Трансформаторы для чего нужны: Силовые трансформаторы. Что это такое?

Содержание

Измерительные трансформаторы тока: назначение, устройство, схемы

Мощные электротехнические установки могут работать с напряжением несколько сот киловольт, при этом величина тока в них может достигать более десятка килоампер. Естественно, что для измерения величин такого порядка не представляется возможным использовать обычные приборы. Даже если бы таковые удалось создать, они получились бы довольно громоздкими и дорогими.

Помимо этого, при непосредственном подключении к высоковольтной сети переменного тока повышается риск поражения электротоком при обслуживании приборов. Избавиться от перечисленных проблем позволило применение измерительных трансформаторов тока (далее ИТТ), благодаря которым удалось расширить возможности измерительных устройств и обеспечить гальваническую развязку.

Назначение и устройство ИТТ

Функции данного типа трансформаторов заключаются в снижении первичного тока до приемлемого уровня, что делает возможным подключение унифицированных измерительных устройств (например, амперметров или электронных электросчетчиков), защитных систем и т.д. Помимо этого, трансформатор тока обеспечивают гальваническую развязку между высоким и низким напряжением, обеспечивая тем самым безопасность обслуживающего персонала. Это краткое описание позволяет понять, зачем нужны данные устройства. Упрощенная конструкция ИТТ представлена ниже.

Конструкция измерительного трансформатора тока

Обозначения:

  1. Первичная обмотка с определенным количеством витков (W1).
  2. Замкнутый сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь.
  3. Вторичная обмотка (W2 — число витков).

Как видно из рисунка, катушка 1 с выводами L1 и L2 подключена последовательно в цепь, где производится измерение тока I1. К катушке 2 подключается приборы, позволяющие установить значение тока I2, релейная защита, система автоматики и т.д.

Основная область применения ТТ — учет расхода электроэнергии и организация систем защиты для различных электроустановок.

В измерительном трансформаторе тока обязательно наличие изоляции как между катушками, витками провода в них и магнитопроводом. Помимо этого по нормам ПУЭ и требованиям техники безопасности, необходимо заземлять вторичные цепи, что обеспечивает защиту в случае КЗ между катушками.

Получить более подробную информацию о принципе действия ТТ и их классификации, можно на нашем сайте.

Перечень основных параметров

Технические характеристики трансформатора тока описываются следующими параметрами:

  • Номинальным напряжением, как правило, в паспорте к прибору оно указано в киловольтах. Эта величина может быть от 0,66 до 1150 кВ. получит полную информацию о шкале напряжений можно в справочной литературе.
  • Номинальным током первичной катушки (I1), также указывается в паспорте. В зависимости от исполнения, данный параметр может быть в диапазоне от 1,0 до 40000,0 А.
  • Током на вторичной катушке (I2), его значение может быть 1,0 А (для ИТТ с I
    1
    не более 4000,0 А) или 5,0 А. Под заказ могут изготавливаться устройства с I2 равным 2,0 А или 2,50 А.
  • Коэффициентом трансформации (КТ), он показывает отношение тока между первичной и вторичной катушками, что можно представить в виде формулы: КТ = I1/I2. Коэффициент, определяемый по данной формуле, принято называть действительным. Но для расчетов еще используется номинальный КТ, в этом случае формула будет иметь вид: IНОМ1/IНОМ2, то есть в данном случае оперируем не действительными, а номинальными значениями тока на первой и второй катушке.

Ниже, в качестве примера, приведена паспортная таблица модели ТТ-В.

Перечень основных параметров измерительного трансформатора тока ТТ-В

Виды конструкций измерительных трансформаторов

В зависимости от исполнения, данные устройства делятся на следующие виды:

  1. Катушечные, пример такого ТТ представлен ниже. Катушечный ИТТ

Обозначения:

  • A – Клеммная колодка вторичной обмотки.
  • В – Защитный корпус.
  • С – Контакты первичной обмотки.
  • D – Обмотка (петлевая или восьмерочная) .
  1. Стержневые, их также называют одновитковыми. В зависимости от исполнения они могут быть:
  • Встроенными, они устанавливаются на изоляторы вводы силовых трансформаторов, как показано на рисунке 4. Рисунок 4. Пример установки встроенного ТТ

Обозначения:

  • А – встроенный ТТ.
  • В – изолятор силового ввода трансформатора подстанции.
  • С – место установки ТТ (представлен в разрезе) на изоляторе. То есть, в данном случае высоковольтный ввод играет роль первичной обмотки.
  1. Шинными, это наиболее распространенная конструкция. Ее принцип строения напоминает предыдущий тип, стой лишь разницей, что в данном исполнении в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина или жила, которая заводится в окно ИТТ. Шинные ТТ производства Schneider Electric
  1. Разъемными. Особенность данной конструкции заключается в том, что магнитопровод ТТ может разделяться на две части, которые стягиваются между собой специальными шпильками.

Такой вариант конструкции существенно упрощает монтаж/демонтаж.

Расшифровка маркировки

Обозначение отечественных моделей интерпретируется следующим образом:

  • Первая литера в названии модели указывает на вид трансформатора, в нашем случае это будет буква «Т», указывая на принадлежность к ТТ.
  • Вторая литера указывает на особенность конструктивного исполнения, например, буква «Ш», говорит о том, что данное устройство шинное. Если указана литера «О», то это опорный ТТ.
  • Третьей литерой шифруется исполнение изоляции.
  • Цифрами указывается класс напряжения (в кВ).
  • Литера, для обозначения климатического исполнения согласно ГОСТ 15150 69
  • КТ, с указанием номинального тока первичной и вторичной обмотки.

Приведем пример расшифровки маркировки трансформатора тока.

Шильдик на ТТ с указанием его марки

Как видим, на рисунке изображена маркировка ТЛШ 10УЗ 5000/5А, это указывает на то, что перед нами трансформатор тока (первая литера Т) с литой изоляцией (Л) и шинной конструкцией (Ш). Данное устройство может использоваться в сети с напряжением до 10 кВ. Что касается исполнения, то литера «У», говорит о том, что аппарат создан для эксплуатации в умеренной климатической зоне. КТ 1000/5 А, указывает на величину номинального тока на первой и второй обмотке.

Схемы подключения

Обмотки трехфазных ТТ могут быть подключены «треугольником» или «звездой» (см. рис. 8). Первый вариант применяется в тех случаях, когда необходимо получить большую силу тока в цепи второй обмотки или требуется сдвинуть по фазе ток во вторичной катушке, относительно первичной. Второй способ подключения применяется, если необходимо отслеживать силу тока в каждой фазе.

Рисунок 8. Схема подключения трехобмоточного ТТ «звездой» и «треугольником»

При наличии изолированной нейтрали, может использоваться схема для измерения разности токов между двумя фазами (см. А на рис. 9) или подключение «неполной звездой» (B).

Рисунок 9. Схема подключения ТТ на разность двух фаз (А) и неполной звездой (В)

Когда необходимо запитать защиту от КЗ на землю, применяется схема, позволяющая суммировать токи всех фаз (см. А на рис 10.). Если к выходу такой цепи подключить реле тока, то оно не будет реагировать на КЗ между фазами, но обязательно сработает, если происходит пробой на землю.

Рис 10. Подключения: А – для суммы токов всех фаз, В и С — последовательное и параллельное включение двухобмоточных ТТ

В завершении приведем еще два примера соединения вторичных обмоток ТТ для снятия показаний с одной фазы:

Вторичные катушки включаются последовательно (В на рис. 10), благодаря этому возникает возможность измерения суммарной мощности.

Вторичные обмотки соединяются параллельно, что дает возможность понизить КТ, поскольку происходит суммирование тока в этих катушках, в то время как в линии этот показатель остается без изменений.

Выбор

При выборе трансформатора тока в первую очередь необходимо учитывать номинальное напряжение прибора было не ниже, чем в сети, где он будет установлен. Например, для трехфазной сети с напряжением 380 В можно использовать ТТ с классом напряжения 0,66 кВ, соответственно для установок более 1000 В, устанавливать такие устройства нельзя.

Помимо этого IНОМ ТТ должен быть равен или превышать максимальный ток установки, где будет эксплуатироваться прибор.

Кратко изложим и другие правила, позволяющие не ошибиться с выбором ТТ:

  • Сечение кабеля, которым будет подключаться ТТ к цепи вторичной нагрузки, не должно приводить к потерям сверх допустимой нормы (например, для класса точности 0,5 потери не должны превышать 0,25%).
  • Для систем коммерческого учета должны использоваться устройства с высоким классом точности и низким порогом погрешности.
  • Допускается установка токовых трансформаторов с завышенным КТ, при условии, что при максимальной нагрузке ток будет до 40% от номинального.

Посмотреть нормы и правила, по которым рассчитываются измерительные трансформаторы тока (в том числе и высоковольтные) можно в ПУЭ ( п.1.5.1.). Пример расчета показан на картинке ниже.

Пример расчета трансформатора тока

Что касается выбора производителя, то мы рекомендуем использовать брендовую продукцию, достоинства которой подтверждены временем, например ABB, Schneider Electric b и т.д. В этом случае можно быть уверенным, что указанные в паспорте технические данные, а методика испытаний соответствовала нормам.

Обслуживание

Необходимо обратить внимание, что при соблюдении режима и условий эксплуатации, правильно подобранных номиналах и регулярном обслуживании ТТ будет служить 30 лет и более. Для этого необходимо:

  • Обращать внимание на различные виды неисправностей, заметим, что большинство из них можно обнаружить при визуальном осмотре.
  • Производить контроль нагрузки в первичных цепях и не допускать перегрузку выше установленной нормы.
  • Необходимо отслеживать состояние контактов первичной цепи (если таковые имеются), на них должны отсутствовать внешние признаки повреждений.
  • Не менее важен контроль состояния внешней изоляции, почти в половине случаев ее стойкость нарушается из-за скопления грязи или влаги, которые закорачивают контакты на землю.
  • У масляных ТТ осуществляют проверку уровня масла, его чистоту, наличие подтеков и т.д. Обслуживание таких установок практически не сильно отличается от других силовых установок, например, емкостных трансформаторов НДЕ, разница заключается в небольших технических деталях.
  • Поверка ТТ должна проводиться согласно действующих нормативов (ГОСТ 8.217 2003).
  • При обнаружении неисправности производится замена прибора. Поврежденный ТТ отправляют в ремонт, который производится специализированными службами.

