Трансформаторы

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (и от земли) на полное рабочее напряжение.

Вторичная обмотка в эксплуатации имеет потенциал, близкий к потенциалу земли, так как один конец этой обмотки обычно заземляется.

Таким образом, трансформатор тока позволяет измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающим персоналом. При этом во вторичную цепь трансформатора тока включаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счётчиков и т.д.

Трансформатор тока не только изолирует  реле, измерительные и прочие приборы  от цепи высокого напряжения, но и позволяет  свести измерение любого номинального первичного тока и долей его к измерению некоторого стандартного номинального вторичного тока и долей его, например 5, А.

Трансформатор тока имеет следующие  основные назначения:

а) изолировать обслуживающий персонал и приборы от потенциала сети, в  которой производятся измерения;

б) позволять производить измерение  или учёт любых токов стандартными приборами, например на 5, А.

Часто один и тот же трансформатор  тока может быть использован как  для целей измерения, так и  для целей защиты.

Трансформатор как прибор для промышленного  преобразования электрической энергии был изобретён П.Н. Яблочковым и И.Л. Усагиным в 1876 г.

Примитивные трансформаторы тока впервые  появились примерно в 1900 г.

В России производство трансформаторов  тока началось в 1905 – 1910 гг. исключительно  по германским чертежам.

Серийное и крупносерийное производство трансформаторов тока в Советском  Союзе началось с открытием первого  отечественного завода высоковольтной аппаратуры “Электроаппарат” в Ленинграде (1925 г.). На этом заводе созданы кадры  специалистов в области трансформаторов  тока и разработаны многочисленные оригинальные их конструкции.

 

2.2 Классификация конструкций трансформаторов тока

 

По назначению трансформаторы тока могут быть разбиты на несколько групп: измерительные; защитные (для дифференциальной защиты, для земляной защиты, нулевой последовательности и т.д.); комбинированные (измерительные и защитные); лабораторные (со многими коэффициентами трансформации и высокой точности); промежуточные (для связи между двумя трансформаторами тока с разными коэффициентами трансформации) и т.д.

По роду установки трансформаторы тока могут быть разделены на следующие  группы: для внутренних установок; для  наружных установок; для особых, специфических  условий эксплуатации, например для  работы на морских судах, и т.д.

По способу выполнения первичной  обмотки трансформаторы тока могут  быть разбиты на две группы: стержневые или одновитковые; многовитковые.

При таком определении к стержневым трансформаторам тока нужно отнести  следующие: стержневые трансформаторы тока – первичная обмотка А в виде прямого стержня или прямой трубы проходит через окно сердечника В; петлевые или U-образные – первичная обмотка изогнута в виде буквы U; при этом она проходит через окно сердечника лишь один раз; шинные трансформаторы тока – первичная обмотка в самом аппарате отсутствует, но оставлено место для пропуска шины или пакета шин через окно сердечника на месте установки аппарата; встроенные трансформаторы тока – первичной обмоткой служит ввод выключателя, силового трансформатора и т.д.

По роду изоляции между первичной  и вторичной обмотками трансформаторы тока можно классифицировать на следующие группы: с сухой изоляцией: с фарфоровой изоляцией; с бакелитовой (в том числе с бакелитовой конденсаторной) изоляцией; с прессованной изоляцией (бутилкаучук, капрон, бутилметакрилаты и т.д.); с литой изоляцией (эпоксидные смолы, полиэфиры, диизоцианатные соединения и т.д.); с изоляцией в виде паст, сохнущих лаков и т.д.; с воздушной изоляцией; с газовой изоляцией (элегаз). С жидкой или вязкой изоляцией: с бумажно-масляной изоляцией (в том числе с конденсаторной бумажно-масляной); с заливкой компаундом.

По взаимному расположению первичных  зажимов и заземлённой опорой трансформаторы тока можно разделить  на две группы: опорные трансформаторы тока; проходные трансформаторы тока. Проходные трансформаторы при установке их на перекрытии или в стене могут быть использованы как проходные изоляторы.

 

2.3 Катушечные трансформаторы тока

 

Катушечные трансформаторы тока являются самыми простыми, и принадлежат к  старейшим типам трансформаторов  тока, развившимся на основе конструкций силовых трансформаторов. Первичная и вторичная обмотки выполняются в виде катушек, намотанных на соответствующие изоляционные каркасы.

Катушечные трансформаторы тока весьма компактны и вследствие возможности механизации обмоточных работ дёшевы, но обладают рядом недостатков.

Во-первых, вследствие слабости катушечной изоляцией, разрядное напряжение таких  трансформаторов весьма низко. Из-за этого данная конструкция применяется лишь на небольшие номинальные напряжения (0,5...3, кВ) при пониженных требованиях к электрической прочности.

Повышение разрядного напряжения в  катушечных трансформаторов тока достигается  прежде всего за счёт некоторого увеличения окна сердечника, причём первичная обмотка отдаляется от внутренней поверхности окна сердечника.

 

2.4 Проходные трансформаторы тока

 

Эти трансформаторы тока находят самое  широкое применение в распределительных устройствах на 6...35, кВ.

