Зачем нужен трансформатор тока

Обновлено: 20.05.2024

Мощные электротехнические установки могут работать с напряжением несколько сот киловольт, при этом величина тока в них может достигать более десятка килоампер. Естественно, что для измерения величин такого порядка не представляется возможным использовать обычные приборы. Даже если бы таковые удалось создать, они получились бы довольно громоздкими и дорогими.

Помимо этого, при непосредственном подключении к высоковольтной сети переменного тока повышается риск поражения электротоком при обслуживании приборов. Избавиться от перечисленных проблем позволило применение измерительных трансформаторов тока (далее ИТТ), благодаря которым удалось расширить возможности измерительных устройств и обеспечить гальваническую развязку.

Назначение и устройство ИТТ

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 ниже.

Конструкция измерительного трансформатора тока

Обозначения:

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.

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.

Получить более подробную информацию о принципе действия ТТ и их классификации, можно на нашем сайте.

Перечень основных параметров

Технические характеристики трансформатора тока описываются следующими параметрами:

Номинальным напряжением, как правило, в паспорте к прибору оно указано в киловольтах. Эта величина может быть от 0,66 до 1150 кВ. получит полную информацию о шкале напряжений можно в справочной литературе.
Номинальным током первичной катушки (I₁), также указывается в паспорте. В зависимости от исполнения, данный параметр может быть в диапазоне от 1,0 до 40000,0 А.
Током на вторичной катушке (I₂), его значение может быть 1,0 А (для ИТТ с I₁ не более 4000,0 А) или 5,0 А. Под заказ могут изготавливаться устройства с I₂ равным 2,0 А или 2,50 А.
Коэффициентом трансформации (КТ), он показывает отношение тока между первичной и вторичной катушками, что можно представить в виде формулы: КТ = I1/I2. Коэффициент, определяемый по данной формуле, принято называть действительным. Но для расчетов еще используется номинальный КТ, в этом случае формула будет иметь вид: I_НОМ1/I_НОМ2, то есть в данном случае оперируем не действительными, а номинальными значениями тока на первой и второй катушке.

Ниже, в качестве примера, приведена паспортная таблица модели ТТ-В.

Перечень основных параметров измерительного трансформатора тока ТТ-В

Виды конструкций измерительных трансформаторов

В зависимости от исполнения, данные устройства делятся на следующие виды:

Обозначения:

A – Клеммная колодка вторичной обмотки.
В – Защитный корпус.
С – Контакты первичной обмотки.
D – Обмотка (петлевая или восьмерочная) .

Стержневые, их также называют одновитковыми. В зависимости от исполнения они могут быть:

Встроенными, они устанавливаются на изоляторы вводы силовых трансформаторов, как показано на рисунке 4. Рисунок 4. Пример установки встроенного ТТ

Обозначения:

А – встроенный ТТ.
В – изолятор силового ввода трансформатора подстанции.
С – место установки ТТ (представлен в разрезе) на изоляторе. То есть, в данном случае высоковольтный ввод играет роль первичной обмотки.

Шинными, это наиболее распространенная конструкция. Ее принцип строения напоминает предыдущий тип, стой лишь разницей, что в данном исполнении в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина или жила, которая заводится в окно ИТТ. Шинные ТТ производства Schneider Electric

Разъемными. Особенность данной конструкции заключается в том, что магнитопровод ТТ может разделяться на две части, которые стягиваются между собой специальными шпильками.

Такой вариант конструкции существенно упрощает монтаж/демонтаж.

Расшифровка маркировки

Обозначение отечественных моделей интерпретируется следующим образом:

Первая литера в названии модели указывает на вид трансформатора, в нашем случае это будет буква «Т», указывая на принадлежность к ТТ.
Вторая литера указывает на особенность конструктивного исполнения, например, буква «Ш», говорит о том, что данное устройство шинное. Если указана литера «О», то это опорный ТТ.
Третьей литерой шифруется исполнение изоляции.
Цифрами указывается класс напряжения (в кВ).
Литера, для обозначения климатического исполнения согласно ГОСТ 15150 69
КТ, с указанием номинального тока первичной и вторичной обмотки.

Приведем пример расшифровки маркировки трансформатора тока.