Использованная литература

  • В.В. Афанасьев «Трансформаторы тока»  1989
  • И С. Таев  «Основы теории электрических аппаратов»  1987
  • Вавин В. Н. «Трансформаторы тока» 1966
  • Кацман М. М. «Электрические машины и трансформаторы»  1971

Что такое и для чего нужен трансформатор тока 

Автор Alexey На чтение 4 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано Обновлено

При использовании различных энергетических систем возникает необходимость в преобразовании определенных величин в аналоги с пропорционально измененными значениями.

Такая операция позволяет воссоздавать процессы в электронных устройствах, гарантируя безопасные учет их потребления. Для этого используется специальное оборудование — трансформатор тока наружной установки.

Когда нужны трансформаторы тока?

Измерительные трансформаторы тока предназначены для замера характеристик, ограниченных номинальным напряжением. Последняя величина варьируется от 0.66 до 750 кВ. ТТ широко используются для различных целей:

  1. При отделении низковольтных учетных приборов и реле от первичного напряжения в сети, что обеспечивает безопасность электрослужбам во время ремонта и диагностики.
  2. Силами трансформаторов тока релейные защитные цепи получают питание. В случае короткого замыкания или проблем с режимами работы электроприборов ТТ обеспечивает корректную и оперативную активацию релейной защиты.
  3. Используются для учета электроэнергии с помощью счетчика.

На практике встречаются различные модели измерительных трансформаторов и в компактных электроприборах с малым корпусом, и в полноценных энергетических установках с огромными габаритами.

Классификация и расчет

Расчет и выбор трансформаторов тока следует начинать с изучения классификации представленных на рынке устройств. Все ТТ в первую очередь подразделяются на две категории в зависимости от целевого назначения:

  1. Для измерения показателя счетчика.
  2. Для защиты электрооборудования.

Эти же категории, в свою очередь, классифицируются на виды в зависимости от типа подключения:

  • предназначенные для работы на открытом воздухе;
  • функционирующие в закрытом помещении;
  • используемые в качестве встроенных элементов электрооборудования;
  • накладные, предназначенные для для проходного изолятора;
  • переносные, дают возможность осуществлять расчет в любом месте;

Все трансформаторы тока могут иметь различный коэффициент трансформации, который получают при изменений количества витков первичной или вторичной обмотки. Также эти устройства различаются по количеству ступеней работы на одноступенчатые и каскадные.

Если рассматривать конструктивные особенности, то ТТ могут иметь различную по типу изоляцию:

  • сухую, изготовленную из фарфора, бакелита или литой эпоксидной изоляции;
  • бумажно-масляную;
  • газонаполненную;
  • залитую компаундом;

Также исходя из характеристик конструкции, выделяют катушечные, одновитковые и многовитковые ТТ с литой изоляцией.

Как выбрать трансформатор тока наружной установки для счетчика электроэнергии?

Расчет и выбор трансформаторов тока для счетчика следует начинать с анализа базовых параметров номинального тока:

  • номинальное напряжение сети;
  • параметр номинального тока первичной и вторичной обмотки;
  • коэффициент трансформации;
  • класс точности;
  • особенности конструкции;

При выборе номинального напряжения устройства необходимо подбирать значение превышающие или идентичное максимальному рабочему напряжению. Если рассматривать вариант счетчика 0.4 кВ, то здесь потребуется измерительный трансформатор на 0.66 кВ.

Подключение счетчика через трансформаторы тока представлено на это фото

Значение номинального тока вторичной обмотки для того же счетчика, как правило, составляет 5 А. А вот с параметром для первичной обмотки нужно быть осторожнее. От этого значения зависит практически все подключение. Номинальный ток первичной обмотки формуется относительно коэффициента трансформации.

Последний следует выбирать по нагрузке с учетом работы в аварийных ситуациях. Согласно официальным правилам устройства электроустановок, допустимо подключение и использование трансформаторных устройств с завышенным коэффициентом трансформации.

Класс точности следует выбирать в зависимости от целевого назначения счетчика электричества. Коммерческий учет требует высокий класса точности — 0.5S, а технический учет потребления допускает параметр точности в 1S.

Говоря о конструкции ТТ, нужно учесть, что для счетчика с напряжением до 18 кВ используются однофазные или трехфазные ТТ. Для более высоких значений подойдут только однофазные конфигурации.

Как осуществляется подключение измерительного ТТ тока для счетчика?

Обозначение на схеме

Специалисты не рекомендуют осуществлять подключение счетчика с помощью трехфазного ТТ. Это обусловлено его несимметричной магнитной системой и увеличенной погрешностью. В этом случае оптимальным вариантом будет группа из 2 однофазных приборов, соединенных в неполный треугольник.

Подробнее изучить классификацию, базовые параметры и технические требования на подключение и расчет ТТ для счетчика электроэнергии можно в ГОСТ 7746-2001.

Зачем нужны измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы используются в цепях РЗА для анализа величины тока и напряжения. Это необходимо для того, чтобы релейная защита могла вовремя сработать согласно уставкам, заданным инженерами при наладке электрооборудования. Как правило, в цепях РЗА используются измерительные трансформаторы тока и напряжения. Рассмотрим каждый из видов отдельно.

Трансформаторы напряжения используются для ориентировки защиты, это своего рода опора, относительно которой ведётся отсчёт углов смещения фаз, а также организовывается защита от замыкания на землю с помощью обмоток, соединённых по схеме разомкнутого треугольника.

Измерительные трансформаторы напряжения выполняются с несколькими кернами: один соединяется по схеме «звезда», второй — по схеме «разомкнутый треугольник». Сегодня заводы-изготовители производят трансформаторы с третьим керном, который используется для учёта.

Для РУ-35-110 кВ устанавливается три однофазных трансформатора напряжения. Для каждой группы соединения монтируются отдельные автоматы. Для РУ-6-10 кВ чаще всего используется трёхфазный ТН в одном корпусе.

Измерительные трансформаторы тока применяются во всех РУ и устанавливаются пофазно. Эти трансформаторы выполнены из монолитной шины, которая и является первичкой. На шине зафиксированы обмотки вторичного назначения, их может быть несколько, при этом каждая обмотка (далее керн) рассчитана на определённый класс точности и конкретную мощность.

Керны выводятся для цепей защиты, учёта и измерения. Важно, чтобы на трансформаторах тока никогда не оставалось раскороченных кернов, в противном случае обмотка сгорит, а обслуживающий персонал подвергается опасности быть поражённым электрическим током.

При монтаже измерительные трансформаторы тока должны быть установлены согласно схеме входа-выхода напряжения (Л1 – вход, Л2 — выход). От этого зависит направление векторов тока каждой фазы. Согласно физическому смыслу, между векторами токов, обмотки которых соединены по схеме «Звезда», должно быть 120 градусов. Если по каким-то причинам векторы расположены по-другому, необходимо изменить подключение кернов ТТ, поменяв местами начало с концом.

Трансформаторы тока применяются для защиты от коротких замыканий и для организации дифференциальной защиты. Измерительные трансформаторы тока – важный атрибут современной электрификации, это некий датчик, с помощью которого определяется величина тока и его направление.

В электроустановках применяется трансформатор нулевой последовательности. Этот элемент актуален для РУ-0,4-6-10 кВ, так как задача трансформатора (в быту бублик) защитить цепи высокого напряжения от замыкания на землю. Его первичка – это сам фидер, который пропускается через бублик. Со вторички снимается величина, которая изменяется согласно изменению магнитного поля фидера.

Таким образом, трансформаторы для измерения тока и напряжения – это основа защиты. Благодаря им современные микропроцессоры могут самостоятельно посчитать мощность, сопротивление участка цепи, углы между током и напряжением. Полученные результаты не нуждаются в проверке, так как современное оборудование выполняется по последним технологиям.

Сегодня довольно популярны устройства, которые являются комплексным решением и включают в себя выключатель, разъединитель, а также встроенные ТТ и ТН – это удобно и довольно выгодно.

Зачем нужен трансформатор напряжения? — flagman-ug.ru

Трансформаторы напряжения — назначение и принцип действия

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки — а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В — это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) — это магнитопровод ТНа.

Принцип работы ТН

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

  • напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
  • напряжение основной вторичной обмотки (100 В — для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 — однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В — однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 — однофазные в сети с изолированной нейтралью
  • число фаз (однофазные, трехфазные)
  • количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
  • класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
  • способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
  • изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Трансформаторы тока и напряжения

Без электроснабжения невозможно представить нашу жизнь. Чтобы электрическая система работала без сбоев или не пришла в негодность из-за неисправности в кабеле или в силовом оборудовании, её параметры необходимо контролировать, замерять. Диагностика, заключающаяся в проведении электрических измерений, способна выявить причины сбоев и вовремя устранить их. Для этого применяются приборы, измеряющие величины токов, напряжений, мощности.

Но если в электроустановках с низким напряжением возможно подключение измерительных приборов напрямую, непосредственно к измеряемому узлу, то в высоковольтных цепях проблематично отследить параметры без применения измерительных трансформаторов. В электроустановках напряжение доходит до 750 кВ и выше, а токи устанавливаются в десятки килоампер и более. Для «прямого» измерения потребовались бы громоздкое и дорогое оборудование, а иногда измерения вообще не возможно было бы произвести. Также, при обслуживании приборов, напрямую подключенных к сети высокого напряжения, персонал подвергался бы опасности поражения током.

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) способствуют расширению пределов измерений обычных измерительных устройств и одновременно изолируют их от цепей высокого напряжения. Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики подлежат первичной и периодической поверке на правильность работы.

