Если в обмотке трансформатора замкнется один виток трансформатор выходит из строя почему

Обновлено: 17.05.2024

Неисправности и защита трансформаторов

Существуют различные виды трансформаторов, такие как двухобмоточные или трехобмоточные силовые трансформаторы, автотрансформаторы, регулирующие, заземляющие, измерительные трансформаторы и т. д. Различные трансформаторы требуют различных схем защиты в зависимости от их важности, подключений обмоток, методов заземления и режима операции и т. д.

Обычной практикой является обеспечение релейной защиты Бухгольца для всех трансформаторов 0,5 МВА и выше. В то время как для всех распределительных трансформаторов небольшого размера в качестве основного защитного устройства используются только высоковольтные предохранители. Для всех более крупных и важных распределительных трансформаторов применяется защита от перегрузки по току и ограниченная защита от замыканий на землю. Дифференциальная защита должна быть обеспечена в трансформаторах с номиналом выше 5 МВА.

Природа ошибок трансформатора

Хотя электрический силовой трансформатор является статическим устройством, но внутреннее напряжение, возникающие из-за ненормальной работы системы, должны быть принято во внимание.

Распространенные типы неисправностей трансформатора:

• Перегрузки по току из-за перегрузок и внешних коротких замыканий;
• Терминальные неисправности;
• Обмотки;

Все вышеперечисленные неисправности вызывают механические и термические напряжения внутри обмотки трансформатора и его соединительных клемм. Термические напряжения приводят к перегреву, что в конечном итоге влияет на систему изоляции оборудования. Ухудшение изоляции приводит к повреждениям обмоток. Выход из строя системы охлаждения трансформатора приводит к его перегреву. Таким образом, схемы защиты трансформатора очень необходимы.

Общие повреждения обмоток в трансформаторе - это либо замыкания на землю, либо межвитковые замыкания. Межфазные неисправности в трансформаторе встречаются редко. Сбои фазы в электрическом оборудовании могут возникать из-за пробоя на входе и неисправностей в оборудовании устройства РПН. Какими бы ни были неисправности, трансформатор должен быть немедленно изолирован во время неисправности, в противном случае в системе электроснабжения может произойти серьезный сбой.

Начальные неисправности - это внутренние неисправности, которые не представляют непосредственной опасности. Но если эти ошибки игнорируются и не учитываются, это может привести к серьезным последствиям в будущем. К неисправностям в этой группе относятся главным образом короткое замыкание между слоями из-за повреждения изоляции между слоями в сердечнике, понижения уровня масла из-за утечки масла, перекрытия путей потока масла. Все эти моменты приводят к перегреву. И опять на помощь приходит схема защиты трансформатора.

Почему при замыкании одного витка обмотки трансформатор выходит из строя?

Потому что по этому витку течет большой ток короткого замыкания. Тренсформатор работает на его разогрев.

Остальные ответы

ток обмотки возрастает

потому что в этом витке будет весь ток) ) всё магнитное поле будет на него работать а в остальных обмотках ничего не останется

Ответы, безусловно, правильные, вот только замыкание 1-2 витков трансформатора не приведёт к выходу из строя всего трансформатора. Уж очень там низкое напряжение. Просто немного увеличится ток холостого хода.

При замыкании одного, как правило, сразу из строя не выходит, просто такое повреждение часто носит развивающийся лавинообразный характер - витковое замыкание увеличивает ток, протекающий по обмотке, что приводит к ее нагреву выше допустиого, разрушению межвитковой изоляции и последующим витковым замыканиям, которые еще более увеличивают ток. Маленькие трансы (а также катушки реле, электромагнитов включения-отключения и т. п. ) так и горят, а в крупных силовых имеется чувствительная дифференциальная защита, способная выявить развивающееся повреждение в первые пару десятков миллисекунд, ну и технологические защиты от перегрева обмоток, масла.

Во первых вопрос неправильный замыкание называется межвитковое, что означает между витками. Почему оно происходит. Потому что между витками даже 1 обмотки существует разность потенциалов, между 1 и 2 малое, между 1 и последним фактически прикладываемое. Как правило пробой происходит там где большая разность потенциалов, малое расстояние между витками и плохая изоляция. Витки изолируются друг от друга лаком, бумагой, лакотканью, маслом и т. д. в зависимости от типа трансформатора. Если изоляция плохая происходит пробой. Когда происходит пробой начинаются сложные переходные процессы поскольку мгновенно меняется коэфициент трансформации-изменилось количество витков в одной из обмоток трансформатора, при работе под нагрузкой опасно скачет напряжение и ток, в том числе и в других обмотках. Пробой это искра-пожар. В масляных трнсформаторах пробой соправождается выбросом газов-для этого стоит газовое реле, выхлопная труба, или подрывные клапаны. Взрыв в внутри трансформатора-портит масло, ухудшаются изоляционные свойства и деформирует обмотку, нарушая расчитанную электромагнитную картину. Трансформатор становится негодным, выкидывается или на капремонт с заменой обмотки. Поэтому ставят защиты и проводят испытания.
Но не надо пугаться для изменения числа витков в трансформаторах ставят РПН (регулятор под напряжением) , где в процессе работы меняется число витков в 1 обмотке- для регулировки напряжение как правило +-5%