Шильдик на ТТ с указанием его марки

Как видим, на рисунке изображена маркировка ТЛШ 10УЗ 5000/5А, это указывает на то, что перед нами трансформатор тока (первая литера Т) с литой изоляцией (Л) и шинной конструкцией (Ш). Данное устройство может использоваться в сети с напряжением до 10 кВ. Что касается исполнения, то литера «У», говорит о том, что аппарат создан для эксплуатации в умеренной климатической зоне. КТ 1000/5 А, указывает на величину номинального тока на первой и второй обмотке.

Схемы подключения

Обмотки трехфазных ТТ могут быть подключены «треугольником» или «звездой» (см. рис. 8). Первый вариант применяется в тех случаях, когда необходимо получить большую силу тока в цепи второй обмотки или требуется сдвинуть по фазе ток во вторичной катушке, относительно первичной. Второй способ подключения применяется, если необходимо отслеживать силу тока в каждой фазе.

Рисунок 8. Схема подключения трехобмоточного ТТ «звездой» и «треугольником»

При наличии изолированной нейтрали, может использоваться схема для измерения разности токов между двумя фазами (см. А на рис. 9) или подключение «неполной звездой» (B).

Рисунок 9. Схема подключения ТТ на разность двух фаз (А) и неполной звездой (В)

Когда необходимо запитать защиту от КЗ на землю, применяется схема, позволяющая суммировать токи всех фаз (см. А на рис 10.). Если к выходу такой цепи подключить реле тока, то оно не будет реагировать на КЗ между фазами, но обязательно сработает, если происходит пробой на землю.

В завершении приведем еще два примера соединения вторичных обмоток ТТ для снятия показаний с одной фазы:

Вторичные катушки включаются последовательно (В на рис. 10), благодаря этому возникает возможность измерения суммарной мощности.

Вторичные обмотки соединяются параллельно, что дает возможность понизить КТ, поскольку происходит суммирование тока в этих катушках, в то время как в линии этот показатель остается без изменений.

Выбор

При выборе трансформатора тока в первую очередь необходимо учитывать номинальное напряжение прибора было не ниже, чем в сети, где он будет установлен. Например, для трехфазной сети с напряжением 380 В можно использовать ТТ с классом напряжения 0,66 кВ, соответственно для установок более 1000 В, устанавливать такие устройства нельзя.

Помимо этого I_НОМ ТТ должен быть равен или превышать максимальный ток установки, где будет эксплуатироваться прибор.

Кратко изложим и другие правила, позволяющие не ошибиться с выбором ТТ:

Сечение кабеля, которым будет подключаться ТТ к цепи вторичной нагрузки, не должно приводить к потерям сверх допустимой нормы (например, для класса точности 0,5 потери не должны превышать 0,25%).
Для систем коммерческого учета должны использоваться устройства с высоким классом точности и низким порогом погрешности.
Допускается установка токовых трансформаторов с завышенным КТ, при условии, что при максимальной нагрузке ток будет до 40% от номинального.

Посмотреть нормы и правила, по которым рассчитываются измерительные трансформаторы тока (в том числе и высоковольтные) можно в ПУЭ ( п.1.5.1.). Пример расчета показан на картинке ниже.

Пример расчета трансформатора тока

Что касается выбора производителя, то мы рекомендуем использовать брендовую продукцию, достоинства которой подтверждены временем, например ABB, Schneider Electric b и т.д. В этом случае можно быть уверенным, что указанные в паспорте технические данные, а методика испытаний соответствовала нормам.

Обслуживание

Необходимо обратить внимание, что при соблюдении режима и условий эксплуатации, правильно подобранных номиналах и регулярном обслуживании ТТ будет служить 30 лет и более. Для этого необходимо:

Трансформатор тока, что это? Простыми словами.

Здравствуйте, на этом канале я пытаюсь объяснить сложное простыми словами.

В данном статье речь пойдёт о трансформаторе тока .

3 вида основных трансформаторов тока 3 вида основных трансформаторов тока

Прежде всего надо сказать, что это электрический аппарат. Нужен он для того, чтобы уменьшить величину электрического тока. Зачем? Например, для того чтобы подключить счётчик электрической энергии по которому у вас в доме идёт коммерческий расчёт.

Да, есть, конечно и счётчики прямого включения, но на данный момент он способен выдержать ток, величиной всего до 100 Ампер.