Наиболее часто в сетях переменного тока применяются электромагнитные трансформаторы. Они состоят из магнитопровода, первичной и одной или нескольких вторичных обмоток. ТТ преобразовывает замеряемый высокий ток в малый, а ТН — измеряемое высшее напряжение в низшее. Измерительные трансформаторы включаются в цепи между высоковольтным оборудованием и контрольно-измерительными приборами: амперметрами, вольтметрами, ваттметрами, приборами релейной защиты, телемеханики и автоматики, счетчиками энергии.

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые:

  • трансформируют напряжение участка сети или установки в напряжение приемлемой величины для осуществления измерений с помощью стандартных измерительных устройств, питания релейной защиты, устройств сигнализации, автоматики, телемеханики;
  • изолируя вторичные приборы и цепи, защищают оборудование от высокого напряжения и персонал, имеющего доступ к обслуживанию электроустановок, от поражения током.

Подключение ТН к высоковольтной части электроустановки осуществляется соединением его первичной обмотки «в параллель» к цепи высокого напряжения. Номинал вторичных обмоток трансформатора напряжения составляет обычно 100 В. Так как сопротивление измерительных приборов, подключаемых к вторичной обмотке, велико, током можно пренебречь. Поэтому основной режим работы ТН подобен режиму холостого хода типового силового трансформатора.

Трансформаторы напряжения и их конструкция

Трансформаторы напряжения подразделяются:

  • по числу фаз: на одно- и трехфазные;
  • по числу вторичных обмоток: двухобмоточный ТН имеет одну вторичную обмотку, трехобмоточный — две: основную и дополнительную;
  • по назначению вторичных обмоток: с основной вторичной обмоткой, с дополнительной, со специальной компенсационной — для контроля изоляции цепи;
  • по особенностям исполнений — на трансформаторы защищенного типа, водозащищенного типа (защита от капель и влаги), герметичные, со встроенным предохранителем и с антирезонансной конструкцией;
  • по принципу действия и особенностям конструкций: на каскадные, ёмкостные, заземляемые и не заземляемые.

У каскадного ТН первичная обмотка разделена на несколько поочередно соединенных секций, передача энергии от которых к вторичным обмоткам происходит посредством связующих и выравнивающих обмоток. У ёмкостного ТН в конструкции имеется ёмкостный делитель. Заземляемый однофазный ТН — устройство, у которого один конец первичной обмотки должен быть заземлен. У заземляемого трехфазного ТН должна быть заземлена нейтраль первичной обмотки. Все части первичной обмотки не заземляемого ТН изолированы от земли.

Зачем нужны трансформаторы тока

Трансформатор тока — базовый измерительный аппарат в электроэнергетике, применяемый для преобразования тока первичной сети во вторичный стандартный ток величиной 5 А или 1 А. Первичная обмотка соединяется непосредственно с цепью высокого напряжения последовательным способом подключения. Вторичная обмотка включается во вторичные цепи измерений, защиты и учета. 5А — часто встречающийся номинал вторичной обмотки.

Принцип действия и конструкция трансформаторов тока

Первичная обмотка ТТ включается в разрез линейного провода (последовательно с нагрузкой), в котором измеряется сила тока. Вторичная обмотка замкнута на измерительное устройство с малым сопротивлением. Поэтому, в отличие от силового трансформатора, для которого режим короткого замыкания является аварийным, нормальным режимом для измерительного ТТ являются условия, близкие к КЗ, так как сопротивление во вторичной цепи у него мало.

Через первичную обмотку, имеющую определённое количество витков, течет ток. Вокруг катушки наводится магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Пересекая перпендикулярно ориентированные витки вторичной обмотки, магнитный поток формирует электродвижущую силу. Под влиянием последней возникает ток, протекающий по катушке и нагрузке на выходе. Одновременно на зажимах вторичной цепи образуется падение напряжения.

По конструктиву и применению ТТ условно подразделяются на несколько разновидностей:

    • Опорные монтируются на опорной плоскости.
    • Проходные используются в качестве ввода и устанавливаются в металлических конструкциях, в проемах стен или потолков.
    • Встраиваемые размещаются в полости оборудования: электрических выключателей, генераторов и других электроаппаратов и машин.
    • Разъемные не имеют своей первичной обмотки. Их магнитопроводы из двух половинок, стягиваемых болтами, можно размыкать и закреплять вокруг проводников под током. Эти проводники исполняют роль первичных обмоток.
    • Шинные изготавливаются тоже без первичных обмоток — их роль выполняют пропущенные сквозь окна магнитопроводов ТТ токоведущие шины распредустройств.
    • Накладные надеваются сверху на проходной изолятор.
    • Переносные предназначаются для лабораторных и контрольных измерений.

По выполнению первичной обмотки ТТ подразделяются на одновитковые и многовитковые, а по числу вторичных обмоток — на устройства с одной обмоткой и с несколькими вторичными обмотками (до четырёх, пяти). По числу ступеней трансформации — на одноступенчатые и каскадные.

К общей классификации трансформаторов обоих типов относятся: количество коэффициентов трансформации (однодиапазонные и многодиапазонные), критерии по материалу диэлектрика между первичной и вторичной обмотками и по материалу внешней изоляции — маслонаполненные, газонаполненные, сухие, с литой, фарфоровой и прессованной изоляцией, с вязкими заливочными компаундами, комбинированные бумажно-масляные. ТТ и ТН устанавливаются на открытом воздухе, в закрытых и в подземных установках, на морских и речных судах, внутри оболочек электроустановок и связываются контрольными проводами и кабелями с оборудованием вторичных цепей. По диапазону рабочего напряжения выделяют трансформаторы, функционирующие в устройствах до 1000 В и выше 1000 B. Трансформаторы также классифицируются по классу точности.

Видео про трансформаторы тока

Кратко о назначении трансформатора тока, составе и особенностях конструкции, о схеме и принципе работы. Почему нельзя допускать размыкание вторичных цепей трансформатора тока без предварительного их замыкания накоротко? Почему на напряжение выше 330 кВ изготавливаются ТТ каскадного типа? Об этом и об измерительном трансформаторе тока для подстанции 750 кВ вы узнаете из видео.

Что такое трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — это одна из разновидностей трансформаторов, который нужен для:

  1. преобразования электрической мощности и питания различных устройств,
  2. гальванической развязки цепей высокого напряжения (6 кВ и выше) от низкого (обычно 100 В) напряжения вторичных обмоток.
  3. измерения напряжения на подстанциях и питания всевозможных реле защиты

измерительный трансформатор напряжения

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Трансформатор напряжения принцип работы

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чего он обеспечивает безопасность их обслуживания на подстанции.

Основное принципиальное отличие измерительных трансформаторов напряжения (ТН) от трансформаторов тока (ТТ) состоит в том, что они, как и все силовые модели, рассчитаны на обычную работу без закороченной вторичной обмотки.

В то же время, если силовые трансформаторы предназначены для передачи транспортируемой мощности с минимальными потерями, то измерительные трансформаторы напряжения конструируются с целью высокоточного повторения в масштабе векторов первичного напряжения.

измерительный трансформатор напряжения

Принципы работы трансформатора напряжения

Конструкцию трансформатора напряжения, как и трансформатора тока, можно представить магнитопроводом с намотанными вокруг него двумя обмотками:

Специальные сорта стали для магнитопровода, а также металл их обмоток и слой изоляции подбираются для максимально точного преобразования напряжения с наименьшими потерями. Число витков первичной и вторичной катушек рассчитывается таким образом, чтобы номинальное значение высоковольтного линейного напряжения сети, подаваемое на первичную обмотку, всегда воспроизводилось вторичной величиной 100 вольт с тем же направлением вектора для систем, собранных с заземленной нейтралью.

Если же первичная схема передачи энергии создана с изолированной нейтралью, то на выходе измерительной обмотки будет присутствовать 100/√3 вольт.

Для создания разных способов моделирования первичных напряжений на магнитопроводе может располагаться не одна, а несколько вторичных обмоток.

Устройство однофазного трансформатора напряжения

Устройство однофазного трансформатора напряжения:

  • а — общий вид трансформатора напряжения;
  • б — выемная часть;
  • 1,5 — проходные изоляторы;
  • 2 — болт для заземления;
  • 3 — сливная пробка;
  • 4 — бак;
  • 6 — обмотка;
  • 7 — сердечник;
  • 8 — винтовая пробка;
  • 9 — контакт высоковольтного ввода

Однофазные трансформаторы напряжения получили наибольшее распространение. Они выпускаются на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ.

Конструктивные размеры и масса ТН определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами её выводов высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком).

Свердловский завод трансформаторов тока выпускает трансформаторы напряжения на 6, 10, 35 кВ с литой изоляцией.

У трансформаторов напряжением 10 — 500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло).

Пример назначение и область применение трансформаторов напряжения ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий. Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

схема включения обмоток трансформатора напряжения ЗНОЛ-НТЗ

  • См. трансформаторы ЗНОЛ, схемы характеристики в таблице

Схемы включения трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

  • проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
  • шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

Важным элементом безопасности измерительных трансформаторов напряжения является заземление их корпуса и вторичной обмотки.

На заземление трансформаторов напряжения обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование.

Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из магнитопровода, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. На рис. 2.1. показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение Ub a напряжение вторичной обмотки U2 подведено к измерительному прибору.

рис. 2.1 Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Трансформаторы применяются в наружных (типа НОМ-35, серий ЗНОМ и НКФ) или внутренних установках переменного тока напряжением 0,38-500 кВ и номинальной частотой 50 Гц. Трехобмоточные трансформаторы НТМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ (кроме НКФ-110-5 8) — с заземленной нейтралью.

В электроустановках используются однофазные, трехфазные (пятистержневые) и каскадные трансформаторы напряжения (ТН). Выбор того или иного типа трансформатора напряжения зависит от напряжения сети, значения и характера нагрузки вторичных цепей и назначения трансформатора напряжения (для целей изменения, для контроля однофазных замыканий на землю, для питания устройств релейной защиты и автоматики).

Ввиду относительно высокой стоимости ТН для сетей 110-750 кВ они в ряде случаев, там, где это возможно по условиям работы систем измерения, защиты и автоматики электроустановок, заменяются емкостными делителями напряжения.

По изоляции различают трансформаторы напряжения с сухой и масляной изоляцией.

