Трансформатор тока: конструкция, принцип работы, классификация

Вопросы и ответы

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.

Понятие трансформатор тока, назначение

Трансформаторы тока (ТТ) — устройства статического типа электромагнитного принципа с обмотками (двумя и более) на металлическом стержне (магнитопроводе) с проводами для подключения к сети и к измерительным приборам.

трансформатор тока

Для чего используется ТТ:

  • подключение счетчиков, РЗиА (реле защиты), которые бы не выдерживали пусковой нагрузки. Это изоляция подключенного и работающего узла от избыточной мощности обслуживаемого оборудования;
  • расширение пределов измерений;
  • понижение тока по мощности и создание защиты;
  • управление в цепях с высокими значениями, например в сварочном аппарате, где ток достигает 150-250 А;
  • во всех остальных случаях, когда необходимо снизить ток.

трансформатор тока

ТТ работают с переменным, в крайнем случае с пульсирующим напряжением — если подключить к постоянному, то потенциал на выходе будет равен нулю. Иногда встречается название «трансформатор постоянного тока», означающее, что в нем используются специальные выпрямители.

Где используются

Трансформаторы тока широко используются при транспортировке электроэнергии на большие расстояния, для распределения между получателями. Они отличаются тем, что предназначены для корректировки, стабилизации, сигнализации, усиления, управления узлами, на станциях и предприятиях, производящих электроэнергию.

Поэтому требования к точности и связности чрезвычайно высоки — даже незначительные отклонения существенны.

ТТ

Где чаще всего используется и для чего:

  • в промышленности, промышленной энергетике, в релейных узлах трансформаторных подстанций, распределительных сооружениях, мощных электроустановках;
  • для измерений и в устройствах, выполняющих эту функцию. Вставьте единицы измерения (коммерческие, бытовые);
  • для проверки высоких значений, при подключении измерительных приборов, амперметров.

Дизайн

В чем разница между трансформаторами тока и напряжения

Если рассматривать вопрос чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения, то это алгоритм действия, назначение и компоновка, но иногда устройства могут быть внешне похожи.

Чем отличаются трансформаторы тока от трансформаторов напряжения

Следует различать принцип работы трансформатора тока: ТТ не имеет узкого диапазона номинала вторичной обмотки, и его ток зависит от таких (измеряемых) витков первичной обмотки, поэтому первый всегда замыкается при подключении нагрузки. Установка трансформаторов напряжения здесь отличается.

Первичка может быть с одним витком через окно магнитопровода. На второй катушке строго определенный номинал.

Основное отличие: действует как источник тока со значением защищаемой площади. Это значение практически не зависит от нагрузок на вторичку.

Как работает трансформатор напряжения: при переключении между катушками (витков всегда много) характеристики источника питания изменяются в соответствии с параметрами потребителя.

То есть изоляция и защита здесь на втором месте, у них другой характер. Нагрузка может варьироваться в зависимости от характеристик продукта.

Цель — изолировать счетчики от высоких воздействий, для контроля, измерения электрических сетей. Трансформаторы напряжения, назначение режима работы и принцип работы отличаются от ТТ. Цель состоит в том, чтобы преобразовать ток в силовые нагрузки с различными классификациями.

Напряжение, вырабатываемое электростанциями, чрезвычайно велико. Понижающие модели используются для подачи энергии, а повышающие — для передачи на большие расстояния (когда возможны потери.

На электростанциях, станциях, где чрезвычайно мощная сеть подключена до такой степени, что требуется дополнительная изоляция даже для измерений. Для чего нужен трансформатор напряжения: для работы бытовых приборов и аналогичных электроприборов. Для «приспособления» к энергоприемникам, чтобы можно было везде использовать универсальную сеть.

Напряжение меняется в соответствии с потребностями потребителя, становясь подходящим для любой техники.

Он встроен практически во все бытовые приборы, это вообще домашняя сеть.

Импульсные трансформаторы

Наличие в силовой установке ТТ малой и средней мощности обеспечит работу — элемент разделяет цепи большой/малой мощности, упрощает счетчики, реле.

Устройства, например, могут понизить ток с тысяч ампер до 5А, 1А.

Назначение трансформаторов напряжения

К такому оборудованию относятся однофазные устройства, к которым подключаются киловольтметры, фазометры для указания правильного чередования фаз, ваттметры для определения тока и для подключения реле защиты в цепях напряжения промышленной частотой 3, 6, 10 кВ.

