Трансформатор тока: конструкция, схемы и его виды

Назначение и конструктивные особенности

В свою очередь трансформатор тока представляет собой устройство, работающее на принципе электромагнитной индукции и применяемое для измерения тока в высоковольтных цепях, а также для организации систем защиты электрооборудования.

То есть для измерения тока в цепях с опасно высоким напряжением, например 6 кВ, нельзя просто мерить амперметром, это очень опасно как для персонала, так и для самого прибора.

Поэтому основной задачей трансформаторов тока является разделение высоковольтных токоведущих частей и безопасное как для персонала, так и для оборудования преобразование энергии. Трансформаторы тока (ТТ) широко используются в релейной защите на подстанциях и распределительных устройствах. Поэтому к их точности и подключению предъявляются высокие требования.

Часто его первичная обмотка представляет собой какую-либо токопроводящую шину или сердечник кабеля, вторичная обмотка выполняется одинарной или групповой, с несколькими проводами для цепей защиты, управления и измерения. Измерительные элементы также подключаются через трансформаторы тока — счетчики тока.

Это означает, что трансформаторы тока можно разделить на четыре основные группы по назначению:

1. измерение;
2. защитный;
3. средняя;
4. лаборатория.

Одним из видов портативных устройств являются измерительные клещи. Они могут очень легко измерять токи в цепях до 1 кВ. Правда диапазон измерения тока у них тоже очень маленький, им будет проблематично мерить нагрузки в 1000 Ампер.

Конструкция и устройство трансформатора тока

Итак, если говорить о конструкции трансформатора тока, то следует начать с внешнего вида.

В первую очередь обратим внимание на шину, сердечник и диэлектрический корпус, точнее на его наличие. Кому-то это покажется странным, но без этого в конструкции трансформатора не обойтись. При этом этот корпус может отличаться по форме: он может быть представлен и в цилиндрической форме, и в прямоугольной, и в квадратной.

В центре корпуса имеется небольшой зазор, служащий для закрытия проводов, выполняющих роль первичной обмотки.

Раз уж мы заговорили об обмотке, то нельзя не упомянуть о внутреннем устройстве трансформатора и двух типах обмоток (см рисунок).

Схема трансформатора тока

 

Схема трансформатора тока состоит из следующих важных элементов:

1. Несколько магнитных проводов;
2. Первичная обмотка;
3. Вторичная обмотка;
4. Клемов;
5. Выводы;
6. Стальной сердечник;
7. Реле;

Обмотки трансформатора тока расположены на габаритном сердечнике (что играет роль в возникновении явления электромагнитной индукции).

Если говорить о сердечнике, то он выполнен с помощью электротехнического материала и играет роль магнитопровода.

Выводы, в свою очередь, с определенной маркировкой в ​​основном обеспечивают процесс ввода и вывода тока из первичной и вторичной обмоток.

А вот подключенное к кабелю реле трансформатора тока обеспечивает правильную работу устройства, снижая ток до необходимого значения.

Подключение трансформатора тока

Трансформатор тока можно подключить к цепи несколькими способами:

Схема 1

Так вот эта система состоит сразу из трех трансформаторов тока, которые обобщаются и закрепляются в звезду. Обычно эту схему используют в качестве схемы защиты от короткого замыкания (будь то многофазное или однофазное короткое замыкание). В случае, если ток, протекающий по цепи, ниже установленного уровня реле (ка 1-ка 3), режим работы будет считаться нормальным и схема защиты от короткого замыкания не сработает.

Схема №1

Стоит сказать, что ток, протекающий в цепи от реле ка 0, обычно воспринимается как геометрическая сумма тока (сумма всех 3-х фаз).(ка 1-ка 3)).
Для выключения трансформатора в этой схеме и схеме нужно просто заземлить ток.

Схема 2

Вторая схема подключения трансформатора тока в цепь имеет сходные характеристики с первой. Однако есть существенные отличия, которые нельзя не учитывать. Итак, это конструкция, включающая в себя несколько трансформаторов тока, как правило, используемых для защиты цепи от межфазного короткого замыкания (важное примечание — электрическая цепь имеет заземление нейтрали).

Схема №2

Эта система начнет работать при прохождении тока через реле (опять же ка 1-ка 3) и наличии не самых мощных элементов (потребитель и источник).