Обозначение трансформатора напряжения на схеме

Предохранители трансформаторов осуществляют защиту трансформаторов напряжения от повреждения в случае их работы в ненормальном режиме — при однофазном замыкании на землю, при возникновении в сети феррорезонансных явлений или в случае наличия короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора напряжения.

Трёхфазный трансформатор

Среди электромагнитных устройств данного типа выделяется трёхфазный трансформатор. Он имеет магнитную и гальваническую связи фаз. Наличие схемы первого типа обусловлено соединением магнитопроводов в одну систему. При этом потоки магнитного воздействия расположены относительно друг друга под углом 120 °. Стержень в данной системе не нужен, так как при объединении центров трёх фаз сумма электромагнитных русел равняется нулю вне зависимости от времени. Благодаря этому схема с шестью стержнями преобразуется в трёхстержневую.

В соединении обмоток устройства можно использовать схемы трёх типов:

  • Соединение в виде звезды может осуществляться с выводом от общих точек или же без него. Здесь каждую обмотку соединяют с нейтральной точкой.
  • По треугольной схеме фазы соединяются последовательно.
  • Зигзаг-это схема, которая чаще всего применяется во время отвода от общей точки. В ней соединяются три обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопроводов.

Применение трёхфазного трансформатора является более экономичным, чем использование соединённых однофазных конструкций.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные.

При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для уменьшения первичных напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Видео: Трансформаторы напряжения

Технические характеристики трансформаторов напряжения, схемы включения. Факторы, влияющие на класс точности. Виды трансформаторов напряжения, расшифровка маркировки.

Чем отличаются трансформаторы напряжения от трансформаторов тока

Давайте разберемся, для чего нужен трансформатор напряжения и какие функции он выполняет? Данное устройство необходимо службам, занимающимся учетом электроснабжения. Функция электросетей – выработка энергии, передача ее на большие расстояния и перераспределение электрической энергии между потребителями. Именно для этих целей существует данный прибор.

Трансформаторы промышленного типа широко используются на электроподстанциях. Более мелких размеров трансформаторы находят свое применение во многих цепях бытовых электроприборов. Такие устройства изменяют напряжение – увеличивают либо понижают его. Появления трансформатора стало возможным после того, как Майкл Фарадей открыл в 1831 году электромагнитную индукцию.

В статье информация о всех особенностях трансформаторов напряжения, описаны их технические характеристики. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик о трансформаторах, а также материл на данную тему.

Расшифровка аббревиатур устройств

Различаются и по способу изоляции, сухая, она же литая и масляной. У каждого свое, буквенное обозначение трансформатора. Есть на разные классы напряжения, такие как, нтми-10, ном-10, зном-35, ном-35, нкф-110, нами-10. В предыдущем предложении, цифры означают номинальное напряжение. Начнём с самой важной буквы, которая находится в самом начале практически всех аббревиатур, это буква Н. Она как раз и означает трансформатор напряжения. Кстати говоря, его сокращённо называют просто ТН.

Следующие по списку и по важности буква это, Т и О, которые означаю количество фаз. Трехфазный и однофазный соответственно. У буквы Т есть ещё одно значение, она означает что, трансформатор трёх обмоточный. Следующие буквы, относятся к изоляции и способам охлаждения. Она может быть, литой (Л), С сухой, Естественное мысленно охлаждение, маркируется буквой М.

Следующие значения, можно отнести к дополнительным функциям. Для подключения измерительных приборов, наносится (И). Если видим (К), следует понимать, что в трансформаторе напряжения есть дополнительная обмотка, которая уменьшает угловую погрешность или каскад. «З» – наличие заземляющего вывода. Активную часть, часто помещают в фарфоровую покрышку, поэтому присутствует символ «Ф». (У) — относится к установки в умеренно климате. Д, Е – делитель, имеет определённую ёмкость.

Виды и их особенности

Кроме рассмотренных выше понижающих и повышавших приборов выпускаются и другие модели:

  • тяговые;
  • лабораторные, в которых возможно регулировать напряжение;
  • для выпрямительных установок;
  • источники питания для радиоаппаратуры.

Все они относятся к одной большой группе трансформаторов – силовым. Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов. Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке. Имеют отличия и в конструктивном исполнении. В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением.

Влияет на классификацию, и форма магнитопровода. Он может быть:

При этом различают два вида конструкции обмоток:

По классу точности устройства подразделяются на 4 категории:

Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки. В зависимости от него изделия бывают следующих типов:

Критерии выбора оборудования

Трансформатор напряжения состоит из двух обмоток и сердечника. Обмотки также подразделяются на первичную и вторичную. Вот тут и начинаются различия, если сравнивать трансформатор напряжения с трансформатором тока. Первичная обмотка трансформатора напряжения содержит значительно больше витков, чем вторичная.

На первичную обмотку подается напряжение, которое нам нужно измерить а к вторичной обмотке подсоединяется вольтметр. Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:

  • напряжения обмоток, которые указываются на щитке;
  • коэффициент трансформации;
  • угловой погрешности.

Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками. Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения 110 кВ важны и его технические характеристики:

  1. частота тока;
  2. фазность;
  3. способ установки;
  4. место расположения;
  5. нагрузка.

Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Параметры выбора трансформаторов тока приведены в таблице ниже.

Как работает

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения. Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличаются

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

Феррорезонанс и способы защиты от него

Феррорезонансный контур в сети с изолированной нейтралью — это контур нулевой последовательности с нелинейной характеристикой намагничивания. Трехфазный заземляемый трансформатор напряжения, по конструктиву, это три однофазных трансформатора, соединенные по схеме звезда/звезда, с обособленной магнитной системой. При перенапряжениях в сети индукция в магнитопроводе увеличивается, как минимум в 1,73 раза.

Существует множество способов защиты ТН от резонансных явлений в сети:

  • изготовление ТН с максимально уменьшенной рабочей индукцией;
  • включение в цепь ВН и НН дополнительных демпфирующих сопротивлений;
  • изготовление трехфазных трансформаторов напряжения с единой магнитной системой в пятистержневом исполнении;
  • применение специальных устройств, включаемых в цепь разомкнутого треугольника;
  • заземление нейтрали трехфазного трансформатора напряжения через токоограничивающий реактор;
  • применение специальных компенсационных обмоток и т.д.;
  • применение специальных релейных схем, для защиты обмотки ВН от сверхтоков.

Все эти меры в той или иной степени защищают измерительный трансформатор напряжения, но не решают проблему в корне.

Заземляемые устройства

Заземляемые трансформаторы напряжения применяются в сетях с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали ТН позволяет осуществлять контроль изоляции сети с помощью дополнительных вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда/треугольник. На наш взгляд, это основная функция заземляемых трансформаторов, функция измерения и учета — дополнительная.

Зачастую, в электрических сетях эксплуатируются заземляемые трансформаторы напряжения, у которых защитные обмотки не используются. Применение заземляемых трансформаторов без использования функции контроля изоляции сети — неоправданный риск. Это связано с тем, что:

  • заземляемые трансформаторы напряжения подвержены влиянию феррорезонансных явлений;
  • изоляцию обмотки ВН невозможно испытать в условиях эксплуатации приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Незаземляемые приборы

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью, на нашем предприятии разработана новая трехфазная группа. Трехфазная 3хНОЛ.08-6(10)М группа, состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ.08-6(10)М — отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией.

Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Также изоляцию этого трансформатора возможно испытать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты в условиях эксплуатации, так как в этом случае нет необходимости в источнике повышенной частоты.

У незаземляемых трансформаторов нет высоковольтных выводов с ослабленной изоляцией, что так-же позволит избежать нарушений, которые зачастую случаются в эксплуатации, при определении сопротивления изоляции вывода «Х», так как есть разночтения в нормативной документации. На сегодняшний день большое количество пунктов коммерческого учета (ПКУ) имеют в своем составе заземляемые трансформаторы напряжения со встроенными предохранителями (ЗНОЛП). При однофазных замыканиях на землю, а они как указывалось выше, случаются достаточно часто в воздушных распределительных сетях, срабатывает встроенное защитное предохранительное устройство (ЗПУ). Встраиваемое ЗПУ, прежде всего, предназначено для защиты трансформатора напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях.

Так как ток срабатывания предохранителя достаточно мал, то при различных перенапряжениях, вызванных, в том числе, и однофазными замыканиями на землю, — происходит отключение ТН. ЗПУ защищает обмотку ВН от сверхтоков, которые возможны при различных технологических нарушениях в электрических сетях. При срабатывании предохранителя учет электроэнергии будет отсутствовать. Для восстановления учета, необходимо заменить плавкую вставку ЗПУ.

Ремонт оборудования

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов. Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор.

Трансформатор напряжения — что это?

В первую очередь необходимо разобраться: трансформатор напряжения — что это такое. Это особое устройство, которое необходимо для образования гальванической развязки. Иными словами, без прямого контакта с помощью данного устройства соединяются цепи высокого и низкого напряжения. С помощью него можно удешевить эксплуатацию оборудования, а также сделать его надежнее и проще в работе одновременно. Также необходим трансформатор для того, чтобы обеспечить безопасность.

Чаще всего подобный агрегат работает на холостом ходу. Он не предназначен для огромных потоков мощности и их преобразования, а всего лишь правильно соединяет вторичные обмотки в любых электрических системах. Это простое действие дает серьезный результат. Оно достаточно сильно может понизить или повысить напряжение в зависимости от того, что необходимо в данный момент.

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 .

Принцип действия ↑

В основе лежит тот же принцип, что и в обычном понижающем трансформаторе. В центре располагается листовой сердечник с обмоткой. Сделан он по максимально точным, выверенным расчетам, с многослойными металлами и слюдой, а также с учетом того, что в результате получается правильная амплитуда и угол. Тщательно продуманная конструкция необходима для того, чтобы без лишних проблем подключить к сети абсолютно любой прибор. Трансформатор обязан нормализовать напряжение: он «играет» с этой величиной так, как это необходимо в данный момент, выставляя свой личный коэффициент, независимо от начальных данных.

