Как определить класс напряжения трансформатора

Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Наиболее распространенными электрическими устройствами в промышленности и в быту являются трансформаторы. Их назначение – передача мощности внутри несогласованной электрической цепи между ее различными схемами. Применяются в тех случаях, когда требуется понизить или повысить напряжение между источником энергии и потребителем. Также трансформаторы включены в схемы блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный. В основе работы трансформаторов лежит их способность передавать электроэнергию между контурами посредством магнитной индукции.

Силовые трансформаторы — электромагнитные устройства, предназначенные для преобразования напряжений переменного тока, сохраняя при этом его частоту, а также для преобразования самой системы электроснабжения.

Конструкция и устройство силовых трансформаторов

Основной частью каждого силового трансформатора является его сердечник с несколькими обмотками, изготовленный из ферромагнитного материала. Как правило, это тонкие листы специального трансформаторного железа, обладающего магнитомягкими свойствами. Листы укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была приближенной к кругу. Для повышения КПД устройства и снижения потерь, целые листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинами.

Трансформаторная обмотка выполняется, как правило, из медного провода с прямоугольным или круглым сечением. Каждый виток изолирован от самого магнитопровода, а также от соседних витков. Для циркуляции охладителя, между обмотками и отдельными ее слоями предусматриваются технические пустоты.

Каждый трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается электрический ток) и вторичную (ток снимается после преобразования его напряжения).

Принцип работы

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от класса напряжения и полной потребляемой мощности, силовые трансформаторы условно делятся на следующие категории:

1. До 100 кВА, до 35кВ;
2. 100 – 1000 кВА, до 35кВ;
3. 1000 – 6300 кВА, до 35кВ;
4. Более 6300кВА, до 35кВ;
5. До 32 000 кВА, 35 – 110 кВ;
6. 32 000 – 80 000 кВА, до 330 кВ;
7. 80 000 – 200 000 кВА, до 330 кВ;
8. Более 200 000 кВА, более 330 кВ.

Виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько видов, основываясь на следующих характеристиках и показателях:

• Тип охлаждения. Различают сухие и масляные трансформаторы. Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности. Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;
• Климатическое исполнение: наружные и внутренние варианты;
• Количество фаз. Бывают трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные;
• Количество обмоток. Различают двухобмоточные и многообмоточные варианты;
• Назначение: повышающие и понижающие.

Дополнительным критерием служит наличие или отсутствие регулятора выходного напряжения.

Элементы силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

• Силовые вводы – устройства, через которые подается нагрузка. Могут быть расположены внутри изделия или снаружи. Вводы изолированы различными специальными материалами, отличаются по типу изоляции и конструкции;
• Охладители. Для мощных силовых трансформаторов предусматривается масляная система охлаждения. Охлаждение самого же масла производится посредством радиаторов, гофрированного бака, принудительной вентиляции, масляно-водных охладителей или циркуляционными насосами;
• Регуляторы выходного напряжения – устройства, предназначенные для изменения коэффициента трансформации. Могут срабатывать как под действием определенной нагрузки, так и без нее (в зависимости от конструкции). По сути, регуляторы добавляют, либо уменьшают в обмотке количество ее витков.

Силовые трансформаторы могут быть оснащены дополнительным навесным оборудованием:

• Газовое реле – устройство с функцией защиты. Если трансформатор работает нестабильно, масло разлагается на составляющие с выделением газа. Газовое реле либо отключает трансформатор, либо оповещает предупреждающими сигналами;
• Индикаторы температуры – датчики, производящие замеры температуры масла;
• Влагопоглотители – устройства, поглощающие образуемый под защитной крышкой конденсат, тем самым предотвращая его попадание в масло;
• Система регенерации масла;
• Автоматическая система защиты от повышения давления охладителя;
• Индикатор уровня масла.

Параметры силового трансформатора

• Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью обмоток параметр равен большему из показателей;
• Номинальное напряжение обмоток – характерный параметр для холостой работы;
• Номинальный ток – показатель, при котором разрешается длительная эксплуатация устройства;
• Напряжение короткого замыкания — характеристика полного сопротивления обмоток.
• Потери короткого замыкания;
• Ток холостого хода – потери материала магнитопровода (реактивные и активные);
• Потери тока холостого хода;
• Коэффициент трансформации.

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для эксплуатации на предприятиях основан на подборе мощности, а также в соответствии с требованиями к надежности питания. Чтобы обеспечить бесперебойное питание, в некоторых случаях требуется установка нескольких трансформаторов. Мощность каждого устройства подбирается таким образом, чтобы при выходе его из строя, другие устройства были способны взять на себя функции этого недостающего звена, с учетом возможных перегрузок.

Еще один важный критерий – наличие защиты:

• От внутренних повреждений. Обеспечивается устройствами, контролирующими наличие газов, температуру, давление и уровень масляного охладителя;
• От перегрузок. Используется так называемая дифференциальная защита, когда на каждой фазе установлены трансформаторы тока.

Ремонт и техническое обслуживание

Надежность силовых трансформаторов напрямую зависит от качества и своевременности их обслуживания. Устройства, установленные в помещениях, где работает персонал предприятия, подвергаются ежедневному осмотру с контролем показателей уровня масла, состояния поглотителя и устройств регенерации. Кроме того, проверяется целостность корпуса и основных элементов. Трансформаторы в помещениях без персонала осматриваются раз в месяц, а трансформаторные пункты – дважды в год.