Если в обмотке трансформатора замкнется один виток, трансформатор выходит из строя. Почему?

Ответ:Пусть нам дан источник переменного напряжения счастотой ω и действующим значением U. Индуктивностькатушки трансформатора L, а активное сопротивление R.По катушке течет ток I =L/Uω, так как активноесопротивление много меньше индуктивного R << ω L.Количество выделившегося тепла равно:

При незамкнутом витке:

Есть риск сгорания трансформатора.

Источник:

Решебник по физике за 11 класс (Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, 2000 год),
задача №6
к главе «Глава 3. Производство, передача и использование электрической энергии».

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Если кратко, автор той статьи утверждал, что магнитный поток не принимает участия в передаче энергии через трансформатор, поскольку теория говорит, что он постоянен. Общий магнитный поток в трансформаторе, идеальном, действительно не зависит от тока нагрузки. В реальном трансформаторе общий магнитный поток имеет некоторую зависимость от тока нагрузки. Поэтому говорят, что он почти не зависит. Тем не менее, магнитный поток принимает самое непосредственного участие в работе трансформатора.

О том, как работает трансформатор, написано много статей. Но чаще всего трансформатор описывается с точки зрения электротехники. Я же опишу его работу с точки зрения и электротехники, и физики. Начнем с самого начала, хоть оно и кажется элементарным.

Электрический ток в направленное движение заряженных частиц. Это могут быть, например, электроны или ионы. А движение заряженных частиц порождает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется двумя величинами, вектором напряженности магнитного поля Н и вектором магнитной индукции В. Эти величины связаны между собой

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

J это магнитный момент, или вектор намагниченности среды в данной точке Мы не будем принимать во внимание какие либо внешние магнитные поля и эффекты, поэтому J=0. μ это относительная магнитная проницаемость среды, а μ0 это магнитная постоянная. Для вакуума μ=1. Если μ не зависит от напряженности магнитного поля, то такую среду называют изотропной. Мы будем рассматривать именно такую среду, а про анизотропность поговорим позднее. Число в скобках это номер формулы, что бы было удобнее ссылаться на них в тексте.

Теперь переходим к рассмотрению катушки с током. Начнем с одного витка, или контура. Текущий по контуру ϒ электрический ток создает в каждой точке пространства r0 магнитное поле с индукцией (для вакуума)

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Это закон Био-Савара-Лапласа. Здесь r это положение точек самого контура. Для примера, магнитная индукция поля катушки, длина которой намного больше ее диаметра, намотанная проводом, диаметр которого много меньше диаметра катушки, через которую течет постоянный ток хорошо известна и вовсе не столь устрашающая (с учетом магнитной проницаемости среды)

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Обратите внимание на те условия, для которых эта формула применима. Именно эти ограничения позволяют формуле быть такой простой. Теперь введем понятие магнитного потока Ф, который является потоком вектора индукции В через через поверхность S.

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

При изменении магнитного потока, пронизывающего какой либо контур, в контуре наводится ЭДС. Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления контура ψ

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Потокосцепление равно алгебраической сумме всех пронизывающих контур потоков. Если все витки обмотки w пронизываются потоком Ф, то ψ=wФ. Нужно отметить, что ψ это полное (результирующее) потокосцепление контура (обмотки). Оно создается не только внешним, по отношению к данному контуру потоком, но и собственным потоком пронизывающим контур при протекании по нему электрического тока.

Наведение ЭДС в контуре при изменении тока протекающего через этот контур называют самоиндукцией. Наведенную ЭДС называют ЭДС самоиндукции.

Формулу (4), с учетом того, что поверхность S у нас не изменяется, и заменив поток на потокосцепление, можно выразить как ψ=Li. Здесь L это коэффициент пропорциональности между ψ и i, который называют индуктивностью. Подставив это в формулу (5) получим

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Следовательно, ЭДС самоиндукции в катушке пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке. Если ток не меняется, то ЭДС самоиндукции равна 0. Минус означает, что ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в катушке.

