Трансформатор малой мощности это сколько

Трансформаторы малой мощности

Трансформаторы малой мощности, применение:

Малой мощности трансформаторы – это трансформаторы, в которых мощность составляет не более 5 кВА (соответствующие ГОСТу 19294-84 (СТ СЭВ 4133-83)). Питание происходит от сети переменного тока, частота 50 Гц либо 60 Гц, 1000 В – их максимальное номинальное напряжение. Широкий круг использования трансформаторы малой мощности нашли в питании узлов различной радио- и электронной аппаратуры. Кроме предприятий по производству трансформаторов, созданных в советское время, за последние десять лет появились также новые небольшие предприятия. Благодаря тому, что теперь есть возможность изготавливать трансформаторы малой мощности по техническому заданию заказчика, намного повысилась гибкость при работе с клиентами. В советское время отсутствие такой возможности заставляло проектировщиков оборудования использовать стандартный тип трансформаторов, указанных в справочниках. Трансформаторы не могли охватить все необходимые потребности, несмотря на то, что типов трансформаторов было немалое количество. Это приводило к тому, что разработчик был вынужден пользоваться трансформаторами, в которых запас по мощности и другим величинам был избыточным. К счастью, сейчас предприятия учитывают пожелания заказчика и изготавливают трансформаторы с тем рядом параметров, которые ему необходимы.

Рассматривая тороидальные трансформаторы малой мощности, не трудно заметить ряд преимуществ перед броневыми и стержневыми трансформаторами.

Начиная с 60х годов, XX века, в России тороидальные трансформаторы стали применяться в оборонной промышленности. Причиной тому была с потребность в снижении весовых и габаритных показателей изделий, а также снижения полей разброса при повышенной плотности монтажа техники. По причине большой стоимости в сравнении с трансформаторами рядовой намотки, тороидальные трансформаторы, в изделиях гражданского предназначения, не приобрели большой популярности. Это возникло по причине относительной сложности при намотке провода на замкнутый магнитопровод. В наше время сконструированы станочные оборудования для намоток на тороид, а также системы микропроцессорного станочного управления. Благодаря этому конкуренция трансформаторов такого типа по критерию стоимости, по сравнению с броневыми и стержневыми трансформаторами, приобрела еще больший характер.

Трансформаторы малой мощности, конструктивные характеристики:

С помощью конфигураций и конструкций магнитного провода, можно определить конструктивные признаки. Разбиваются магнитопроводы трансформаторов малой мощности конструктивно на следующие виды: броневые, стержневые, а также тороидальные. Выглядит магнитопровод в виде Ш-образной формы, расположение его обмоток на среднем стержне, частично охватываемые магнитопроводом (т.е. бронируются). Располагая в себе

два стержня с обмотками, магнитопровод стержневого трансформатора малой мощности выполнен в виде П-образной формы. У тороидального трансформатора магнитопровод выполнен в форме тороида (кольцо с прямоугольным сечением). Что касается броневых и стержневых сердечников, они выполнены шихтованными (отдельными пластинами трансформаторной стали) либо витыми ленточными. Изготовляются тороидальные сердечники исключительно витые.

Рассматривая тороидальный трансформатор, мы увидим, что распределение обмоток выполнено равномерно по всей длине магнитопровода, что приводит к понижению массы медного провода, а также резкому уменьшению полей разброса. Магнитопровод имеет круглую форму, что позволяет понизить весовые показатели при тех же габаритных мощностях, которые имеются у трансформаторов с прямоугольной формой магнитного провода.

