Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения – это устройства, предназначенные для преобразования напряжений переменного тока в электрических цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц с номинальными напряжениями от 0,38 до 750 кВ посредством электромагнитной индукции.
Понижение высоких напряжений в трансформаторах напряжения происходит без изменения частоты переменного тока. 
Трансформаторы напряжения используются для обеспечения электроэнергией токовых обмоток реле и измерительных приборов, например, амперметров, вольтметров, ваттметров и многих других. Также трансформатор напряжения защищает подключенные к нему устройства от повреждения высоким током в случае, если в основной цепи происходит короткое замыкание. Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, кроме питания измерительных приборов и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.
Использование трансформаторов напряжения в электроустановках позволяет изолировать маломощные низковольтные измерительные приборы и устройства, что удешевляет стоимость и позволяет использовать более простое оборудование, а также обеспечивает безопасность обслуживания электроустановок.
Трансформаторы напряжения применяются в таких областях как электроэнергетика, электроника, радиотехника.
Корпус трансформатора может быть выполнен, например, из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы. Это необходимо для защиты обмоток от воздействия факторов окружающей среды, а также от механических повреждений.


Трансформатор напряжения представляет собой конструкцию из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток:

  • стальной сердечник;
  • первичная обмотка;
  • вторичная обмотка (одна или две);
  • разъемы для подключения.

Обратите внимание, вторичная обмотка может быть одна ил их может быть  несколько.
Обмотки изолированы друг от друга и от сердечника.
На первичную обмотку попадает напряжение, которое требуется изменить. К вторичной обмотке подключается измерительные приборы, например, ваттметр и реле.
В повышающих трансформаторах напряжения первичной обмотки ниже, а напряжение вторичной обмотки больше. 
В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются обратным образом – напряжение вторичной обмотки (или обмоток) ниже, а напряжение больше первичной обмотки. 
Измерительные трансформаторы напряжения комплектуют разъемами. Таким образом, первичная обмотка подключается к цепям силового напряжения, а к вторичной обмотке могут быть присоединены другие приборы, например, реле и  измерительные приборы (вольтметр, ваттметр и многие другие).
Конструкция может быть помещена в корпус, выполненный, например, из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы. Это необходимо для защиты обмоток от воздействия факторов окружающей среды, а также от механических повреждений.
Принцип действия и силового понижающего трансформатора напряжения и измерительного трансформаторного напряжения основан на трансформировании напряжения переменным магнитным полем.
На первичную обмотку трансформатора, подключенную к основной цепи, подается высокое напряжение. В стальном сердечнике возникает переменный магнитный поток, который циркулирует по замкнутому кругу. Вторичная обмотка соединена с токовой катушкой амперметра или ваттметра с низким собственным сопротивлением, получающим ток вторичной обмотки.

Как правило, количество витков первичной обмотки трансформатора тока меньше вторичной, таким образом, трансформатор тока можно рассматривать в качестве преобразователя. Принцип работы такой же, как и у трансформатора напряжения, условия эксплуатации похожи на условия замыкания накоротко в трансформаторе напряжения. Электромагнитные параметры и положительные направления определяются электромеханикой.


Трансформаторы напряжения можно классифицировать по следующим признакам:

  • по наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки;
  • по количеству фаз;
  • по количеству обмоток;
  • по наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети;
  • по виду изоляции;
  • по классу точности;
  • по способу охлаждения;
  • по месту установки;
  • по номинальному коэффициенту напряжения;
  • по классу напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ;
  • по наибольшему рабочему напряжению, кВ;
  • по номинальному напряжению первичной обмотки;
  • по номинальному напряжению вторичной обмотки. Если вторичных обмоток две, то по номинальному напряжению основной вторичной обмотки;
  • по номинальному напряжению дополнительной вторичной обмотки (если она есть);
  • по номинальной мощности трансформатора, кВА (киловольт-амперы);
  • по максимальной мощности трансформатора, кВА (киловольт-амперы);
  • по напряжению короткого замыкания;
  • по наибольшему току обмоток;
  • по рабочему положению в пространстве;
  • по степени защиты корпуса IP;
  • по климатическому исполнению;
  • по категории размещения согласно ГОСТ 15150;
  • по диапазону рабочих температур;
  • по габаритным размерам;
  • по весу, объему;
  • в зависимости от модели, марки, производителя.