Теперь возьмем вторую катушку и расположим ее так, что бы их магнитные потоки частично пересекались. Такие катушки называются магнитно связанными. Теперь у нас изменяющийся магнитный поток первой катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС во второй. А изменяющийся магнитный поток второй катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС в первой. Наведение ЭДС в каком либо контуре при изменении тока в другом контуре называют взаимоиндукцией. А наведенную ЭДС называют ЭДС взаимоиндукции.

Поток Ф1, создаваемый током первой катушки, частично замыкается (Ф11) не проходя через вторую, частично проходит через нее (Ф12). При этом Ф1=Ф11+Ф12. Аналогично для потока второй катушки Ф2=Ф22+Ф21. Полное потокосцепление катушек будет

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Если поток взаимоиндукции для катушки направлен согласно потоку самоиндукции, то в формулах (7) ставят знак плюс. При встречном направлении, знак минус. При этом ψ21 пропорционально току i2, а ψ12 пропорционально току i1.

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Коэффициенты пропорциональности численно равны друг другу М12=М21=М. Коэффициент М называют взаимной индуктивностью катушек. Полная ЭДС, индуцируемая в катушках будет суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции.

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Взаимная индуктивность М зависит только от взаимного расположения катушек, числа их витков, геометрических размеров и магнитной проницаемости среды.

Я назвал катушки магнитно связанными. Введем понятие коэффициента связи k

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Коэффициент связи равен 1 только в том случае, когда весь поток создаваемый первой катушкой, сцепляется со второй, и наоборот.

Собственно говоря, две магнитно связанные катушки это и есть трансформатор. И мы получили все формулы, которые описывают его работу. А теперь рассмотрим частный случай использования трансформатора для передачи энергии из первичной цепи во вторичную. Да, это именно частный случай, но, обычно, трансформатор так и используется.

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Мы рассматривали две катушки без сердечника, это так называемый воздушный трансформатор. Но большинство трансформаторов имеют сердечник. Мы, для упрощения, будем рассматривать сердечник магнитная проницаемость которого не зависит от напряженности магнитного поля. Фактически, в нашем случае, сердечник просто концентрирует магнитное поле внутри себя позволяя считать коэффициент связи, формула (10), равным 1.

К первой катушке, называемой первичной обмоткой, прикладывается напряжение u1, а вторичная обмотка (вторая катушка) подключается к нагрузке Z2 с, в общем случае, комплексным сопротивлением. Работа трансформатора описывается уже знакомыми нам формулами (9). При этом обмотки (катушки) включены встречно, то есть, в формулах будет стоять знак минус. Кроме того, вспомним второй закон Кирхгофа. Получим систему уравнений описывающих работу трансформатора

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Приложенное к первичной обмотке напряжение вызывает в ней протекание тока i1, который вызывает сцепленный с ней поток Ф1 Этот поток индуцирует в ней ЭДС самоиндукции, а во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. ЭДС взаимоиндукции вторичной вызывает протекание в ней тока нагрузки i2. Протекающий по вторичной обмотке ток вызывает сцепленный с ней поток Ф2, который наводит в ней ЭДС самоиндукции, а в первичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. Уравнения (11) отражают именно это. Суммарная ЭДС в каждой обмотке является алгебраической суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции. То есть именно так, как мы ранее и видели. Однако, вместо двух потоков, Ф1 и Ф2, мы можем рассматривать суммарный поток, или общий, магнитный поток Ф равный алгебраической сумме потоков Ф1 и Ф2. С учетом их встречного направления Ф=Ф1-Ф2.

В трансформаторе работающем в установившемся режиме под нагрузкой ЭДС в обмотках индуцируются именно этим общим потоком.

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Теперь посмотрим, что будет, если у нас изменится сопротивление нагрузки, например, уменьшится. При этом у нас увеличится ток i2, что вызовет увеличение магнитного потока Ф2 сцепленного с вторичной обмоткой. Это вызовет увеличение ЭДС взаимоиндукции для первичной обмотки, что приведет к увеличению тока i1 в первичной обмотке. Увеличение тока i1 в первичной обмотке вызовет увеличение сцепленного с ней потока Ф1. Если внимательно посмотреть на уравнения (11) и формулу (6), то будет видно, что увеличение потока Ф1 будет равно увеличению потока Ф2. То есть, общий поток у нас не изменится. Это одно из основных свойств трансформатора. Однако, обратите внимание, что не изменится именно общий, суммарный поток. Само изменение тока в цепи первичной обмотки было вызвано взаимоиндукцией, через изменение сцепленных с обмотками потоков. То есть, оба потока, и Ф1, и Ф2, увеличились, а вот их алгебраическая сумма осталась прежней. Нельзя считать, что общий поток это и есть сцепленный с каждой из обмоток поток, которые не меняются. Общий поток это лишь абстракция позволяющая описать установивший режим работы трансформатора, когда напряжение, подаваемое на первичную обмотку, когда неизменно сопротивление подключенной к вторичной обмотке нагрузки. То есть, только для случая постоянства протекающих по обмоткам токов. Это очень важный момент. И именно в этом допустил ошибку автор критикуемой мной статьи.