Внеплановый осмотр силового трансформатора и его систем защиты проводится при резком изменении температуры окружающего воздуха, а также при аварийных режимах. Периодическому обслуживанию подвергаются и устройства регулировки напряжения. Причина – окисление контактных групп, что приводит к возрастанию их переходного сопротивления. Перед сезонными изменениями нагрузки (обычно дважды в год) устройство отключается от потребителей и питания, после чего регулятор напряжения переводится последовательно во все возможные положения. Процедура способствует разрушению пленки окислов.

Лабораторный анализ масла производится каждый год при капитальном ремонте. Если масло не удовлетворяет требованиям при визуальном осмотре (цвет) или по данным обследования, производится его замена или доливка.

Виды трансформаторов напряжения и их особенности

Трансформаторы напряжения имеют довольно развитую классификацию и отличаются друг от друга по назначению, а также принципу действия. Это устройства, меняющие характеристики тока, имеют важное значение для обеспечения энергией как отдельных точек, так и крупных территорий. Большинство из них объединено в одну систему энергоснабжения. Какими же бывают трансформаторы?

Общая классификация трансформаторов

Трансформаторные устройства по назначению делятся на:

• Силовые. Обеспечивают бесперебойное питание. Принцип их работы построен на преобразовании тока переменного типа из одного напряжения в другое. Выделяют два диаметрально противоположных вида силовых трансформаторов — это как повышающие, так и понижающие. В России используются трехфазные двухобмоточные модели понижающего типа для преобразования высоких значений — 10 кВ до бытового значения в 0,4 кВ.
• Измерительные. Так называемый, промежуточный вариант, благодаря которому возможно подключение различных измерительных устройств в условиях высокого напряжения. Так различные вольт-, ватт- и амперметры изолируются от сети электропередач, то есть могут применяться без каких-либо оговорок.
• Автотрансформаторы, рассчитанные на уровень от 0,3 до 6 кВт. В структуре — одна обмотка, дополненная клеммами и терминалы, расположенные в промежутках, где размещаются катушки.
• Трансформирующие устройства тока, которые имеют два вида обмотки — первичную и вторичную. Конструкция состоит из магнитного сердечника, а также нескольких резисторов и датчиков, помогающих регулировать уровень напряжения более точно. Используются для уравнивания сигналов первичной и вторичной цепей и создания линейной пропорции.
• Антирезонансные. Очень похожи на устройства силового типа, правда, гораздо компактнее и менее требовательны к погоде. Применяются для использования в условиях повышенных нагрузок или передачи на многокилометровые расстояния.
• Заземляемые. Имеют специализированную область использования, их еще называют догрузочными. Необычным в этой конструкции является способ соединения обмоток, это почти всегда звездочка или зигзаг. Их предназначение соединять многофазные системы с фазой и нейтралью нагрузок.
• Пик-трансформаторы — еще один вид, который используется для того, чтобы сопоставлять источники импульсов и нагрузок. Цель — смена импульсной полярности для отделения разного типа токов. Встречаются преимущественно в различных по мощности компьютерных системах, а также узлах радиосвязи. Их базовая конструкция довольно проста. Есть сердечник, вокруг — обмотка с четко выверенным количеством витков. Такой трансформатор предохраняет чувствительные к перепадам напряжения устройства от замыкания. Нередко заменяется стабилизатором.
• И, наконец, разделительный трансформатор. Это устройство обеспечивает передачу электроэнергии непосредственно от источника переменного тока до используемого в быту оборудования. Они не только помогают регулировать напряжение, но и предохраняют от удара током и эффективно подавляют возможные помехи на устройствах чувствительных к электроимпульсам. Такой прибор легко блокирует передачу постоянного тока, но прекрасно пропускает переменный.

В чем специфика трансформаторов напряжения? ↑

Сфера использования комментируемых нами устройств очень обширна. Применяются для измерения собственно напряжения, и контроля мощностных параметров. Питают они цепи автоматики, различные типы сигнализаций. Эффективны в качестве защиты ЛЭП.

В некоторых ситуациях возможно их применение в качестве силовых приборов малой мощности понижающего типа или, напротив, как трансформаторов, повышающих предельные значения с целью провести испытания.

Принцип классификации трансформаторов напряжения ↑

Все трансформаторы напряжения делятся на несколько групп по различным параметрам:

• Число фаз. Устройства производятся одно- и трехфазные.
• Количество имеющихся обмоток — две или три.
• Класс точности — диапазон допустимых значений возможной погрешности.
• Преимущественный способ охлаждения — масляные со специальным масляным составом и сухие, имеющие воздушное охлаждение.
• По типу размещения могут быть внутренними или внешними.

Существуют и другие трансформаторы напряжения, назначение и принцип действия которых имеет свою специфику.

Немного подробнее о специфике некоторых видов ↑

Виды трансформаторного напряжения напрямую влияют на тип используемого устройства. Если речь идет о напряжении до 6 кВ, то используются трансформаторы сухого типа, в других случаях необходимо задействовать масляные модели.

Внутренние трансформирующие устройства могут работать в диапазоне от -40 до + 45 градусов при влажности воздуха не более 80 процентов. Однофазные внутренние трансформаторы имеют изоляцию литого типа и отличаются от масляных аналогов меньшей массой, более скромными размерами и неприхотливостью в эксплуатации.