Трансформаторы малой мощности, технические характеристики:

В помощь проектировщику, для упрощения для составления технических задач, мы привели главные параметры трансформаторов малой мощности:

Подбор номинальной мощности трансформатора малой мощности происходит по таким параметрам: 0.010 кВА, 0.016 кВА, 0.025 кВА, 0.040 кВА, 0.063 кВА, 0.100 кВА, 0.160 кВА, 0.250 кВА, 0.400 кВА, 0.630 кВА, 1.000 кВА, 1.600 кВА, 2.500 кВА, 4.000 кВА. Также разрешены следующие промежуточные значения: 0.012 кВА, 0.020 кВА, 0.032 кВА, 0.050 кВА, 0.080 кВА, 0.125 кВА, 0.200 кВА, 0.315 кВА, 0.500 кВА, 0.800 кВА, 1.250 кВА, 2.000 кВА, 3.150 кВА, 5.000 кВА. Для того, чтобы разработчику определить номинальную мощность трансформатора, необходимо суммарную мощность всех вторичных обмоток разделить на коэффициент полезного действия трансформатора малой мощности. То значение, которое получим, нужно округлить в большую сторону до ближайшего значения из рекомендуемых мощностей.

Зависимость коэффициента полезного действия от того насколько мощна потеря в стали и меди, а также для трансформаторов на 0.010 кВА равна, приблизительно от 75 до 85%. Что касается трансформаторов мощностью 5 кВА, то их КПД составляет от 96 до 98 %.

При выборе номинальных напряжений обмоток, нужно выбрать таким образом, чтобы было соответствие с Госстандартом. Рассмотрим ГОСТ 21128-83. Он определяет напряжения: 6В, 12В, 28.5В, 42В, 115В, 230В. Эти цифры могут быть с отклонениями в меньшую сторону или в большую. То есть +/- 0.5, 1, 2, 3, 5, 10 и 15 процентов. В ряде случаев, если необходимо клиенту изготовить трансформатор, который будет отличаться от ГОСТа, производители идут на встречу и изготавливают в соответствии с его требованиями. Номинальные напряжения вторичных обмоток должны быть заданы при нагрузке, т.е. в номинальных токах обмоток при возникшей температуре.

Напряжение короткого замыкания

Напряжением короткого замыкания называют напряжение, происходящее на первичной обмотке при замкнутых выводах вторичной обмотки, а также процесс прохождения номинального тока на вторичной обмотке. Данный параметр задают обычно в процентах исходя из номинального напряжения первичной обмотки; определяется символами DUкз. Если рассматривать трансформаторы с отдачей мощности в 0.010 кВА, тогда для них этот параметр составит от 15 до 20 процентов, а у трансформаторов с мощностью 5 кВА он равен от 1.5 до 2.5 процентов.

Если сравнивать напряжение с полностью нагруженной обмоткой, то под напряжением короткого замыкания мы видим величину относительного повышения напряжения во вторичной обмотке на холостом ходу. Определение данного параметра осуществляется следующим: насколько высоко падение на омическом сопротивлении (т.е. сопротивление постоянного тока), в первичной обмотке и вторичной обмотке трансформатора на уровне номинальной нагрузки.

Рассмотрим определение напряжения холостого хода вторичных обмоток. Под таким напряжением понимают значения напряжений на величину напряжения короткого замыкания. В ряде случаев данный параметр в паспорте трансформатора не указывается производителем. Но, несмотря на это, клиент, при покупке трансформатора малой мощности, должен понимать и знать тот факт, что напряжения вторичных обмоток всегда сильнее, чем их номинальное значение, если отсутствует нагрузка.

Ток холостого хода

Под током холостого хода понимают ток первичной обмотки при незагруженном трансформаторе и номинальном напряжении. Ток холостого хода делят на активный и реактивный. Активный можно определить, рассчитав потери в стали на вихревые токи. Реактивный определяется магнитным током рассеяния. Диапазон тока холостого хода обычно составляет от 1мА (для трансформаторов малой мощности 0.010 кВА) и до 1А (для трансформаторов малой мощности 5 кВА). Если рассматривать наименьшие значения данного значения, то увидим, что они — у тороидальных трансформаторов малой мощности. У них же реактивная составляющая тока намного меньше, чем активная и, собственно, ею можно пренебречь. Рассматривая трансформаторы с мощностью 5 кВА, увидим, что значения тока холостого хода составляют не более, чем 200 мА.

Ток переходного процесса

Током переходного процесса включения (т.е. пусковым током) называют наибольшее (т.е. импульсное) значение тока, при котором протекание может происходить по первичной обмотке трансформатора во время включения трансформатора к сети, питающей его.