Схема 3

Пришло время поговорить о схеме номер три, которая не имеет серьезных отличий от предыдущих. Это разновидность соединения в виде треугольника, при котором нормальный режим работы осуществляется за счет проникновения тока в реле.

Схема №3

Как правило, эту конструкцию применяют в электроустановках для проведения реле (реле — средства дифференциальные, отличающиеся избирательностью и быстротой действия).

Схема 4

И, наконец, последний — четвертый тип схемы.

Схема №4

Это сооружение считается достаточно практичным и универсальным. Это связано с тем, что процесс подключения трансформатора тока в таком виде не только позволяет защитить электрическую цепь от однофазных/межфазных замыканий, но и может увеличить ток в необходимых реле.

Отключение также происходит заземлением.

Основная схема подключения измерительного трансформатора тока

Постепенно подошли к основной схеме подключения измерительного трансформатора тока.

На рисунках 1 и 2 трансформатор имеет обозначение «ТА» с индексами и представлен в схемах с двухфазной и трехфазной обмотками. Стоит уточнить, что трансформаторы имеют форму полной звезды и неполной, включаются в изолированную, а главное нейтральную сеть.

Дополнительно добавим, что конструкция соединения этого «ТА» используется для защиты от коротких замыканий, а также регулирования баланса между фазами.

Принцип работы трансформатора тока

Принцип работы трансформатора тока основан на принципах электромагнитной индукции, которая действует в электрическом/магнитном поле. Более подробная информация представлена ​​на рисунке:

Он преобразует начальное значение векторного тока, протекающего в электрической цепи, во вторичное значение (важно учитывать фактор пропорционального подобия между модулем и углом передачи тока).

Первичная обмотка прибора, имеющая определенное количество витков (W1), пропускает через себя ток (I1). Ток в свою очередь преодолевает определенное сопротивление (Z1).

Рядом с этой катушкой происходит процесс формирования магнитного потока (F1), регулируемого с помощью перпендикулярно расположенных магнитопроводов (важное замечание — именно такое расположение может обеспечить минимальные потери при преобразовании электричества).

После пересечения перпендикулярных витков (W2) обмотки, (Ф1) — магнитный поток образует силу электрического движения (Е2). Эта сила индуцирует ток (I2) в обмотке (вторичной). Но I2, который подключен к выходной нагрузке (Zn), преодолевает Z2 — сопротивление, способствуя образованию меньшего напряжения на концах электрической цепи.

Величина К 1 — коэффициент трансформации — определяется выражением: I1/I2 (отношение между первым вектором и вторым). Значение этого отношения рассчитывается в первых построениях конструкции агрегата.

Различия между реальными характеристиками модели и расчетным результатом объясняются важным аспектом метрологии, которым является тип класса точности прибора.

Важно — на практике ток во вторичной обмотке непостоянен, этим и определяется величина К1. Например, соотношение 10000/50 означает следующее: при прохождении электрического тока через площадь первичной обмотки одна единица килоампер площади вторичной обмотки равна величине пятидесяти килоампер.

Таким образом, коэффициент трансформации напрямую влияет на продолжительность использования трансформатора тока. Не забываем о магнитном потоке (F2), который способствует уменьшению значения I2 в магнитопроводе вторичной обмотки.

При эксплуатации трансформатора тока нельзя забывать о возникновении нежелательных проблем, одной из которых является разрушительная способность пробоя изоляции (из-за высокого потенциала).

Поскольку магнитопровод трансформатора тока имеет в своей конструкции металлический компонент, он обладает отличными свойствами проводимости, которые помогают ему соединять первичную и вторичную обмотки.

Несмотря на то, что обмотки изолированы, все же существует риск травмирования и повреждения оператора трансформатора этим электроприбором.

Для минимизации риска необходимо использовать заземление любого вывода устройства (для предотвращения короткого замыкания из-за высокого потенциала). Кроме того, необходимо сказать о возможном обрыве вторичной обмотки цепи из-за перенапряжения устройства.

Когда мы говорим о принципах работы трансформатора тока, скажем, что к основному назначению следует отнести решение эксплуатационных задач электрических систем, потому что наша промышленность выпускает большое разнообразие электроустановок, которые не всегда имеют 100-процентный коэффициент полезного действия.

А трансформатор способен повысить этот КПД за счет усовершенствования схем и конструкции.