Особенности и различия масляных и сухих трансформаторов ↑

Напомним, — масляные трансформаторы изолируются и охлаждаются с помощью масляного состава.

Структура масляного трансформатора — это магнитопровод в сочетании с обмотками, баком и крышкой. Основной элемент — магнитопровод — собирается из отдельных стальных листов, хорошо заизолированных во избежание потерь.

Материал для обмоток — неизолированный провод, как правило, из меди или алюминия различного сечения. Чтобы регулировать напряжение, имеющаяся обмотка дополнена ответвлениями, соединенными с тумблером или переключателем.

В каждом трансформаторе такого типа есть два основных вида переключении: они могут регулироваться под нагрузкой, пока устройство подключено, а также без нагрузки, когда оно отключено. Самым популярным способом считается второй — он намного проще и безопаснее.

Масляные трансформаторы могут выпускаться и герметичными. В этом случае само масло никак не соприкасается с воздухом, а значит медленнее окисляется и набирается влагой. Приборы этого вида заполнены специальной масляной жидкостью полностью, а потому не имеют расширительной емкости. Что же касается компенсации при расширении от нагревания и сжатии при снижении температуры, то эту функцию выполняют гофры стенок самого бака. Еще один их плюс — в более совершенной изоляции, так как заполнение маслом происходит под вакуумом.

Второй тип — это сухие трансформаторы, в которых роль охлаждения выполняет воздух. Они также представляют собой соединение магнитопровода и двух или трех обмоток, которые помещены в защитный отсек. Так как воздух гораздо менее совершенная среда для охлаждения, чем вязкое масло, в таких устройствах изоляционные промежутки, а также каналы, предназначенные для вентиляции делаются больше.

Изоляцией в сухом варианте служит стекломатериал высокого класса термостойкости и кремнийорганические лаки, предотвращающие взаимодействие обмотки с влагой. Кстати, это делает их гораздо пожаробезопаснее, нежели масляный вариант. Эти установки можно без опасений применять в любых, в том числе и жилых помещениях.

В чем действительно проигрывают сухие трансформаторы, так это в размерах. Они более громоздкие, к тому же обладают меньшей способностью выдерживать перегрузки.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения обслуживания трансформаторных подстанций, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать обслуживание трансформаторных подстанций или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

Многообразие и специализации ↑

Разумеется, приборы каждого вида и типа используются строго по назначению или в рамках существующих допусков. Любое использование трансформаторов в не предназначенных для их эксплуатации условиях, чревато не только поломкой самого устройства, но и весьма печальными последствиями для всей цепи. Для того, чтобы избежать возможных последствий неправильного и нецелевого использования трансформаторов, следует внимательно ознакомиться с паспортом или инструкцией изделия, а также с существующими ГОСТами.

Класс напряжения

Класс напряжения — это типовое значение линейного (междуфазного) напряжения в электрических сетях, которое является номинальным для различных групп оборудования: трансформаторов, линий, генераторов, реакторов и прочих. Класс напряжения определяет требуемый уровень электрической изоляции электрооборудования. Порядок класса напряжения определяет то, для каких целей и задач применяется это оборудование. В частности, низкие напряжения используются для распределения мощности между мелкими потребителями на малые расстояния, средние классы — для распределения мощности между средними потребителями и группами потребителей на умеренной дистанции, высокие и сверхвысокие классы — для распределения мощности между крупными потребителями и для передачи мощности на большие расстояния. Иными словами низкие и средние классы напряжения характерны для распределительных сетей, в то время как высокие и сверхвысокие классы — для системообразующих сетей, связывающих отдельные энергосистемы.

Ряд стандартных классов напряжения представлет из себя множество дискретных значений.

Необходимость применения различных классов напряжения

Энергосистема на разных классах напряжения

На заре электроэнергетики, когда идея объединенных энергосистем ещё не возникла, электрические сети использовались изолированно на отдельных предприятиях, аналогично тому, как до этого применялись механические передаточные системы. Каждое из предприятий стремилось построить свою собственную станцию и управлять её самостоятельно. Идею электростанции, как независимого объекта, имеющего своей целью исключительно выработку и продажу электроэнергии как товара, одним из первых предложил Сэмюэль Инсулл [1] . И если прежде низких классов напряжения, которые могли быть различны, было достаточно для нужд промышленности, поскольку задачи совместной работы предприятий не стояло, то теперь в новых реалиях возникло два ключевых вопроса: как передать мощность от электростанций сразу нескольким потребителям — проблема удаленности источников электроэнергии от районов потребления, и как обеспечить совместимость по напряжению всех используемых установок?

Если второй вопрос разрешился с точки зрения электроэнергетики сравнительно просто: был введен стандарт на классы напряжения, что обеспечило их совместимость, то первый из них оказывается напротив крайне сложным, поскольку передача на большое расстояние создает сразу несколько инженерных проблем. Ниже приводятся основные их них:

Чем выше напряжение, тем меньше потери мощности. Данную закономерность хорошо описывает формула потерь в элементе сети по параметрам конца передачи:

где [math]\Delta\dot[/math] — потери мощности в передаче, МВА; [math]P[/math] , [math]Q[/math] — мощности в конце передачи, МВт и МВар; [math]V[/math] — модуль напряжения в конце передачи, кВ; [math]R[/math] , [math]X[/math] — активное и реактивное сопротивления передачи, Ом. Эта формула очевидно показывает, что при передаче одной мощности при увеличении напряжения потери мощности квадратично уменьшаются.

