Выбор трансформаторов тока: критерии, расчет, описание, виды, схемы

Вопросы и ответы

Зачем нужны трансформаторы тока

Электрики, знакомые с электрооборудованием 220 В~, могут заметить, что квартирные электросчетчики подключаются напрямую к линии без использования трансформаторов тока. Но уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое. В цепях ПКУ и РУ 6-10 кВ все узлы измерения подключены через трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для снижения значения измеряемого тока и доведения его до нормативного диапазона. Как правило, ток пересчитывается на стандартное значение 5 А (реже — 1 А или 10 А).

Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.

Устройство ТТ

 

Трансформаторы преобразуют измеренное значение из большего в меньшее или наоборот. Они работают с использованием электромагнитной индукции. В основе устройства магнитопровод, собранный из прямоугольных стальных каркасов, и к нему прикреплены витки изолированных проводов — обмотки. Входная катушка подключена к источнику, а ТТ имеет только один виток. В зависимости от модели трансформатора место первичной обмотки могут занимать:

  • обмотка на сердечнике;
  • неподвижный стержень с проходящим через корпус стяжным винтом;
  • ступенька или прямоугольное отверстие для пропуска и закрепления покрышки при установке;
  • круглое окно для жилы кабеля для бесконтактных соединений (бытовые реле со встроенными трансформаторами).

Отличие приборных трансформаторов от силовых заключается в том, что ток вторичной цепи остается постоянным независимо от сопротивления потребителя — меняется напряжение. У трансформатора тока, подключенного к сети, вторичная обмотка не может быть разомкнута. Он всегда должен быть закорочен на измерительный прибор, при его отсутствии — закорочен джамперами.

Если производимый ток исчезнет, ​​напряжение достигнет значения в киловольтах. Прыжок спровоцирует выход из строя оборудования (полупроводниковые приборы особенно чувствительны), повреждение изоляции и возгорание, замыкание катушки, травмирование обслуживающего персонала. В целях безопасности обязательно заземление каждой обмотки в одной точке.

Подключение счетчика через трансформаторы тока

Трансформаторы тока (далее — ТТ) — это устройства, предназначенные для преобразования (уменьшения) тока до значений, при которых возможна нормальная работа измерительных приборов.

Проще говоря, их применяют в щитах учета для измерения расхода электроэнергии мощных потребителей, когда прямое или прямое подключение счетчика недопустимо из-за больших токов в измеряемой цепи, что может привести к обгоранию катушки тока и выход из строя счетчика.

Конструктивно эти устройства представляют собой магнитопровод с двумя обмотками: первичной и вторичной. Первичная (W1) подключается последовательно к цепи измеряемого тока, вторичная (W2) — к токовой катушке счетчика.

Первичная обмотка выполняется большего сечения и с меньшим количеством витков, чем вторичная, часто в виде сплошной шины. Текущее сокращение (фактически коэффициент трансформации) — это отношение текущего W1 к W2 (100/5, 200/5, 300/5, 500/5 и т д).

Кроме преобразования измеренного тока в значения, разрешенные для измерения, из-за отсутствия связи между W1 и W2 в ТТ измерительная и первичная цепи разделены.

Описание и принцип действия

Трансформатор тока представляет собой устройство электромагнитного преобразования, конструктивно состоящее из:

  • одна часть магнитопровода;
  • две обмотки, обязательно изолированные друг от друга и от земли (первичная и вторичная);
  • пластиковый герметичный неразборный корпус;
  • контактные клеммы для подключения измерительного прибора;
  • крепежи для крепления устройства;
  • табличка на кузов, паспорт.

Обмотки преобразователя делятся между собой на первичные и вторичные, включаются в энергетическую цепь строго по определенным правилам.

Первичная обмотка подключается к электрической цепи последовательно (разрезает проводник). Вторичная обмотка замыкается на определенную нагрузку измерительных элементов, релейной аппаратуры и автоматики. Он пропускает через себя значение тока, пропорциональное значению тока первичной обмотки.