Чему же равен этот общий поток? Давайте рассмотрим работу трансформатора с не подключенной к вторичной обмотке нагрузке. Это называется режимом холостого хода. В этом случае вторичная обмотка не оказывает влияния на ток первичной обмотки, так как ток в ней отсутствует. Ток холостого хода первичной обмотки будет определяться формулой (6). Общий магнитный поток идеального трансформатора будет равен магнитному потоку холостого хода. И, для установившегося режима, не будет зависеть от тока нагрузки.

Можно ввести понятие коэффициента трансформации

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Это отношение числа витков первичной обмотки, к числу витков вторичной. Решение системы уравнений (11) с учетом коэффициента трансформации даст нам хорошо известные формулы

Межвитковое замыкание якоря, статора, трансформатора. Как определить замыкание между витками.

Электродвигатели часто выходят из строя, и основной причиной для этого является межвитковое замыкание. Оно составляет около 40% всех поломок моторов. От чего возникает замыкание между витками? Для этого есть несколько причин.

Основная причина – излишняя нагрузка на электродвигатель, которая выше установленной нормы. Статорные обмотки нагреваются, разрушают изоляцию, происходит замыкание между витками обмоток. Неправильно эксплуатируя электрическую машину, работник создает чрезмерную нагрузку на электродвигатель.

Нормальную нагрузку можно узнать из паспорта на оборудование, либо на табличке мотора. Лишняя нагрузка может возникнуть из-за поломки механической части электромотора. Подшипники качения могут послужить этой причиной. Они могут заклинить от износа или отсутствия смазки, в результате этого возникнет замыкание витков катушки якоря.

Замыкание витков возникает и в процессе ремонта или изготовления двигателя, в результате брака, если двигатель изготавливали или ремонтировали в неприспособленной мастерской. Хранить и эксплуатировать электромотор необходимо по определенным правилам, иначе внутрь мотора может проникнуть влага, обмотки отсыреют, как следствие возникнет витковое замыкание.

С витковым замыканием электродвигатель работает неполноценно и недолго. Если вовремя не выявить межвитковое замыкание, то скоро придется покупать новый электродвигатель или полностью новую электрическую машину, например, электродрель.

При замыкании витков обмотки двигателя повышается ток возбуждения, обмотка перегревается, разрушает изоляцию, происходит замыкание других витков обмотки. Вследствие повышения тока может послужить причиной выхода из строя регулятора напряжения. Витковое замыкание выясняется сравнением обмоточного сопротивления с нормой по техусловиям. Если оно снизилось, обмотка подлежит перемотке, замене.

Как найти межвитковое замыкание

Замыкание витков легко определить, для этого есть несколько методов. Во время работы электродвигателя обратите внимание на неравномерный нагрев статора. Если одна его часть нагрелась больше, чем корпус двигателя, то необходимо остановить работу и провести точную диагностику мотора.

Существуют приборы для диагностики замыкания витков, можно проверить токовыми клещами. Нужно измерить нагрузку каждой фазы по очереди. При разнице нагрузок на фазах надо задуматься о наличии межвиткового замыкания. Можно перепутать витковое замыкание с перекосом фаз сети питания. Чтобы избежать неправильной диагностики, надо измерить приходящее напряжение питания.

Обмотки проверяют мультиметром путем прозвонки. Каждую обмотку проверяем прибором отдельно, сравниваем результаты. Если замкнуты оказались всего 2-3 витка, то разница будет незаметна, замыкание не выявится. С помощью мегомметра можно прозвонить электромотор, выявив наличие замыкания на корпус. Один контакт прибора соединяем с корпусом мотора, второй к выводам каждой обмотки.

Если нет уверенности в исправности двигателя, то необходимо произвести разборку мотора. При разборе нужно осмотреть обмотки ротора, статора, наверняка будет видно место замыкания.

Наиболее точным методом проверки замыкания между витками обмоток является проверка понижающим трансформатором на трех фазах с шариком подшипника. Подключаем на статор электромотора в разобранном виде три фазы от трансформатора с пониженным напряжением. Кидаем шарик подшипника внутрь статора. Шарик бегает по кругу – это нормально, а если он примагнитился к одному месту, то в этом месте замыкание.