Наиболее популярным сегодня становится трехфазный трансформатор. Основной принцип его действия заключается в том, что чем ближе действие к холостому ходу, на котором чаще всего и работает подобное устройство, тем коэффициент трансформации все ближе к номинальному значению. Таким образом, получается, что наиболее эффективен подобный трансформатор именно на холостом ходу, как бы странно это не звучало. Это помогает прибору работать максимально безопасно и стабильно, практически полностью исключая любые непредвиденные поломки.

Необходимо правильно настроить это устройство, потому что трансформатор может работать одновременно в нескольких классах точности. А именно в половину, единицу, а также в три единицы измерения.

Следует подумать и о мерах безопасности. Это означает — прежде всего — высокое качество самого прибора. Трансформатор «из Китая» или же самодельный совершенно необязательно будет четко выполнять свои функции, более того — иногда может произойти самовозгорание.

Предназначение ↑

Чтобы четко понять, что же представляет из себя трансформатор напряжения, необходимо рассмотреть его назначение.

Основная особенность данной техники в том, что она легко преобразует низкое напряжение в высокое или наоборот — в зависимости от вида и настройки конкретного аппарата. В повседневной жизни это отличные предохранители.

Именно с помощью трансформаторов каждое устройство получает необходимое напряжение, будь то болгарка или же простой кипятильник. Аналогично работает техника и в промышленных масштабах, когда разница становится еще более значительной.

На самом деле трансформаторов напряжения достаточно много. Каждый из них может пригодиться в определенной ситуации. Потому необходимо тщательно рассмотреть все характеристики, положительные и отрицательные стороны, чтобы понять, для чего нужен трансформатор напряжения конкретного типа. Они отличаются, прежде всего, конструкцией: именно она накладывает определенные особенности на эксплуатацию.

Заземляемый

Этот трансформатор напряжения представляет собой однофазное или трехфазное устройство. Обязательно один его конец должен быть заземлен, именно поэтому он и получил подобное название. В землю уходит нейтраль первичной обмотки.

Наземляемый

Этот вариант трансформатора не нуждается в заземлении. Вся его конструкция находится на поверхности. Обязательно должны быть изолированы все уровни, особенно это касается зажимов. В зависимости от уровня напряжения необходимо поднимать некоторые части на определенную высоту.

Трансформатор здесь состоит из первичной обмотки, которая строго разделена на несколько секций. Они располагаются на разном уровне от земли и имеют вид каскада. Соединены между собой все эти части с помощью дополнительных связующих обмоток.

Подобный трансформатор имеет дополнительную деталь — емкостный делитель, из-за него и появилось название.

Двухобмоточный

Помимо первичной обмотки, здесь имеется и вторичная.

Трехобмоточный

Подобная модель трансформатора мало отличается от предыдущей, но вторичных обмоток две.

Каждый тип создан специально для определенной ситуации. В случае необходимости можно любой трансформатор приспособить под определенную электрическую систему, но лучше всего следовать рекомендациям, которые гарантируют полноценную и стабильную работу с минимальными затратами ресурсов.

Определение и спецификация трансформаторов для ветряных и солнечных установок

 

Ветряные и солнечные трансформаторы обладают некоторыми уникальными характеристиками, которые требуют тщательного рассмотрения. Их основной целью является преобразование напряжения, но для того, чтобы сделать это должным образом, необходимо учитывать ряд других характеристик. От гармоник до скачков напряжения и даже просто от того, как часто трансформатор отключается и включается в течение одного дня, любое количество этих соображений, если их не учитывать должным образом, может оказать большое влияние на эффективность и безопасность ветрового или солнечного трансформатора.

Чтобы помочь нашим членам быть в курсе последних и лучших идей в области трансформаторов энергии ветра и солнечной энергии, IEEE Power & Energy Society создало ряд ресурсов по этой теме. Здесь мы выделим один из этих ресурсов, а также дополнительный контент, посвященный этой теме:


Определение и спецификация трансформаторов для ветряных и солнечных установок

Филип Дж. Хопкинсон

Основное соединение

Практически в каждой установке основное соединение осуществляется от цепи низкого напряжения класса 600 вольт к цепи 34.Цепь среднего напряжения 5 кВ. Ранние ветряные генераторы были переменного тока, но более сложные новые ветряные и солнечные генераторы имеют класс постоянного тока 600 вольт, что требует инвертора для подключения к трансформатору инвертора переменного тока. Фактически, из-за электронных инверторов с электронными IGBT (биполярными транзисторами с изолированным затвором) сторона низкого напряжения может быть соединена треугольником или звездой, но не заземлена. Высокое напряжение также может быть треугольником или Y.

Уровни мощности

Большинство современных ветряных и солнечных трансформаторов имеют мощность от 1000 кВА до 3000 кВА.Однако мощность некоторых морских ветряных трансформаторов составляет от 10 000 до 20 000 кВА. Для этого обсуждения будут рассмотрены уровни мощности от 1000 до 3000 кВА.

Окружающая среда

Температура окружающей среды может значительно варьироваться от -30°C на больших высотах до +50°C в жарких местах, похожих на пустыню. Влажность может варьироваться от 0 до почти 100%. Трансформаторы в прибрежных районах также могут иметь очень высокий уровень соли, что особенно важно для трансформаторов сухого типа, которые часто используются в гондолах.

Инверторы

Солнечные трансформаторы и ветряные генераторы постоянного тока требуют инверторов для преобразования постоянного напряжения в переменное. Большинство таких инверторов используют силовые электронные переключатели IGBT для получения выходного переменного тока. Внутреннее заземление электронных переключателей требует, чтобы входные обмотки низкого напряжения инвертора-трансформатора оставались незаземленными. Приведенные ниже примеры являются распространенными схемами, взятыми из IEEE C57.159:

.

Перенапряжение

В соответствии с IEEE C57.12.00 обычные трансформаторы рассчитаны на 110 % номинального напряжения в североамериканской системе.Интересно, что для ветроэнергетических трансформаторов требование по перенапряжению составляет 115% от номинального напряжения. Тем не менее, допускается, чтобы частота составляла минимум 95 % от номинальной частоты, в результате чего чистое допустимое значение вольт/Гц составляет 121 % от номинальной.

Переключение переходных процессов

Практически все трансформаторы среднего напряжения оснащены вакуумными выключателями. Для ветряных и солнечных трансформаторов существует большая вероятность того, что операции переключения будут происходить в процессе эксплуатации, а цепи будут иметь очень низкий коэффициент мощности в момент переключения.Когда возникают такие условия, переходные процессы при переключении высокого напряжения часто приводят к выходу из строя обмотки трансформатора. Резисторно-конденсаторные демпферы оказались очень эффективными для демпфирования таких переходных процессов при их установке. IEEE C57.142 Руководство IEEE по описанию возникновения и смягчения коммутационных переходных процессов, вызванных трансформаторами, коммутационными устройствами и взаимодействием системы

Гармоники

Предполагается, что нормальные гармоники составляют 5 %. Любые гармоники, превышающие 5%, должны быть указаны производителем.Вообще говоря, прежние опасения, что гармоники являются основной причиной отказа, в значительной степени отброшены.

Конструкция сердечника и заземление

Магнитопроводы могут иметь 5 ветвей или 3, 4, o4 5 ветвей, уложенных друг на друга. Большой процент трансформаторов с намотанным сердечником имеет электрические обмотки с низковольтной обмоткой внутри и высоковольтной обмоткой снаружи. Когда это происходит, две крайние фазы (фаза A и фаза C) имеют емкостную связь с элементами сердечника, что может привести к очень высоким падениям напряжения внутри сердечников, что приводит к частичным разрядам и большому количеству газообразного водорода.Это явление хорошо задокументировано в последних проектах IEEE C57.12.00 и IEEE C57.12.90.

Колебания нагрузки

Большие колебания нагрузки за относительно короткий период времени неизбежны для трансформаторов солнечных и ветряных турбин. Ночью нагрузки практически нет. Когда солнце встает рано утром, солнечные батареи начинают проводить ток и начинает дуть ветер. Это приводит к очень большим колебаниям нагрузки, а также к изменениям давления в баках заполненных жидкостью трансформаторов.

 

Ресурсы и контент PES

Прочтите эту тему в журнале Electrification Magazine

В дополнение к этим статьям вы также можете найти дополнительную информацию по этому вопросу в томе 8, выпуске 1 журнала IEEE Electrification Magazine

.

Прочтите сейчас

 

 


Стандарты IEEE PES

Два очень важных стандарта были написаны Комитетом по трансформаторам IEEE, которые касаются как ветряных, так и солнечных трансформаторов, которые дополняют и добавляют важные концепции к обычным документам:

  1. IEEE C57.159 Руководство по трансформаторам для применения в распределенных фотоэлектрических (DPV) системах производства электроэнергии
  2. IEC/IEEE C57.60076-16 для ветряных трансформаторов для ветряных турбин. Этот документ был разработан совместно IEEE и IEC TC 14 (силовые трансформаторы).

Дополнительные группы

Над этой темой работают различные группы как внутри, так и за пределами IEEE PES.

Если вас действительно интересуют приложения машинного обучения для прогнозирования и аналитики энергопотребления, обратитесь к этому комитету за дополнительной информацией:


Сортировать поСпонсорыСоспонсорыТехнически соспонсорыТехнические комитетыОбразование Трансформаторы

всегда играют важную роль в промышленных приложениях?

Электрические трансформаторы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.Применение трансформатора может быть как бытовым, так и промышленным. Различные типы трансформаторов используются для повышения или понижения напряжения для различных устройств.

Давайте взглянем на некоторые распространенные промышленные применения трансформаторов:

Применение в автомобильной промышленности:

Электромобили — это многообещающие автомобили, которые вызывают ажиотаж на рынке. Их батареи заряжаются от источника питания. Тем не менее, специальный трансформатор необходим для контроля и управления напряжением электричества, которое используется для зарядки аккумуляторов.Передовые технологии и инновации привели к разработке «умных трансформаторов», которые можно использовать для одновременной зарядки нескольких электромобилей.