Принцип работы некоторых из них основан на законе электромагнитной индукции, который одинаково работает в электрических и магнитных полях электрических машин и механизмов.

Суть его заключается в преобразовании величины тока, протекающего по силовой цепи электростанции, к которой подключена первичная обмотка трансформатора тока с определенным числом витков, во вторичную приведенную величину тока при сохранении пропорциональности значения.

Такая пропорциональная величина электрического тока на выходных зажимах вторичной обмотки трансформатора необходима для нормальной работы измерительной, релейной аппаратуры, амперметров в системах электростанций до и выше 1000 вольт.

Существует прямая зависимость номинальной работы всех измерительных систем, приборов контроля и управления от правильного подбора трансформаторов тока.

Классификация

Преобразователи, помимо описанных выше областей действия, принято классифицировать по основным признакам, знание которых необходимо для правильного выбора в различных электроэнергетических установках.

Последовательные трансформаторы обычно классифицируют по:

По роду установки

Класс измерительных токоизмерительных приборов делится на несколько вариантов общего или специального назначения:

  • Портативные — специальные трансформаторы, используемые для контрольных измерений или испытаний в передвижных электролабораториях;
  • Накладные — преобразовательные устройства специального назначения, применяемые в высоковольтных установках, уложенные поверх вводных изоляторов цепей трансформатора тока сети;
  • Встроенные измерительные трансформаторы специального типа, применяемые внутри различных электрических устройств и машин для преобразования значений внутренней цепи оборудования;
  • Внутренняя установка — электрические устройства общего назначения, используемые в электрических распределительных системах высокого напряжения или силовых цепях низкого напряжения (400 В);
  • Наружная установка — блоки преобразования общего назначения, используемые в открытых распределительных сетях с высоким напряжением (выше 1000В).

Точное определение оборудования на участке цепи, к которому должны быть подключены последовательные преобразователи, становится одним из важных критериев их выбора.

По способу установки

Видовые отличия корпусов серийных трансформаторов электрической сети делят их по классу установки на:

  • Bushing — играть роль проходного изолятора через определенное препятствие в системе электроустановок. Выводы первичных обмоток всегда размещают вверху, второй — внизу;
  • Опоры – конструктивно имеют расположение всех первичных выводов с одной стороны. Их установка всегда производится на ровную опорную поверхность.

Правильное определение типа установки измерительного прибора для преобразования тока не допустит ошибок при дальнейшем проектировании новой энергосистемы или ремонте уже созданной установки.

По типу изоляции

Группы средств измерений для преобразования имеют отличия по составу изоляционного материала обмоток и корпуса, они делятся на несколько основных групп:

  • Твердый – тип сухой изоляции в виде фарфора, бакелита и подобных материалов;
  • Вязкий – утеплитель, получаемый заливкой другой смесью.
  • Смешанный – использование бумажно-масляных элементов в виде изоляционного материала;
  • Газовая — изоляция первичной обмотки от вторичной осуществляется воздушным зазором.

Изоляционный материал для оборудования выбирается в зависимости от типа электроустановок, в которых они используются. Также это зависит от значения номинального напряжения в месте установки аппаратов, климатических условий, где будет эксплуатироваться КРУ и других факторов.

По количеству ступеней трансформации

В этом разделе классификации трансформаторы делятся на два основных типа:

  • Одноступенчатые — такие устройства имеют в устройстве первичную и вторичную обмотку, один неизменный коэффициент трансформации;
  • Многокаскадные — электромагнитные устройства каскадного типа, устройство которых содержит либо возможность изменения числа витков первичной или вторичной обмотки, либо содержит одновременно несколько вторичных обмоток с подрезкой числа витков. Такая конструкция позволяет иметь несколько коэффициентов трансформации в одном устройстве;

Первый класс трансформаторов наиболее распространен в электростанциях общего назначения. Второй тип используется в специализированных частях распределительных сетей по мере необходимости.

По количеству вторичных обмоток

Соответственно, исходя из количества ступеней трансформации, агрегаты делятся на:

  • Со вторичной обмоткой;
  • С двумя и более вторичными обмотками.