Чем выше напряжение, тем выше предел передаваемой мощности. Для любой передачи существует предел передаваемой активной мощности, определяемые статической устойчивостью, который в простейшем случае на основании уравнения угловой хараткеристки передачи определяется следующим выражением:

[math]\displaystyle P_ = \frac,[/math]

где [math]U_1, U_2[/math] — напряжения по концам передачи, кВ; [math]X[/math] — реактивное сопротивление передачи, Ом; [math]P_[/math] — предел передаваемой мощности мередачи, МВт. Нетрудно видеть, что с ростом напряжения предел передаваемой мощности квадратично растет.

Наиболее рациональный класс напряжения с точки зрения минимума потерь и капиталловложений определяется на этапе долгосрочного планирования режимов работы электрической сети.

Классификация классов напряжения

• Ультравысокий класс напряжения — от 1000 кВ.
• Сверхвысокий класс напряжения — от 330 кВ до 750 кВ.
• Высокий класс напряжения — от 110 кВ до 220 кВ.
• Средний класс напряжения — от 1 кВ до 35 кВ.
• Низший класс напряжения — до 1 кВ.

Максимально допустимые рабочие напряжения превышают номинальные значения на 15 % [math](U_>\le 220\text< кВ>)[/math] , на 10 % [math](220 \lt U_> \lt 500\text< кВ>)[/math] и на 5 % [math](500 \le U_>\text< кВ>)[/math] . Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5—10 % номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.

Классы напряжения
Класс напряжения, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	13,8	15,75	18	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Максимально допустимое рабочее напряжение, кВ	0,253	0,437	0,759	3,6	6,9	11,5	15,87	18,11	20,7	23	40,5	126	172	252	363	525	787	1207,5
Электрические сети, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	—	—	—	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Генератор, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15	6,3	10,5	13,8	15,75	18	20	—	—	—	—	—	—	—	—
Первичная обмотка трансформатора, кВ	0,22	0,38	0,66	3; 3,15	6; 6,3	10; 10,5	13,8	15,75	18	20	35	110; 115	150; 158	230	330	500	750	1150
Вторичная обмотка трансформатора, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15; 3,3	6,3; 6,6	10,5; 11	—	—	—	22	36,75; 38,5	115; 121	158; 165	242	347	525	787	—

Комментарии к вопросу о классах напряжения

Учёт режима работы нейтрали

При расчетах коротких замыканий следует обращать особое внимание на класс напряжения, поскольку в зависимости от класса может быть различным режим работы нейтрали в сети. В частности, на низших и средних классах напряжения нейтраль в подавляющем большинстве случаев оказывается изолированной — это позволяет при адекватных затратах на повышенный уровень изоляции облегчить режим работы сети, а именно фактически исключить фактор однофазных замыканий, которые, являясь наиболее вероятными среди оных в сетях всех уровней, при изолированной нейтрали не представляют существенной угрозы и, что особенно важно, не приводят к нарушению электроснабжения потребителей [2] . Таким образом, для расчётчика класс напряжения должен в данной ситуации, как минимум, указать на необходимость уточнения состояния нейтрали и учет этого фактора в дальнейших расчётах.

Повышенное напряжение базисного узла

Во многих практических расчётах можно столкнуться с тем, что напряжение базисного узла задается повышенным и редко совпадает с номинальной величиной. В частности, для сетей 110 кВ величина составляет 115 (121) кВ, для сетей 220 кВ — 230 (242) кВ. Объяснений данному факту может быть несколько.

В первую очередь это может быть обусловлено тем, что в соответствии с указаниями по расчёту коротких замыканий при учете тока подпитки от внешней системы необходимо задавать напряжение этой системы выше номинала на 5 %. Эта мера направлена на намеренное завышение расчётного тока короткого замыкания, чтобы исключить неопределенность, связанную с составом оборудования и режимом внешней сети.

Второе объяснение менее убедительно по сравнению с первым, но имеет под собой вполне логичное основание. Как правило, базисный узел задается на шинах мощной электростанции района, либо на шинах подстанции высокого или сверхвысокого напряжения, связывающей район с внешней системой. Опыт расчётов подсказывает, что в большинстве случаев мощность именно вытекает из базисного узла, а не наоборот. В начале передачи, опять же как правило, напряжение выше, чем на приемном конце, а на электростанции напряжения в нормальном режиме выше, чем у потребителей. Таким образом, умышленное завышение напряжения базисного узла имеет своей целью отразить указанную физическую закономерность.

Цветовое обозначение классов напряжения

В отечественной практике расчётов и управления энергосистемами при графическом отображении электрических схем сетей и систем принято использовать унифицированное цветовое обозначение классов напряжений. При этом есть несколько стандартов и несколько вариантов цветовых схем классов напряжения, в частности внимания заслуживают прежде всего Стандарт СО ЕЭС и Стандарт ФСК ЕЭС. Таблицах ниже указаны общепринятые цветовые обозначения раздичных классов напряжения по этим стандартам [3] [4] .