Применение в сталелитейной промышленности:

Заводы по производству стали полагаются на подачу высоких токов в различном диапазоне напряжений для своей работы. Этому требованию отвечают специализированные высоковольтные трансформаторы. Такие трансформаторы могут выдерживать экстремальные диэлектрические, механические и тепловые ограничения сталеплавильной печи.

Применение в электрохимической промышленности:

Электролиз таких элементов, как медь, алюминий, цинк или хлор, необходим в различных процессах гальваники. Выпрямительные трансформаторы специально разработаны для эффективного проведения такого процесса электролиза.

Разное:

Помимо вышеупомянутого промышленного применения, электрические трансформаторы также используются в следующих секторах:

  • Аэрокосмическая промышленность
  • Аудиосистемы
  • Военные субподрядчики
  • Текущая трансформация
  • Биохимический и биомедицинский
  • Связь
  • Обработка данных
  • Схемы часов и таймера
В зависимости от типа промышленного применения вы можете выбрать наиболее подходящий трансформатор для эффективного выполнения операций.

Трансформеры для машинного обучения: глубокое погружение — 1-е издание

Содержание

Список рисунков
Список таблиц
Биография автора
Предисловие
Предисловие
Авторы

Глубокое обучение и трансформеры: введение2.2 Методы и приложения предварительного обучения 
1.3 РЕСУРСЫ 
1.3.1 Библиотеки и реализации 
1.3.2 Книги 
1.3.3 Курсы, учебные пособия и лекции 
1.3.4 Практические примеры и подробности 

Трансформаторы: Основы и введение
2.1 Энкодер-декодер архитектура
2.2 Последовательность к последовательности
2.2 Кодер к последовательности
2.2.1 Encoder
2.2.2 Декодер
2.2.3 Обучение
2.2.4 Вопросы с энкодером на основе RNN
2.3 Механизм внимания
2.3.1 Исходная информация
2.3.2 Типы внимания на основе оценки
2.3.2.1 Скалярное произведение (множительное)
2.3.2.2 Масштабированное скалярное произведение или мультипликативное
2.3.2.3 Линейное, MLP или аддитивное
2.3.3 Последовательность на основе внимания к последовательности
2.4 Transformer
2.4.1 Источник и целевое и целевое и целевое представление
2.4.1.1 Слово вложение
2.4.1.2 Позиционное кодирование
2.4.2 Слои внимания
2.4.2.1 Внимание на себе
2.4.2.2 Внимание в маске
2.4.2.3 -Глава Внимание 
2.4.2.4 Кодер-декодер с несколькими головками Внимание
2.4.3 Остатки и нормализация уровня
2.4.4 Позиционные сети с прямой связью
2.4.5 Кодер
2.4.6 Декодер
2.5 ПРИМЕР: МАШИННЫЙ ПЕРЕВОД1 901.41 Цель
2.5.2 Данные, инструменты и библиотеки
2.5.3 Эксперименты, результаты и анализ
2.5.3.1 Исследовательский анализ данных
2.5.3.2 Внимание
2.5.3.3 Трансформатор
2.5.3.4 Результаты и анализ
3903 Объяснимость.

Представление двунаправленного энкодера от трансформаторов (BERT)
3.1 Bert
3.1.1 Архитектура
3.1.2 Предварительная подготовка
3.1.2 Fine-Tuning
3.1.2 Bert-Tuning
3.2 Bert Variants
3.2.1 Roberta
3.3 Приложения
3.3.1 Tabert
3.3.2 Bertopic
3.4 Bert Insights
3.4. 1 Представление предложения BERT
3.4.2 BERTology
3.5 ПРИМЕР: МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМ С ПОМОЩЬЮ ТРАНСФОРМАТОРОВ
3.5.1 Цель
3.5.2 Данные, инструменты и библиотеки
3.5.2.1 Данные
3.5.3 Эксперименты, 9 вычислений 9 Результаты и анализ
3.5.3.1 Создание тем
3.5.3.2 Распределение размеров тем
3.5.3.3 Визуализация тем
3.5.3.4 Содержание тем
3.6 ПРИМЕР: ТОЧНАЯ НАСТРОЙКА BERT
3.6.1 Цель
3.6.2 Данные, инструменты и библиотеки1 1 3.6.3 Эксперименты, результаты и анализ

Многоязычные архитектуры Transformer
4.1 МНОГОЯЗЫЧНЫЕ АРХИТЕКТУРЫ TRANSFORMER
4.1.1 Базовый многоязычный Transformer
4.1.2 Многоязычный NLU с одним кодировщиком
4.1.2.1 mBERT
4.1.2.2 XLM
4.1.2.3 XLM-ROBERTA
4.1.2.4 ALM
4.1.2.4 Unicoder
4.1.2.5 Unicoder
4.1.2.6 infoxl
4.1.2.7 amber
4.1.2.8 Ernie-M
4.1.2.9 HITCL
4.1.3 Двухкодер Многоязычный NLU
4.1.3.1 Labse
4.1.3.2 Muse
4.1.4 Многоязычный NLG
4.2 Многоязычные данные
4.2.1 Данные предсекаировки
4.2.1 Данные предварительного обучения
4.2.2 Многоязычные контрольные показатели
4.2.2.1 Классификация
4.2.2.2 Прогноз структуры
4.2. 2.3 Ответы на вопросы
4.2.2.4 Семантический поиск
4.3 MULTILINGUAL TRANSFER LEARNING INSIGHTS 
4.3.1 Нулевое межъязыковое обучение 
4.3.1.1 Факторы данных 
4.3.1.2 Факторы архитектуры модели 
4.3.1.3 Факторы модельных задач 
4.3.2 Независимое от языка межъязыковое представление 901ASE 4.41 ИССЛЕДОВАНИЕ
4.4.1 Цель
4.4.2 Данные, инструменты и библиотеки
4.4.3 Эксперименты, результаты и анализ
4.4.3.1 Предварительная обработка данных
4.4.3.2 Эксперименты

Модификации трансформатора
5.1 Модификации блоков трансформатора
5.1.1. Легкие трансформаторы
5.1.1.1 Funnel-трансформатор
5.1.1.2 Delight
5.1.2 Соединения между блоками трансформатора
5.1.2.1 Realformer
5.1.3 Время адаптивного вычисления
5.1.3.1 Универсальные трансформаторы (UT )
5.1.4 Рекуррентные соотношения между блоками трансформаторов
5.1.4.1 Трансформатор-XL
5.1.5 Иерархические преобразователи
5.2 ТРАНСФОРМАТОРЫ С МОДИФИЦИРОВАННЫМ МНОГОГЛАВНЫМ САМОВНИМАНИЕМ
5.2.1 Структура многоголовочного самовнимания1 5.2.12.1.1 Мультиголовное самовнимание
5.2.1.2 Пространственно-временная сложность
5.2.2 Уменьшение сложности самовнимания
5.2.2.1 Longformer
5.2.2.2 Reformer
5.2.2.3 Исполнитель
5.2.2.4 Big Bird 5.2.2.4 Big Bird
.3 Улучшение многоголового внимания
5.2.3.1 Внимание говорящих голов
5.2.4 Смещение внимания с помощью Priors
5.2.5 Прототип запросов
5.2.5.1 Кластерное внимание
5.2.6 Сжатая память типа «ключ-значение»
5.2 : Линейное унифицированное вложенное внимание
5.2.7 Низкоразмерные приближения
5.2.7.1 Linformer
5.3 Модификации для тренировочного задания
5.3.1 Electra
5.3.1.1 Замененное Обнаружение токена
5.3.1.1 Замененное обнаружение токена
5.3.2 T5
5.4 Изменения трансформатора трансформатора
5.4.1. АНАЛИЗ ОТНОШЕНИЙ
5.5.1 Цель
5.5.2 Данные, инструменты и библиотеки
5.5.3 Эксперименты, результаты и анализ
5.5.3.1 Визуализация веса внимания головы
5.5.3.2 Анализ

Трансформаторы с предварительной подготовкой и специальные трансформаторы
6.1 Текстообрабатывающая обработка
6.1.1. 3.1 GPT: Генеративное предварительное обучение
6.1.3.2 GPT-2
6.1.3.3 GPT-3
6.1.3.3 GPT-3
6.2 Компьютерное зрение
6.2.1 Vision Transformer
6.3 Автоматическое распознавание речи
6.3.1 WAV2VEC 2.0
6.3.2 Repoaty3Text2
6.3. 3 HuBERT: Скрытые модули BERT
6.4 МНОГОМОДАЛЬНЫЙ И МНОГОЗАДАЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
6.4.1 BERT с визуальным и языковым интерфейсом (VilBERT)
6.4.2 Unified Transformer (UniT)
6.5 ОБРАБОТКА ВИДЕО С ПОМОЩЬЮ TIMEFORMER
6.5.1 Встраивание патчей
4.19 1.2 Самостоятельное внимание Пространственно-временное само-внимание
6.5.2.2 Пространственно-временные блоки внимания
6.6 ГРАФИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
6.6.1 Позиционное кодирование в графе
6.6.1.1 Лапласово позиционное кодирование
6.6.2 Графический преобразователь ввода
6.6.2.116.2.2 Графики с атрибутами ребер
6.7 Обучение с подкреплением
6.7.1 Преобразователь решений
6.8 ПРИМЕР: АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ РЕЧИ
6.8.1 Цель
6.8.2 Данные, инструменты и библиотеки
6.
6.8.3.1 Предварительная обработка речевых данных
6.8.3.2 Оценка

Методы интерпретируемости и объяснимости для трансформаторов
7.1 ПРИЗНАКИ ОБЪЯСНИМЫХ СИСТЕМ
7.2 СВЯЗАННЫЕ ОБЛАСТИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОБЪЯСНИМОСТЬ
7.3 Объясменные методы таксономии
7.3.1 Методы визуализации
7.3.1.1 на основе обратной обработки
7.3.1.2 на основе возмущений
7.3.2 Модель дистилляции
7.3.2.1 Местное приближение
7.3.2.2 Перевод модели
7.3.3 Симвоичные методы
7.3 .3.1 Механизм зондирования
7.3.3.2 Совместное обучение
7.4 ВНИМАНИЕ И ОБЪЯСНЕНИЕ
7.4.1 Внимание не является объяснением
7.4.1.1 Весовые коэффициенты внимания и важность признаков
7.4.1.2 Контрфактические эксперименты
7.4.2 Внимание не равно Объяснение 
7.4.2.1 Требуется ли внимание для всех задач?
7.4.2.2.2.2. Поиск состязательных моделей
7.4.2.3 Внимание пробное внимание
7.5 Количественная оценка потока внимания
7.5.1 Информационный поток в виде DAG
7.5.2 Внимание Внимание
7.5.3 Техника привлечения
7.6 Техническое исследование: классификация текста с объяснением
7.6 .1 Цель
7.6.2 Данные, инструменты и библиотеки
7.6.3 Эксперименты, результаты и анализ
7.6.3.1 Исследовательский анализ данных
7.6.3.2 Эксперименты 
7.6.3.3 Анализ ошибок и их объяснение 

Библиография 
Алфавитный указатель 

Полное руководство по трансформаторам — neptune.ai

У вас есть лист бумаги с текстом, и вы хотите построить модель, которая сможет переводить этот текст на другой язык. Как вы относитесь к этому?

Первая проблема — переменный размер текста. Не существует модели линейной алгебры, которая могла бы работать с векторами различной размерности.

По умолчанию для решения таких проблем используется модель мешка слов (1).В этой модели данные будут вектором массивного числа, такого же большого, как количество слов в языке, и большинство элементов вектора будут нулевыми, так как большинство терминов не используются в этом тексте. Чтобы минимизировать размер вектора для вычислений, мы сохраняем только позиции представленных слов.

Однако модель мешка слов игнорирует порядок слов, что очень важно. Например: « Работай, чтобы жить » отличается от « Живи, чтобы работать ». Чтобы сохранить порядок данных, мы увеличим размерность графика ( н-грамм ), чтобы добавить порядок в наше уравнение.

В n-граммовых моделях вероятность слова зависит от ( n-1 ) предыдущих комментариев, а это значит, что модель не будет коррелировать со словами ранее ( n-1 ). Чтобы преодолеть это, нам придется увеличить n, что экспоненциально увеличит сложность вычислений (2).

Итак, вот проблемы, которые у нас есть:

  1. Переменная длина текста.
  2. Огромный размер данных после применения модели Bag-of-Words.
  3. Стоимость вычислений при увеличении размерности.

Похоже, нам нужна новая модель, которая не зависит от Сумки Слов. Здесь в игру вступает модель RNN (3).

Рекуррентные нейронные сети (RNN)

RNN аналогична модели n-грамм, за исключением того, что результат текущего ввода будет зависеть от результата всех предыдущих вычислений. RNN имеет свое внутреннее состояние, которое работает как память. Он очень подходит для обработки естественного языка и распознавания речи.

Модель языка уровня символов на основе RNN [источник]

На этой диаграмме показано, что ввод за раз (t+6) зависит от скрытого состояния каждого предыдущего шага и текущего ввода. Это позволяет сети хранить историю ранее изученных параметров и использовать ее для прогнозирования следующего вывода, что решает проблему порядка слов и устраняет затраты на вычисления, поскольку мы просто будем передавать слова по отдельности в нашей модели.

Эта модель кажется идеальной, но на практике есть некоторые проблемы (5):

  1. Проблема исчезающих или взрывающихся градиентов.
  2. Мы не можем распараллелить вычисления, так как результат зависит от предыдущих вычислений.

Итак, модель RNN не идеальна. Таким образом, он был изменен, чтобы преодолеть эти недостатки.

Узнать больше

Руководство по рекуррентной нейронной сети — глубокое погружение в RNN

Долгая кратковременная память (LSTM)

Этот конкретный тип RNN добавляет механизм забывания, поскольку модуль LSTM разделен на ячейки. Каждая ячейка принимает три входа: :

  • текущий ввод,
  • скрытое состояние,
  • состояние памяти предыдущего шага (6).

Эти входы проходят через шлюзы: 

  • входные ворота,
  • ворота забывания,
  • выходные ворота.

Гейтс регулирует передачу данных в ячейку и из нее.

Ворота забывания решают, когда запоминать, а когда пропускать входные данные из предыдущих скрытых состояний. Этот дизайн был в основном создан для решения проблем исчезающих и взрывающихся градиентов.

Вычисление скрытых состояний в LSTM [источник]

LSTM удалось преодолеть исчезающие и взрывающиеся градиенты в модели RNN, но все еще есть проблемы, унаследованные от модели RNN, например:

  1. Нет распараллеливания, у нас все еще есть последовательный путь для данных, еще более сложный, чем раньше.
  2. Аппаратные ресурсы по-прежнему являются проблемой.

Решений недостаточно для решения проблемы памяти и параллелизма. Итак, пришло время представить еще одну модель.

Трансформаторы

В предыдущих разделах мы представили проблемы, с которыми мы сталкиваемся, и некоторые из предложенных решений, которые исправили часть проблем. Но место для исследований еще есть.

Мы упомянули проблему переменной длины при переводе последовательности в последовательность, которая еще не была решена.

Чтобы решить эту проблему, в 2017 году была представлена ​​модель, которая зависит от механизмов внимания. Вместо того, чтобы обрабатывать токены отдельно, мы разбиваем текст на сегменты и изучаем зависимости между ними.

Эта модель была разработана на основе другой архитектуры, состоящей из двух основных компонентов.

Ввод сначала проходит через энкодер.

Этот кодировщик примет ввод переменной длины и преобразует его в скрытое состояние с фиксированной длиной.

Затем скрытое состояние будет проходить через второй компонент, который представляет собой декодер, преобразующий состояние фиксированной длины в выходные данные переменной длины.

Эта архитектура называется архитектурой кодера-декодера (4).

Архитектура кодер-декодер [источник] Обучение от последовательности к последовательности [источник]

В Transformers входные токены преобразуются в векторы, а затем мы добавляем некоторую позиционную информацию (позиционное кодирование), чтобы учесть порядок токенов во время параллельной обработки модели.

Преобразователи модифицировали эту модель, чтобы сделать ее устойчивой к предыдущим проблемам, которые мы обсуждали, используя многослойное внутреннее внимание и полносвязные слои как для кодировщика, так и для декодера.

Читайте также

10 вещей, которые вам нужно знать о BERT и архитектуре Transformer, которые меняют ландшафт ИИ

Кодер: состоит из множества идентичных слоев, каждый слой содержит два подуровня, многоголовый механизм самоконтроля, за которым следуют остаточные соединения, и простая полностью подключенная сеть прямой связи.

Декодер: состоит из стека из нескольких слоев, по три подуровня в каждом; первые два уровня аналогичны слоям кодировщика, а третий представляет собой многоголовое внимание к выходным данным стека кодировщика.

Архитектура трансформатора [источник]

Механизмы внимания

Эта модель была вдохновлена ​​системой человеческого зрения (7). Поскольку мозг получает огромное количество информации от глаз, больше, чем мозг может обработать за раз, сигналы внимания в сенсорной системе глаз позволяют людям обращать внимание на часть того, что получают глаза.

Мы можем применить эту методологию к рассматриваемой проблеме. Если мы знаем части, которые могут повлиять на наш перевод, мы можем сосредоточиться на этих частях и игнорировать другую бесполезную информацию.

Это повлияет на производительность системы. Пока вы читаете эту статью, вы обращаете внимание на эту статью и игнорируете остальной мир. Это связано с затратами, которые можно описать как альтернативные издержки.

Мы можем выбирать из различных типов механизмов внимания, таких как объединение внимания и полносвязные слои.

При объединении внимания входы в систему внимания можно разделить на три типа:

  • Ключи (непроизвольные сигналы),
  • Запросы (Волевые сигналы),
  • Значения (сенсорные сигналы).

Мы можем визуализировать веса внимания между Ключами и Запросами. Значения и ключи — это скрытые состояния кодировщика, а запрос — результат предыдущего декодера.

Визуализация матрицы веса внимания (источник)
Масштабированное скалярное произведение Внимание

Scaled Dot-Product представляет собой более эффективную схему вычислений для функции подсчета очков.

Мы вычисляем скалярное произведение по входным запросам (Q) и ключам (K) с одинаковой длиной вектора (d). Затем мы масштабируем их, чтобы убедиться, что дисперсия сохраняется при разных длинах векторов, а затем применяем функцию softmax, чтобы получить веса значений (V).

Масштабируемое скалярное произведение внимания и внимание нескольких головок [источник]

Мультиголовка Внимание

Выполняем одиночное скалярное произведение Внимание ч раз параллельно.

W — веса ключей, запросов и значений, а O — выходное линейное преобразование.

Внимание Мультиголовка используется в нашей модели в:

  • Слои декодера; Запросы — это выходные данные предыдущего уровня декодера, а Ключи — это выходные данные кодировщика.
  • Слои самоконтроля энкодера; ключи, запросы и значения взяты из предыдущего уровня кодировщика.
Самостоятельное внимание

Механизм особого внимания, в котором все запросы, ключи и значения взяты из одного источника.Самостоятельное внимание (внутреннее внимание) работает быстрее, чем рекуррентные уровни, когда длина последовательности (n) меньше размерности представления (d).

Самостоятельное внимание используется для изучения корреляции разных слов в одном предложении, чтобы вычислить представление одного и того же предложения.

Сеть позиционной прямой связи

Каждый уровень кодировщика и декодера содержит полностью связанную сеть прямой связи, которая преобразует представление в каждой позиции с помощью идентичной сети прямой связи двух линейных преобразований и функции активации ReLU.

Вложения и softmax

Преобразование входных и выходных токенов в векторы размерности модели и преобразование выходных данных декодера в предсказанные вероятности.

Проверьте также

Обучение, визуализация и понимание встраивания слов: глубокое погружение в пользовательские наборы данных

Позиционное кодирование

Поскольку в модели нет повторения и свертки, был добавлен слой, чтобы использовать порядок последовательности. В конце стеков кодировщика и декодера введенная информация содержит информацию об относительном или абсолютном положении токена в этой последовательности.

