Что такое вн и нн в трансформаторах

Первичная обмотка силового трансформатора

Понятия первичной и вторичной обмотки применительно к силовому трансформатору не являются общепризнанными и относятся скорее к неофициальным определениям. Термины «первичный» и «вторичный» в полной мере применимы к трансформаторам измерительным — ТТ и ТН. Для этих устройств существуют понятия первичных и вторичных цепей, измерительные трансформаторы не работают в режиме повышения тока или напряжения, за исключением специальных испытательных установок.

Когда одну из обмоток силового трансформатора называют первичной, обычно подразумевается, что энергия, передаваемая этим трансформатором, направлена от этой обмотки, то есть, её можно назвать генерирующей. Условность этого определения заключается в том, что силовой трансформатор с точки зрения направления мощности универсален. Например, любой двухобмоточный трансформатор, может безо всякой адаптации работать как в режиме повышения, так и в режиме понижения напряжения.

Таким образом, если трансформатор повышающий, то есть, передаёт энергию от обмотки НН к обмотке ВН, то обмотку НН можно условно назвать первичной. В случае трансформатора понижающего, первичной будет уже обмотка ВН. Исходя из сказанного, определения «первичная» и «вторичная» обмотка не имеет смысл употреблять в отношении трансформатора без учёта режима его работы, а значит, они не относятся к свойствам собственно трансформатора.

Схемы соединения обмоток трансформаторов

Поскольку силовые трансформаторы имеют трёхфазное исполнение, каждая из сторон (ВН, НН, а в случае трёхобмоточного трансформатора и СН) имеет три обмотки, по одной на каждую фазу. Каждая из обмоток имеет два вывода (условно начало и конец), что определяет чисто физическую возможность их соединения несколькими способами:

• звездой, когда начала всех трёх обмоток соединены между собой;
• треугольником, когда начало каждой обмотки соединяется с концом следующей;
• зигзагом, что практически не применяется в силовых трансформаторах.

Обмотки на разных выводах силового трансформатора (НН, ВН, СН) могут быть соединены различно, что будет влиять на коэффициент его трансформации.

Кроме понятия схемы соединения обмоток существуют так называемые группы соединения обмоток. Группа соединения определяет угол сдвига между напряжениями первичной и вторичной обмотки. Различные группы соединений возникают в результате комбинаций схем соединения обмоток и маркировки их выводов (начал и концов).

Группы соединений принято определять с помощью часового циферблата. При этом, положение минутной стрелки всегда находится на цифре 12 и условно обозначает фазовый угол первичного (питающего) напряжения. Положение же часовой стрелки определяет фазовый угол сдвига вторичного напряжения относительно первичного.

Учёт группы соединений важен при оценке возможности трансформаторов работать в параллельном режиме. То есть, трансформаторы, работающие параллельно, должны иметь одну группу соединений. Это обусловлено тем, что угловой сдвиг напряжений одноимённых фаз при их соединении вызывает значительные уравнительные токи, которые в некоторых случаях могут привести даже к повреждению оборудования.

Таким образом, даже если исходный источник электрической энергии один, при трансформации на разных подстанциях по разным линиям электропередачи, трёхфазные системы одного напряжения, поступающие от разных линий, могут оказаться несовместимыми.

Основные определения и термины, применяемые в трансформаторах

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Рис. 1. Схема работы однофазного трансформатора при холостом ходе

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится (индуцируется) электродвижущая сила (эдс).
Если к концам одной из обмоток однофазного трансформатора (рис. 1), в данном случае АХ обмотки 1У подведено переменное напряжение U1, то по ней протекает ток /х холостого хода, его также называют намагничивающим, он создает магнитное поле, изменяющееся с той же частотой, что и напряжение. При этом вследствие высокой магнитной проницаемости стали большая часть магнитного поля, которая называется основным магнитным нолем ф трансформатора, замыкается через контур магнитной системы, другая часть магнитного поля, называемого полем рассеяния Фр замыкается через воздух, она не связана магнитно с обмоткой 2 и поэтому в трансформировании напряжения (энергии) не участвует. Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся основное магнитное поле Ф, пронизывающее обе обмотки, наводит в них эдс E1 и Е2. Напряжение U2l измеренное вольтметром и подведенное напряжение Uu практически можно считать равными эдс Е2 и Е1 соответственно. Если к концам ах обмотки подсоединить какую-либо электрическую нагрузку, то в ее цепи возникает ток, который одновременно вызовет увеличение тока в обмотке 1.
Таким образом, в рассматриваемом электромагнитном устройстве— трансформаторе происходит трансформация электрической энергии, подведенной к обмотке /, в электромагнитную и далее в электрическую, используемую в цепи нагрузки, подключенной в обмотке 2.
Трансформатор, в магнитной системе 3 которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле, то — трехфазным.
Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называются первичной; обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.
Под обмоткой трансформатора подразумевают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения заданного напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее — обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними — обмоткой среднего напряжения (СН).
Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двухобмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) — трехобмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие — вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН — понижающим.

Значения вторичной эдс Е2 и соответственно напряжения U2 зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных эдс и напряжения и наоборот.

Другим расчетным показателем трансформатора является коэффициент трансформации ky равный отношению напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода (ненагруженного) трансформатора.
Двухобмоточный трансформатор имеет один коэффициент трансформации, равный отношению высшего напряжения к низшему, трехобмоточный трансформатор — три коэффициента трансформации, равные отношению высшего напряжения к низшему, высшего напряжения к среднему и среднего к низшему.
Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне магнитной системы, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков W\ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2— низшего напряжения, то k=U\fU2=Wi/w2y откуда U\ = kU2, W\ = kw2.
Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение вторичной обмотки трансформатора, легко определить напряжение первичной обмотки и наоборот. Это относится также к значениям токов и к числам витков.
Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненным и или масляными.
Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью — совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух, называют сухими.
Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, основные указывают в прикрепляемой к нему табличке. К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота и др.

Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан.
Номинальная мощность 5 трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольт-амперах (кВ-А) или мегавольтамперах (MB-А).

Номинальное первичное напряжение — это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение— напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора — это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Низшее номинальное напряжение — наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Среднее номинальное напряжение — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.
Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием (к. з.). Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические усилия. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить его в течение долей секунды.
Если в порядке опыта замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора (рис. 2), в данном случае обмотку НН с числом витков W29 а к другой с числом витков w\ подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения С/кз, называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, соответственно равные номинальным значениям первичной и вторичной обмоток.

Равенство напряжений короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов — одно из условий их нормальной работы. Напряжение икз указывают в табличке каждого трансформатора. Оно определено стандартами и зависит от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности оно составляет 5—7%, для мощных трансформаторов — 6—17% и более.

Рис. 2. Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания: а — условного, б — реального

При опыте короткого замыкания в магнитной системе создается незначительное магнитное поле Фк, обусловленное малым намагничивающим током вследствие небольшого подведенного напряжения ик.3. Проходящие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи создают встречнонаправленные мдс, соответственно им поля рассеяния и Фp1 и Фр2, вынуждены замыкаться через воздух и металлические детали трансформатора (см. рис. 2, а). Поля рассеяния в реальном трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки размещены на одном стержне магнитной системы, изображены на рис. 2 б.
Результирующее поле рассеяния Фр создает в обмотках индуктивное сопротивление, которое при аварийном коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохраняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Чем больше иш, тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако напряжение короткого замыкания иш при расчете трансформатора ограничивают до определенного значения, в противном случае, поля рассеяния, создавая значительное индуктивное сопротивление, вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения в обмотках, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, получаемая потребителем. Напряжение короткого замыкания определяется для каждой пары обмоток: в двухобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН — НН; в трехобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН—НН; ВН — СН и СН — НН.

Потери трансформатора — это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы.

Потери холостого хода Рхх — это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки.
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. Ввиду малого тока холостого хода потери в активном сопротивлении обмотки при этом незначительны (0,3—0,5% номинальной мощности трансформатора), поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность расходуется только на потери в стали магнитной системы. Абсолютное значение потерь холостого хода трансформатора незначительно. Однако их стремятся максимально снизить, так как суммарные годовые потери холостого хода трансформатора сравнительно велики.

Потери короткого замыкания Рш — это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте к. з., обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния.

Напряжение Uкз, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5—20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния. Поля рассеяния наводят в обмотках и других токоведущих частях трансформатора (отводы, вводы и др.) вихревые токи, а в стальных конструкциях (стенки бака, ярмовые балки, детали прессовки и др.) кроме вихревых токов создают гистерезисные потери (потери от перемагничивания). Добавочные потери от полей рассеяния вызывают перегревы отдельных частей трансформатора и снижают его коэффициент полезного действия (кпд). Поэтому при расчетах и конструировании трансформаторов поля рассеяния стараются уменьшить до оптимального значения, для этого первичную и вторичную обмотки размещают концентрически она одном стержне магнитной системы, максимально возможно уменьшая канал между ними (рис. 3). Чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния, а следовательно, добавочные потери от вихревых токов и перемагничивания.

Рис. 3. Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы

При опыте короткого замыкания токи и потери мощности такие же, как и при полной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями. Потери холостого хода и короткого замыкания нормируются стандартом.
Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,5—99,3%).

ООО “ФОРМАТ-ЭНЕРГО”

Основные определения, расчетные показатели и рабочие параметры трансформатора

Основные определения

Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле – то трехфазным. Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение ) преобразуемого переменного тока называется первичной; обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной. Под обмоткой трансформатора понимают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках с целью получения заданного напряжения. Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток. Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН ), наименьшее – обмоткой низшего напряжения (НН ), а промежуточное между ними – обмоткой среднего напряжения (СН ). Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двух-обмоточным, с тремя (ВН , СН и НН) – трех-обмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие – вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН – понижающим.

Расчетные показатели

Индуцируемые в обмотках ЭДС выражаются в вольтах и могут быть определены по следующим формулам:

Е₁=4,44fw₁F_m,
E₂=4,44fw₂F_m,

где f – частота переменного тока, Гц; w₁ и w₂ – количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток; F_m – амплитудное (наибольшее ) значение магнитного поля, Вб

Как видно из формулы, значения вторичной ЭДС Е₂ и соответственно напряжения U₂ зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных ЭДС и напряжения и наоборот. При установленной в России промышленной частоте 50 Гц (стандарт ) для подсчета индуцируемых в обмотках ЭДС на практике пользуются формулой:

E=222wFB10 -4

где w – число витков; F – активное поперечное сечение стержня магнитной системы; B – магнитная индукция в стержне, Тл

При расчете трансформаторов также пользуются показателем ЭДС, индуцируемой в одном витке обмотки – е; она одинакова для любой обмотки трансформатора (первичной , вторичной), так как все витки сцеплены с одним и тем же основным магнитным полем:

е = 222FB10 -4

Если известны е и F, то легко определить индукцию магнитной системы:

В = е10 4 / 222 F

При работе трансформаторов падения напряжения в сопротивлениях их обмоток обычно очень малы, и можно считать, что напряжение первичной обмотки U₁ равно ее ЭДС E₁, а напряжение вторичной обмотки U₂ равно ее ЭДС E₂, т.е.

U₁ = E₁ и U₂ = E₂

Отношение напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода трансформатора называется коэффициентом трансформации К:

K = U₁ / U₂ = E₁ / E₂ = 4,44w₁fFm10 -8 / 4,44w₁fFm10 -8 = w₁ / w₂

Рабочие параметры

Мощность одной фазы трехфазного трансформатора определяется по формуле:

S = U_ф I_ф / 1000,

где U_ф и I_ф – номинальное напряжение и ток одной фазы, соответственно в В и А

Мощность трехфазного трансформатора, выраженная через линейные напряжения и ток:

S = UI / 1000,

где – 1,33 – коэффициент, учитывающий соотношение между фазными и линейными значениями тока или напряжения в трехфазной системе, U – линейное значение напряжения, (В ), I – линейное значение тока, (А )

Номинальное первичное напряжение – это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.

Высшее номинальное напряжение трансформатора – это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора, а низшее номинальное напряжение – соответственно наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5-20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические напряжения. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Напряжение короткого замыкания выражается в процентах номинального напряжения:

u_к.з. = (U _к.з./ U_ном.) 100,

где u_к.з. – напряжение короткого замыкания в процентах, U_к.з — напряжение короткого замыкания в В, U_ном. номинальное напряжение обмоток трансформатора.

Потери трансформатора – это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы. Потери холостого хода – это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки. При холостом ходе трансформатор не передает электроэнергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора.

Потери короткого замыкания – это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте короткого замыкания, обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния. Напряжение короткого замыкания, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5-20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния (поля рассеяния наводят в обмотках вихревые токи).

Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его КПД в процентах:

N = P₂ / (P ₂ + P_к.з. + P_х.х.) 100, M

где Р₂ – мощность, выдаваемая трансформатором в сеть, Р_к.з. – потери короткого замыкания, Р_х.х. – потери холостого хода (трансформаторы имеют сравнительно высокий КПД – 98,5 – 99,3%)

Обмотки трансформаторные мощностью 25-1000 кВА

Обмотки ВН и НН для трансформаторов силовых мощностью до 1600 кВА классов напряжения до 35 кВ включительно, изготавливаются из медных и алюминиевых проводов. В качестве изоляционного материала используются — картон электроизоляционный, бумага крепированная, бумага кабельная, трубки ПХВ и стеклобандажные ленты. По вопросам заказа и приобретения продукции звоните тел: 8 (351 ) 233-44-66, 8-919-119-50-50; пишите e-mail: ast-trans@mail.ru.

Наименование товара Характеристика

Другие подборки нашей продукции

• Зажимы аппаратные (флажки)
• Ввод ВН
• Переключатель трансформаторный реечный ПТРЛ-10/63-5 с приводом
• Гайка латунная
• Фланец отстойника
• Газовое реле Бухгольца
• Расширительный бак
• Шайбы латунные
• Шпильки ввода ВН
• Изоляторы для силовых трансформаторов
• Обмотки трансформаторные
• Ввод НН

• для трансформатора ТМ (ТМГ) — 400
• для трансформатора ТМ (ТМГ) — 630
• для трансформатора ТМ (ТМГ) — 1000
• для трансформатора ТМ (ТМГ)-1600
• для трансформаторов 25-2500кВА
• используется с пятью контактами на фазу
• для трансформаторов 25-1000кВА
• для крепления отстойника
• для масляных трансформаторов мощностью 1000 кВА и более
• для масляного трансформатора ТМ — 25
• НН 0,4 высота-328(304)мм, внутр. диаметр-90(96)мм, наружный-127(132)мм

Заказ товара

Силовые трансформаторы — приборы для преобразования электроэнергии одного уровня напряжения в электроэнергию, имеющую другое напряжение, поэтому трансформаторы, есть важнейшее оборудование подстанций электроснабжения. Изготавливаются силовые трансформаторы в однофазном и трехфазном исполнении, имеющие две и три обмотки. Поскольку у трансформаторов трехфазного исполнения экономичней показатель, чем у групп, составленных из однофазных силовых трансформаторов, то трансформаторы трехфазного исполнения получили большее распространение. Энергетическая компания « Силовые трансформаторы» предлагает различные виды оборудования: трансформатор силовой ТМ, ТМГ, ТМЗ, ТСЗ, ТСЗГЛ.

© 1997-2018 Силовые трансформаторы