Цветовая схема согласно стандарту СО ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	065:065:240
500 кВ	184:000:000
400 кВ (ЛЭП, цепи ППТ)	135:253:194
330 кВ	000:204:000
220 кВ	204:204:000
	128:128:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	070:153:204
27 — 60 кВ	194:090:090
6 — 24 кВ	164:100:164
Генераторное напряжение	204:100:204
Без напряжения	204:204:204
	150:150:150
Заземлено	255:153:000
Перегрузка	255:000:000
Неизвестно	140:140:140

Цветовая схема согласно стандарту ФСК ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	000:000:200
500 кВ	165:015:010
400 кВ	240:150:30
330 кВ	000:140:000
220 кВ	200:200:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	000:180:200
35 кВ; 20 кВ	130:100:050
10 кВ	100:000:100
6 кВ	200:150:100
до 1 кВ	190:190:190
Генераторное напряжение	230:070:230
Обесточено	255:255:255
Заземлено, ремонт	205:255:155

Разница палитр, как не трудно заметить, не драматична и не препятствует использованию ни одной из них, но предагаемый стандартом ФСК вариант, подразумевает работу в программном комплексе с черным фоном, из-за чего обесточенные участки предлагается показывать белым цветом. Таким образом, ориентация на цветовую схему стандарта СО ЕЭС является более удобной для рядовых расчётов. Категорически соблюдать требования к классам напряжения необходимо только при сотрудничестве непосредственно с соответствующими организациями.

Использованные источники

1. ↑ Карр Н. «Великий переход: что готовит революция облачных технологий». — М., 2014. − С. 137.
2. ↑ Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: учебник для техникумов — 2-е изд., перераб. — М.: Энергия, 1980. — С. 600.
3. ↑Стандарт СО ЕЭС. СТО 59012820.27.010.003-2015. Правила отображения технологической информации.
4. ↑Стандарт ФСК ЕЭС. СТО 56947007-25.040.70.101-2011. Правила графического отображения информации посредством ПТК и АСУ ТП.

Устройство измерительных трансформаторов напряжения

Приборы, которые применяются в электросетях (Рис. 1) – счетчики, реле, ваттметры, амперметры, вольтметры рассчитаны на небольшие значения токов и напряжений. Это связано с целесообразностью изготовления этих приборов с малой изоляцией (габариты, стоимость). Однако рост мощности электрических станций влечет за собой увеличение тока и напряжения в первичных сетях. Для измерения параметров электрических сетей используют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Они могут применяться как самостоятельные комплектующие в электросетях, а также на электрических и испытательных станциях и в распределительных устройствах.

Рис. 1. Измерительные приборы

Измерительные трансформаторы напряжения

Для изолирования цепей высокого (от 6, 10 кВ и выше) от низкого напряжения вторичных обмоток (как правило, 100 В) используют измерительный трансформатор напряжения (ТН) рис. 2. Первичное и вторичное напряжение в нем соотносятся друг с другом.

Рис. 2. Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) УХЛ2

Как подключить в сеть трансформатор напряжения

Если в цепи переменного тока напряжение выше 220 В, необходимо использовать трансформаторы напряжения. Способ подключения устройства будет зависеть от конструкции трансформатора. Так, на линейное напряжение подключается однофазный незаземляемый трансформатор в трехфазной сети, как показано на рис. 3, а на фазное – заземляемый.

Рис. 3. Схема включения трансформатора напряжения в сеть, где U₁ – междуфазное (линейное) напряжение первичной обмотки 1; U₂ – напряжение вторичной обмотки 2; 3 – магнитопровод трансформатора; F – предохранители трансформатора; A, X и а, х – выводы первичной и вторичной обмотки соответственно (вывод «х» необходимо заземлить); w₁ и w₂ – количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно; V – вольтметр; W – ваттметр; KV – реле напряжения (устройство защиты)

Принцип работы

Принцип работы всех трансформаторов основан на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток первичной обмотки создаёт изменяющееся во времени магнитное поле.
• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

От внешнего источника на первичную обмотку подается напряжение. По ней же протекает переменный ток I₁ намагничивания. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток за счет электромагнитной индукции, которая создаёт электродвижущую силу (ЭДС) индукции в обмотке. ЭДС индукции во вторичной обмотке приводит к протеканию тока I₂ в ней.

Рис. 4. Условная схема трансформатора

Класс точности измерительных трансформаторов

В реальных трансформаторах преобразование тока сопровождается потерями энергии. Эта энергия расходуется на создание магнитного потока в магнитопроводе, на его нагрев и перемагничивание, а также нагрев проводов обмоток и вторичной цепи. Это создает погрешности в работе трансформаторов.

Класс точности – обобщенная характеристика трансформатора напряжения, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы. Чтобы обозначить класс точности вторичной обмотки, надо знать ее назначение.

Значения классов точности обмоток трансформатора напряжения:

• 0,2, 0,5, 1, 3 – для измерений,
• 3Р, 6Р – для защиты.

Конструкция измерительных трансформаторов напряжения

Активная часть

Основной узел трансформаторов тока и напряжения – это сборка медных обмоток и магнитопровода. Технические параметры будущего трансформатора будут зависеть именно от нее. В активную часть устройств входят также литая изоляция, различные контакты и втулки, картонные прокладки и шайбы и т.п.

Магнитопровод

В трансформаторах напряжения применяются С-образные ленточные магнитопроводы рис. 5, которые получаются путем распила овальных магнитопроводов на две части.