Нормировку ГОСТом данное значение не проходит, упоминания в трансформаторной литературе о нем практически не встречается. Несмотря на это понимание данного значения очень важно для технического разработчика. Величина пускового тока для трансформатора с мощностью 5 кВА вполне может быть равна от 2000А до 3000А, а также в несколько раз может быть выше величины номинального тока. В более мощных трансформаторах величина пускового тока обуславливается мгновенным значением напряжения во время включения, сопротивления первичной обмотки (достигающее меньше, чем 0.1 Ом), а также внутреннего сопротивления сети, питающей его (обычно происходит превышение первичной обмотки). Предусмотрение мер для ограничений пускового тока трансформатора малой мощности, определенными схемами и техническими решениями – обязательное условие для разработчика. Какие именно меры, сейчас рассмотрим: последовательное подключение с первичной обмоткой ограничивающего резистора, который замыкается через от 0.1 до 0.2 с релейными контактами; последовательное подключение с первичной обмоткой терморезистора, при этом с отрицательным термическим коэффициентом сопротивления; подключение/выключение трансформатора малой мощности при определенной фазе питающего напряжения (можно взять в пример переход напряжения через свое максимальное значение). В случае затруднений применения схемотехнических решений либо если это экономически невыгодно, нужно воспользоваться автоматическими выключателями с большим электрическим запасом. Мы рекомендуем использовать автоматы защитного назначения со следующими характеристиками отключения: «D» (по стандарту IEC/МЭК 898) и «К» (по стандарту ДИН ВДЕ 0660). Автоматы с данными значениями спроектированы только для активно-индуктивной нагрузки (возникающие в трансформаторах, электродвигателях). Они характеризуются повышенной кратностью номинального значения тока (иными словами отношение пускового тока к номинальному значению). Если рассматривать автоматы с характеристикой отключения «D», то их кратность будет равняться около 15, когда для автоматов с характеристикой отключения «К» — примерно 10. Так как производитель трансформатора не может повлиять на степень этого параметра никаким образом, то в любом случае проблемная ситуация с пусковым током должна решаться разработчиком аппаратуры,

Превышение температуры трансформатора, перегрев

Превышением температуры (т-ры перегрева) называют разницу между температурой трансформатора и температурой окружающей среды (как правило, обычно 25ºС) во время работы трансформатора на номинальную загруженность. Как правило, температура трансформатора равняется сумме температур перегрева, а также окружающей среды. При производстве трансформаторов малой мощности, производителем проверяются технические условия (ТУ) допустимой температуры перегрева от 50 до 60 градусов по Цельсию, а температуры окружающей среды, достигнутой предела – 55 градусов по Цельсию. Для определения предельной температуры трансформатора, используют класс нагревостойкости по ГОСТ 8865- 70: А — 105°С, Е — 120°С, В — 130°С, F — 155°С. В основном, трансформаторы, которые применяют в разных отраслях, имеют класс В. Заметим, что во время определения температуры перегрева, создают условия свободной воздушной конвекции вокруг трансформатора, при этом установка трансформатора в корпусе – это корректно. При разработке изделия, проектировщик должен учесть остальные источники тепла, которые возникают в одном корпусе с трансформатором. При превышении предельного значения температуры трансформатора, необходимо принять все возможные меры к принудительному охлаждению или отводу тепла (например, использовать для этого вентилятор). Важное условие, которое следует знать: номинальное напряжение вторичных обмоток маломощного трансформатора определяются для установившегося значения температуры перегрева. А именно, при температуре трансформатора в 25 градусов по Цельсию (при т.н. холодном состоянии трансформатора), номинальное напряжение вторичных обмоток выше, примерно на 20%, чем во время увеличения температуры трансформатора на 50°С.

Испытательное напряжение рабочей частоты

Рассмотрим такой параметр, как испытательное напряжение рабочей частоты. Он характеризуется прочностью электричества трансформаторов, или, если точнее, способностью без пробоев выдержать напряжение указанной, в технических условиях, величины. Обычно производитель трансформаторов малой мощности проводит нормирование испытательного напряжения между выводами первичной обмотки и вторичной (стандартное значение параметра – 3500В), а также между выводами обмоток и частями, проводящими электричество в устройстве (стандартное значение параметра – 1750В).