Первичная и вторичная обмотки напряжения трансформатора ТН отличаются высоким сопротивлением и малой мощностью. Работа происходит в режиме покоя. Стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки не превышает 100 В и имеет рабочий ток от 1 до 5 А.

Рассмотрим, какие бывают трансформаторы напряжения.

Виды и классификации

Основные классификации трансформаторов:

  1. По количеству фаз.
  2. При наличии или отсутствии заземления,
  3. По принципу действия.
  4. По количеству ступеней трансформации.
  5. При наличии компенсационной обмотки или обмотки проверить изоляцию сети.
  6. Тип изоляции:
  7. По особенностям конструкции.

Место установки:

  • на открытом воздухе,
  • внутренний,
  • встроенный силовой трансформатор,
  • установка как отдельный элемент.

Основные характеристики трансформаторов и их обозначения приведены в таблице:

Трехобмоточный трансформатор необходимо сделать с двумя вторичными обмотками:

  • базовый,
  • дополнительный.

Условия выбора ТН

Прибор выбирался по следующим критериям:

  1. Номинальное напряжение VT = заданное напряжение.
  2. Схема соединения обмоток должна совпадать со схемой прибора.
  3. По классу точности.
  4. Вторичная нагрузка VT ⩽ нагрузка агрегатов.

Режим работы

ТН работает в режиме, близком к холостому, так как нагрузка на выходную катушку минимальна.

Классификация трансформаторов напряжения

Типы измерительных трансформаторов напряжения, включающие в себя линейку продукции, классифицируются следующим образом:

  • однофазные трансформаторы с заземленным концом первичной обмотки. К заземлению относятся также трехфазные трансформаторы с глухозаземленной нейтралью катушки первичного напряжения;
  • незаземленные трансформаторы напряжения с секциями, полностью изолированными от «земли», «первичных» выводов»;
  • каскадного типа с первичной обмоткой напряжения, разделенной на несколько последовательных секций. В конструкции предусмотрены обмотки, уравнивающие напряжение. Имеется коммутационная катушка, служащая для передачи тока на вторичную обмотку напряжения;
  • емкостный трансформатор напряжения с делителем;
  • двухобмоточный ТН со вторичной обмоткой напряжения;
  • трехобмоточный ТН с двумя обмотками: основного напряжения и дополнительной.

Чтобы понять, для каких задач необходимы измерительные трансформаторы, рассмотрим назначение и проанализируем принцип работы оборудования.

Устройство трансформаторов напряжения

Конструкцию ТН рассмотрим на примере лабораторных трансформаторов НУЛ, которые используются для проверки работы большинства измерительных трансформаторов и приборов.

Трансформаторы напряжения на 3, 6 или 10 кВ имеют магнитопровод с конструкцией из электротехнической стали, преимущественно стержневого типа. Внутренняя вторичная обмотка расположена на магнитопроводе. Первичная состоит из двух секций, которые соединены между собой.

Утеплитель представляет собой заполнение смесью, которая создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности против влаги и внешних повреждений.

Выводы первичной обмотки расположены сверху корпуса трансформатора.

С торца трансформатора на клеммнике имеются выводы вторичной обмотки и заземляющие контакты.

Конструкция и принцип действия

Внешний вид типового трансформатора тока показан на рисунке 1. Характерной особенностью этих моделей является то, что они имеют диэлектрический корпус. Формы корпусов могут быть разными – от прямоугольных до цилиндрических.

Некоторые конструкции не имеют сплошных направляющих в середине корпуса. Вместо него сделано отверстие для обматывания провода, выполняющего функции первичной обмотки.

Силовой трансформатор
Рис. 1. Трансформатор тока

Диэлектрические материалы выбирают в зависимости от величины напряжения, на которое рассчитано устройство, и условий эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергосистем мощные ТТ изготавливаются с цилиндрическими керамическими корпусами (см рис. 2).

Промышленный керамический трансформатор тока
Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока

Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см рис. 3). Резистор необходим для предотвращения работы в режиме без вторичных нагрузок. Эксплуатация трансформатора тока с ненагруженными вторичными обмотками недопустима из-за сильного нагрева (вплоть до разрушения) магнитопровода.