Устройство трансформатора тока:

Корпус для защиты от механических повреждений и изоляции обмоток (для безопасности).
Первичная обмотка(та где проходит большой ток).
Вторичная обмотка (та, где ток уже маленький, их бывает сразу несколько для разных целей, в основном это измерение и защита).
Сердечник - элемент для усиления магнитного потока, состоит из множества стальных пластин, покрытых специальным лаком. На нём крепятся обмотки.

Принцип работы трансформатора тока:

Для того, чтобы понять принцип работы, необходимо знать закон электромагнитной индукции.

Когда ток проходит по первичной обмотки (а ток это движущийся электрический заряд), он создаёт магнитное поле, которое пронизывает вторичную обмотку и создаёт там силу, заставляющую двигаться покоящимся до этого зарядам. Вот поэтому там и начинает протекать ток.

Что такое трансформатор тока? И зачем он нужен?

Трансформатор тока предназначен для преобразования значения тока до удобной величины для измерений, а также для электрического разделения первичных высоковольтных цепей от низковольтных вторичных цепей измерения и релейной защиты. Что же означает до удобной величины? Представьте, например, по ЛЭП напряжением 500 кВ протекает ток 1000 А. Чтобы измерить ток без трансформатора тока, каким же получится амперметр? Огромный по габаритам и очень дорогой и небезопасный. А как организовывать цепи защит и учёта на таком высоченном напряжении? Тоже непонятно и физически сложно представить.

Так вот трансформатор тока преобразует значение тока в первичной электрической цепи, в значение 1 А либо 5 А во вторичных цепях, одновременно разделяя цепи высокого и низкого напряжений. Трансформаторы тока всегда имеют однофазное исполнение. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током. Также в его составе имеется несколько вторичных обмоток с разными классами точности. Чтобы трансформатор тока не влиял на значение измеряемого тока, сопротивление его первичной обмотки должно быть близким к нулю. Поэтому число витков первичной обмотки обычно равно 1, а вторичной напротив может достигать десятков тысяч.

Начало и конец первичной обмотки обозначаются Л1 и Л2, вторичной И1 и И2 Начало и конец первичной обмотки обозначаются Л1 и Л2, вторичной И1 и И2

Для снижения напряжения во вторичных цепях до небольших значений при пробое изоляции первичной обмотки и переходе высокого напряжения во вторичные цепи, один из выводов каждой вторичной обмотки заземляется. Это предохраняет устройства вторичных цепей (приборы, реле) от пробоя и обеспечивает безопасность эксплуатации.

Чтобы измерить ток первичной цепи, по амперметру, подключенному к одной из вторичных обмоток, определяют вторичный ток и умножают его значение на коэффициент трансформации данной вторичной обмотки I1=КтI2. А зачем вообще измерять ток в первичных высоковольтных цепях?

Это надо делать по нескольким причинам. Во-первых, чтобы контролировать режим работы энергосистемы и оборудования и не допускать перегрузок. Во-вторых, как мы выяснили, к трансформатору тока подключаются цепи релейной защиты, и, если случается короткое замыкание, например, она сразу же это понимает и отключает повреждённый участок, всё благодаря измерению тока. Ну и в-третьих, существуют цепи учёта электроэнергии. За бесплатно её никто не будет отдавать))

Трансформаторы тока (ТТ), принцип работы и область применения

Функционирующие энергетические системы требуют постоянного контроля и различных коммутирующих действий. И для того, чтобы преобразовывать высоковольтные электрические величины в пропорционально измененные аналоги и используются трансформаторы. В частности для уменьшения первичного тока до приемлемых величин для измерительных и защитных приборов используются трансформаторы тока. О них и пойдет речь в приведенном материале.

Как функционирует трансформатор тока

Работа трансформатора тока (ТТ) основана на законе об электромагнитной индукции, который работает в электрических и магнитных полях. Они подвержены изменениям по форме гармоник синусоидальных величин переменного характера.

В трансформаторе тока происходит трансформация первичного вектора тока во вторичное значение с полным соблюдением пропорциональности и с сохранением угла.

По выше представленной схеме можно понять процессы, идущие в работающем в трансформаторе тока. И они выглядят так:

По силовой обмотке 1 проходит ток I1, при этом преодолевается сопротивление обмотки Z1. Благодаря этому процессу вокруг катушки образовывается магнитный поток Ф1, который улавливается магнитопроводом, размещенным под прямым углом к направлению вектора I1. Благодаря именно подобному размещению обеспечиваются наименьшие потери электрической энергии при трансформации ее в магнитную.

Сформированный магнитный поток Ф1 пронизывает не только силовую катушку 1, но также и пронизывает вторичную обмотку 2. В результате этого во вторичной катушке наводится ЭДС E2, под влиянием оной в 2 формируется I2, уже преодолевающий сопротивление катушки Z2 и сопротивление нагрузки Zн. В результате данного процесса на выводах вторичной обмотки формируется падение напряжения U2.

При этом магнитный поток Ф2 уменьшает магнитный поток Ф1, а Ф трансформатора тока формируется геометрическим сложением двух векторов Ф1 и Ф2.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока задается соотношением векторов I1/I2. И данное значение закладывается при разработке (производстве) изделий. По причине того, что в работающем ТТ протекающий ток постоянно меняется, данный коэффициент указывается в номинальной форме, например 600/5. Это Указывает на то, что данный ТТ рассчитан максимум на 600 Ампер и если такой ток будет в первичке, то ток во вторичке будет равен 5 Ампер.

Так же при проектировании закладывается еще очень важный параметр – класс точности, которым характеризуется величина отклонения реальных значений ТТ от расчетных.

Опасные факторы при работе ТТ

Так как магнитопровод ТТ реализован из электротехнической стали, обладающей отличной токовой проводимостью и он связывает магнитным путем две изолированные обмотки, в процессе работы есть вероятность повреждения изолирующего слоя, в результате чего вторичка может оказаться под высоким потенциалом.

Поэтому чтобы избежать электротравм среди обслуживающего персонала и сохранению работоспособности подключенного оборудования, один из выводов вторичной обмотки в обязательном порядке заземляется.

Что такое трансформаторы тока

Трансформатор тока – это специальный вспомогательный прибор, применяющийся при включении различных измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока. Преобразует ток любого напряжения и значения в такой, который удобен для измерения, питания обмоток реле и отключающих устройств. Изолирует приборы и защищает обслуживающий персонал от воздействия высокого напряжения.

Содержание

Для чего нужен трансформатор тока

Все трансформаторы выполняют ответственную и важную функцию – контролируют состояние лектрического тока в сети. При подключении к силовому реле происходит постоянная проверка сети, наличия и состояния заземления. При появлении аварийного значения тока он осуществляет защиту, отключает оборудование, подключенное к сети. Между проходящим, по вторичной обмотке и током, проходящим в первичной обмотке трансформатора, существует прямая пропорциональная зависимость. Это означает, что измеряя значение напряжения на вторичной обмотке, можно достаточно точно вычислить значение переменного тока высокого напряжения в первичной обмотке.

Применение трансформаторов тока

Все трансформаторы подразделяются на трансформаторы для измерений и для защиты. Существуют конструкции в которых совмещаются обе функции.

Трансформаторы для измерений

Применяются в электрических цепях, где проходит большое напряжение и нет возможности для прямого подключения измерительных приборов. Их основная функция – передача данных об электротоке на приборы для его измерения. Все тестеры – ваттметры, амперметры, различные счетчики и другие подключаются к вторичной обмотке трансформатора. Другими словами, измерительный трансформатор преобразует переменный т0к высокого напряжения в такой, величину которого возможно измерить с помощью стандартных измерительных приборов. Кроме того, происходит изоляция их от напряжения с целью обеспечения электробезопасности.

Применение электрического тока в металлах

Трансформаторы для защиты

Передают измеренную информацию о состоянии напряжения в приборы управления и защиты. Таким образом, защитный трансформатор преобразует переменный ток любого (как правило, высокого) значения, в значение которого позволяет использовать его при работе реле автоматических защитных систем. Также изолируют оборудование и электрические цепи, с которыми работают люди от цепей высокого напряжения. Сила тока и напряжение – основные характеристики состояния его в электрической цепи.

Измерительные приборы, подключаемые для оценки этих характеристик, могут изменять измеряемые параметры. Поэтому, даже самые точные, идеальные тестеры не смогут дать точной картины, так как значения измеряемых параметров отличаются от тех, которые были до их включения. Для получения более точных данных необходимо учитывать возникающую погрешность измерения.

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Для измерения величин с большими значениями применяются трансформаторы тока. С этой целью выполняется последовательное включение первичной обмотки устройства в цепь с переменным током, значение которого необходимо измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам. Между токами в первичной и вторичной обмотке существует определенная пропорция. Все трансформаторы этого типа отличаются высокой точностью. В их конструкцию входит две и более вторичных обмоток, к которым подключаются защитные устройства, измерительные средства и приборы учета.