При проведении расчетов, которые были подтверждены практикой, были сделаны следующие выводы по преимуществам тороидальных трансформаторов перед трансформаторами других типов:

-масса снизилась на 20-40 процентов, уменьшены габаритные размеры;

-снижены поля разброса (рассеяния) в несколько раз;

-ток холостого хода уменьшен в 3-4 раза;

-уровень шума значительно ниже;

-коэффициент полезного действия стал еще выше.

Если разработчик будет учитывать требования и рекомендации, описанные в данной статье, это позволит ему более корректно подойти к выбору трансформаторов малой мощности.

Силовые измерительные трансформаторы малой мощности

Трансформаторы представляют собой электромагнитные устройства, которые изменяют напряжение переменного тока, чтобы передать электроэнергию из одной цепи в другую.

Измерительные трансформаторы предназначены для уменьшения первичного напряжения до оптимального уровня, подходящего для измерительных приборов. Их использование позволяет обходиться без применения крупногабаритных установок.

К силовым трансформаторам малой мощности относятся электромагнитные аппараты до 5 кВА (рис. 1).

Рис. 1. Силовые трансформаторы малой мощности:
а – ОЛ-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10), б – ОЛС(П)-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10), в – ОЛЗ-СВЭЛ-1,25/27,5

Трансформаторы однофазного исполнения, имеющее мощность 0,63/1,25кВА на напряжение 6, 10, 27 кВ, используется особым образом. Как правило, такие устройства устанавливают на линейных точках секционирования и включения резервного питания, где закреплены автоматические выключатели.

Назначение

Силовые трансформаторы малой мощности применяются с целью:

• выполнения замеров без разрыва электрической цепи, как бывает при эксплуатации обычных амперметров;
• подачи электроэнергии потребителям собственных нужд распределительных пунктов;
• обеспечения бесперебойной работы небольших подстанций, где нет постоянного персонала, выполняющего оперативные задачи;
• обеспечения электроэнергией оперативных цепей схем защиты и автоматики;
• питание энергией приводов выключателей (цель – обеспечение автоматической коммутации).

Принцип работы

Силовые трансформаторы малой мощности действуют аналогично устройствам, понижающим напряжение. По первичной обмотке идет переменный ток. То есть к ней подключается высокое напряжение. Это формирует магнитный поток. Напряжение в дальнейшем уменьшается, его можно зафиксировать измерительными устройствами. Нагрузка подключается к вторичной обмотке. По ней вследствие электродвижущей силы идет электрический ток. К вторичной обмотке подключаются аппараты для измерения электроэнергии (ваттметры, вольтметры и т.д.). Оптимальное количество витков на всех обмотках позволяет достичь нужных показателей напряжения.

Виды и типы

Силовые измерительные трансформаторы, производимые «Группой СВЭЛ», можно подразделить на следующие виды:

• по типу установки: для наружной и для внутренней установки;
• по номинальной мощности: 630 и 1250 ВА;
• по климатическому исполнению: эксплуатируемые в умеренном и холодном климате и в сухом и влажном тропическом климате;
• по току холостого хода: не более 30 и 35%;
• по потерям короткого замыкания: не более 55 Вт и без потерь;
• по категории размещения:
  1 – эксплуатация на открытом воздухе;
  2 – использование под навесом, когда нет прямого контакта с солнцем и осадками;
• по классу напряжения: 6 кВ, 10 кВ, 27 кВ.