Основные типы трансформаторов этого деления относятся первый их тип к устройствам общего назначения, второй — к специальному типу.

По назначению

Основным назначением этого электромагнитного устройства является преобразование тока из одного значения в другое. Существуют две основные области применения трансформаторов:

  • Для измерений — передача параметров измерения на приборы, показания которых снимаются персоналом электроустановки для анализа работы высоковольтных электростанций (>1000В).

В разрыв цепи питания включают первичную обмотку трансформатора тока, а к ее вторичной обмотке подключают необходимый измерительный прибор, например, амперметр, обмотки ваттметров или амперметров. Их установка осуществляется на электростанциях, где невозможно прямое подключение измерительной аппаратуры, обмоток электросчетчиков напрямую, но необходимо их нормальное функционирование.

  • Для защиты — передача измерительной информации на устройства защиты или любые модули управления в энергосистеме, в которую они входят. Обеспечивает изолированную работу этих устройств в высоковольтных установках или силовых цепях напряжением 400В. Изоляция реле и блоков управления от первичной цепи установки обеспечивает безопасный доступ к таким модулям обслуживающего персонала для ремонта и эксплуатации.

Часто трансформаторы тока имеют смешанный функционал.

По классу напряжения

Важный критерий выбора единиц преобразования. Он включает в себя два основных класса:

  • Для распределительных установок высокого напряжения — 6/10/35 кВ и выше — применение преобразователей в таких сетях имеет увеличенные габаритные размеры и некоторые конструктивные отличия;
  • Для низковольтных выключателей — приложения до 1000В — наиболее распространенный класс напряжения для таких устройств — 400В. В этом классе габариты трансформаторов зависят от номинальных токов первичных обмоток, а конструкция имеет значительный разброс в зависимости от типа установки и места установки.

Неправильный выбор класса напряжения при подборе трансформаторов сделает невозможным их использование в проектируемой или действующей энергосистеме или ее участке.

По методу преобразования

В связи с развитием достижений электротехники этот параметр в настоящее время включен в основную классификацию преобразовательных устройств, он состоит из типов:

  • Электромагнитные — преобразовательные устройства на основе медных проволочных обмоток, со сплошным стальным сердечником, наиболее распространенный экономичный тип трансформатора, широко применяемый в различных распределительных сетях;
  • Оптоэлектронный — новый тип преобразования величины тока, основанный на прогрессивно инновационной конструкции электромагнитных устройств, их изоляции, использовании новейших материалов. Выше по цене, но с более точными выходными параметрами.

Обобщая вышеизложенную классификацию электромагнитного оборудования, вывод о правильности их выбора на поверхности заключается лишь в полном изучении всех перечисленных параметров устройств преобразования тока, сопоставлении их с параметрами энергосистемы, в которой они будут использоваться, не будет позволяют совершать непростительные ошибки в выборе, дальнейшей установке и качественном использовании.

Как выбрать

Выбор трансформаторов тока (ТТ) зависит не только от знания их классификации в общем формате, но и требует правильной оценки многих других номиналов трансформаторов. В электротехнике такие значения принято называть номинальными параметрами.

Номинальные параметры

Правильный выбор ТТ заключается в выборе собственных номиналов, проведении тестовых проверок, результаты которых будут иметь основополагающее значение для определения необходимой марки трансформаторов.

Наиболее важные оценки КТ состоят из:

Рабочее напряжение

Значение значения рабочего напряжения, то есть значение действующего напряжения распределительной установки, где выбирается конкретный измерительный трансформатор, должно быть меньше или равно номинальному напряжению трансформатора. Для оперативного подбора существует стандартный диапазон номиналов рабочего напряжения, выраженный в киловольтах: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

Первичный ток ТТ

Второй основной параметр выбора единицы измерения происходит почти так же, как и выбор рабочего напряжения: табличные нормы тока токов ТТ сравниваются со значением рабочего тока участка цепи или всей электроустановки, где планируется установка преобразователя.