Можно вместо шарика применить пластинку от сердечника трансформатора. Ее также проводим внутри статора. В месте замыкания витков, она будет дребезжать, а где замыкания нет, она просто притянется к железу. При таких проверках нельзя забывать про заземление корпуса двигателя, трансформатор должен быть низковольтным. Опыты с пластинкой и шариком при 380 вольт запрещаются, это опасно для жизни.

Самодельный прибор для определения виткового замыкания

Сделаем дроссель своими руками для проверки межвиткового замыкания в обмотке двигателя. Нам понадобится П-образное трансформаторное железо. Его можно взять, например, от старого вибрационного насоса «Ручеек», «Малыш». Разбираем его нижнюю часть, хорошо нагреваем ее. Там имеются катушки, залитые эпоксидной смолой.

Трансформатор

Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, потребляющую электроэнергию, или, как говорят, нагрузить трансформатор, то под действием ЭДС ₂ во вторичной обмотке появится ток i₂. Этот ток создает в сердечнике трансформатора свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшать изменения магнитного потока в сердечнике.

Однако несмотря на появление нового магнитного потока, порожденного током i₂ во вторичной обмотке, магнитный поток, пронизывающий сердечник трансформатора, сохраняет ту же амплитуду Ф_m, что и при холостом ходе. Это объясняется тем, что при любых нагрузках падение напряжения в первичной обмотке незначительно из-за того, что ее активное сопротивление мало. Поэтому равенство (3.3.8) остается справедливым и для нагруженного трансформатора. Для действующих значений оно запишется так:

U₁ = ₁. (3.3.11)

Следовательно, при неизменном первичном напряжении U₁ остаются практически неизменными ЭДС ₁ и связанная с ней амплитуда магнитного потока Ф_m. В самом деле,

Это может быть лишь в том случае, если магнитный поток, порождаемый током первичной обмотки, увеличится по сравнению с потоком при холостом ходе настолько, что сможет компенсировать размагничивающее действие магнитного потока вторичной обмотки трансформатора. Значит, когда трансформатор нагружен, то появление тока во вторичной обмотке приводит к возрастанию силы тока в первичной обмотке. Иными словами, отдача энергии нагрузке через вторичную обмотку трансформатора сопровождается увеличением потребления энергии от сети первичной обмоткой.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Мощность, потребляемая первичной обмоткой трансформатора из сети, равна

а мощность, отдаваемая трансформатором потребителям (мощность, потребляемая нагрузкой), равна

При работе трансформатора Р₁ > Р₂. Разность между потребляемой трансформатором мощностью Р₁ и мощностью Р₂, потребляемой нагрузкой, представляет собой мощность, теряемую в трансформаторе. Потери мощности в трансформаторе (Р₁ - Р₂) состоят из двух частей: во-первых, это потери в обмотках трансформатора Р_o и, во-вторых, это потери в сердечнике Р_с.

Мощность потерь в обмотках

где R₁ и R₂ — активные сопротивления первичной и вторичной обмоток. Мощность P_o зависит от активного сопротивления обмоток и нагрузки трансформатора.

Потери в сердечнике состоят из потерь энергии при пере- магничивании сердечника (потери на гистерезис) и потерь на нагревание сердечника вихревыми токами. Эти потери при постоянной частоте переменного тока зависят от максимального значения магнитного потока. Так как при данном напряжении U₁ максимальное значение магнитного потока трансформатора остается неизменным, то потери в сердечнике можно считать не зависящими от нагрузки.

В трансформаторе отсутствуют вращающиеся части, и, следовательно, нет потерь на трение. Поэтому общая мощность потерь относительно мала.

Отношение мощности Р₂, потребляемой нагрузкой, к мощности P₁ потребляемой первичной обмоткой трансформатора, называется коэффициентом полезного действия трансформатора:

Так как Р₁ = Р₂ + Р_о + Р_c, то коэф ф ициент полезного действия трансформатора можно записать и так:

Из выражения (3.3.16) видно, что при недогрузке трансформатора Р₂ и Р_o малы, а Р_с, как было установлено, не зависит от нагрузки. Поэтому в этом случае КПД трансформатора низкий. При перегрузке P_o значительно возрастает (так как возрастают силы токов I₁ и I₂), и КПД снова мал. Лишь при номинальной нагрузке (т. е. при нагрузке, на которую трансформатор рассчитан) или близкой к ней КПД наибольший. У трансформаторов большой мощности КПД достигает 98— 99%.