«Группа СВЭЛ» производит следующие типы силовых измерительных трансформаторов:

ОЛ – предназначены для обеспечения питания цепей автоблокировки от воздушных линий и продольного электроснабжения железных дорог. Трансформаторы однофазные силовые, индуктивные, двухобмоточные, с незаземляемой первичной обмоткой. По принципу конструкции – опорные, с литой изоляцией. Выводы первичной обмотки расположены на верхней поверхности трансформатора, вторичной – в нижней части литого блока и закрываются защитной крышкой (рис. 2);

Рис. 2. Общий вид трансформаторов ОЛ-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10)

ОЛС(П) – применяются в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующим изделием. Трансформаторы однофазные силовые, индуктивные, двухобмоточные, с незаземляемой первичной обмоткой. По принципу конструкции – опорные, с литой изоляцией. Выводы первичной обмотки расположены на верхней поверхности трансформатора и имеют полную изоляцию относительно «земли». Выводы вторичных обмоток расположены в нижней части литого блока (рис. 3, 4);

Рис. 3. Общий вид трансформаторов ОЛС-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10)

Рис. 4. Общий вид трансформаторов ОЛСП-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10)

ОЛЗ – предназначены для обеспечения питания цепей диспетчерской централизации, автоблокировки и продольного электроснабжения железных дорог. Трансформаторы однофазные силовые, индуктивные, двухобмоточные, с заземляемой первичной обмоткой. По принципу конструкции – опорные, с литой изоляцией. Вывод «А» первичной обмотки расположен на верхней поверхности трансформатора. Выводы вторичной обмотки и вывод «Х» расположены в нижней части литого блока и закрываются защитной крышкой (рис. 5, 6).

Рис. 5. Общий вид трансформаторов ОЛЗ-СВЭЛ-1,25/27,5 УХЛ1

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема трансформаторов ОЛЗ-СВЭЛ-1,25/27,5

Устройство

Силовые трансформаторы малой мощности устанавливаются во внутренних распределительных устройствах различного типа (КРУ, КРУН, КСО). Данные устройства являются опорными, с литой изоляцией. Чтобы защитить обмотки от повреждений, влаги и перепадов температур, корпус оборудования изготавливается из эпоксидного компаунда. При этом на нем устанавливают болт заземления.

Первичная обмотка последовательно включается в цепь с переменным током. Ее вводы размещаются в верхней части аппарата и являются контактами с резьбой М10. Вторичная обмотка полностью закорочена на небольшое сопротивление и обязательно заземляется. Ее вводы расположены в нижней части устройства и представляют собой контакты с резьбой М6.

Условия эксплуатации

Перед установкой устройства обязательно осматриваются на предмет целостности поверхности, швов. Монтировать оборудование необходимо на конкретных объектах и шинах подстанции. Обмотки трансформатора должны быть заизолированы, вторичная обмотка заземлена.

Раздвижной магнитопровод позволит выполнять замеры без разрыва электрической цепи. Следует помнить, что чем больше измерительных аппаратов будет подключено, тем выше может оказаться погрешность показаний. Во избежание этого внимательно следуйте руководству по эксплуатации оборудования и инструкции.

Как заказать

«Группа СВЭЛ» предлагает силовые трансформаторы малой мощности:

• ОЛ-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10);
• ОЛС(П)-СВЭЛ-0,63(1,25)/6(10);
• ОЛЗ-СВЭЛ-1,25/27,5.

Вся продукция компании отвечает требованиям ГОСТов и международных стандартов. Все аппараты проходят проверку на каждом этапе производства.

Для приобретения трансформаторов «Группы СВЭЛ» позвоните или заполните заявку. Наши специалисты свяжутся с вами и проконсультируют по всем вопросам.

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кв области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков определенного представления принципиальных отличий свойств силовых трансформаторов с малой мощностью и разными схемами соединения обмоток ведет к их неправильному использованию. При этом некорректный выбор схемы соединения обмоток ухудшает технические показатели электрических установок и понижает качество электроэнергии, а также приводит к возникновению серьезных аварий.

Это отмечают проектировщики из Нижнего Новгорода Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман . Они в своем материале делают акцент на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи , которые содержат составляющую нулевой последовательности .

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

• «звезда/звезда» – Y/Yн;
• «треугольник–звезда» – D/Yн;
• «звезда–зигзаг» – Y/Zн.

Известно, что силовые трансформаторы 6 ( 10 )/ 0 , 4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник , с расположенными там первичной и вторичной обмотки фазы А , В и С . Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах циркулируют в сердечнике трансформатора и не выходят за его пределы .