Краткое изложение ванильного трансформера

Vanilla Transformer — отличная модель для преодоления недостатков моделей RNN, но у нее все еще есть две проблемы:

  • Ограниченная зависимость от контекста: для моделирования языка на уровне символов было обнаружено, что модель превосходит LSTM. Однако, поскольку модель была разработана для обучения на отдельных сегментах фиксированной длины в несколько сотен символов без информации для корреляции между сегментами, это создало проблему, заключающуюся в том, что информация о долгосрочных зависимостях не хранится за пределами настроенной длины контекста.Ограниченная зависимость от контекста также делает моду несовместимой ни с одним словом, появившимся несколько сегментов назад.
  • Фрагментация контекста: в первых нескольких символах каждого сегмента контекстная информация не сохраняется, поскольку модель обучается с нуля для каждого сегмента, что приводит к проблемам с производительностью.

Итак, нам все еще нужно еще одно усовершенствование для решения этих проблем и преодоления этих недостатков.

Ванильный трансформер с сегментом 4 [источник]

Трансформер-XL

Трансформер XL — более новая версия Трансформера (он очень длинный).Он получен из ванильного Трансформера, но вводит механизм повторения и относительное позиционное кодирование.

В Transformer-XL вместо вычисления скрытого состояния с нуля для каждого сегмента модель будет сохранять скрытое состояние ранее изученных сегментов и использовать его для текущего сегмента.

Модель решает проблемы, появившиеся в модели ванильного трансформатора, и преодолевает проблему долгосрочной зависимости. Другое преимущество заключается в том, что он также решает проблему фрагментации контекста, вызванную использованием недавно инициализированной или пустой контекстной информации.Следовательно, новую модель теперь можно использовать для моделирования языка на уровне символов и моделирования на уровне слов.

Механизм повторения

Чтобы сохранить зависимости между сегментами, Transformer-XL представил этот механизм. Transformer-XL обработает первый сегмент так же, как обычный трансформатор, а затем сохранит выходные данные скрытого слоя при обработке следующего сегмента.

Повторение также может ускорить оценку. Мы можем использовать предыдущие представления сегментов вместо того, чтобы вычислять их с нуля на этапе оценки.

Итак, ввод для каждого слоя будет конкатенированной формой следующего:

  • Выход предыдущего слоя, такой же, как и в ванильном Трансформере (серые стрелки на следующем рисунке).
  • Ранее обработанный вывод скрытого слоя (зеленые стрелки на следующем рисунке) в виде расширенного контекста.
Трансформатор-XL с длиной сегмента 4 [источник]

Относительное позиционное кодирование

Кажется, что механизм повторения решает все наши проблемы.Тем не менее, механизм повторения привнес еще одну проблему: позиционная информация, хранящаяся в скрытом состоянии, повторно использовалась из предыдущего сегмента.

Как и в случае с ванильным преобразователем, позиционная информация, предоставленная на этапе позиционного кодирования, может привести к тому, что некоторые токены из разных сегментов будут иметь одинаковое позиционное кодирование, хотя они различаются по своему положению и важности.

Фундаментальная концепция, добавленная в эту модель, заключается только в том, чтобы кодировать информацию об относительном положении в скрытом состоянии, достаточном, чтобы знать позиционное смещение между каждым ключом и его запросом, и достаточном, чтобы делать прогнозы.

Краткое описание трансформатора XL

Transformer-XL объединил повторение с механизмами внимания, преобразуя ванильную модель преобразователя, которая страдала от фрагментации контекста и ограниченной зависимости от контекста, в языковое моделирование на уровне слов, а также повысил скорость его оценки, добавив механизм повторения и кодирование относительного положения.

Это приводит к усилению долгосрочной зависимости. Согласно оригинальной статье Transformer-XL, он может изучать зависимость на 80% дольше, чем RNN, и на 450% дольше, чем ванильные преобразователи, и обеспечивает лучшую производительность на длинных и коротких последовательностях до 1800+ раз быстрее, чем ванильный преобразователь.

Эта модель была реализована в TensorFlow и PyTorch и доступна с открытым исходным кодом.

Трансформатор сжатия

Одним из недостатков сохранения всех этих скрытых состояний является то, что это увеличивает вычислительные затраты на посещение каждого временного шага и затраты на хранение всей этой информации.

Было создано несколько методов для снижения вычислительной стоимости внимания, таких как механизмы разреженного доступа, но это не решает проблему затрат на хранение.

Компрессионный трансформатор представляет собой простое расширение трансформатора, вдохновленное концепцией сна. Известно, что сон сжимает память, что улучшает способность рассуждать.

Сжимающий преобразователь использует внимание для выбора информации из прошлого, а затем сжимает ее в сжатую память. Это сжатие выполняется с помощью нейронной сети, обученной функции потерь для сохранения актуальной информации.

Трансформатор сжатия [источник]

Функции сжатия

Создан на базе Transformer-XL.XL сохраняет прошлые активации для каждого слоя и отбрасывает их только тогда, когда они устаревают. Модель сжатия была реализована для сжатия старых воспоминаний вместо их отбрасывания.

В этой модели используются различные функции сжатия: 

  • Максимальное/среднее объединение.
  • Идентификационная свертка.
  • Расширенная свертка.
  • Наиболее часто используемые.
Пулинг

считается самым быстрым и простым.Наиболее часто используемая функция сжатия вдохновлена ​​механизмом сборки мусора в дифференциальных нейронных компьютерах, и данные сохраняются в соответствии с ее средним использованием. Функция сверточной компрессии имеет некоторые веса для обучения.

Краткое описание трансформатора сжатия

Преобразование сжатия полезно при моделировании дальнего действия. Если это не относится к вашему проекту, то компрессионное преобразование не добавит никаких преимуществ.

Как видно из следующего сравнения, результаты очень близки к Transformer-XL, но с огромными преимуществами оптимизации использования памяти.

Результаты сравнения с оригинальной статьей [источник]

Связанная работа

Реформер

Заменяет внимание скалярного произведения хешированием с учетом местоположения, что изменило сложность модели с O(L2) на O(Llog L) и использовало обратимую версию остаточных слоев вместо использования стандартного остаточного слоя. Эти изменения снизили вычислительные затраты и заставили модель конкурировать с моделями трансформаторов, будучи быстрее.

Заключение

Вот и все. Мы изучили три типа моделей трансформеров, и, надеюсь, теперь понятно, почему они ожили.

Вдохновленные человеческим зрением и памятью, эти модели приближают нас к моделям, которые действительно работают как человеческий мозг. Мы все еще далеки от этого, но «Трансформеры» — большой шаг в правильном направлении.

Спасибо за прочтение!

Другие ресурсы о Трансформерах

Ахмед Хашеш

Инженер-программист встраиваемых систем с 4-летним опытом работы в автомобильной и встраиваемой промышленности с упором на продукты ADAS.


ЧИТАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ

10 вещей, которые вам нужно знать о BERT и архитектуре Transformer, которые меняют ландшафт ИИ

25 минут чтения | Автор Катал Хоран | Обновлено 31 мая 2021 г.

Немногие области ИИ сейчас более захватывающие, чем НЛП. В последние годы языковые модели (LM), которые могут выполнять лингвистические задачи, подобные человеческим, развились, чтобы работать лучше, чем кто-либо мог ожидать.

На самом деле, они работают настолько хорошо, что люди задаются вопросом, достигают ли они уровня общего интеллекта, или показатели оценки, которые мы используем для их тестирования, просто не поспевают за ними.Когда появляются такие технологии, будь то электричество, железная дорога, интернет или iPhone, ясно одно — их нельзя игнорировать. В конечном итоге это повлияет на каждую часть современного мира.

Важно узнать о подобных технологиях, потому что тогда вы сможете использовать их в своих интересах. Итак, учимся!

Мы рассмотрим десять вещей, чтобы показать вам, откуда взялась эта технология, как она разрабатывалась, как она работает и чего ожидать от нее в ближайшем будущем.Десять вещей:

  1. Что такое BERT и трансформатор, и зачем мне это понимать?  Модели, подобные BERT, уже оказывают огромное влияние на академические круги и бизнес, поэтому мы расскажем о некоторых способах использования этих моделей и разъясним некоторые термины, связанные с ними.
  2. Что мы делали до этих моделей?  Чтобы понять эти модели, важно взглянуть на проблемы в этой области и понять, как мы решали их до появления таких моделей, как BERT.Таким образом, мы можем понять ограничения предыдущих моделей и лучше оценить мотивацию, стоящую за ключевыми аспектами дизайна архитектуры Transformer, которая лежит в основе большинства моделей SOTA, таких как BERT.
  3. НЛП «Момент ImageNet; предварительно обученные модели:  Изначально мы все обучали собственные модели, либо вам нужно было полностью обучить модель для конкретной задачи. Одной из ключевых вех, позволивших быстро повысить производительность, стало создание предварительно обученных моделей, которые можно было использовать «готовыми» и настроить для конкретной задачи с минимальными усилиями и данными в процессе, известном как трансферное обучение. .Понимание этого является ключом к пониманию того, почему эти модели были и продолжают хорошо работать в ряде задач НЛП.
  4. Понимание Transformer:  Возможно, вы слышали о BERT и GPT-3, но как насчет RoBERTa, ALBERT, XLNet или LONGFORMER, REFORMER или T5 Transformer? Количество новых моделей кажется ошеломляющим, но если вы понимаете архитектуру Transformer, у вас будет окно во внутреннюю работу всех этих моделей. Это то же самое, что когда вы понимаете технологию СУБД, что дает вам хорошее представление о таких программах, как MySQL, PostgreSQL, SQL Server или Oracle.Реляционная модель, лежащая в основе всех баз данных, такая же, как и архитектура Transformer, на которой основаны наши модели. Поймите это, и RoBERTa или XLNet станут просто разницей между использованием MySQL или PostgreSQL. По-прежнему требуется время, чтобы изучить нюансы каждой модели, но у вас есть прочная основа, и вы не начинаете с нуля.
  5. Важность двунаправленности : Когда вы читаете это, вы не строго читаете с одной стороны на другую. Вы не читаете это предложение буква за буквой в одном направлении с одной стороны на другую.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.