 

Рисунок 1. Проходной одновитковый трансформатор тока типа ТПОЛ-Р/Р со стержневой первичной обмоткой.

Проходная конструкция имеет в  данном случае особую ценность, так  как в закрытых распределительных  устройствах возможность “пройти” трансформатором тока через перекрытие или через стену позволяет  сэкономить соответствующий проходной изолятор.

Проходной многовитковый трансформатор  тока в качестве основы имеет два  проходных изолятора, скреплённых в средней части.

Через внутренние полости проходных  изоляторов протягивается столько  витков первичной обмотки, сколько  необходимо для достижения расчётных ампер-витков, обеспечивающего требуемый класс аппарата. На средней части втулок, под заземлённым фланцем, располагаются сердечники с вторичными обмотками, которые закрываются кожухом. Обычно ввод первичной обмотки располагается на верхней головке (по отношению к заземлённому фланцу).

 

2.5 Проходные стержневые трансформаторы тока

 

В стержневых трансформаторах тока первичная обмотка проходит через  окно сердечника только один раз. Следовательно  расчётное количество ампер-витков здесь всегда численно равно номинальному току и увеличено быть не может.

Этим обуславливается специфическая  особенность стержневых трансформаторов  тока: чем больше ток – тем  больше точность аппарата, а чем  меньше ток - тем меньше его точность.

При заданной точности указанная особенность  отражается на конструкции аппарата следующим образом: чем больше ток – тем меньше сечение сердечника, а чем меньше ток – тем больше его сечение.

Стержневые трансформаторы тока могут  быть изготовлены как с прямоугольными, так и с круглыми сердечниками, но в большинстве случаев наиболее целесообразным является круглый сердечник (в принципе обладающий наименьшей длиной магнитного пути).

2.6 Шинные трансформаторы тока

 

Шинными называют такие трансформаторы тока, в конструкцию которых входят сердечники с вторичными обмотками и главная изоляция соответственно данному номинальному напряжению, а первичная обмотка как конструктивный элемент отсутствует. В главной изоляции трансформатора предусматривается окно, через которое пропускают шину распределительного устройства; она-то и выполняет функции первичной обмотки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Делители напряжения

 

3.1 Общие понятия

 

Делитель напряжения представляет собой четырехполюсник, на вход которого подаётся высокое напряжение, а с  выхода снимаются такое же по форме  низкое напряжение, измеряемое регистратором. Делитель напряжения содержит низковольтное плечо , к которому присоединяется измерительный прибор, и высоковольтное плечо, на которое подается измеряемое напряжение.

Делитель должен удовлетворять  основному требованию: напряжение на низковольтном плече должно по форме  повторять измеряемое напряжение, приложенное к высоковольтному плечу. Для этого необходимо, чтобы:

1. Коэффициент деления не зависел  от частоты.

2. Коэффициент деления не зависел  от величины и полярности измеряемого напряжения.

3. Величина сопротивления делителя  не зависела от напряжения, температуры и включение делителя не оказывало влияние на измеряемое напряжение.

4. Погрешность измерения амплитуды  импульса не более 3%.

Элементы омического делителя должны быть по возможности безиндуктивными. Высоковольтный резистор может выполняться:

1) из стандартных высоковольтных  резисторов;

2) из проволоки (материал проволоки  должен обладать низким температурным коэффициентом сопротивления);

3) жидкостные (например, из раствора  в дистиллированной воде).

3.2 Применимость делителя напряжения

Делитель напряжения подходит для получения необходимого заниженного напряжения в случаях, когда подключенная нагрузка потребляет небольшой ток (доли или единицы миллиампер). Примером подходящего использования является считывание напряжения аналоговым входом микроконтроллера, управление базой/затвором транзистора.

Делитель не подходит для подачи напряжения на мощных потребителей вроде моторов или светодиодных лент.

Чем меньшие номиналы выбраны для  делящих резисторов, тем больше энергии  расходуется впустую и тем  выше нагрузка на сами резисторы. Чем номиналы больше, тем больше и дополнительное (нежелательное) падение напряжения, провоцируемое самой нагрузкой.

 

Рисунок 2. Резистивный делитель напряжения

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данной работе были рассмотрены  общие вопросы, касающиеся трансформаторов  напряжения, трансформаторов тока и делителя напряжения. Были изучены назначение, принцип действия и устройство различных конструкций. В работе приведена основная классификация типов трансформаторов и делителей. Даны сведения об основных параметрах и характеристиках отдельных конструкций трансформаторов тока и напряжения внутренней и наружной установки, а также приведены некоторые сведения об остальных типах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список источников

 

1. Китаев В.Е. Трансформаторы. М.: Высшая школа, 1974. 216 с.

2 . Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания РЭА. М.:, Энергоатомиздат, 1990. 325 с.

3. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, М.: Радио и связь, 1994. 98 с.

4. Афанасьев В.В.,Адоньев Н.М., Жалалис Л.В. Трансформаторы тока и др. Л.: Энергия, 1980. 344 с.

5. Бачурин Н.И. Трансформаторы тока. М. – Л.: Энергия, 1984. 376 с.