По наличию или отсутствию заземления вывода X первичной обмотки трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • заземляемые;
  • незаземляемые.

По количеству фаз трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • однофазные;
  • трехфазные.

И однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения широко используются в трехфазной сети питания.
Трехфазные трансформаторы напряжения устанавливают в трехфазной электросети.
Однофазные трансформаторы напряжения также рекомендуют устанавливать в трехфазной электросети группой по одному трансформатору на каждую отдельную фазу. Группа из трех однофазных трансформаторов, установленных на общей раме (площадке) и электрически соединенных между собой по определенной схеме – это трехфазная группа однофазных трансформаторов.
Однофазные трансформаторы имеют по одному стержню с первичной и вторичной обмотками. Другими словами, только по одной фазе.
Каждый трехфазный трансформатор содержит по три стержня (замкнутые сверху и снизу) с первичной и вторичной обмотками, соединяемые затем одной из двух основных схем.


Для соединения обмоток трехфазных трансформаторов используются две основные схемы:

  • звезда;
  • треугольник.

По количеству обмоток трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • двухобмоточные;
  • трехобмоточные.

Двухобмоточные трансформаторы напряжения – это трансформаторы, имеющие только  одну вторичную обмотку напряжения.
Трехобмоточные трансформаторы напряжения – это трансформаторы, имеющие две вторичные обмотку напряжения: основную и дополнительную.
Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю.


По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • трехфазный с дополнительными обмотками для контроля изоляции сети;
  • трехфазный с компенсационными обмотками.

Классы точности  трансформатора напряжения – это система классификация трансформаторов напряжения в зависимости от максимальной погрешности, когда ток первичной обмотки соответствует номинальному значению и нагрузка вторичной обмотки находится в пределах допустимого диапазона. В нормальных условиях эксплуатации, погрешность трансформатора должна быть в пределах заданного диапазона. Классификация трансформаторов напряжения по классу точности предполагает разделение в зависимости от допускаемого значения погрешности.
Перечислим классы точности трансформа торов: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 3.0.
Трансформаторы тока с различным классом точности должны использоваться для различных измерительных приборов. Например, расчетные и измерительные трансформаторы тока имеют класс точности в пределах от 0,1 до 0,5, в то время как амперметры, контролирующие ток нагрузки входных и выходных цепей, как правило, оборудованы трансформаторами тока с классом точности от 1,0 до 3,0.
Обратите внимание, трансформаторам может быть присвоен один или несколько классов точности в зависимости от номинальных мощностей и назначения.


По способу охлаждения трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • трансформаторы с масляным охлаждением (или масляные трансформаторы);
  • трансформаторы с воздушной системой охлаждения (трансформаторы сухие и с литой изоляцией).

Трансформаторы напряжения с естественным воздушным охлаждением (или «сухие» трансформаторы). Такая система охлаждения осуществляется посредством естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении – С, при защитном исполнении — СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха (дутьем) — СД.
Трансформаторы напряжения с естественным масляным охлаждением. Такая система охлаждения выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. Осуществляется посредством передачи тепла, выделенного в обмотках и магнитопроводе, маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а после — окружающему воздуху. Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности. Обратите внимание, температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С. Условно принято обозначать естественное масляное охлаждение – М.
Трансформаторы напряжения с масляным охлаждением с дутьем и естественной циркуляцией масла. Такая система охлаждения выполняется для трансформаторов мощностью от 16000 кВА до 80 000 кВА. Осуществляется посредством размещения специальных вентиляторов в навесных охладителях из радиаторных труб. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °С. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С. Условно принято обозначать масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла – Д.
Трансформаторы напряжения с масляным охлаждением с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители. Такая система охлаждения выполняется для трансформаторов мощностью от 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Условно принято обозначать масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители – ДЦ.
Трансформаторы напряжения с масляно-водяным охлаждением с принудительной циркуляцией масла. Такая система охлаждения выполняется для мощных трансформаторов от 160 MBА и более. Выполняется так же, как охлаждение ДЦ (трансформаторов напряжения с масляным охлаждением с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители). Разница в том, что охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МП. Условно принято обозначать масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла – Ц.