Рис. 5. Магнитопровод трансформатора напряжения

Первичная и вторичная обмотки трансформатора напряжения

Они мотаются концентрически друг на друга, сначала вторичные, затем первичная. Обмотки трансформаторов напряжения изолируются друг от друга прокладками из электроизоляционного картона. Первичная обмотка состоит из нескольких тысяч витков тонкого провода диаметром 0,14-0,16 мм, намотанных виток к витку слой за слоем. Межслоевая изоляция – пленка.

Сборка заливочной формы

Готовая активная часть устанавливается в заливочную форму, для дальнейшего залития компаундом. Компаунд представляет собой смесь нескольких веществ: эпоксидная смола, отвердитель, ускоритель, пластификатор и кварцевый песок, смешанных в нужных пропорциях. Готовый компаунд обладает отличными электроизоляционными и механическими свойствами. Является корпусом трансформатора.

Проверяется выполнение всех изоляционных расстояний. Собираются оставшиеся элементы заливочной формы (установочные втулки, заглушки). Форма отправляется на заливку, а затем в печь для дальнейшей полимеризации – процесс образования литой изоляции.

Конструктивные и технологические особенности

К конструктивным и технологическим особенностям измерительных трансформаторов напряжения относится:

1. Изготовление трансформаторов напряжения со съемным предохранительным устройством, которое не имеет аналогов в мире, а его действие основывается на электромагнитном принципе действия СПУЭ, собственного производства, на стороне высокого напряжения.
2. Возможность изготовления трансформатора напряжения с тремя вторичными обмотками. Переключаемые трансформаторы напряжения – возможность переключения номинального первичного напряжения. Являются аналогами зарубежных производителей, не имеют аналогов в России.
3. Применение глубокой вакуумизации исключает воздушные включения и раковины в литой изоляции. Влияет на надежность конструкции и срок службы трансформаторов.
4. Применение магнитопроводов различной формы, для возможности изготовлений трансформаторов необходимых габаритов по требованию заказчика.

Применяемые материалы и изделия

Группа СВЭЛ очень трепетно относится к выбору поставщиков и материалов, так как от их качества зависит надежность трансформаторов и сроки поставки готовой продукции. Материал первичной и вторичных обмоток измерительных трансформаторов – медь, обеспечивающая минимальные активные потери в трансформаторе. Детали для основных узлов измерительных трансформаторов с ростом и возможностью собственного производства изготавливаются на площадках группы СВЭЛ, что позволяет снижать себестоимость и быть конкурентоспособными на рынке трансформаторостроения.

Реализация защиты трансформатора

Высококачественная литая изоляция без воздушных включений и строгое соблюдение всех изоляционных расстояний при сборке активной части в заливочную форму, применение качественных электроизоляционных материалов гарантирует долгосрочную службу и повышенную надежность устройств производства СВЭЛ-ИТ.

На трансформаторах напряжения на первичную обмотку устанавливается защитный экран, который защищает трансформатор при перенапряжениях в результате грозовых импульсов. Конструкция трансформаторов напряжения СВЭЛ антиферрорезонансная. Феррорезонанс – это неблагоприятные явления в сети, термически разрушающие первичную обмотку. Как правило, однофазные замыкания на землю дают такой результат. Возникновение феррорезонанса зависит от параметров сети, когда емкости и индуктивности при определенных условиях уравниваю друг друга. Емкость — это параметр сети. Один из основных параметров трансформатора – индуктивность. Из-за насыщения магнитопровода имеет нельнейный характер. Чтобы бороться с феррорезанансом, мы используем заниженную индукцию в нашем трансформаторе. Устройство не уходит в насыщение в случае короткого замыкания, индуктивность при этом линейная, и феррорезонанс не возникает. А при возникновении гасится потерями в резисторах, которые мы рекомендуем устанавливать.

«Ноу хау» нашей компании — съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия (СПУЭ) рис. 6. Устанавливается на устройства типа ЗНОЛ-СВЭЛ-6(10). По назначению аналогичен предохранителям с плавкой вставкой (перегорающий проводник), однако преимуществом его использования – удобство в эксплуатации и возможность многоразового использования.

Рис. 6. Съемное предохранительное устройство, электромагнитного принципа действия

Классификация трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения делятся по следующим признакам согласно ГОСТ 1983-2001:

1. По категории размещения и климатическому исполнению.
2. По виду изоляции.
3. По принципу действия.
4. По количеству фаз: однофазные или трехфазные.
5. По особенностям конструктивного исполнения.
6. По числу ступеней трансформации.
7. По наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки.
8. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.

Категория размещения и климатическое исполнение по ГОСТ 15150

Буквенная часть категории размещения обозначает климатическую зону:

У — умеренный климат;
ХЛ — холодный климат;
УХЛ — умеренный и холодный климат;
Т — тропический климат;
М — морской умеренно-холодный климат;
О — общеклиматическое исполнение (кроме морского);
ОМ — общеклиматическое морское исполнение;
В — всеклиматическое исполнение.

Категория размещения (цифровая часть, которая следует за буквенной):

1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации, атмосферных осадков;
3 — в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4 — в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление);
5 — в помещениях с повышенной влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Основные параметры трансформаторов напряжения согласно ГОСТ 1983-2001:

Название параметра	Обозначение
Класс точности	0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 3Р; 6Р
Номинальное напряжение первичной обмотки U1ном, кВ	3; 3√3; 6; 6/3 и т.п.
Номинальное напряжение вторичной основной обмотки U2ном, кВ	100;100/√3
Номинальное напряжение вторичной дополнительной обмотки U2доп, ВА	100; 100/3
Номинальная мощность (нагрузка) основной (дополнительной) обмотки Sном (Sдоп), ВА	10; 15; 20; 25; 30; 45; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200
Предельная мощность вне класса точности Smax, ВА	160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500
Номинальная частота сети f, Гц	50, 60

Взаимосвязь технических характеристик и конструктивных особенностей.