Содержание

Что такое трансформатор тока?

К трансформаторам тока относятся устройства, в которых вторичный ток, применяемый для измерений, находится в пропорциональном соотношении с первичным током, поступающим из электрической сети.

Включение в цепь первичной обмотки осуществляется последовательно с токопроводом. Подключение вторичной обмотки выполняется на какую-либо нагрузку в виде измерительных приборов и различных реле. Между токами обеих обмоток возникает пропорциональная зависимость, соответствующая количеству витков. В трансформаторных устройствах высокого напряжения выполняется изоляция между обмотками из расчета на полное рабочее напряжение. Как правило производится заземление одного из концов вторичной обмотки, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно одинаковыми.

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут совмещаться.

Измерительные трансформаторы передают полученную информацию к подключенным измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях с высоким напряжением, в которые невозможно включить напрямую приборы для измерений. Поэтому только во вторичную обмотку трансформатора выполняется подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток ваттметров и прочих приборов учета. В результате, трансформатор преобразует переменный ток даже очень высокого значения, в переменный ток с показателями, наиболее приемлемыми для использования обычных измерительных приборов. Одновременно обеспечивается изоляция измерительных приборов от цепей с высоким напряжением, повышается электробезопасность обслуживающего персонала.
Защитные трансформаторные устройства в первую очередь передают полученную измерительную информацию на устройства управления и защиты. С помощью защитных трансформаторов, переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток с наиболее подходящим значением, обеспечивающим питание устройств релейной защиты. Одновременно выполняется изоляция реле, к которых имеется доступ персонала, от цепей высокого напряжения.

Коэффициент трансформации трансформатора

Назначение трансформаторов

Трансформаторы тока относятся к категории специальных вспомогательных приборов, используемых совместно с различными измерительными устройствами и реле в цепях переменного тока. Главной функцией таких трансформаторов является преобразование любого значения тока до величин, наиболее удобных для проведения измерений, обеспечения питания отключающих устройств и обмоток реле. За счет изоляции приборов, обслуживающий персонал оказывается надежно защищен от поражения током высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей с высоким напряжением, когда отсутствует возможность прямого подключения измерительных приборов. Их основное назначение заключается в передаче полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключаемые к вторичной обмотке.

Немаловажной функцией трансформаторов является контроль над состоянием электрического тока в цепи, к которой они подключены. Во время подключения к силовому реле, выполняются постоянные проверки сетей, наличие и состояние заземления. Когда ток достигает аварийного значения, включается защита, отключающая все используемое оборудование.

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Классификация трансформаторов тока

Все трансформаторы тока можно классифицировать, в зависимости от их особенностей и технических характеристик:

Трансформатор в электрических цепях

Стандартный трансформатор является статическим электромагнитным устройством с двумя и более обмотками, индуктивно связанными между собой посредством магнитопровода. Его основная функция заключается в преобразовании одного значения напряжения в другое, с сохранением одной и той же частоты. Трансформатор в электрических цепях применяется в самых различных областях. Он используется для передачи электроэнергии, а также в электронных и радиотехнических схемах.

Содержание

Что такое трансформатор

По своей сути, трансформатор является преобразователем электрического тока. Для изменения напряжения используется электромагнитная индукция.

Основные принципы работы данных устройств заключаются в следующем:

Электрический ток изменяется во времени и создает магнитное поле, подверженное аналогичным изменениям.
Измененный магнитный поток, проходящий через обмотку трансформатора, вызывает появление в ней электромагнитной индукции. Некоторые устройства с высокими или сверхвысокими частотами могут не иметь магнитопровода. В идеальном варианте не должно быть потерь электроэнергии, расходуемой на потоки рассеивания и нагрев обмоток.

Трансформаторы могут работать в различных режимах:

Холостой ход. В данном случае вторичная цепь устройства разомкнута и ток по ней не проходит. Компенсация напряжения источника питания происходит за счет компенсации электродвижущей силы индукции в первичной обмотке.
Режим нагрузки. Вторичная цепь находится в замкнутом состоянии. В ней появляется ток, под действием которого в магнитопроводе возникает магнитный поток. Он действует в противоположном направлении относительно магнитного потока, возникающего в первичной обмотке. Равновесие ЭДС индукции с источником питания оказывается нарушенным. В результате, ток в первичной обмотке будет увеличиваться, пока значение магнитного потока не выйдет на прежний уровень. Это основной рабочий режим для любого трансформатора.
В режиме короткого замыкания вторичная цепь замыкается накоротко. Данное состояние позволяет определить, насколько теряется полезная мощность трансформатора при нагреве проводов. Подача небольшого переменного напряжения осуществляется на первичную обмотку. Его величина должна быть одинаковой с номинальным током устройства.

Из чего состоит трансформатор

Основой каждого трансформатора является замкнутый сердечник, выполняющий функцию магнитопровода. Для его изготовления применяется электротехническая сталь в виде листов, толщиной 0,35 – 0,5 мм. На магнитопровод наматываются изолированные медные провода.

Участки сердечника с обмотками носят название стержней, а те, которые без обмоток, называются ярмами. Обмотка, на которую поступает электроэнергия, именуется первичной. Другая обмотка, из которой выходит преобразованный ток, называется вторичной. Они обе разделены между собой путем электрической изоляции, кроме автоматических трансформаторов.

Тороидальный трансформатор

Величины каждой обмотки определенным образом соотносятся между собой. Например, отношение напряжения между концами первичной и вторичной обмотки такое же, как и соотношение количества витков в этих обмотках.

В процессе работы трансформатора электрическая энергия, поступающая из сети в первичную обмотку, преобразуется в магнитное поле. Далее, попадая во вторичную обмотку, энергия магнитного поля вновь превращается в электроэнергию с такой же частотой, но с другим значением. На практике таких показателей достичь невозможно, поскольку КПД устройства всегда меньше единицы, поскольку имеют место потери энергии при нагреве обмоток и стержней. Если трансформатору обеспечен нормальный режим работы, то в этом случае КПД может составить даже 0,98 – 0,99.

Виды трансформаторов

Современные трансформаторные устройства имеют множество разновидностей и применяются в самых различных областях.

Силовые трансформаторы

Передача электроэнергии на расстояние осуществляется с помощью силовых трансформаторов. Эти низкочастотные приборы выполняют ее прием и преобразование. Название силовых они получили из-за работы с напряжением, которое может достигать более 1000 киловольт.

В городах такие трансформаторы понижают напряжение до 0,4 кВ, превращая в 380 или 220 вольт, необходимых для нормального потребления. Эти устройства оборудуются двумя, тремя и более обмоток, что позволяет одновременно преобразовывать напряжение сразу с нескольких генераторов. Нормальный температурный баланс поддерживается с помощью трансформаторного масла, а в особо мощных приборах дополнительно установлена система активного охлаждения.

Сетевые трансформаторы

До недавнего времени практически во всех электрических приборах устанавливались сетевые однофазные трансформаторы. С помощью этих устройств, обычное напряжение сети в 220 вольт снижалось до необходимого уровня в 5, 12, 24 и 48 В.

В сетевых трансформаторах практиковалась установка сразу нескольких вторичных обмоток. Такая конструкция обеспечивала питание разных частей схемы сразу от нескольких источников питания. Например, трансформатор накаливания обязательно присутствовал в схемах с радиолампами.

В современных приборах этого типа используются Ш-образные, тороидальные или стержневые сердечники. Их основой являются пластины, выполненные из электротехнической, стали. При тороидальной форме магнитопровода трансформаторы получаются более компактными, обмотка проходит по всей поверхности, не оставляя пустых участков ярма.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы также относятся к низкочастотным устройствам, в которых первичная и вторичная обмотка дополняет друг друга. Между ними существует не только магнитная, но и электрическая связь. Единственная обмотка оборудована сразу несколькими выводами, что позволяет получать разные значения напряжения. Данные устройства отличаются более низкой стоимостью, поскольку провода для обмоток нужно меньше, как и стали для сердечника. В итоге общая масса прибора также снижается.

Типы трансформаторов тока

Лабораторные трансформаторы

Для выполнения специфических задач используются лабораторные трансформаторы. С его помощью выполняется плавная регулировка напряжения. Конструкция выполнена в виде тороидального трансформатора. В единственной обмотке имеется неизолированная дорожка, позволяющая подключаться к любому витку. Для контакта с дорожкой используется скользящая угольная щетка, для управления которой предусмотрена специальная поворотная ручка. Данные устройства чаще всего применяются в лабораторных условиях, чтобы выполнить наладку оборудования.