Идеальный трансформатор тока: уравнение

Идеальный трансформатор тока представляет собой электромагнитное устройство, способное предотвратить потери энергии при скачках напряжения и при рассеянии в обмотке.

Таким образом, уравнение для такого трансформатора будет выглядеть так:

Где:

• U2/U1 — отношение напряжения на конце вторичной обмотки к напряжению первичной;
• N2/N1 — отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки;
• I1/I2 — отношение тока первичной цепи к току вторичной;
• n — коэффициент трансформации.

Виды трансформаторов тока

В современном мире существует большой выбор типов трансформаторов, которые можно классифицировать сразу по нескольким признакам.

По месту установки

Начнем с типов трансформаторов, которые классифицируются по месту установки:

1. Специальные (используются в транспортных средствах и производственных помещениях);
2. Встроенные (устанавливаются в конструкции других электроприборов);
3. Внутренние (используются на предприятиях закрытого комплекса);
4. Открытый (устанавливается на открытом воздухе);
5. Портативный (универсальный, может устанавливаться как на открытом воздухе, так и в закрытых лабораториях).

По способу установки

Продолжим с типами трансформаторов, которые классифицируются по способу установки:

1. Поддержка (одноступенчатые и многоступенчатые устройства);
2. Проходные (образуют металлический стеллаж и устанавливаются на производственных участках).

По типу витков

Пришла очередь и к типам тех трансформаторов, которые классифицируются по типу трансформатора:

1. С круглым (имеет форму бруска и используется на производственных предприятиях);
2. С множеством витков (имеют форму петли и устанавливаются в многофазных системах и сооружениях);
3. Без первичной обмотки (имеют форму шин и используются для контроля фаз в электрической сети).

По назначению

В заключение остановимся на типах трансформаторов, которые классифицируются по разным назначениям:

1. Лаборатория (способная обеспечить высокую точность значений);
2. Измерение (они же единицы измерения);
3. Многоступенчатые (имеют сложную структуру, поэтому способны организовать процесс преобразования электрического тока);
4. Промежуточные (способные преобразовывать значение тока первичной обмотки или вторичной);
5. Защитный.

Достоинства трансформатора тока

Трансформаторы тока имеют большое количество преимуществ, о которых следует рассказать. Вот наиболее важные из них:

1. Возможность регулирования электрического тока в цепи;
2. Простая изоляция (гарантия безопасности при эксплуатации);
3. Точность действий и простота использования устройства;
4. Большой охват и интервал измерения электрического тока;
5. Не самые большие габариты (в зависимости от типа);
6. Не основная масса (в зависимости от вида);
7. Отключение первичного контура;
8. Отключение вторичного контура;
9. Практически полная независимость от внешней температуры;
10. Способность выдерживать процесс перенапряжения;
11. Возможность быстрого восстановления после короткого замыкания;
12. Способность передавать даже электрический импульс.

Применение трансформатора тока

Главной особенностью трансформатора является его способность преобразовывать ток из одной величины в другую. Это может объяснить его широкое использование в современном обществе.

Трансформатор тока используется в электрических сетях для передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальным риском короткого замыкания или перенапряжения.

Это устройство также используется в источниках электрического тока.

Кроме того, «ТТ» способен обеспечить некоторый контакт с землей и благодаря заземляющему эффекту защитить окружающих от избыточного тока.

Если говорить о быту, то трансформатор тока используется в радиоэлектронике, в сварочных аппаратах и ​​другой электротехнике.

Монтаж силовых трансформаторов

Монтаж силового трансформатора должен производиться специально обученными бригадами под руководством высококвалифицированного электротехнического персонала. Они должны иметь достаточный опыт производства данных работ в строгом соответствии с ТТМ 16.800.723–80.

Масляные трансформаторы, используемые в электроэнергетических установках, могут отгружаться изготовителем при соблюдении следующих условий:

1. Полностью заправлен маслом и собран;
2. Частично разобранный, с герметичным баком, куда под крышкой заливают масло;
3. Частично разобранный без масла, бак заполнен инертным газом;

Все работы по установке трансформаторов выполняются в четко регламентированной последовательности

1. Разгрузка электрооборудования после прибытия с завода-изготовителя;
2. Транспорт к месту установки;
3. Подготовительные монтажные работы;
4. Проверить состояние всех обмоток и переключателей;
5. Установка на заранее изготовленный прочный фундамент;
6. Монтаж системы охлаждения и заливка масла, подключение вентиляторов;
7. Осмотр на отсутствие утечек нефтепродуктов;
8. Испытание трансформатора и выборочное включение проводят сразу без нагрузки в течение суток.