Габариты и материал магнитопровода трансформаторов напряжения заданы изначально. Поэтому почти все параметры устройства являются постоянными. Это отличает трансформаторы напряжения от трансформаторов тока.

Номинальные первичные и вторичные напряжения указаны в ГОСТ 1983-2001. Это важно: при указании фазных напряжений (в случае ЗНОЛ) необходимо деление на корень из трех. При указании линейного напряжения (НОЛ или 3хЗНОЛ) это не требуется.

Номинальная мощность и класс точности напрямую определяют друг друга: чем больше мощность, тем больше погрешность в устройстве, а значит ниже класс точности.

Предельная мощность так же задана и определяется сечением провода вторичной обмотки. При указании параметров трехфазной группы 3хЗНОЛ значения номинальной и предельной мощности следует умножить на 3.

Структура условного обозначения трансформаторов напряжения

Таблица 1 – Условное обозначение типов трансформаторов по различным признакам
Конструктивное исполнение	Условное обозначение
Заземляемый	З
Незаземляемый	—
Однофазный	О
Трехфазный	Т
Электромагнитный	—
Электромагнитный каскадный	К
С емкостным делителем	ДЕ
Двухобмоточный	—
Трехобмоточный	—
С дополнительной обмоткой для контроля изоляции сети	И
С компенсационной обмоткой	К
Защищенное исполнение	З
Водозащищенное исполнение	В
Герметичное исполнение	Г
С встроенным предохранителем	П
Антиферрорезонансная конструкция	А

Таблица 2 – Условное обозначение типа трансформатора по виду изоляции
Вид изоляции	Условное обозначение
Воздушно-бумажная	С
Литая	Л
Битумный компаунд	К
С фарфоровой покрышкой	Ф
Масляная	М
Газовая	Г

Например: ЗНОЛП – СВЭЛ – 10 – УХЛ 2

Номенклатура измерительных трансформаторов напряжения «СВЭЛ»

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10	1ЭТ.752.001	Однофазный трансформатор напряжения с заземляемым выводом первичной обмотки. Класс напряжения – 10 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-20	1ЭТ.752.004	Однофазный. Класс напряжения – 20 кВ.
ЗНОЛ-СВЭЛ-35 + ЗНОЛ-СВЭЛ-35 (III)	1ЭТ.752.005 + 1ЭТ.752.011	Однофазный. Класс напряжения – 35 кВ.
3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-10	1ЭТ.753.001	Трехфазная антирезонансная группа. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-10	1ЭТ.752.002	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 10 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-20	1ЭТ.752.006	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 20 кВ.
НОЛ-СВЭЛ-35	1ЭТ.752.007	Двухполюсный трансформатор напряжения. Класс напряжения – 35 кВ,

НОЛ-СВЭЛ-6(10)

НОЛ-СВЭЛ-6(10) – незаземляемый двухполюсный двухобмоточный трансформатор напряжения. Номинальное напряжение первичной обмотки составляет 6 или 10 кВ. Климатическое исполнение возможно в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Устройство устанавливается в комплектном распределительном устройстве и служит для измерения параметров электрической сети. Трансформатор может применяться как силовое устройство без указания гарантированного класса точности. Мы можем предложить исполнение трансформатора с нестандартной нагрузкой по вашему заказу (см. каталог). Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение 1/1-0.

Рис. 7. Трансформатор напряжения НОЛ-СВЭЛ-10

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35)

ЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6 (10, 35) – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения. Изготавливается со стандартным номинальным напряжением 6/√3, 10/√3, 35/√3 кВ. в климатическом исполнении в двух вариантах: УХЛ 2 или Т. Основная вторичная обмотка (звезда с нулем) предназначена для измерения, а для контроля изоляции сети – дополнительная (разомкнутый треугольник). По вашему заказу мы можем изготовить устройство с 2 основными вторичными обмотками: первая — класса 0,2 для коммерческого учета и вторая — класса 0,5 для технического учета. Группа СВЭЛ производит трансформаторы с переключением первичного напряжения (отпайки во вторичной обмотке), т.е. номинальное напряжение (6/√3)-(10/√3) кВ в зависит от подключения к панели контактов. Группа СВЭЛ изготовит по вашему заказу не имеющее аналогов оборудование с предохранителем СПУЭ, разработанным на нашем предприятии. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение: 1/1/1-0-0, или 1/1/1/1-0-0-0 (для четырех обмоточных трансформаторов).

Рис. 8. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-10

Рис. 9. Трансформатор напряжения ЗНОЛП-СВЭЛ-35

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III – заземляемый однополюсный трансформатор напряжения (Рис. 10). Имеет класс напряжения 35 кВ и климатическое исполнение в двух вариантах: УХЛ 1 или Т по ГОСТ 15150-69. То есть это устройство наружного (уличного) исполнения. Оно используется на открытых распределительных устройствах.