Принципиальная схема трансформатора тока
Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока

В отличие от трансформаторов напряжения ТТ имеют только одну первичную обмотку (см рис. 4). Этот виток часто представляет собой шину, проходящую через кольцо на сердечнике с намотанными на него вторичными обмотками (см рис. 5).

Схематическое изображение КТ
Рис. 4. Схематическое изображение КТБлок ТТ
Рис. 5. Блок ТТ

Иногда в качестве первичной обмотки выступает проводник электрической цепи. Для этого конструкция сердечника позволяет использовать шарнирное соединение частей трансформатора с наматыванием на провод (см рис. 6).

Раздельный корпус CT
Рис. 6. Сплит-бокс CT

Сердечники трансформаторов изготовлены из пластин кремнистой стали. В высокоточных моделях сердечники изготавливаются из материалов на основе нанокристаллических сплавов.

Принцип работы.

Основной задачей трансформаторов тока является понижение (повышение) значения тока до допустимого значения. Принцип работы основан на особенностях преобразования переменного тока. Образовавшийся переменный магнитный поток улавливается магнитопроводом, перпендикулярным направлению первичного тока.

Этот поток создается переменным током первичной обмотки и индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки по вторичной цепи начинает протекать электрический ток.

Зависимости между обмотками и токами выражаются формулой: k=W2/W1=I1/I2 .

Так как ток во вторичной обмотке обратно пропорционален числу витков в ней, за счет увеличения (уменьшения) коэффициента трансформации, зависящего от соотношения числа витков в обмотках, можно получить требуемый выходной ток.

На практике это значение чаще всего устанавливают подбором числа витков во вторичной обмотке, чтобы первичная обмотка была одновитковой.

Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определить параметры величин в первичной цепи. Численно это значение во вторичной обмотке равно произведению реального значения тока на номинальный коэффициент трансформации.

В идеале I1 = kI2 = I2W2/W1. Учитывая, что W1 = 1 (один оборот), I1 = I2W2 = kI2. Эти простые расчеты можно ввести в программу электронного счетчика.

Принцип работы трансформатора тока
Рис. 7. Принцип работы трансформатора тока

На рис. 7 не показано сопротивление нагрузки. При измерении необходимо учитывать его влияние. Все допустимые погрешности измерений указаны с классом точности ТТ.

Читайте также: Виды розеток: какие бывают типы, где они применяются и в чем особенность электрических устройств, их целевое предназначение и отличительные характеристики

Классификация

Семейство трансформаторов тока классифицируется по нескольким критериям.

  1. По предварительной записи:
    • защитный;
    • линии измерительных трансформаторов тока;
    • промежуточные (используются для выравнивания токов в системах дифференциальной защиты);
    • лаборатория.
  2. По способу установки:
    • наружная (см рис. 8), применяемая в коммутационном оборудовании наружной установки;
    • внутренний (находится в ЗРУ);
    • часть;
    • накладные (часто сочетаются с вкладышами);
    • портативный.
  • Классификация по типу первичной обмотки:
    • многовитковые, включающие в себя витковые конструкции, и трансформаторы, с обмотками в виде петель;
    • одиночные качели;
    • палуба.
  • По значению номинальных напряжений:
    • До 1 кВ;
    • Выше 1 кВ.

Трансформаторы тока можно классифицировать по другим признакам, например по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформатора присвоены буквенно-цифровые символы, по которым можно определить основные параметры:

  • Т — трансформатор тока;
  • П — буква, указывающая на то, что перед нами проходной трансформатор. Отсутствие буквы Р указывает на принадлежность устройства к классу эталонных ТТ;
  • Б — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного выключателя или в механизм другого устройства;
  • VT – встроенный в конструкцию силовой трансформатор;
  • Л — со смоляной (литой) изоляцией;
  • ФЗ — агрегат в фарфоровом футляре. Тип звена первичной обмотки;
  • Ф — с надежной фарфоровой изоляцией;
  • Ш — шины;
  • О — одновитковый;
  • М — маленький;
  • К — колесо;
  • 3 — используется для защиты от последствий замыкания на землю;
  • У — усиленный;
  • Н — для наружной установки;
  • Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
  • Д — со вторичной обмоткой, предназначенной для подачи тока на устройства дифференциальной защиты;
  • М — маслонаполненный. Используется для наружной установки.
  1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается буквенными символами (первая цифра).
  2. Цифры во всей дроби обозначают классы точности сердечников. Некоторые производители вместо цифр проставляют буквы R или D.
  3. следующие две цифры «через дробь» обозначают параметры первичного и вторичного токов;
  4. после расстановки знака дроби — код варианта конструкции;
  5. буквы после кода варианта исполнения указывают на тип климатического исполнения;
  6. число в последней позиции — это категория размещения.

Схемы подключения

Первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения к измерительным приборам или используются системами релейной защиты.

Выходы средств измерений и устройств релейной защиты включены во вторичную цепь. Для обеспечения безопасности сердечник магнитопровода и один из выводов вторичной катушки должны быть заземлены.

При подключении трехфазных счетчиков в сетях с изолированной нейтралью обмотки трансформатора соединяют по схеме «Неполная звезда». При наличии нулевого провода используется полная схема звезды.

Клеммы трансформатора имеют маркировку. Обозначения L1 и L2 используются для первичной обмотки, а I1 и I2 для вторичной. При подключении измерительных приборов соблюдайте полярность обмоток.

Схема «неполная звезда» используется для двухфазного подключения.

В дифференциальной защите силовых трансформаторов обмотки соединены треугольником.

  • В сетях с глухозаземленной нейтралью к каждой фазе подключается ТТ. Соединение обмоток трансформатора — полная звезда.
  • Подключение по схеме для неполной звезды. Используется в сетях с изолированными нулевыми точками.
  • Узор восьмерка. Распределители загружаются симметрично в случае трехфазного короткого замыкания.
  • Подключение ТТ в фильтре тока нулевой последовательности. Используется для защиты номинальной нагрузки от короткого замыкания на землю.

Важность коэффициента трансформации, класса точности, погрешности

Коэффициент трансформации (КТ) — определяет пропорциональность трансформации, задается при проектировании КТ, обязательно проверяется при выпуске. На схеме это К1, определяемый отношением l1/l2 (два вектора).

Трансформационные отношения

Эффективность коэффициентов составных изделий отражает класс точности. В реальной эксплуатации значения тока непостоянны, поэтому коэффициент обозначен как номинальный. Пример: 1000/5 — при рабочем токе 1 кА (первичном) во вторичной цепи действует нагрузка 5 А. Именно по описанным значениям рассчитывается продолжительность работы этого тока трансформатора.

Погрешность ТТ влияет на класс точности и определяется поперечным сечением, уровнем проницаемости материала магнитопровода и величиной магнитопровода.

Трансформационные отношения

Увеличение сопротивления нагрузки во вторичной цепи, превышающее возможности ТТ (в этом случае там генерируется повышенное напряжение), провоцирует пробой изоляции — трансформатор выходит из строя, перегорает. Поэтому важно правильно выбрать этот параметр. Граничное сопротивление указано в справочных материалах.

класс точности

Монтаж, подключение, опасные факторы

При пробое изоляции обмоток есть вероятность поражения электрическим током, но риск предотвращается заземлением вывода (указанного на корпусе) вторичной обмотки.

На выходы вторичной катушки I1 и I2 подаются полярные токи, они обязательно постоянно подключены к нагрузке. Энергия, протекающая через первичный контур со значительным потенциалом (S=UI). В другом происходит преобразование, и при его обрыве там падает напряжение. Потенциал открытых концов в потоке энергии велик, что представляет значительную опасность.

По описанным выше причинам все вторичные цепи ТТ собираются очень тщательно и надежно; На них всегда ставятся шунтирующие замыкания и сердечники выводятся из эксплуатации.

Как подключается ТТ

Существует несколько схем защитных изделий. Рассмотрим подключение ТТ к трехфазному напряжению.

Полная звезда:

  • наиболее распространенная защита однофазных и многофазных сетей от коротких замыканий;
  • три ТТ соединены в звезду.

подключение cT для трехфазного напряжения

Если ток ниже уставки реле КА1-КА3, это нормальная ситуация, защита не срабатывает. Ток на К0 является суммой всех 3-х фаз. С увеличением значений в одном из них увеличивается и ток в ТТ. Реле сработает в случае короткого замыкания и при превышении нагрузки.

Неполная звезда:

  • защита от межфазных коротких замыканий для создания цепей с нейтралью с заземлением;
  • для маломощных приемников с другими вариантами защиты.