В то же время лучше и безопаснее устанавливать трансформаторы при дневном свете.

Параллельное подключение трансформаторов

Их параллельная работа необходима для обеспечения большей мощности потребителей, снабжаемых ими энергией. Для организации и параллельного соединения силовых трансформаторов необходимо учитывать пять основных правил и условий:

1. Группы звеньев обмотки одинаковые;
2. Коэффициенты трансформации для всех инверторов, подключенных параллельно, одинаковы. Допустима разница в пределах ±0,5%;
3. Надлежащее поэтапное выполнение;
4. Напряжение короткого замыкания всех трансформаторов должно быть одинаковым или отличаться не более чем на 10%;
5. Соотношение мощностей не должно отличаться более чем в три раза.

Перед подключением трансформатора к такой параллельной работе необходимо убедиться, что все эти пункты соблюдены.

Если трансформатор подключить наоборот

Трансформатор – это уникальное устройство, которое может работать как в одну сторону, так и в другую. То есть как повышающий трансформатор может стать понижающим, и наоборот. Например, если он рассчитан на подключение к первичной обмотке с напряжением 6 кВ, а на вторичной должно появиться 0,4 кВ, то он может работать и в другую сторону.

Если на вторичную обмотку подать 0,4 кВ, то на первичной обмотке появится 6 кВ. Эта особенность может быть очень опасной при проведении профилактического и своевременного ремонта данного оборудования. Обязательно выключите их как на низкой, так и на высокой стороне. Это правило необходимо помнить при подготовке заданий.

Читайте также: Схема подключения магнитного пускателя на 220 В, 380 В

Как подключить понижающий трансформатор

Чаще всего установка трансформатора необходима для понижения напряжения. Поэтому как правильно подключить трансформатор для такой понижающей цели — вопрос, который можно услышать очень часто. При подключении данного устройства самое главное правильно его выбрать по:

• Значение входного напряжения, то есть подаваемого на первичку;
• Величина выходного напряжения на клеммах может быть несколько, в зависимости от конструкции;
• Мощность, которая уже зависит от мощности потребителя.

Подключение диодного моста к трансформатору можно осуществить, если есть необходимость добиться постоянного напряжения. Вот схемы подключения диодного моста в однофазную, либо в трехфазную сеть.

Порядок подсоединения

Само включение элементарно. Достаточно запомнить главные правила:

1. К контактам вторичной катушки подключается нагрузка, затем на первичную подается 220 В. Для этого устройство может быть подключено непосредственно к проводам (скрутки, клеммы), в том числе непосредственно в экране, или его выходы могут быть подключены снабженными шнуром с вилкой к розетке 220 В и внешним контактом для подключаемых устройств.
2. Нагрузка идет на обмотку высокого сопротивления.

Главное в подключении не перепутать обмотки и выводы, учитывать принцип работы понижающего трансформатора 12, 24, 36 В: нагрузка идет на вторичку, а если у нее контактов больше, то можно получить на выходе другое напряжение, например не 36, а 24 В. Поэтому необходима проверка вольтметром, мультиметром, как описано в предыдущем пункте.

Готовые решения — ящики ЯТП

ЯТП — это сразу готовый к подключению понижающий трансформатор, модуль. Вам не придется иметь дело с выводами, входами, обмотками. Изделие имеет разъемы с соответствующей маркировкой для требуемой нагрузки 36 В или другой. Достаточно подключить кабель к сети 220 В и подключить его к розетке на корпусе потребителя.

ЯТП могут выдавать любое низкое напряжение – 24, 36, 42 В. Их часто используют для временных ремонтных работ. Есть модели, позволяющие регулировать выходное напряжение.

Допустимые способы перевозки, в зависимости от типа ТБ

• Крупногабаритные ТБ (более 90 тонн) демонтированы. Отсоединяются все провода, расширители, блоки фильтров. Масляный бак должен быть заполнен каким-либо инертным газом;
• ТБ до 90 т также перевозят в частично разобранном виде, но к ним есть ряд обязательных условий. Бак можно предварительно заполнить маслом для удобства последующей установки;
• Небольшие трансформаторы можно транспортировать полностью собранными и заправленными маслом. Сразу после отгрузки их можно установить на сиденье.

Также есть требования к дорожному покрытию. Он должен быть ровным, иметь уклон не более 7. Размер очень важен, ведь отсутствие должного пространства для маневрирования автомобиля может привести к дополнительным проблемам.

Как самому собрать понижающий трансформатор

Первым этапом сборки для HP будет расчет. Затем рассмотрим сам процесс.

Исчисления

Задаем стартовые данные для преобразователя 220/12 В:

• вход/выход — 220/12 В;
• площадь поперечного сечения сердца S = 6 кв.см.

Расчет количества витков катушки:

Первичка N1 = 60 × 220/6 = 2200 витков

Вторичная N2 = 60 × 12/6 = 120 витков.

Сборка

Подготовка материала:

• медный провод в шелковой/бумажной изоляции: по первичке — сечением 0,3 мм², по вторичной — 1 мм². Для последней цифры подключаемая нагрузка в цепи должна быть до 10 А. Так же в продаже есть специальный обмоточный провод (эмалевый провод), его можно снять и с других трансформаторов. Допускается также использовать обычную медную жилу в пластиковой изоляции;
• 5-6 штук, а можно и больше коробок: их коробку можно использовать для изготовления сердцевины;
• картон – плотный, жесткий;
• лакоткань (ленточная изоляция);
• вощеная бумага.

Этапы

Как сделать трансформер своими руками:

• из консервных банок вырезают 80 полосок 30×2 см. Жесть отжигают: нагревают в печи, дают там остыть. Дело именно в постепенном, как можно более медленном охлаждении: сталь размягчается и теряет эластичность;
• пластины зачищены, покрыты лаком, оклеены каждая с одной стороны тонкой бумагой — папиросной бумагой, керосином, калькой;
• каркас из картона для обмоток. Состоит из туловища и щечек, обмотанных несколькими слоями парафиновой бумаги, ее можно заменить ватманом;
• виток в виток наматывать провод, через каждые 2-3 слоя добавлять пропарафиновую изоляцию;
• после намотки первички концы сердечника закрепляют на щеках, катушку обматывают 5-ю слоями бумаги;
• обмотка на вторичке по направлению должна совпадать с таковой на первичке;
• после закрепления выводов нагрузочных катушек на второй щеке каркаса ее также оборачивают бумагой;
• пластины укладываются наполовину в змеевик, затем огибают каркас (зазор между этими элементами обязателен) так, чтобы концы сходились под ним;
• ТН крепится, например, скобами к куску деревянной доски. Последний шаг – концы подводятся к основанию, снабженному контактами.

Можно сделать расчет аналогичный описанному и сделать ТН одновременно на двенадцать и двадцать четыре вольта, что требуется при использовании разных ламп. Намотано 240 витков, но со 120 контакт снят в виде шлейфа.

Симметрирующий трансформатор

Если понижающий трансформатор нагружен неравномерно, возникнет перекос фаз, что негативно влияет на механизм. Следствием такой работы и потребления электроэнергии потребителями будет увеличение потребляемой мощности, а со временем выход из строя и преждевременное разрушение изоляции.

Безопасность потребителей еды будет под угрозой. Чтобы этого не произошло, необходимо балансировать фазы с помощью симметрирующих трансформаторов.

Как видно из схемы, здесь имеется дополнительная обмотка, которая должна выдерживать номинальный ток одной из фаз. Включается в разрыв нулевого проводника, что приводит к хорошим результатам, то есть к симметричной генерации равных токов в нагрузке.

Где приобрести трансформатор тока?

Как вы уже поняли из ранее прочитанного материала, трансформатор тока – очень популярное устройство. Его широкое применение обусловлено в первую очередь качественными характеристиками, позволяющими устройству выполнять различные электрические «задачи”.

Итак, любому из нас может понадобиться силовой трансформатор. На случай, если вас это тоже коснется, советую купить это электромагнитное устройство (или аналог) на Алиэкспресс (клик). Там, как всегда, хороший и богатый выбор, а также выгодные цены на товары.

А вот и старое, но познавательное видео вашему вниманию: