В цепях переменного тока часто применяют электрические машины, называемые трансформаторами. Все они призваны преобразовывать значение тока, но задачи при этом могут быть совершенно разными. Поэтому в электротехнике существуют такие понятия как трансформатор тока (ТТ), напряжения (ТН) и силовой трансформатор (ТС). Любой из них будет работать только при правильной схеме соединения обмоток трансформатора.
Что такое трансформатор тока
Трансформаторами тока называют электрические приборы, которые используют в сильноточных цепях с целью проведения безопасных измерений тока, а также для подключения защитных устройств с малым внутренним сопротивлением.
Конструктивно такие устройства представляют собой маломощные трансформаторы, последовательно включаемые в цепь электрического оборудования, где присутствует напряжение среднего и высокого уровня. Во вторичной цепи прибора снимают показания.
Стандартами на трансформаторы тока нормируются такие технические показатели устройств:
- Коэффициент трансформации.
- Фазовый сдвиг.
- Прочность изоляционного материала.
- Величина нагрузочной способности во вторичке.
- Маркировка клемм.
Главное правило, которое нужно помнить, собирая схему соединения обмоток трансформатора тока – недопустимость холостого хода во вторичной цепи. Исходя из этого можно выбрать такие режимы работы для ТТ:
- Подключение сопротивления нагрузки.
- Работа при коротком замыкании (КЗ).
Что такое трансформатор напряжения
Отдельная группа трансформаторов, применяемая в сетях переменного тока напряжением свыше 380 В. Основная задача устройств – осуществление питания приборов измерительного назначения (ИП), схем релейной защиты и гальваническая развязка оборудования от высоковольтных линий в целях безопасности обслуживающего персонала.
Конструктивное исполнение ТН принципиально не отличается от ТС. Они понижают напряжение до 100 В, которое уже поступает на ИП. Шкалы приборов градуируют, учитывая коэффициент трансформации измеряемого напряжения на первичной обмотке.
Что такое силовой трансформатор
Основные электрические машины, используемые на подстанциях и в быту – это силовые трансформаторы. Они выполняют роль преобразователей напряжения одной величины в другую, сохраняя при этом форму электрического сигнала. Бывают понижающие и повышающие электрические машины.
ТС бывают трехфазными и однофазными на две или три обмотки. Трехфазные обычно применяют для перераспределения энергии в мощных электрических сетях, однофазные можно встретить в любой бытовой аппаратуре, например, блоках питания.
Схемы подключения обмоток ТТ
Существуют такие базовые схемы соединения вторичных обмоток трансформатора тока при питании защитных релейных устройств:
- Схема полной звезды. В этом случае во всех силовых фазных линиях коммутируют трансформаторы тока. Вторичные их обмотки соединяют схемой звезды с релейными обмотками. В точку нуля должны сходиться все клеммы ТТ одноименного значения. По такой схеме на короткое замыкание (КЗ) любой фазы будет реагировать свое реле. Если произойдет КЗ на земляной шине, то в звезде (в проводе нуля) сработает реле.
- Схема соединения обмоток трансформатора в неполную звезду. Такой вариант предполагает установку ТТ не на все фазы, только на две. Обмотки вторичные соединяют также с реле звездой. Такая схема эффективно действует только при закорачивании между фазами. При КЗ фазы на ноль (где не был установлен ТТ) система защиты не сработает.
- Схема треугольник – на трансформаторах, звезда – на реле. Здесь ТТ своими разноименными клеммами вторичных обмоток последовательно соединяют треугольником. Вершины этого треугольника переходят к лучам звезды, где реле устанавливают. Применяется при таких видах защиты схема как дистанционная и дифференциальная.
- Схема соединения ТТ по принципу двух фаз разности. Схема только на междуфазные реагирует КЗ при чувствительности необходимой.
- Схема нулевой последовательности фильтрации токов.
Схемы соединения обмоток трансформатора напряжения
Касаемо ТН, когда они питают релейные защиты и измерительное оборудование, используют как междуфазное напряжение, так и линейное (между фазой и землей). Самые часто используемые схемы – по принципу открытого треугольника и неполной звезды.
Треугольник применяют, когда есть необходимость двух или трех междуфазных напряжений, звезду при соединении трех ТН, если одновременно используют фазные и линейные напряжения при измерениях и защите.
Для электрических устройств с двумя дополнительными вторичными обмотками применяют схему включения, где основные обмотки первичного и вторичного назначения соединены звездой. При помощи разомкнутого треугольника собраны дополнительные обмотки. Такой схемой можно получить напряжение 0-вой последовательности для реагирования релейной системы на КЗ в цепи с заземленным проводом.
Схемы соединения обмоток трансформаторов силовых
Для трехфазных сетей существуют три основные схемы соединения обмоток силовых трансформаторов. Каждый из способов такого соединения имеет свое влияние на режим работы трансформатора.
Соединение звездой – это когда существует общая точка объединения начал или концов всех обмоток (нулевая точка). Здесь присутствует следующая закономерность:
- Фазные и линейные токи имеют одинаковую величину.
- Напряжение фазное (между фазой и нейтралью) меньше линейного (между фазами) на корень из 3.
Касаемо обмоток высшего (ВН), среднего (СН) и низшего (НН) напряжения чаще применяют схемы:
- Соединяют звездой обмотки ВН, выводя провод из точки ноль для повышающих и понижающих Т любой мощности.
- Обмотки СН соединяют аналогично.
- НН обмотки редко соединяют звездой у понижающих трансформаторов, но, когда это происходит, выводят нулевой провод.
Соединение треугольником предполагает последовательное включение трансформатора в контур, где начало одной обмотки имеет контакт с концом другой, начало другой с концом последней и начало последней с концом первой. Из вершин треугольника выходят отводы электричества. В такой схеме соединения обмоток трехфазного трансформатора присутствует закономерность:
- Фазные и линейные напряжения имеют одинаковую величину.
- Фазные токи меньше линейных на корень из 3.
В треугольник, как правило, соединяют обмотки НН любых понижающих и повышающих трехфазных Т на две, три обмотки, а также мощных однофазных собираемых в группы. Для ВН и СН обычно не используют соединение треугольником.
Соединение зигзаг-звезда характеризуется выравниванием магнитного потока по фазам трансформатора, если нагрузка на них во вторичных обмотках распределена неравномерно.
Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов
Кроме схем соединения, существуют группы, под которыми понимают не что иное, как смещение векторных направлений линейных ЭДС первичных обмоток относительно электродвижущей силы во вторичных обмотках. Эти угловые расхождения могут изменяться в пределах 360 градусов. Факторами, определяющим группу являются:
- Направление витков обмотки.
- Способ расположения на сердечнике катушки.
Для удобства обозначения групп приняли часовой угловой отсчет, деленный на 30 градусов. Поэтому получилось 12 групп (от 0 до 11). При всех основных схемах соединения обмоток трансформаторов возможны все смещения на угол, кратный 30 градусам.
Для чего нужна третья гармоника
В электротехнике есть понятие намагничивающего тока. Именно он формирует электродвижущую силу (ЭДС). Форма такого тока не является синусоидальной, так как здесь присутствуют высшие гармонические составляющие. За передачу кривой фазного напряжения без искажений (искаженная форма нежелательна для работы оборудования) отвечает третья гармоника.
Для получения третьей гармоники обязательным условием есть соединение в треугольник хотя бы одной обмотки. Если же за базовую принята схема соединения обмоток трансформатора звезда-звезда, например, в трансформаторах на две обмотки, получить третью гармонику невозможно без дополнительного технического вмешательства. Тогда на трансформатор доматывают третью обмотку, которую соединяют треугольником иногда без выводов.