Однако здесь необходимо учитывать еще один критерий: в сети с резистивной нагрузкой и общими потребителями номиналы выбираются без учета запасов по току коррекции, а для электрооборудования генераторов, двигателей или других активно-реактивных потребителей необходимо учитывать 10% запас по ТТ при выборе тока первичной обмотки. Это связано с увеличением значений тока в момент пуска такого оборудования.

Стандартные значения, с помощью которых выбирается ток первичной обмотки трансформатора, заключены в определенный ряд таблиц, единицы измерения — ампер: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400 500 , 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 18 000, 20 000, 25 000, 28 000, 30 000, 32 000, 35 000, 40 000.

Если выбор первичного тока с учетом запаса 10 % находится между нормативными значениями серии, берется большее из их значений.

Здесь, однако, необходимо получить данные еще двух обязательных контролей трансформатора, чтобы окончательно убедиться в правильности выбора:

Проверка по мощности вторичной нагрузки

Третий обязательный параметр выбора ТТ. Проверку проводят сравнительным анализом номинальной мощности ТТ и полной мощности вторичной нагрузки на всем участке цепи, где планируется установка выбранного трансформатора тока. Номинальное значение мощности должно быть больше или равно значению в существующей или планируемой установке.

Важно знать при этом, что полное нагрузочное воздействие цепи равно сумме сопротивлений всех коммутационных, измерительных, релейных устройств и аппаратуры управления на участке, умноженной на квадрат тока этой аппаратуры.

Если выбор производится в проектируемом коммутационном оборудовании, значения сопротивлений получают из паспортных данных установленного там оборудования, если объект уже находится в эксплуатации, значения сопротивлений получают путем измерения сопротивления омметрами или другими известными методами.

Коэффициент трансформации

Этот параметр является последним соображением, которое необходимо учитывать для правильного выбора трансформаторов тока для измерительных приборов, релейной системы и модулей управления в распределительных цепях.

Критерий выбора этого параметра делится на два варианта:

  • От минимального значения коэффициента трансформации — в этом случае значение берется исходя из номинала линии выключателя, для которой выбирается преобразователь;
  • От максимального значения коэффициента трансформации — значение минимального коэффициента трансформации, умноженное на отношение рабочего тока линии к максимальному значению тока вторичной обмотки трансформатора.

Второй параметр регламентируется нормативными документами «ПУЭ» (Правила устройства электроустановок) и используется при выборе трансформаторов тока, используемых для привода обмоток для измерения тока.

Читайте также: О постоянных магнитах: назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов

Назначение

Учет области применения трансформаторов по назначению устанавливает строгий выбор класса точности.

Для привода промышленных измерительных обмоток необходимо выбирать трансформаторы с классом точности не ниже 0,5. Бытовой учет электроэнергии ограничивает выбор блоков трансформации с классом точности 1

Если подбор ТТ производится для измерительных систем, таких как амперметры, ваттметры, выбираются трансформаторы с классом точности не ниже 3

Для привода релейной аппаратуры или блоков управления в распределительном объекте выбор трансформаторов диктуется особым классом точности с повышенным номиналом, который обозначается 10 (П).

Без учета сферы применения невозможно гарантировать правильный выбор трансформатора, ведь его параметр, называемый классом точности, влияет на точность снимаемых показаний, и более подробно будет рассмотрен в этой статье ниже.

Другие критерии

Проектные институты или технические специалисты, ведущие подбор трансформаторов тока, могут руководствоваться и другими параметрами при выборе преобразовательных агрегатов для части схемы электростанции, например:

  • Определение вида автоматизации установки измерительного прибора, который может повлиять на определение требуемого класса точности выбранного трансформатора;
  • Расчеты измерительной длины и сечения проводников, идущих от ТТ к измерительным блокам, для расчета величины потерь напряжения, которые должны иметь минимальные значения в процентах;
  • Если новая силовая установка проектируется с нуля, то учитывается способ пересчета текущего значения.
  • Если распределительная сеть находится в эксплуатации, дата вступления в силу поверки прибора становится важным параметром при выборе прибора. Оборудование трансформации не должно иметь просроченных сроков поверки метрологическими службами.

Любой параметр трансформатора тока выбирают на основании и в соответствии с данными, описанными в нормативной документации «Правила и устройства для электроустановок».

Схемы включения

Для работы релейной аппаратуры, токовых обмоток общего или коммерческого измерения тока существуют три основные схемы включения трансформаторов тока:

  • «полная звезда»;
  • «неполная звезда»;
  • «треугольник».

Каждый вид присоединения различного назначения оптимизирует работу систем измерения, учета электрооборудования, позволяет создавать оптимальные параметры измерения тока в цепях новых или существующих распределительных устройств до и выше 1000 вольт.

Разновидности приборов

Желающим приобрести такое устройство стоит посмотреть тематические видеоролики, размещенные на специализированных интернет-порталах, где профессионалы дают характеристики самых популярных модификаций. Также на некоторых сайтах в Интернете можно найти таблицы, где авторы сравнивают разные устройства, как по мощности, так и по другим параметрам.

Трансформаторы тока представлены на отечественном рынке следующими агрегатами:

  1. Засуха. Трансформаторы с первичной обмоткой попадают в эту категорию. Они последовательно соединены с проводником переменного тока. При этом величина вторичного тока будет напрямую зависеть от того, какой трансформатор имеет коэффициент трансформации.
  2. Тороидальный. Эти трансформаторы не имеют первичной обмотки. Что касается токоведущего провода, то он проходит через специальное отверстие или окошко, присутствующее в устройстве. Люди активно используют такие устройства в городских квартирах и загородных домах.
  3. Высокое напряжение (электрогаз). В эту категорию входят масляные трансформаторы, в которых для нормализации выходной мощности используются шинные передатчики или кабели. Они подключаются к системе нагрузки с помощью специальных болтов и полностью изолированы от высокого рабочего напряжения.

Подсоединение высоковольтных трансформаторов к системе нагрузки осуществляется с помощью специальных болтов

Правила выбора трансформаторов тока

Не каждый владелец промышленного предприятия и владелец городской или загородной недвижимости знает, как выбрать трансформатор тока, если речь идет о мощности.

При этом они должны ориентироваться на наиболее важные технические параметры, позволяющие понять, чего можно ожидать от устройства при активной эксплуатации. Покупатели должны знать, что многие производители предлагают покупателям сопутствующие услуги в виде:

  • выездные проверки трансформаторов тока;
  • тесты;
  • ремонт.

Обратите внимание на следующее! При выходе из строя элемента в процессе эксплуатации трансформатора тока, находящегося на гарантийном обслуживании, замена должна производиться совершенно бесплатно. Для этого необходимо обратиться к официальным дилерам, которые являются представителями производителей.

Чтобы правильно выбрать трансформатор тока по мощности и другим параметрам, руководители коммерческих организаций, а также владельцы городской и загородной недвижимости должны разбираться в основных обозначениях.

Например, множественность. Изучая предлагаемый торговой точкой выбор, покупатель должен обратить внимание на наличие этого параметра. Для этого достаточно изучить технический паспорт, который прилагается производителями к каждому устройству.

Монтажные работы необходимо доверить высококвалифицированному специалисту

Монтаж и стоимость трансформаторов тока

Если владелец недвижимости не разбирается в электрооборудовании, он должен доверить монтажные работы высококвалифицированному специалисту. Эти мероприятия необходимо проводить при полном отключении электропитания. Трансформатор тока, правильно подобранный по мощности, можно закрепить следующим образом:

  1. На вертикальных поверхностях. К стене крепится DIN-рейка, через которую затем крепится устройство.
  2. В специальных шкафах, предназначенных для монтажа трансформаторов тока.
  3. Для стартовых площадок.
  4. Если установка будет производиться на открытой площадке, необходимо предварительно установить электрический щиток, на котором будет закреплен блок.

Владельцы загородных домов и городских квартир стремятся надежно защитить бытовую технику от скачков напряжения в электрической сети. Для этого используют трансформаторы тока, которые следует выбирать в зависимости от потребляемой мощности устройств.

