5.7 Трёхфазные трансформаторы, автотрансформаторы и измерительные трансформаторы

В линиях электропередачи используют в основном трёхфазные силовые трансформаторы. Магнитопровод трёхфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещаются две обмотки одной фазы.

Рисунок 5.4 – Магнитная система трехфазного трансформатора

Особенностью трёхфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток. Применяются главным образом три способа соединения обмоток трёхфазного трансформатора: соединение первичных и вторичных обмоток звездой; соединение первичных обмоток звездой, вторичных – треугольником; соединение первичных обмоток треугольником, вторичных – звездой.

Таким образом, при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, выбирая соответствующую схему соединения обмоток.

У автотрансформатора часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной обмотки, поэтому помимо магнитной связи имеется электрическая связь между первичной и вторичной цепями. В соответствии с этим энергия из первичной цепи во вторичную передаётся как с помощью магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, так и непосредственно по проводам.

Рисунок 5.5 – Принципиальная схема автотрансформатора

Вследствие электрического соединения обмоток через часть витков, принадлежащую одновременно первичной и вторичной цепям, проходят токи I₁ и I₂, которые направлены встречно и при небольшом коэффициенте трансформации мало отличаются друг от друга по значению. Поэтому их разность оказывается небольшой и обмотку w₂ выполняют из тонкого провода.

Автотрансформаторы применяют для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо регулировать напряжение в небольших пределах. Преимущества автотрансформатора снижаются с увеличением коэффициента трансформации. Кроме того, только при высшем и низшем напряжениях одного порядка электрическое соединение цепей не встречает препятствий. Но автотрансформатор нельзя применять, например, для питания распределительной сети 220 В от сети высокого напряжения 6000 В. При таком автотрансформаторе не только пришлось бы рассчитать изоляцию распределительной сети на 6000 В, что увеличило бы значительно ее стоимость, но и пользоваться такой сетью опасно для жизни.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока используют для включения измерительных приборов, аппаратуры автоматического регулирования и защиты в высоковольтные цепи.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) служат для включения вольтметров и обмоток напряжения измерительных приборов. Поскольку обмотки имеют большое сопротивление и потребляют маленькую мощность, можно считать, что они работают в режиме холостого хода.

ТН предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.

В ТН один вывод вторичной обмотки и корпус трансформатора заземляются. Это делается на случай повреждения изоляции, а также для того, чтобы замкнуть на землю цепь тока (пунктирная замкнутая линия), наличие которого снижает точность измерений прибора.

В зависимости от величины напряжения ТН изготавливают с двумя видами охлаждения: до напряжения 6 кВ – сухие с естественным охлаждением, а выше 6 кВ – масляные. По типу изоляции: сухие, масляные и с литой изоляцией. По конструкции различают трехфазные и однофазные ТН. Трехфазные ТН применяются при напряжениях до 18 кВ, а однофазные – на любые напряжения.

В зависимости от назначения могут применяться ТН с различными схемами соединения обмоток. Например, для измерения трехмеждуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника, а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в «звезду».

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) используют для включения амперметров и токовых катушек измерительных приборов. Эти катушки имеют очень маленькое сопротивление, поэтому трансформаторы тока практически работают в режиме короткого замыкания.

К трансформаторам тока кроме требованиям по точности предъявляют еще требования по устойчивости в отношении коротких замыканий, т. к. первичная обмотка ТТ находится в цепи, где возможно короткое замыкание и через ТТ включаются аппараты защиты (реле), отключающие установку в случае короткого замыкания. Поэтому ТТ должен выдерживать кратковременный ток короткого замыкания и воздействовать на аппарат защиты, который отключит аварийный участок сети.

Рисунок 5.6 – Принципиальные схемы включения

трансформатора напряжения (а) и трансформатора тока (б)

Показания приборов, включенных через трансформаторы напряжения или тока необходимо умножить на произведение коэффициентов трансформации этих трансформаторов.