Рис. 10. Трансформатор напряжения ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10)

3хЗНОЛ(П)-СВЭЛ-6(10) – 3-фазная антиферрорезонансная группа трансформаторов напряжения. Устойчива к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в случае замыкания одной из фаз сети на землю. Возможно климатическое исполнение: УХЛ 2 или Т. Устройство имеет номинальное напряжение 6 или 10 кВ. Группа соединения обмоток трансформатора имеет условное обозначение Y/Y/п-0, когда дополнительные вторичные обмотки трансформаторов соединяются в открытый треугольник.

Также есть группа трансформаторов 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) со СПУЭ уменьшенных габаритов внутри литого корпуса трансформатора (Рис. 11).

Рис. 11. Трехфазная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-10

Габаритный чертеж

Габаритный чертеж – документ, содержащий изображение изделия (трансформатора) с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Для этого необходимо знать наибольшие длину, высоту и ширину трансформатора, то есть габаритный размер.

Для определения установочных и присоединительных размеров потребуются значения расстояния между отверстиями крепления, диаметров отверстий под болты, присоединительные размеры резьбы и другие данные, позволяющие измерить величины элементов. Это поможет установить трансформатор или присоединить его к другому оборудованию.

По габаритным чертежам не изготавливают изделия, в них не отражены данные для изготовления и сборки. Он максимально прост и только схематично указывает на характеристики устройства.

Чтобы присоединить трансформатор к другому устройству. Нужно обозначить установочные и присоединительные размеры с предельными отклонениями.

Техническая спецификация

Спецификация — перечисление специфических особенностей чего-либо, необходимый набор параметров и требований к конкретному объекту.

Техническая спецификация (ТС) на измерительные трансформаторы является частью договора поставки оборудования. Ошибки в этом документе недопустимы и могут привести к несоответствию запрашиваемой и произведенной продукции. Следует крайне внимательно отнестись к заполнению всех технических характеристик.

Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Трехфазная группа 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10) (Рис. 12) хорошо иллюстрирует схемы соединения устройств. Условно обозначается следующим образом — Как видно из схемы, первичная и основная вторичная обмотки соединяются по схеме звезда с нейтралью, а дополнительная вторичная соединяется по схеме открытого треугольника.

Рис. 12. Принципиальная схема соединения 3хЗНОЛП-СВЭЛ-6(10)

Нормативная документация

Технические условия

Технические условия (ТУ) — это документ, устанавливающий технические требования, которым должны удовлетворять конкретное изделие, материал, вещество и пр. или их группа. Кроме того, в них должны быть указаны процедуры, с помощью которых можно установить, соблюдены ли данные требования.

Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта конструкторской или другой технической документации на продукцию.

Требования, установленные техническими условиями, не должны противоречить обязательным требованиям государственных или межгосударственных стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

Руководство по эксплуатации

Руководство по эксплуатации входит в состав конструкторской документации на готовое изделие (трансформатор).

Руководство по эксплуатации предназначено для двух видов деятельности:

• целевое применение трансформатора;
• техническое обслуживание трансформатора.

Задача руководства по эксплуатации — обеспечить необходимой технической информацией, как для применения, так и для обслуживания оборудования.

В руководстве по эксплуатации оборудования должны быть описаны:

Описание и работа оборудования; эксплуатация оборудования; поверка оборудования; техническое обслуживание; хранение оборудования; транспортирование оборудования и другое.

Фактически, это разделы руководства по эксплуатации.

Испытания измерительных трансформаторов напряжения

Любой трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ. Чтобы это подтвердить, проводят испытания. следует проводить испытания: для утверждения типа, на соответствие утвержденному типу, квалификационные, приемосдаточные, периодические, типовые. Самые основные описаны ниже.

Квалификационные испытания проводятся для нового типа оборудования. Данные испытания включают в себя весь перечень испытания согласно требованиям ГОСТ.

Типовым испытаниям должен быть подвергнут каждый новый тип электрооборудования. Так же типовые испытания проводят при изменении конструкции, применяемых материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать влияние на характеристики или параметры трансформаторов. В отличии от квалификационных, в типовые входят только те испытания, на которые могли бы повлиять изменения конструкции и т.п.

Приемосдаточные испытания проводятся для каждого трансформатора службой технического контроля или другой уполномоченной на это службой предприятия-изготовителя. СВЭЛ имеет собственную лицензированную испытательную станцию, которая может осуществлять весь перечень необходимых приемосдаточных испытаний, таких как: испытание электрической прочности изоляции; измерением тока холостого хода для ТН; проверка полярности; метрологические испытания на соответствие заявленному классу точности и т.п. Испытания на уровень частичных разрядов допускается не проводить для трансформаторов с изоляцией уровня «б».

Сертификаты

Чтобы сертифицировать средства измерений (СИ), их проверяют на безопасность, отслеживают электромагнитную совместимость, а тип устройства вносят в соответствующий государственный реестр. Исходя из этого, необходимо получить два сертификата соответствия для большинства средств измерения:

• сертификат утверждения типа средств измерения;
• сертификат соответствия в системе обязательной сертификации ГОСТ Р или декларации о соответствии ГОСТ Р.

Свидетельство об утверждении типа удостоверяет, что устройство прошло требуемые для данного типа испытания образцов, показало положительные результаты, тип устройства средства измерений был утвержден, прошел официальную государственную регистрацию в соответствующем реестре, ему присвоен уникальный регистрационный номер в реестре, СИ разрешено к использованию для измерений на территории РФ.