По виду изоляции трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • трансформаторы с воздушно-бумажной изоляцией (С);
  • трансформаторы с литой изоляцией (Л);
  • трансформаторы с изоляцией, залитой битумным компаундом (К);
  • трансформаторы с фарфоровой покрышкой (Ф);
  • трансформаторы с масляной изоляцией (М);
  • трансформаторы с газовой изоляцией (Г).

По месту установки трансформаторы напряжения можно разделить на следующие группы:

  • трансформаторы для внутренней установки;
  • трансформаторы для наружной установки;
  • трансформаторы для комплектных РУ.

По рабочему положению в пространстве трансформаторы напряжения можно разделить на;

  • устройства с вертикальным рабочим положением в пространстве;
  • устройства с горизонтальным рабочим положением в пространстве;
  • устройства с любым рабочим положением в пространстве.

Номинальный коэффициент напряжения - коэффициент, на который следует умножать но минальное первичное напряжение, чтобы найти максимальное напряжение, при котором трансформатор соответствует требованиям по нагреву в течение установленного времени.
Номинальное напряжение обмоток трансформатора напряжения – это величина напряжения на обмотках при холостом ходе.
Номинальные напряжения первичных обмоток однофазных трансформаторов, включаемых между фазами, и трехфазных трансформаторов на напряжение до 1000 В должны быть 380 или 660 В.

Номинальное первичное напряжение трансформатора – это напряжение, которое, необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное номинальное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.
Номинальное вторичное напряжение трансформатора – это напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора (к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута) и при подведении к первичной обмотке номинального первичного напряжения.
Номинальная мощность трансформатора, кВА (киловольт-амперы) – это указанное в паспорте значение полной мощности, на которую трансформатор может быть нагружен непрерывно в номинальных условиях установки и охлаждающей среды при номинальной частоте и напряжении. Номинальная мощность трансформатора напряжения может равняться: 10; 15; 25; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200 ВА.
В случае, когда обмотки трансформатора имеют разные мощности, то за номинальную принимают наибольшую.
Предельные мощности трансформаторов напряжения могут равняться: 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500 ВА.
За номинальные и предельные мощности трехобмоточных трансформаторов принимают суммарные мощности основной и дополнительной вторичных обмоток.
Номинальные токи обмоток трансформатора напряжения – это токи, определяемые по их номинальным мощностям и номинальным напряжениям.
Номинальное напряжение короткого замыкания Uk, %– это напряжение в процентах от номинального, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора в замкнутой накоротко другой обмотке ток равен номинальному. Оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.
Степень защиты корпуса (IP).
Степень защиты корпусов от физических повреждений, атмосферных осадков, а также его износостойкость и водонепроницаемость обозначается IP (от англ. Ingress Protection Rating - степень защиты оболочки). После букв указываются цифры. Первая из них обозначает степень защиты от твердых фрагментов, вторая - от проникновения жидкостей. IP — это целая система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 и ГОСТ14254-96.
Перечислим основные данные классы: IPХ0 (защита отсутствует), IPХ1 (защита от вертикально падающих капель воды), IPХ2 (защита от диагонально падающих капель воды), IPХ3 (защита от мелких водяных брызг), IPХ4 (защита от большого количества водяных брызг, направленных со всех сторон), IPХ5 (защита от сильных струй воды, направленных со всех сторон), IPХ6 (защита даже при временном затоплении) и т.д.
Перечислим основные классы защиты корпусов светильников от попадания твердых инородных тел. IP0Х (защита отсутствует), IP1Х (защита от контакта с рукой человека и от твердых инородных тел диаметром более 50мм), IP2Х (защита от контакта с пальцами и от твердых инородных тел диаметром не менее 12мм), IP3Х (защита от повреждений инструментом, проводами и иными подобными инородными предметами диаметром более 2,5 мм), IP4Х (защита от повреждений инструментом, проводами и иными подобными инородными предметами диаметром более 1,0 мм), IP5Х (полная защита от любого внешнего контакта с инородными предметами и защита от повреждения оборудования вследствие пылевых отложений внутри корпуса светильника), IP6Х (полная защита от любого внешнего контакта с инородными предметами, а также защита от проникновения пыли) и т.д.
Ряд основных и наиболее часто встречающихся степеней защиты устройств защитного отключения: IP00, IP20, IP21, IP22, IP44.
Модели с невысокой степенью защиты IP20, IP21 или IP22 используются в сухих помещениях. Такие модели отличаются низкой ценой.
Модели с более высокой степенью защиты, например, IP44 можно использовать в помещениях с повышенной влажностью. Такие модели стоят дороже, но надежнее.
Климатическое исполнение – это стандартная система категорий, которая включает в себя условия эксплуатации, транспортировки и хранения технических изделий относительно макроклиматического районирования поверхности земного шара. Другими словами это система категорий, определяющая в каких условиях можно эксплуатировать, хранить и транспортировать то или иное электрическое изделие. Для приборов и технических изделий, произведенных в Российской Федерации, применяется ГОСТ 15150-69.
ОБОЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ ПО ГОСТ 15150-69 СОСТОИТ ИЗ БУКВЕННОЙ ЧАСТИ И ЦИФРОВОЙ ЧАСТИ.

БУКВЕННАЯ ЧАСТЬ МАРКИРОВКИ УКАЗЫВАЕТ НА климатическую зону:

  • У — умеренный климат (+40/-45 оС);
  • ХЛ — холодный климат (+40/-60 оС);
  • УХЛ — умеренный и холодный климат (+40/-60 оС);
  • Т — тропический климат (+40/+1 оС);
  • М — морской умеренно-холодный климат (+40/-40 оС);
  • О — общеклиматическое исполнение (кроме морского) (+50/-60 оС);
  • ОМ — общеклиматическое морское исполнение (+45/-40 оС);
  • В — все климатическое исполнение (+50/-60 оС).

Цифровая ЧАСТЬ МАРКИРОВКИ УКАЗЫВАЕТ НА категорию размещения изделия:

  1. открытый воздух;
  2. то же что и 1 только без попадания прямых солнечных лучей и без осадков;
  3. в закрытом помещении без регулирования климатических условий;
  4. в закрытом помещении с вентиляцией и отоплением;
  5. в помещениях с высокой влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Обратите внимание, допускается эксплуатация изделий в макроклиматических районах и, отличающихся от тех, для которых предназначены изделия, если климатические факторы в период эксплуатации не выходят за пределы номинальных значений, установленных для данных изделий. Например, изделия вида климатического исполнения УХЛ4 могут в летний сухой период эксплуатироваться в условиях УХЛ2.
Обратите внимание, изделия могут быть предназначены также для эксплуатации в нескольких макроклиматических районах; в этих случаях сочетания различных условий эксплуатации или хранения со сроками пребывания в этих условиях устанавливают в стандартах или технических условиях на изделия, климатические исполнения (категория климатического исполнения) обязательно указываются в сопроводительных документах на товар.
Гарантийный срок эксплуатации трансформаторов напряжения составляет, как правило, до 5 лет.
 Срок эксплуатации трансформаторов напряжения может составлять до 30 лет.
Обратите внимание, в сетях с изолированной нейтралью трансформаторы напряжения могут входить в феррорезонанс с паразитными ёмкостями распределительных сетей. Чаще всего это явление наблюдается в кабельных сетях. Трансформаторы напряжения при наличии в сети феррорезонансных явлений выходят из строя. Для предотвращения порчи трансформаторов напряжения в результате феррорезонанса разработаны антирезонансные трансформаторы напряжения типа НАМИ.


Среди преимуществ использования трансформаторов напряжения называют:

  • небольшой вес;
  • компактная конструкция;
  • низкая стоимость;
  • легкость установки.