При нагрузках, близких к номинальной, потери мощности в трансформаторе малы, и приближенно можно считать, что

При таких нагрузках сдвиги фаз близки к нулю и приближенно равны между собой (cos φ₁ ≈ cos φ₂). Поэтому

т. е. силы токов в обмотках трансформатора приближенно обратно пропорциональны числу витков в обмотках.

Следует иметь в виду, что если соотношение оправдывается в широком диапазоне нагрузок, то соотношение удовлетворительно выполняется лишь при номинальных нагрузках.

1. Как определить число витков обмотки трансформатора, не разматывая катушки?

2. Что произойдет, если случайно подключить трансформатор к источнику постоянного тока?

3. Если в обмотке трансформатора замкнется один виток, трансформатор выходит из строя. Почему?

Причины, почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока

Вопрос-ответ

Кроме трансформаторов, питающих электрооборудование, есть устройства, которые используются для измерения тока. Это трансформаторы тока (ТТ). Первичная обмотка этих устройств включается последовательно с нагрузкой, а к вторичной обмотке подключается амперметр или защитное устройство, обладающее низким сопротивлением. Эти приборы отличаются от обычных электротрансформаторов, в которых режим холостого хода (разомкнутые вывода вторичной катушки) является нормой. Если вторичную обмотку трансформатора тока ТТ разомкнуть, то устройство может выйти из строя.

Содержание

Что из себя представляет измерительный трансформатор тока

Трансформатор тока — это небольшой электротрансформатор, обычно мощностью 5Вт, в котором первичная катушка намотана толстым проводом или шиной. В аппаратах, предназначенных сетей с силой тока более 100А вместо обмотки используется кабель или шина, проходящая через магнитопровод.

Нагрузкой ТТ являются амперметры, реле максимального или минимального тока и токовые обмотки электросчетчиков. Это аппараты, обладающие малым внутренним сопротивлением, поэтому ТТ работает в режиме КЗ.

Виды ТТ

Такие трансформаторы есть разных типов:

• Сухие. Самый распространенный вид. Первичная обмотка выполнена из неизолированной шины или нескольких витков толстого провода.
• Тороидальные. Первичная катушка отсутствует, вместо этого аппарат надевается на изолятор высоковольтного трансформатора или через него пропускается кабель. Отличаются простотой конструкции и низкой точностью измерений. Применяются в цепях защиты.
• Высоковольтные. Используются для измерения в цепях высокого напряжения и для разделения измерительных приборов и цепей ВН.

Основные параметры

Главными параметрами при выборе аппарата являются следующие:

• Номинальное напряжение. Определяется изоляцией обмоток и указывает, в сетях с каким напряжением допускается использовать устройство.
• Номинальный ток первичной цепи. Это максимальная измеряемая величина, при котором возможна длительная работа.
• Номинальный ток вторичной цепи. Нагрузка вторичной обмотки при подключенных реле или амперметре.
• Сопротивление нагрузки. Полное сопротивление амперметра, катушки реле или электросчетчика. Отклонение этого параметра от паспортных данных влияет на точность измерений.
• Коэффициент трансформации. Определяется соотношением первичного и вторичного токов.

Информация! Большинство параметров указывается на корпусе аппарата, остальные данные есть в паспорте устройства.

Преимущества использования

Применение ТТ дает преимущества при проектировании и эксплуатации электросетей:

• использование одинаковых по конструкции амперметров, отличающихся только градуировкой шкалы;
• разделение сетей высокого и низкого напряжения;
• увеличение диапазона измерений.

Применение

Измерительные трансформаторы используются в следующих случаях:

• Измерение тока, величина которого не позволяет измерить его непосредственно амперметром. Обычно это больше 5А.
• Питание электросчетчиков. Позволят измерять бОльшую мощность, чем предусмотрено аппаратом.
• Использование в качестве разделительного трансформатора. Позволяет производить измерения в сетях напряжением выше 1кВ.
• В цепях контроля тиристорных преобразователей. При нарушениях в работе тиристоров на выходе аппарата вместо постоянного напряжения появляется пульсирующее, что приводит к появлению тока во вторичной обмотке ТТ.
• Нулевая защита ВВ трансформаторов. Отключает аппарат при значительном перекосе нагрузки и коротком замыкании одной из фаз на землю.

Обозначение на схеме

В отличие от обычного электротрансформатора на схеме ТТ не отмечается магнитопровод. Условное обозначение этого устройства состоит из двух элементов, изображенный один поверх другого:

Почему ТТ не может работать в режиме холостого хода

В отличие от обычного электротрансформатора для трансформатора тока является нормальным режим короткого замыкания. При размыкании выводов вторичной обмотки в ТТ происходят процессы, которые могут привести к аварийной ситуации.

