатор, состоящий из сердечника, нескольких обмоток, оптических датчиков и резисторов.
Силовые устройства. Передача тока между контурами осуществляется при помощи электромагнитной индукции.
Антирезонансные стабилизаторы. Закрытые однофазные или трехфазные приборы.
Заземляемые трансформаторы. Оснащены обмоткой специального типа.
Пик-трансформаторы. Разделяют переменный и постоянный токи.
Трансформаторы для дома. Предназначены для передачи электричества от источника к прибору-потребителю и устранения помех в работе бытовых устройств.

В трехфазных сетях производственных зон в основном используются трансформаторы, преобразующие напряжение из 220 в 380 В. Они позволяют создавать дополнительные линии электропередач и симметрично распределяют нагрузки по фазам при отсутствии сети 380 В.

Домашние повышающие трансформаторы

Устанавливаются в ситуациях, когда напряжение электрической сети менее требуемых 220 В. Такие модели обладают постоянным коэффициентом трансформации: при стабильном напряжении электросети итоговый показатель будет значительно выше необходимого для питания электроприборов, что может стать причиной их поломки. Контроль выходного напряжения предусмотрен на некоторых моделях в ручном режиме. Промышленные трансформаторы устанавливать дома нельзя, поскольку их работа может быть опасна ввиду использования специализированных масел для охлаждения.

Понижающие трансформаторы

Для подключения приборов, напряжение в 220 В для которых слишком высоко, устанавливают понижающие трансформаторы на 15 или 10 вольт. Преимуществами таких трансформаторов для дома являются следующие характеристики:

Защита от возгорания и поражения электрическим током, что актуально при использовании подобных устройств в помещениях с высоким уровнем влажности — ванных комнатах, банях и прочих.
Минимальное потребление электроэнергии — осветительные приборы низковольтного типа потребляют в несколько раз меньше энергии, в отличие от стандартных.
Увеличение эксплуатационного ресурса приборов.

Зарядные устройства различных гаджетов и бытовых устройств оснащаются интегрированными трансформаторами, в связи с чем они не требуют установки подобных стабилизаторов. Самостоятельная установка трансформаторов для дома необходима при монтаже низковольтного освещения, основанного на галогенных и светодиодных лампах.

Резюме

Приобретение трансформатора для домашнего использования в большинстве случаев является необходимым решением и не представляет труда при условии внимательного изучения классификации приборов и их предназначения. Корректный подбор стабилизаторов обеспечивает необходимую для работы бытовых приборов мощность без риска поломки техники и выхода ее из строя. Установка трансформаторов может производиться как самостоятельно, так и после обращения к специалистам.

Источник