Что происходит во время нарушения симметрии с преимуществом нагрузки одной фазы на стороне 0 , 4 кВ ? Подобные режимы работы исследуются с применением теории симметричных составляющих [ 2 ]. По ней каждый несимметричный режим работы трехфазной сети представлен как геометрическая сумма 3 симметричных составляющих тока и напряжения : составляющие прямой , нулевой и обратной последовательностей.

Максимальная однофазная несимметрия достигается в режиме однофазного короткого замыкания на стороне 0 , 4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D / Yн .

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в таком режиме показана на рис . 1 . В неповрежденных фазах на стороне 0 , 4 кВ геометрическая сумма трех симметричных составляющих тока приравнена нулю ( не учитываем рабочую нагрузку фаз ). В поврежденной фазе она достигает максимума и равняется току ОКЗ . Определяется она по формуле :

где U_л – линейное напряжение;

R₁, R₀, X₁, Х₀ – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

Сопротивления прямой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R ₁ и X ₁ трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются теми же формулами и имеют несущественные различия:

В каталогах видно, что известные величины в этих формулах Р_кз и U_к почти не зависят от схем соединения обмоток трансформатора, а значит, не влияют на сопротивление прямой последовательности. Сопротивления же нулевой последовательности трансформаторов с различными схемами соединения обмоток имеют принципиальные отличия.

Сопротивления нулевой последовательностивекторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2).

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей текут и в первичной, и во вторичной обмотках. В то время как токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее, не выходя при этом в сеть. Намагничивающие силы или ампер-витки, которые создают токи нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток, имеют встречное направление и практически полностью компенсируют друг друга, обуславливая тем самым небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. А сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R₁ = R₀; Х₁ = Х₀.
В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».
Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R₀ < R₁; Х₀ < Х₁.

Рис. 1. Токи симметричных составляющих в обмотках трансформатора в режиме однофазного короткого замыкания

I_A21, I_A22, I_A20, I_B21, I_B22, I_B20, I_C21, I_C22, I_C20 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей вторичной обмотки;
I_A11, I_A12, I_A10, I_B11, I_B12, I_B10, I_C11, I_C12, I_C10 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей первичной обмотки.

Рис. 2. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн

Рис. 3. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Zн

Из формулы (1) следует, что это обеспечивает большую величину тока ОКЗ у трансформаторов со схемами Y/Zн по сравнению с трансформаторами со схемами D/Yн.

Альтернативой трансформаторам со схемой Y/Z являются трансформаторы ТМГсу со схемой Y/Yn-0 со специальной встроенной симметрирующей обмоткой (СУ). Устройство было разработано кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, УП МЭТЗ им. В.И. Козлова и Минскэнерго, и теперь является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.

Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т.е. на полную номинальную однофазную нагрузку.

Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.

Схема подсоединения обмотки симметрирующего устройства (СУ) к обмоткам НН:

Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.

СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.

Трансформаторы ТМГ с симметрирующим устройством ТМГсу.

Теперь обратимся к трансформаторам со схемой соединения обмоток Y/Yн. Как известно, в обмотках, соединенных в звезду без выведенной нулевой точки, токи нулевой последовательности протекать не могут. Поэтому в режиме ОКЗ токи этой последовательности протекают только во вторичной обмотке трансформатора.

Совпадающие по фазе магнитные потоки нулевой последовательности, создаваемые токами вторичной обмотки, выходят за пределы магнитного сердечника и замыкаются через металлический кожух трансформатора (рис. 4). Это определяет значительно большую величину сопротивлений нулевой последовательности таких трансформаторов: R₀ >> R₁; X₀ >> X₁.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчету не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т.п.

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчетов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных силовых трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам УП МЭТЗ им. В.И. Козлова, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются[4].

Почему необходимо знать реальные значения сопротивлений?

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.
В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.
Так, если принять R₁ = R₀, X₁ = X₀, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трехфазного КЗ.
Однако, если R₀>>R₁ и X₀>>X₁, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трехфазного КЗ, то есть I_окз 3фкз. Какие при этом могут возникнуть трудности с защитой, особенно если она выполнена со стороны обмотки ВН предохранителями 6(10) кВ, можно показать на конкретном примере.
На рис. 5 изображена схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ питания собственных нужд (ТСН) ПС 110/35/6 кВ. На ПС с переменным оперативным током такие трансформаторы устанавливаются на ОРУ и подключаются к воздушному вводу, идущему от силового трансформатора к вводной ячейке ЗРУ-6(10) кВ. Защита трансформатора, включая кабель 0,4 кВ до щита 0,4 кВ, выполняется предохранителями 6 кВ. Токи КЗ в конце защищаемой предохранителями зоны – при вводе на щит 0,4 кВ приведены в табл. 1. Как из нее видно, минимальное значение тока КЗ через предохранители 6 кВ имеет место при однофазном замыкании на стороне 0,4 кВ.

Таблица 1. Токи короткого замыкания в конце защищаемой предохранителями зоны за трансформатором 100 кВА, 6/0,4 кВ, D/Yн при вводе на щит 0,4 кВ

Рис. 5. Схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ для питания собственных нужд ПС 110/35/6 кВ

Согласно существующим рекомендациям по условиям отстройки от броска тока намагничивания трансформатора мощностью 100 кВА номинальный ток предохранителей принимается равным I_н.пр = (2 ÷ 3) I_н.тр. В данном случае I_н.пр 2 ·10 А 20. Принимаем I_н.пр = 20 А.

Минимальный отключаемый ток предохранителем типа ПКТ-6 кВ, 20 А согласно каталожным данным составляет I_{мин.откл.пр} = 240 А, что значительно больше токов КЗ, приведенных в табл. 1.
Таким образом, защита предохранителями типа ПКТ 6 кВ оказывается нечувствительной. Более того, при протекании тока КЗ ниже минимально отключаемого, предохранитель не только не защищает оборудование, но и разрушается сам, вызывая аварию.
В качестве защитного аппарата можно рассмотреть возможность использования предохранителей зарубежных фирм, например марки Merlin Gerin. Номинальный ток предохранителя специалисты компании рекомендуют выбирать из условия I_{пр. 0,1с} 12 I_ном.тр.Пользуясь времятоковой зависимостью, приведенной в [5], определяем, что этому условию удовлетворяет предохранитель Fusarc c номинальным током 20 А, минимальный ток отключения которого равен 55 А. Казалось бы, этот предохранитель надежно защищает электрооборудование, т.к. минимально отключаемый им ток меньше минимального тока КЗ: 62 А 55 А. Однако время отключения данным предохранителем тока КЗ, равного 62 А, составляет 7 с. При таком длительном времени необходимо учитывать эффект спада тока, вызванный увеличением активного сопротивления кабеля вследствие его нагрева [6]. В результате спада тока его значение приближается к минимальному току отключения предохранителя –55 А, что делает защиту ненадежной.
Улучшить надежность защиты можно путем применения силового трансформатора 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Zн. В этом случае минимальный ток короткого замыкания через предохранители увеличивается до 80 А, а время его отключения предохранителем сокращается до 0,6 с и защита становится достаточно надежной.
Если же в рассмотренном примере будет применен трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Yн, то минимальный ток КЗ через предохранители составит лишь 22 А. Очевидно, что защитить электрооборудование предохранителями 6 кВ при таком токе невозможно. Недостатки трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн проявляются и в нормальных режимах работы при неравномерной загрузке фаз. Потери напряжения в более загруженной фазе могут резко возрасти по сравнению с менее за-груженными фазами, особенно при большой загрузке трансформатора и низком cos j нагрузки.
Однако означает ли всё вышесказанное, что трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн не должны изготавливаться вообще? Представляется, что это не так. Не всегда большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора является недостатком. Например, при применении трансформаторов более 1000 кВА может возникнуть проблема устойчивости однофазной коммутационной аппаратуры 0,4 кВ к току ОКЗ. В этом случае большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора со схемой Y/Yн поможет решить эту проблему.
Что же касается защиты таких трансформаторов, то она решается с помощью релейной защиты и выключателя 6(10) кВ, а с низкой стороны – с помощью вводного автомата.

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект дает схема D/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.
Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.
Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
2. Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.
3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний
4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я.М., Круповича В.И., Самовера М.Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.
5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).
6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

Компания ООО Энетра Текнолоджиз на правах дилера ОАО МЭТЗ им. В. И. Козлова осуществляет продажу трансформаторов средней мощности. В нашем каталоге вы найдете сухие трансформаторы ТС, ТСЗ и ТСГЛ, масляные трансформаторы ТМ и ТМГ, а также специализированные трансформаторы различного назначения. Мы рады доставить выбранные вами трансформаторы по всей Сибири и СФО. Доставка трансформаторов осуществляется нами не только по СФО, но и по Дальнему Востоку.

Миллионы забытых «малышей»: маломощные и силовые низковольтные трансформаторы

Статья посвящена группе трехфазных трансформаторов, которые применяются в очень больших количествах, но которые, при этом, в техническом плане слабо регламентированы. Речь идет о трансформаторах малой мощности (до 5 кВА) и о низковольтных силовых трансформаторах. Автор на основе разработанных техноценологических моделей трансформаторных комплексов впервые рассчитал количество находящихся в эксплуатации трансформаторов данного типа. Также впервые оценена энергоэффективность указанного оборудования и высказаны предложения по регламентированию его технических параметров.

Область применения трансформаторов малой мощности и силовых низковольтных трансформаторов

Профессиональное научно-техническое сообщество электроэнергетиков всегда уделяло большое внимание всем элементам сети электроснабжения, в том числе и трансформаторам. При этом, силовые, измерительные и специальные трансформаторы рассматриваются, изучаются с разных технических аспектов. Но есть, без преувеличения, огромная «армия» трансформаторных устройств, которые по непонятным причинам не попадают в поле зрения специалистов. Это трехфазные трансформаторы мощностью до 5 кВА, а также трехфазные трансформаторы хоть и силовые, но классов напряжений до 1000 В. Их мощность, так как обе обмотки низковольтные, в большинстве случаев составляет до 250 кВА.

Наиболее часто трансформаторы с указанными характеристиками мощности и классов напряжений применяются для питания/электроснабжения:

• электросварочных аппаратов при выполнении электросварочных работ на самых различных предприятиях всех отраслей экономики;
• электрифицированного инструмента в самом различном ассортименте;
• комплексов светильников местного освещения;
• цепей управления и сигнализации лифтов;
• самых различных приборов и устройств в медицинских учреждениях;
• судовых агрегатов, приборов и устройств;
• гальванических устройств;
• для создания безопасной сети электроснабжения с контролем изоляции.

Технические характеристики трансформаторов малой мощности и силовых низковольтных трансформаторов различных производителей приведены в таблицах 1-4.

В таблице 1 даны параметры сварочных трансформаторов одного из многих производителей данной группы трансформаторов.

Таблица 1. Характеристики сварочных трансформаторов

В таблице 2 даны характеристики многочисленной группы трансформаторов, предназначенных для электропитания различного инструмента и освещения. Эти трансформаторы по сложившейся традиции условно обозначают буквами ТСЗИ; при этом символы ТСЗ — установлены стандартом и обозначают трансформаторы трехфазные сухие защищенные, а вот обозначение «И» — инструментальные сложилось исторически и принято профессиональным сообществом.

В таблице 3 представлены трансформаторы, основное назначение которых — гальваническая развязка сети питания и потребителей. Это необходимо для обеспечения соответствующего уровня безопасности, в частности, при электроснабжении медицинских учреждений. В таблице 4 приведены характеристики еще одной очень большой группы низковольтных трансформаторов, особенностью эксплуатации которых являются объекты морского и речного транспорта. Данные трансформаторы должны быть надёжно предохранены от попадания воды, а также должны работать под углом к вертикали (выдерживать наклоны из стороны в сторону).

Варианты конструктивного исполнения всех перечисленных выше трансформаторов приведены на рисунках 1-4.

Таблица 2. Характеристики инструментальных трансформаторов

Таблица 3. Характеристики разделительных трансформаторов

Рис. 2. Инструментальный трансформатор типа ТСЗИ

Рис. 3. Разделительные трансформаторы разных производителей