Трансформаторы тока

Многие измерительные работы проводятся с применением трансформаторов тока. Специфика работы этих устройств заключается в подключении первичной обмотки к источнику тока, а вторичной – к измерительным или защитным приборам с незначительным внутренним сопротивлением.

В состав первичной обмотки входит всего один виток в виде единственного провода. Для проведения измерений выполняется его последовательное включение в цепь переменного тока. В результате, возникает пропорция между токами первичной и вторичной обмотки, используемой только под нагрузкой. В противном случае, слишком высокое напряжения во вторичной обмотке может привести к пробою изоляции. Кроме того, ее размыкание приведет к выгоранию магнитопровода под действием наведенного некомпенсированного тока.

Конструкция прибора состоит из сердечника, материалом для которого служит кремнистая шихтованная холоднокатаная электротехническая сталь. На него наматываются изолированные обмотки в количестве одной или нескольких, выполняющие функции вторичных. В качестве первичной обмотки чаще всего используется обычная шина или провод с измеряемым током, пропущенный через отверстие в магнитопроводе. Основным параметром трансформатора тока является коэффициент трансформации.

Импульсные трансформаторы

Многие устройства, например, сварочные аппараты, сетевые блоки питания, инверторы и другие аналогичные устройства не могут обойтись без импульсных трансформаторов. Основным конструктивным элементом стандартного прибора служит ферритовый сердечник, представленный большим количеством разнообразных форм. Их главным преимуществом является способность работы на частоте 500 кГц и выше.

Поскольку данное устройство относится к высокочастотным трансформаторам, его габаритные размеры существенно снижаются с увеличением частоты. Обмотки требуют меньшего количества проводов, а высокочастотный ток в первичной цепи вырабатывается за счет применения полевых или биполярных транзисторов.

Как работает трансформатор тока

Маркировка трансформаторов

Очень многие пользователи не всегда обращают внимания на маркировку трансформаторов, а некоторые просто не умеют правильно ее расшифровывать. Основные конструкции маркируются как ТМ, ТМЗ, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН, ТДН, ТДНС и так далее.

Буквенные обозначения соответствуют следующим характеристикам:

Т – трехфазное устройство.
Р – разделение обмотки низкого напряжения на две части.
С – сухой трансформатор.
М – наличие масляного охлаждения с естественной циркуляцией.
Ц – принудительная циркуляция воды и масла. Вода циркулирует по трубам, а масло течет между ними в виде ненаправленного потока.
МЦ – циркуляция воздуха – естественная, а масло циркулирует принудительно, ненаправленным потоком.
Д – движение масла принудительное, а воздуха – естественное.
ДЦ – принудительное движение воздуха и масла.
Н – регулировка напряжения осуществляется под нагрузкой.
С – если проставлена в конце маркировки, значит трансформатор используется для собственных нужд электростанции.
З – трансформатор без расширителя, герметичный, с азотной подушкой.

Трансформаторы с тремя обмотками маркируются как ТМТН, ТДТН, ТДЦТН, где на три обмотки указывает вторая буква Т. Наличие буквы А указывает на автотрансформатор, О – однофазное устройство, Г – грозоупорная конструкция.

Кроме того, в маркировке указывается класс напряжения, применяемый в работе, режим и условия функционирования, а также точная конструкция устройства. Номинальная мощность и класс напряжения проставляется после буквенной маркировки через дефис. Обозначение имеет вид дроби, где числитель является номинальной мощностью в киловольт-амперах, а знаменатель соответствует классу напряжения в киловольтах.

Применение трансформатора

Недостаточно только выработать электрическую энергию. Не меньшую сложность представляет ее передача на значительные расстояния и дальнейшее распределение среди потребителей. И здесь не обойтись без специальных аппаратов – трансформаторов, выполняющих повышение или понижение напряжения.

Каждый трансформатор в электрических цепях может применяться на открытом воздухе или внутри помещений. Эти устройства дали возможность передачи электроэнергии с минимальными потерями в проводах, за счет уменьшенной площади сечения.

Высокое напряжение, поступающее со станции, не может напрямую поставляться потребителям. Поэтому на входе производится установка понижающих трансформаторов. Они доводят ток до нужного значения, при котором нормально функционирует оборудование и бытовая техника.

Читайте также: