Измерительные трансформаторы тока: назначение, устройство, схемы

Общие сведения

Прежде чем решить, для чего нужен трансформатор тока, необходимо подробно изучить его устройство, назначение, разновидности и основные преимущества. Вся эта информация поможет вам выбрать наиболее эффективную модель для каждой конкретной установки.

Основные параметры

Технические характеристики всех измерительных трансформаторов тока описываются несколькими основными параметрами. Они должны быть указаны в паспорте агрегата или другой прилагаемой документации. По этим показателям специалисты рекомендуют выбирать модель устройства, которую мастер сможет установить на конкретную конструкцию. Основные параметры:

1. Номинальное напряжение. Значение этого показателя для каждой конкретной модели трансформатора указывается в техническом паспорте. В зависимости от типа агрегата оно может варьироваться от 0,66 до 1150 кВ.
2. Номинальный ток первичной обмотки. Этот важный параметр можно найти в технической документации и литературе. Некоторые производители указывают это в паспорте. Текущее значение зависит от версии устройства и варьируется от 1 до 40 тысяч ампер.
3. Номинальный ток во вторичной обмотке. В отличие от предыдущего показателя, этот имеет стандартные значения (1 или 5 ампер). Трансформаторы, которые изготавливаются на заказ, могут иметь параметр, который будет равен 2 или 2,5 А.
4. Трансформационное отношение. Это величина, которая показывает соотношение между показателями тока в первичной и вторичной обмотках. Профессионалы различают 2 варианта этого коэффициента (реальный и номинальный) и используют их в разных расчетах.

Преимущества и недостатки

Чтобы лучше понять принцип работы и назначение трансформаторов тока, необходимо рассмотреть все преимущества и недостатки этого устройства. Положительных моментов гораздо больше, поэтому устройства пользуются популярностью у потребителей.

Преимущества измерительных трансформаторов:

• минимальные материальные затраты на изготовление сердечника и обмоток;
• небольшие размеры;
• легкий вес;
• долгий срок службы устройства;
• устойчивость к намагничиванию постоянным током;
• высокий технологический запас по классу точности;
• дешевизна устройства.

Несмотря на большое количество достоинств, измерительные трансформаторы имеют ряд недостатков. Их необходимо учитывать перед тем, как купить устройство и начать им пользоваться. В противном случае вы можете столкнуться с различными трудностями, которые усложнят эксплуатацию устройства и повысят вероятность поломок.

Среди наиболее важных недостатков можно выделить следующие:

• низкая чувствительность при слабом токе;
• зависимость точности чтения от внешних магнитных полей;
• высокая чувствительность к колебаниям тока;
• высокое энергопотребление самого устройства.

Для чего нужны измерительные трансформаторы тока и напряжения

Трансформатор относится к классу статических электромагнитных устройств, преобразующих ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Измерительные трансформаторы признаны одними из самых надежных элементов системы электроснабжения.

Помимо определения показателей нагрузки и напряжения, они используются для подключения аппаратуры автоматического управления и устройств защиты. С измерительными трансформаторами:

• уменьшить габариты и вес средств измерений;
• повысить уровень безопасного обслуживания оборудования;
• предотвратить последствия ошибочных действий электротехнического персонала;
• расширить пределы измерения переменного тока.

Условия эксплуатации

Измерительные трансформаторы постоянного тока, переменного тока являются высоковольтными установками. Устройство нормально работает только при соблюдении правил эксплуатации и требований по охране труда.

Персонал знакомится со всеми установленными нормами, в каком режиме осуществляется техническое обслуживание и испытания средств измерений. Работники допускаются к работе с трансформатором только после полного инструктажа.

Персонал должен знать, в каких условиях проводятся испытания, осмотр, поверка и ремонт измерительных трансформаторов. В противном случае, даже при правильной установке, работа технической установки может быть нарушена неправильными действиями сотрудников.

Принцип устройства блока запрещает вскрывать вторичную обмотку в трансформаторе, находящемся под напряжением. Это действие сопровождается нарушением изоляции. Его необходимо заменить. Сердце перегревается. Нормальная работа была прервана.

В процессе постоянных перегрузок выполнение трансформатором возложенных на него действий становится невозможным. В этом случае первичная обмотка тоже выходит из строя. Вот где происходит замыкание. Это также приводит к замене цепи.

Для переключения при испытаниях в цепи с подачей электрического тока сначала закорачивают вторичную обмотку.

Погрешность

Измерительные выпрямители и трансформаторы тока должны быть проверены на точность. В процессе тестирования к устройству подключается аналогичное оборудование. При монтаже важно, чтобы при проверке оборудования использовался образцовый, исправный трансформатор тока. При измерениях на вторичной цепи показатель определяют с помощью амперметра.

Тестирование оборудования определяет не только погрешность, но и ряд других показателей. При проверке рассчитывают коэффициент трансформации, проводят техническое освидетельствование качества изоляции цепей, состояния жилы. Исследуется вопрос, выполняет ли установка возложенные на нее функции, соответствует ли полярность обмоток характеристикам, указанным заводом-изготовителем.

При проведении технического освидетельствования на соответствие оборудования нормативным требованиям проводится проверка вторичных цепей. При обнаружении отклонений или недостатков требуется замена комплектующих. В зависимости от назначения оборудование должно показывать заявленные производителем характеристики.

Назначение и устройство ИТТ

Функции этого типа трансформатора заключаются в снижении первичного тока до приемлемого уровня, что дает возможность подключения к унифицированным измерительным приборам (например, амперметрам или электронным амперметрам), системам защиты и т д.

Кроме того, трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку между высоким и низким напряжением и обеспечивает безопасность обслуживающего персонала. Это краткое описание позволяет понять, зачем нужны эти устройства. Упрощенная конструкция ITT 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 — количество витков).

Как видно из рисунка, катушка 1 с выводами L1 и L2 включена последовательно в цепь, в которой измеряется ток I1. Устройства подключены к катушке 2, поэтому можно установить значение тока I2, релейную защиту, систему автоматики и т.д.

Основная область применения ТТ – измерение потребляемой мощности и организация систем защиты различных электроустановок.

В измерительном трансформаторе тока изоляция необходима как между катушками, витками провода в них, так и магнитопроводом. Кроме того, по нормам ПУЭ и требованиям безопасности необходимо заземлять вторичные цепи, что обеспечивает защиту в случае короткого замыкания между витками.

Более подробную информацию о принципе работы ТТ и их классификации вы можете получить на нашем сайте.

Перечень основных параметров

Технические характеристики трансформатора тока описываются следующими параметрами:

• Номинальное напряжение, как правило, в паспорте устройства указывается в киловольтах. Это значение может быть от 0,66 до 1150 кВ. Полную информацию о шкале стресса вы можете получить в справочной литературе.
• Номинальный ток первичной обмотки (I1) также указывается в паспорте. В зависимости от версии этот параметр может находиться в диапазоне от 1,0 до 40000,0 А.
• Ток вторичной обмотки (I2), его значение может быть 1,0 А (для ИКТ с I1 не более 4000,0 А) или 5,0 А. По заказу могут быть изготовлены приборы с I2 равным 2,0 А или 2,50 И.
• Коэффициент трансформации (КТ), он показывает отношение тока между первичной и вторичной обмотками, которое можно представить в виде формулы: КТ = I1/I2. Коэффициент, определяемый по этой формуле, обычно называют действительным.

Но для расчетов все же используется номинал ТТ, в этом случае формула будет выглядеть так: IНОМ1/INОМ2, то есть в данном случае мы оперируем не реальными, а номинальными значениями тока на первом и вторая катушка.

Ниже в качестве примера приведена таблица посадок для модели TT-V.

Перечень основных параметров измерительного трансформатора тока ТТ-В

Виды конструкций измерительных трансформаторов

В зависимости от исполнения эти устройства делятся на следующие типы:

1. Катушка, пример такого ТТ представлен ниже.
   Катушка ИТТ

Обозначения:

• А — Клеммная колодка на вторичной обмотке.
• Б — Защитный чехол.
• C — Контакты к первичной обмотке.
• D — Обмотка (петлевая или восьмерка) .

1. Стержневые, их еще называют одновитковыми. В зависимости от реализации они могут быть:

• Закладные устанавливаются на изоляторах вводов силовых трансформаторов, как показано на рисунке 4.
  Рис. 4. Пример установки встроенного ТТ

Обозначения:

• А — встроенный ТТ.
• Б — изолятор ввода питания к трансформатору.
• С — место установки ТТ (показано в абзаце) на изоляторе. То есть в данном случае высоковольтный ввод играет роль первичной обмотки.

1. Шинопровод, это самая распространенная конструкция. Его конструктивный принцип аналогичен предыдущему типу, с той лишь разницей, что в этой конструкции в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина или сердечник, который вставляется в окно ИТТ.
   ТТ шин от Schneider Electric

1. Съемный. Особенность этой конструкции в том, что магнитопровод ТТ может быть разделен на две части, которые стянуты между собой специальными штифтами.

Такой вариант конструкции значительно упрощает монтаж/демонтаж.

Читайте также: Инверторный холодильник: плюсы и минусы компрессора

Катушечного типа

Этот тип приборного трансформатора считается самым простым по конструкции. Свою популярность он обрел еще в советское время, когда не было более качественных и эффективных устройств. Катушка состоит из следующих элементов:

• защитный корпус;
• вторичная и первичная обмотка;
• клеммная колодка;
• соединители;
• восьмерка или петлевая обмотка.

Такие трансформаторы имеют небольшие размеры и приемлемую цену, что обусловлено возможностью механизации намоточных работ. Несмотря на это, устройства имеют ряд существенных недостатков, снижающих их популярность среди потребителей.

Это включает:

• низкое напряжение разряда из-за слабой изоляции катушки;
• возможность использования только при низких номинальных напряжениях (не более 3 кВ);
• возможность работы только при пониженных требованиях к электрической прочности.

Проходной трансформатор

Эти устройства считаются наиболее широко используемыми. Они широко используются в различных распределительных устройствах, рассчитанных на напряжение от 6 до 35 кВ. Устройство их не отличается особой сложностью.

Конструкция состоит из следующих частей:

• литой эпоксидный корпус;
• магнитопровод;
• первичная обмотка;
• вторичная обмотка.

Трансформаторы этого типа ценятся тем, что позволяют экономить ввод в ЗРУ. К другим преимуществам устройства относятся:

• небольшие габариты;
• высокое электродинамическое сопротивление.

Стержневое устройство

Стержневые трансформаторы часто называют одновитковыми трансформаторами. Основная их особенность — увеличение точности с увеличением силы тока и снижение с уменьшением. Это связано с тем, что первичная обмотка проходит через отверстие сердечника только один раз, что приводит к численному равенству между числом ампер-витков и номинальным током.

Устройство состоит из следующих частей:

• железный магнитопровод (сердечник);
• втулка стержня;
• вторичная и первичная обмотка.

В стержневых трансформаторах тока сердечники могут быть круглыми или прямоугольными. От этого будет зависеть длина магнитного пути, которая должна иметь определенное значение для каждого отдельного случая. В большинстве ситуаций специалисты рекомендуют использовать круглые сердечники, что снизит магнитные потери и повысит КПД устройства.

Шинный прибор

Шинные трансформаторы представляют собой изделия, в состав которых входят сердечники со вторичной обмоткой, а первичная отсутствует.

В основной изоляции устройства предусмотрено специальное отверстие, через которое пропущена шина выключателя, выполняющая роль первичной обмотки.

Этот тип трансформатора очень похож на стержневой. Только при низких показаниях напряжения через отверстие в сердечнике прокладывается несколько витков проводника, что позволяет добиться многовитковой конструкции устройства.

 

Основными преимуществами шинного трансформатора являются:

• простота конструкции;
• простота монтажа, ремонта и технического обслуживания;
• возможность использования устройства не только при низких номинальных токах, но и при высоких (более 2 тысяч ампер);
• высокое электродинамическое сопротивление за счет стабильности конструкции шинопровода.

Расшифровка маркировки

Обозначение отечественных моделей расшифровывается следующим образом:

• Первая буква названия модели указывает на тип трансформатора, в нашем случае это будет буква «Т», что указывает на принадлежность к ТТ.
• Вторая буква указывает на конструктивную особенность, например буква «Ш» означает, что это устройство шинное. Если указана буква «О», это эталонный ТТ.
• Третья буква шифрует характеристики изоляции.
• Цифры обозначают класс напряжения (в кВ).
• Буква для обозначения климатического исполнения по ГОСТ 15150 69
• СТ, на котором указывается номинальный ток первичной и вторичной обмоток.

Приведем пример расшифровки маркировки трансформатора тока.

Шильдик на ТТ с указанием марки

Как видите, на рисунке указана маркировка ТЛШ 10УЗ 5000/5А, это говорит о том, что перед нами трансформатор тока (первая буква Т) с литой изоляцией (Л) и шинной конструкцией (Ш). Это устройство можно использовать в сети с напряжением до 10 кВ. Ч

то касается исполнения, то буква «У» говорит о том, что устройство предназначено для эксплуатации в умеренном климатическом поясе. КТ 1000/5 А, указывает значение номинального тока на первой и второй обмотке.

Схемы подключения

Обмотки трехфазного ТТ могут быть соединены треугольником или звездой (см рис. 8). Первый вариант применяют в тех случаях, когда необходимо получить большой ток в цепи второй обмотки, либо необходимо сдвинуть фазу тока во вторичной обмотке относительно первичной. Второй способ подключения используется, если необходимо следить за силой тока в каждой фазе.

Рисунок 8. Схема подключения трехобмоточного ТТ «звезда» и «треугольник»

При наличии изолированной нейтрали можно использовать схему измерения разности токов между двумя фазами (см. А на рис. 9) или неполное соединение звездой (В).

Рисунок 9. Схема подключения ТТ на разность двух фаз (А) и неполная звезда (Б)

Когда необходимо активировать защиту от замыкания на землю, используется схема, позволяющая суммировать токи всех фаз (см. А на рис. 10). Если к выходу такой схемы подключить токовое реле, то оно не среагирует на короткое замыкание между фазами, но обязательно сработает при замыкании на землю.

Рисунок 10. Соединения: А — для суммы токов всех фаз, Б и С — последовательное и параллельное соединение двухобмоточных ТТ

В заключение еще два примера подключения вторичных обмоток ТТ для снятия показаний с одной фазы:

Вторичные катушки соединены последовательно (Б на рис. 10), что позволяет измерять общую мощность.

Вторичные обмотки соединены параллельно, что позволяет снизить ТТ, так как происходит суммирование тока в этих катушках, в то время как в линии этот показатель остается неизменным.

Выбор

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

Кроме того, ток INOM CT должен быть равен или превышать максимальный ток установки, в которой будет использоваться устройство.

Кратко наметим другие правила, которые позволят вам не ошибиться с выбором ТТ:

• Сечение кабеля, который будет соединять ТТ со вторичной цепью нагрузки, не должно приводить к потерям, превышающим допустимую норму (например, для класса точности 0,5 потери не должны превышать 0,25%).
• Для коммерческих измерительных систем следует использовать приборы с высоким классом точности и малым пределом погрешности.
• Допускается установка трансформаторов тока с завышенным ТТ при условии, что при максимальной нагрузке ток будет до 40 % от номинального.

С нормами и правилами, по которым рассчитываются измерительные трансформаторы тока (в том числе и высокого напряжения), можно ознакомиться в ПУЭ (п. 1.5.1.). Пример расчета показан на картинке ниже.

Пример расчета трансформатора тока

Что касается выбора производителя, то мы рекомендуем использовать марки, преимущества которых подтверждены временем, такие как ABB, Schneider Electric b и др. в этом случае вы можете быть уверены, что технические данные, указанные в паспорте, и метод испытаний были в соответствии со стандартами.

Обслуживание

Следует отметить, что при соблюдении режима и условий эксплуатации, правильно подобранных номиналах и регулярном обслуживании КТ прослужит 30 и более лет. Для этого вам нужно:

• Обратите внимание на разные виды ошибок, отметим, что большинство из них можно обнаружить при визуальном осмотре.
• Контролировать нагрузку в первичных цепях и не допускать перегрузки выше установленной нормы.
• Необходимо следить за состоянием контактов первичной цепи (если они есть), на них не должно быть внешних признаков повреждения.
• Не менее важен контроль состояния внешней изоляции, почти в половине случаев сопротивление прорвано из-за скопления грязи или влаги, что замыкает контакты на землю.
• У масляных ТТ проверяют уровень масла, его чистоту, наличие пятен и т д. Обслуживание таких установок практически мало чем отличается от других силовых установок, например, емкостных трансформаторов НДЭ, разница заключается в мелких технических деталях.
• Поверку ТТ следует проводить в соответствии с действующими стандартами (ГОСТ 8.217 2003 г).
• При обнаружении ошибки устройство заменяют. Поврежденный HP отправляется в ремонт, который осуществляется специализированными сервисами.