Автотрансформаторы
Однофазный автотрансформатор отличается от однофазного силового трансформатора тем, что имеет только одну обмотку, часть которой принадлежит одновременно первичной и вторичной цепи (рис.1). Основные соотношения, характеризующие трансформаторы применимы и к автотрансформаторам. Как и двухобмоточные, автотрансформаторы могут быть понижающими и повышающими, в зависимости от того, какие зажимы подключены к сети, а какие к нагрузке.
Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а - понижающего, б - повышающего.
Ток, текущий по части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей равен: I12= I2 - I1
Одним из преимуществ автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором является меньший расход меди. В автотрансформаторе нет необходимости выбора провода какой-либо части обмотки из расчета значения большего тока I2.Число витков (w1 - w2) обмотки автотрансформатора должно быть рассчитано на ток I1, а число витков w2 – на разностный ток I1 2.
Необходимый расход стали (сечение магнитопровода) в автотрансформаторе также меньше, чем в двухобмоточном. Причина в том, что энергия из первичной во вторичную цепь автотрансформатора частично передается электрическим путем за счет электрического соединения частей обмотки.
Другие преимуществаавтотрансформатора: меньше потери энергии, поэтому более высокий КПД; меньшееизменение напряжения вторичной цепи при изменении нагрузки.
Автотрансформаторы применяются при малых коэффициентах трансформации (к=1…2).
Недостатками автотрансформатора являются: возможность попадания напряжения цепи ВН в цепь НН, а также малое сопротивление короткого замыкания, что определяет большую кратность тока КЗ.
Автотрансформаторы применяются для связи высоковольтных сетей с близкими напряжениями (например, 154 и 220 кВ; 220 и 400кВ); для пуска асинхронных и синхронных двигателей; в качестве регулятора напряжения (в этом случае ответвление в цепь НН осуществляется через подвижный контакт).
Многообмоточные трансформаторы
Многообмоточные трансформаторы, в которых на магнитопроводе, помимо обмоток высшего и низшего напряжения, помещают обмотки промежуточных напряжений. Их применяют в случае, когда необходимо получить несколько напряжений. Это удешевляет электрическую подстанцию по сравнению с использованием нескольких двухобмоточных.
Особенности работы рассмотрим на примере трехобмоточного трансформатора (рис.2). Из опыта холостого хода трансформатора можно определить коэффициент трансформации для трехобмоточного трансформатора
K12= w1 / w2 ≈ U1/ U2 и K13= w1 / w3 ≈ U1/ U3
Рис. 2. Схема трехобмоточного трансформатора
Для этого трансформатора выполняют три опыта КЗ:
1) В опыте 1 напряжение подается на обмотку 1, обмотка 2 закорачивается, а обмотка 3 остается разомкнутой;
2) В опыте 2 напряжение подается также на обмотку 1, а закорачиваемая и размыкаемая обмотки меняются местами:
3) В опыте 3 напряжение подается на обмотку 2, а обмотка 3 закорачивается, а обмотка 1 остается разомкнутой.
Особенностью трехобмоточного трансформатора является взаимное влияние вторичных обмоток. При изменении нагрузки одной из обмоток напряжение изменяется в обеих. Действительно, изменение тока в какой-либо одной вторичной обмотке вызывает соответствующее изменение тока первичной (как это имеет место в двухобмоточном трансформаторе); при этом изменяется падение напряжения в полном сопротивлении первичной обмотки, а это влечет за собой изменение ЭДС и напряжения обеих вторичных обмоток (в многообмоточном – всех вторичных).
Если первичную обмотку поместить в промежутке между двумя другими обмотками, расположенными концентрически, то взаимное влияние двух вторичных обмоток будет меньше, чем при ином сочетании обмоток.
Стандартными группами соединения трехфазных трехобмоточных трансформаторов являются следующие две Υ0/ Υ0/Δ – 0-11и Υ0/Δ/Δ – 11-11.
Трехобмоточные трансформаторы строят обычно на большие мощности. При работе двух генераторов на общую линию электропередачи применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными и с одной вторичной обмоткой.
Измерительные трансформаторы
1. Измерительные трансформаторы напряжения(ИТН)
Являются измерительными преобразователями, предназначенными для расширения пределов измерения по напряжению электроизмерительных приборов переменного тока: вольтметров, частотомеров, ваттметров, счетчиков электроэнергии, фазометров (рис.3). ИТН применяются при измерениях в цепях высоких напряжений.
Рис. 3. Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а - схема, б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений
Обмотка ВН измерительного трансформатора напряжения включается на напряжение первичной цепи U1 (измеряемое напряжение), а обмотка НН присоединяется к зажимам измерительного прибора или к выводам цепи напряжения измерительного прибора. Таким образом способ включения ИТН аналогичен способу включения силового трансформатора, но в качестве нагрузки может выступать вольтметр, частотомер или цепь напряжения ваттметра, счетчика, фазометра. При необходимости включения нескольких приборов их соединяют между собой параллельно, так что на каждый из них оказывается поданным вторичное напряжение U2. Коэффициент трансформации в этом случае показывает, во сколько раз расширяется предел измерения измерительного прибора, подключенного к вторичной обмотке и выражается в виде дроби, например 10000/100, 35000/100, где в числителе стоит напряжение первичной обмотки, а в знаменателе – номинальное напряжение вторичной обмотки.
Особенностью режима работы ИТН по сравнению с силовыми трансформаторами, является большое сопротивление подключаемых приборов (режим близкий к холостому ходу).Технической документацией определяется максимальная мощность, потребляемая приборами, включенными во вторичную цепь. При увеличении потребляемой мощности (при увеличении числа параллельно включаемых приборов) увеличивается ток вторичной обмотки и уменьшается вторичное напряжение. При этом изменяется действительное значение коэффициента трансформации, и когда потребляемая мощность превышает допустимое максимальное значение, погрешность измерения выходит за пределы допустимой (допустимая погрешность определяется классом точности измерительного трансформатора).
Замыкать зажимы вторичной обмотки ИТН накоротко или на малое сопротивление нельзя, поскольку это вызовет возникновение токов первичной и вторичной обмотки недопустимо больших значений. На схемах измерительные трансформаторы имеют буквенное обозначение ТV.
2. Измерительные трансформаторы тока (ИТТ)
Это измерительные преобразователи, предназначенные для расширения пределов измерения по току электроизмерительных приборов переменного тока амперметров, ваттметров, счетчиков электроэнергии, фазомеров. ИТТ применяются при измерениях токов больших значений, а также в тех случаях, когда нужно измерить сравнительно небольшие токи, протекающие в цепях высокого напряжения.
Функции данного типа трансформаторов заключаются в снижении первичного тока до приемлемого уровня, что делает возможным подключение унифицированных измерительных устройств (например, амперметров или электронных электросчетчиков), защитных систем и т.д. Помимо этого, трансформатор тока обеспечивают гальваническую развязку между высоким и низким напряжением, обеспечивая тем самым безопасность обслуживающего персонала. Это краткое описание позволяет понять, зачем нужны данные устройства. Упрощенная конструкция ИТТ представлена на рис.4.
Рис.4.Конструкция измерительного трансформатора тока
Обозначения:
1. Первичная обмотка с определенным количеством витков (W1).
2. Замкнутый сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь.
3. Вторичная обмотка (W2 — число витков).
Как видно из рисунка, катушка 1 с выводами L1 и L2 подключена последовательно в цепь, где производится измерение тока I1. К катушке 2 подключается приборы, позволяющие установить значение тока I2, релейная защита, система автоматики и т.д.
Способ включения первичной обмотки ИТТ, отличный от способа включения ИТН и силовых трансформаторов: к зажимам первичная обмотка включается в разрыв провода, ток в котором нужно измерить. К зажимам вторичной обмотки подключаются амперметры или токовые цепи ваттметров, счетчиков, фазометров. При необходимости включения нескольких приборов они соединяются между собой последовательно так, что через каждый из них протекает один и тот же ток I2.
Основная область применения ИТТ — учет расхода электроэнергии и организация систем защиты для различных электроустановок.
В измерительном трансформаторе тока обязательно наличие изоляции как между катушками, витками провода в них и магнитопроводом. Помимо этого по нормам ПУЭ и требованиям техники безопасности, необходимо заземлять вторичные цепи, что обеспечивает защиту в случае КЗ между катушками.