В процессе выбора они должны учитывать технические характеристики и параметры эксплуатации. Если владелец недвижимости не может найти устройство, он должен обратиться за помощью к профессионалам.

Как правильно выбрать ТТ для релейной защиты

Чтобы правильно подобрать трансформаторы тока для различных устройств релейной защиты и автоматики, следует обратить внимание на несколько важных для выбора параметров:

  • Максимальное и номинальное значение напряжения в первичной обмотке трансформатора;
  • Номинальное значение тока в первичной обмотке;
  • Класс точности.

Последний параметр — для разных типов трансформаторов имеют разные значения, а для устройств релейной защиты и автоматики он имеет приоритет в связи с тем, что от него зависит точность выходного сигнала, иначе говоря, энергетическое качество всей защиты и устройство автоматики.

Для более точной работы систем защиты и автоматики в распределительных сетях применяют трансформаторы с повышенным классом точности — 10 (П). Подробная оценка такого понятия, как класс точности в статье, опубликована ниже.

Выбор класса точности

Параметр трансформатора тока, указывающий на то, что погрешность измерения значения тока вторичной обмотки ТТ не превышает значений, указанных в нормативных документах по ГОСТ 7746-2011. По этому ГОСТ номинальные значения классов точности следующие: 0,1, 0,2S, 0,2, 0,5, 0,5S, 1, 3, 5, 10.

Для цепей измерительных приборов, аппаратуры учета и систем релейной защиты классы точности преобразователей тока будут другими.

А для измерения электроэнергии общего или коммерческого типа применяют обычные классы точности трансформаторов тока, равные 1, 3. Следует добавить, что для электроизмерительных приборов типа амперметров и им подобных применяют трансформаторы тока с классом точности 0,5 или повышенной точности, погрешность которых составляет 0,5 с.

Устройства автоматики и релейной защиты требуют применения высокоточной аппаратуры для их источников тока в распределительных сетях, где погрешность значения тока вторичной обмотки трансформатора не будет превышать 10 % значения. Маркировка этого класса точности – 10 (Р).

Примеры расчета

В качестве примера выбора трансформаторов тока можно рассмотреть расчетную проверку правильности выбора ТТ для счетчика тока в распределительной сети, с номинальным током 150А, при минимальной нагрузке 15А.

Т-0,66 200/5 управляемый, с коэффициентом трансформации 40.

Ток вторичной обмотки при номинальном токе: 150/40 = 3,75А;

Минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке: (5*40)/100 = 2А;

Полученный ток вторичной обмотки испытуемого трансформатора больше полученного значения минимального тока, что свидетельствует о выполнении первого требования испытаний;

Рассчитаем минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке: 15/40 = 0,38А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке: 5*5/100=0,25А;

0,38А > 0,25А — еще один элемент не превышает требуемых норм соответствия для выбранного трансформатора тока;

Рассчитаем значение тока при ¼ нагрузки: 150*25/100 = 37,5А;

Рассчитаем значение тока вторичной обмотки при ¼ нагрузки: 37,5/40 = 0,94А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотки при ¼ нагрузке: 5*10/100=0,5А;

Сравнив оба значения токов вторичной обмотки, видим, что здесь расчетное значение в норме: 0,94А > 0,5А;

Вывод: трансформатор тока Т-0,66 200/5 для измерения тока выбран правильно и соответствует всем нормативным значениям ПУЭ».

Советы и рекомендации по выбору

Основная рекомендация по выбору трансформаторов тока – тщательное и полное использование всех параметров и критериев выбора трансформаторов тока при классификации и классификации оборудования в равной степени без легкомысленного отношения к какому-либо из них.

Выбор трансформаторов тока в зависимости от назначения должен обязательно соответствовать всем нормативным документам и действующим в настоящее время ГОСТам при их выборе.

При использовании автоматизированных программ для расчета номиналов серийных трансформаторов не лишним будет перепроверить полученные значения несколькими аналогичными сервисами для подтверждения правильности полученных данных.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector