Измерительные трансформаторы играют важную роль в электроэнергетике, обеспечивая точные измерения тока и напряжения в электрических цепях высокого напряжения. Эти устройства позволяют преобразовывать первичные значения тока и напряжения во вторичные, более низкие значения, пригодные для подключения измерительных приборов. Рассмотрим подробнее назначение и основные виды измерительных трансформаторов.
Назначение измерительных трансформаторов
Основным назначением измерительных трансформаторов является обеспечение безопасности и надежности измерений в высоковольтных цепях. Без применения таких устройств подключение измерительных приборов, таких как амперметры, ваттметры и вольтметры, к сетям высокого напряжения было бы опасно для персонала и чревато выходом приборов из строя. Измерительные трансформаторы позволяют снизить уровень напряжения и тока до стандартных величин, используемых в измерительных приборах (обычно не выше 5 А и 100 В).
Трансформаторы тока
Трансформаторы тока предназначены для преобразования переменного тока большой силы в пропорциональный по величине ток меньшей силы. Они имеют одну первичную измерительную обмотку трансформатора и одну или несколько вторичных обмоток. Первичная обмотка включается последовательно в силовую цепь, а вторичные обмотки используются для измерений и защиты. Наиболее распространены трансформаторы тока классов точности 0,2S и 0,5S.
Примеры типов трансформаторов тока:
- Трансформаторы тока напряжением до 35 кВ классом точности 0,5
- Трансформаторы тока на напряжение 110 кВ классом точности 0,2S
- Трансформаторы тока на токи до 6000 А классом точности 0,2
Трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения в более низкие стандартные значения. В отличие от трансформаторов тока, их первичные обмотки включаются параллельно цепи измерения. Основные типы трансформаторов напряжения:
- Емкостные трансформаторы напряжения
- Электромагнитные трансформаторы напряжения
- Комбинированные трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения классифицируют по уровню напряжения и классу точности. Наиболее распространены трансформаторы классов 0,2 и 0,5.
Комбинированные трансформаторы
Измерительные трансформаторы тока и напряжения объединяют в одном корпусе функции трансформаторов тока и напряжения. Они удобны при ограниченном пространстве для установки оборудования и позволяют снизить затраты на монтаж. Комбинированные трансформаторы выпускаются в основном для распределительных устройств напряжением 6-35 кВ.
Особенности эксплуатации
Для обеспечения работоспособности и точности измерений трансформаторов необходимо соблюдать определенные правила их эксплуатации:
- Не допускать длительную перегрузку трансформаторов тока
- Периодически проверять и подтягивать контактные соединения
- Следить за отсутствием влаги и загрязнений в корпусе трансформаторов
- При необходимости проводить поверку трансформаторов
Современные измерительные трансформаторы - надежные и точные устройства, без которых невозможно осуществлять качественные измерения и учет электроэнергии в энергосистемах. Правильный выбор и эксплуатация этих компонентов в соответствии с требованиями позволяет максимально использовать их технический потенциал.
Конструктивные особенности трансформаторов тока
Трансформаторы тока имеют специфическую конструкцию, отличающуюся от силовых трансформаторов. Их магнитопровод выполняется из высококачественной электротехнической стали, обеспечивающей высокую точность передачи. Первичная обмотка рассчитывается на полный номинальный ток и выполняется из меди или алюминия. Вторичные обмотки обычно медные.
Для защиты обмоток и магнитопровода трансформаторы тока заполняются электроизоляционным маслом или литой изоляцией на основе эпоксидных компаундов. Корпус имеет высокую степень защиты от внешних воздействий.
Схемы включения трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения могут включаться по схеме фаза-фаза или фаза-нуль. При включении фаза-фаза на вторичной обмотке трансформатора получается линейное напряжение. Такая схема применяется для измерения линейных напряжений и мощности.
Схема фаза-нуль позволяет получить на вторичной обмотке фазное напряжение относительно нулевой точки сети. Такая схема используется для измерения фазных напряжений и контроля изоляции.
Методы поверки трансформаторов
Поверка измерительных трансформаторов проводится для контроля их метрологических характеристик. Для поверки трансформаторов тока используют прямой метод срабатывания расцепителя, косвенный метод с использованием эталонных обмоток и метод непосредственной нагрузки.
Поверка трансформаторов напряжения выполняется косвенным методом с помощью вольтметра или методом непосредственной нагрузки эталонным напряжением от регулируемого автотрансформатора.
Тенденции развития трансформаторов
Современные тенденции в разработке измерительных трансформаторов направлены на повышение точности, надежности и расширение функциональных возможностей. Активно внедряются цифровые технологии передачи информации, интеллектуальные системы мониторинга состояния.
Перспективным направлением являются бесконтактные датчики тока и напряжения на основе оптоволоконных и полупроводниковых технологий. Применение наноструктурированных и аморфных материалов позволит улучшить массогабаритные показатели.
Применение в смежных областях
Помимо электроэнергетики, измерительные трансформаторы находят применение в системах электроснабжения промышленных предприятий, на железнодорожном транспорте, в нефтегазовой отрасли. Они используются в схемах управления электроприводами, системах контроля изоляции, устройствах защиты.
Миниатюрные трансформаторы тока и напряжения встраиваются в различные электронные устройства для гальванической развязки цепей. Особые конструкции трансформаторов применяются в импульсных источниках питания.
Требования к изоляции трансформаторов
Изоляция трансформаторов должна выдерживать длительное воздействие рабочего напряжения и кратковременные перенапряжения. Для внешней изоляции применяются фарфор, стекло, компаунды. Внутренняя изоляция выполняется из твердых электроизоляционных материалов и масла.
Уровень изоляции выбирается с учетом номинального напряжения первичной обмотки. Для трансформаторов напряжением до 1 кВ достаточно двойной изоляции, при более высоких напряжениях применяется усиленная, двойная усиленная или многослойная изоляция.
Качество изоляции контролируется испытаниями повышенным напряжением промышленной частоты, а также измерениями tgδ и сопротивления изоляции. Соблюдение требований по изоляции критически важно для безопасной и надежной работы трансформаторов.
Маркировка и документация на трансформаторы
Каждый трансформатор должен иметь маркировку с указанием основных технических данных: типа трансформатора, класса точности, номинальных мощности и напряжения, степени защиты корпуса, заводского номера. Маркировка наносится на видном месте несмываемой краской.
На трансформаторы предприятие-изготовитель обязано предоставлять эксплуатационную документацию, в которой указываются характеристики, правила монтажа и обслуживания. Наличие паспортов и инструкций необходимо для правильной эксплуатации.
Условия эксплуатации трансформаторов
Для нормальной работы трансформаторов должны соблюдаться допустимые условия по температуре окружающей среды, относительной влажности воздуха, высоте над уровнем моря, окружающей среде, вибрации. Эти параметры указываются изготовителем в технических условиях и паспорте.
Эксплуатация трансформаторов в условиях, превышающих допустимые, может привести к преждевременному старению изоляции, снижению точности, выходу из строя.
Требования к монтажу трансформаторов
Монтаж трансформаторов должен выполняться в соответствии с инструкциями предприятия-изготовителя и правилами устройства электроустановок. Особое внимание уделяется надежному креплению, соблюдению габаритных расстояний, качеству контактных соединений.
Перед монтажом необходимо убедиться в отсутствии механических повреждений трансформатора, проверить качество изоляции и плотность заполнения маслом.
Защита трансформаторов от перегрузок и коротких замыканий
Для предотвращения выхода трансформаторов из строя при возникновении аварийных режимов необходимо предусматривать соответствующие средства защиты. Для защиты от перегрузок применяют тепловые реле, от коротких замыканий - электромагнитные расцепители.
Защита должна быть выбрана и настроена таким образом, чтобы селективно отключать только поврежденные участки сети. Это позволяет обеспечить надежность электроснабжения.
Техническое обслуживание и ремонт
Для поддержания работоспособности и продления срока службы трансформаторов требуется проведение своевременного технического обслуживания с проверкой технического состояния и измерением параметров.
При необходимости выполняется текущий или капитальный ремонт с заменой вышедших из строя компонентов. Ремонт производится специализированными организациями.