Увеличение магнитного потока

В электротрансформаторе переменный ток I¹, протекающий по первичной обмотке, создает магнитный поток F¹ в магнитопроводе. Этот поток наводит напряжение во вторичной обмотке.

Особенностью ТТ является то, что ток в первичной обмотке I¹ не зависит от нагрузки I² и магнитный поток F¹ остается неизменным, что при размыкании выводов и отсутствии I² приводит к росту F и перегреву магнитопровода.

Повышение напряжения на выводах

В режиме ХХ происходит рост напряжения на выводах вторичной обмотки. Это связано с тем, что трансформатор передает не просто ток или напряжение. Аппарат передает с одной катушки на вторую мощность P=I¹*U¹=I²*U².

В обычных аппаратах при уменьшении I² уменьшается также I¹ и передаваемая мощность Р. В отличие от них в ТТ I¹, U¹ и Р не зависят от I². Поэтому при уменьшении I², протекающего через вторичную обмотку, напряжение начинает расти и достигает максимума в режиме ХХ.

Справка! Измерить увеличение напряжения можно обычным вольтметром, но его ограничивает ток, протекающий через прибор. Для более качественного измерения необходим электростатический вольтметр.

Что произойдет при размыкании цепи вторичной обмотки

При размыкании или обрыве проводов, идущих к измерительным приборам, появляются два фактора, которые могут привести к аварии и травмам людей:

Опасность возникновения аварийных ситуаций отображена в нормативных документах. Запрет на размыкание отходящих выводов трансформатора указан в нормативных документах, таких, как ПОТЭУ п.42.2, ПТЭЭП п.2.6.24 и других.

Как закоротить, если есть необходимость

При необходимости отсоединить измерительный прибор или реле, не отключая первичную цепь, вывода, идущие к этим элементам, необходимо закоротить куском провода или перемычкой сечением не менее 0,35мм². Устанавливается перемычка на выводах трансформатора или непосредственно возле измерительного прибора.

При заземленных отходящих выводах это можно сделать, не отключая электроустановку.

Важно! В процессе установки закоротки и демонтажа амперметра или реле под нагрузкой вторичная цепь не должна размыкаться.

Проверка правильности соединений

Правильность подключения ТТ производится контрольным измерением переносными токоизмерительными клещами. Показания приборов должны совпадать.

При подключении к аппарату реле защиты проверка выполняется при помощи специальных приборов, позволяющих подать ток необходимой величины в первичную обмотку.

При проверке подключения трехфазных электросчетчиков, необходимо проверить правильность подключения трансформаторов для каждой фазы:

Причины сгорания трансформатора и методы защиты

Вопрос-ответ Содержание

Устройство и принцип действия трансформатора

Все такие аппараты, независимо от мощности и частоты сети, имеют похожее устройство и принцип действия. Они служат для изменения величины переменного напряжения и состоят из одной или нескольких катушек, намотанных на общем сердечнике.

Как работает трансформатор

Работа этого электроприбора основана на законе электромагнитной индукции Фарадея. При изменении величины магнитного потока, проходящего через проводник, в нем наводится электрический ток. Эти изменения происходят при изменении напряжения, поэтому такие устройства работают только от сети переменного тока.

Одним из свойств электротрансформаторов является обратимость. При подаче во вторичную обмотку напряжения, равного Uвтор, на выводах первичной обмотки появляется напряжение, равное Uперв.

Информация! Вторичных обмоток может быть любое количество, с несколькими отводами от каждой катушки.

Устройство трансформаторов

Для эффективной работы этих устройств сопротивление магнитному потоку должно быть минимальным. Поэтому намотка катушек производится на замкнутом магнитопроводе. В аппаратах, работающих в сети 50Гц, магнитопровод для уменьшения потерь и нагрева выполнен из пластин электротехнического железа, в высокочастотных устройствах он изготавливается керамический, из магнитодиэлектриков и ферритов.

Магнитопровод изготавливается различной формы:

При работе трансформаторы нагреваются. В устройствах мощностью до нескольких киловатт охлаждение естественное, в более мощных аппаратах устанавливаются обдувающие вентиляторы, а в высоковольтных электротрансформаторах катушки находятся в баке с трансформаторным маслом.

По своему назначению трансформаторы можно разделить на три группы:

Важно! В сетях, в которых пониженное напряжение используется для безопасности людей, автотрансформаторы применять запрещается.

Причины выхода из строя трансформатора

Основными признаками сгоревшего электротрансформатора являются:

• характерный запах и потемнение изоляции;
• сильный нагрев, особенно без нагрузки;
• пониженное напряжение или его отсутствие во вторичной обмотке.

Горит трансформатор из-за нарушения изоляции между отдельными проводниками:

Важно! Если к вторичной обмотке устройства подключен диодный мост, то подобная ситуация возникает также при пробое одного из диодов.

Виды неисправностей

Перед монтажом и при нарушениях работы электротрансформатор следует проверить на наличие неисправностей.

Обрыв обмотки, замыкание на корпус и другую обмотку

Эти неисправности определяются тестером или мегомметром. В исправном состоянии обмотки изолированы друг от друга и от корпуса, и величина изоляции составит 1-10 мОм, а сопротивление самой обмотки будет 0,1-100 Ом.

Внимание! Эти измерения проводятся для всех обмоток по отдельности.

Межвитковое замыкание

Не всегда электротрансформатор выходит из строя сразу. В некоторых случаях изоляция нарушается между двумя рядом расположенными витками из-за чего образуется короткозамкнутый виток. При подаче питания в первичную обмотку в нем наводится ток, виток греется и разрушает изоляцию рядом расположенных проводников.

Определить наличие межвиткового замыкания возможно только при помощи специального прибора. Без него эта неисправность выявляется путем визуального осмотра и поиска потемневшей изоляции, а также проверки тока трансформатора без нагрузки.

Ток холостого хода составляет от 30% в аппаратах мощностью 10ВА до 5% и меньше в устройствах мощностью 1000кВт и более. При этом должны отсутствовать гул и нагрев аппарата.

Сгоревший же трансформатор можно отремонтировать. Ремонт заключается в замене сгоревшей обмотки или полной перемотке всех катушек.

Определение числа витков и сечения провода

Перед началом ремонта необходимо определить сечение провода и число витков каждой обмотки. Измерение диаметра проводника производится микрометром. Если его нет, то допускается намотать на гвоздь 10 витков проводника, замерять штангенциркулем длину получившейся катушки и разделить на 10. Получившееся число будет диаметром проводника. Необходимый диаметр определяется также по специальным таблицам исходя из номинального тока катушки. При недостаточном сечении провода трансформатор будет гореть.

Важно! Для более точного измерения диаметра необходимо снять с провода изоляцию.

Если неизвестно число витков, то есть два варианта определения их количества.

Первичная обмотка в нерабочем состоянии

Расчёт производится по справочникам, при помощи онлайн-калькуляторов или специальными программами. Результат не очень точный, поэтому желательно намотать первичную обмотку, собрать аппарат и измерить ток холостого хода.

Исправная первичная обмотка

На нее наматывается 10-50 витков, в зависимости от мощности устройства. После сборки на ее выводах измеряется напряжение и вычисляется количество витков, необходимое для намотки по формуле N=(Nобм/Uобм)*U, где:

Ремонт трансформаторов

Ремонт и перемотка электротрансформаторов производится в определенном порядке:

• Разобрать магнитопровод. Железо сложить отдельно, по пластинам.
• Размотать сгоревшую катушку, считая число витков. Замерять микрометром диаметр провода.
• Намотать новые обмотки. Между слоями намотки и катушками проложить изоляционный материал. Его толщина зависит от диаметра провода.
• Собрать аппарат. Пластины трансформаторного железа необходимо плотно прижать, а при необходимости расклинить деревянными клиньями в катушке.

Для намотки необходимо использовать специальный станок. Намотать катушку руками, особенно с большим количеством витков из тонкого провода практически невозможно.

Совет! Если сгорела только одна из вторичных обмоток, то остальные не перематываются.

Частичная перемотка трансформатора

Для перемотки одной из вторичных катушек необходимо:

Защита от выхода из строя

Почему горит понижающий трансформатор? Прежде всего из-за перегрузки или короткого замыкания во вторичных сетях. Для предотвращения аварийной ситуации все катушки необходимо подключать через устройства защиты. При номинальном токе больше 1А используются модульные автоматы, с установкой на DIN-рейку, или автоматические выключатели другой конструкции. При токах менее 1А устройство подключается через предохранители.

Сгоревший трансформатор — это не приговор. Его можно отремонтировать, но любую аварию проще и дешевле предотвратить, чем устранить. Лучше установить необходимые автоматы или предохранители, чем менять аппарат каждый раз, когда он будет сгорать.

Читайте также:

  
• Большой дом на неве год постройки
  
• Газовые камины для загородного дома от баллона
  
• Беседки бытовки дачные дома
  
• Дом 11 на 12 с террасой
  
• Брайан строит дом для тигры