Неполная звезда

Схема треугольник и звезда — для дифференциальной защиты.

треугольник и звезда

Цепь замыкания на землю без напряжения используется, но редко по той же причине. Для защиты от коротких замыканий между фазами и всплесков в одной из них.

Цепь без обесточивания

ИРТ подключаются простым последовательным соединением первичных преобразователей изделия.

ТТИ

Монтаж

Установка трансформаторов тока:

  1. Ревизия устройства, проверка изоляции (должна быть выше 1 кОм на 1 В);
  2. Выключить ЕС;
  3. Убедитесь, что нет питания, почините заземление.
  4. Разметка, установка креплений. Запрещается размещать трансформатор вблизи электростанции (минимальное расстояние – 10 см).
  5. Установлены указатели и ограждения.
  6. Первичные обмотки соединены последовательно, но с нагрузкой на вторичную. При невозможности подключения к счетчику контакты замыкаются, чтобы на него не оказывались большие силы, которые могут повредить его.

установленный ТТ

ТТ не допускает холостой работы, его режим близок к короткому замыканию: вторичные витки обязательно замыкаются при подключении прибора к измеряемому току. В противном случае происходит перегрев, который повреждает изоляцию. Перед отключением счетчиков сначала закорачивают катушки. Некоторые модели имеют для этого концевые узлы, перемычки.

Расчет

Расчет трансформатора тока можно провести с помощью онлайн-калькуляторов, подобранных по номиналу (например, на 10 кВ). Но это слишком простые инструменты. Выставление счетов и выбор — очень широкая тема, поэтому мы рассмотрим основы.

Расчет трансформатора тока

Точность чрезвычайно важна, поэтому потребуются тщательные расчеты экспертов. Нужно знать много специфических нюансов, например:

  • при разных схемах подключения, типах КЗ разные формулы определения сопротивления;
  • проверить первичный ток на термо- и электродинамическую стойкость;
  • есть некоторые нюансы по ТТ, по релейной защите и для целей учета, измерений.

пример Расчет трансформатора тока

Правила, как выбрать трансформатор тока в общих чертах:

  • номинальное рабочее напряжение ТТ должно быть больше или равно номиналу ЭИ (стандартные значения 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750 кВ). Если обслуживаемое оборудование имеет напряжение 10 кВ, изделие должно быть рассчитано на этот показатель;
  • первичный ток cT — больше номинального тока ЭД, но с учетом перегрузочной способности;
  • оценивают ТТ по номинальной мощности вторичной нагрузки, которая должна превышать расчетное значение. (Snom>=Slast);
  • учитывать размеры и место для установки, номинальные нагрузки (есть таблица), наработку на отказ, срок службы, класс точности.

схемы подключения

расшифровка этикетки

Проверка после расчета

Правила:

  • после расчета ТТ его проверяют нагрузкой при максимальных и минимальных значениях протекающих через него нагрузок;
  • в соответствии с пунктом 1.5. 17 ПУЭ при максимальной подключаемой нагрузке ток во вторичной обмотке не менее 40% от счетчика, при мин. — не менее 5 %;
  • максимальная нагрузка должна быть от 40%, а мин. — от 5%, и ни в коем случае не должно превышать 100%, иначе трансформатор будет перегружен;
  • если расчетные макс./мин нагрузки меньше 40% и 5% соответственно, то необходимо выбрать изделие с меньшим номиналом, а если это невозможно сделать по параметрам макс нагрузки, необходимо обеспечить установку двух счетчиков — для максимальной и минимальной нагрузки.

Самостоятельная сборка ТТ

изготовление ТТ своими руками — это отдельная тема, так как процедура потребует широкого описания расчетов с формулами, но в упрощенном виде процесс выглядит как намотка расчетного числа витков медной проволоки на стержень (железный, стальной).

ТТ своими руками

Он основан на известном принципе. Токи на первичной и вторичной обмотках обозначаются соотношением. Например, 100/5: значение первого в 20 раз больше, чем второго, то есть, когда оно имеет 100 А, второе будет иметь 5 А. Произведение 500/5 уменьшает 500 А до 5 А (на вторичные обороты). Эти значения зависят от соотношения количества оборотов.

Технические параметры

Очень важным свойством трансформатора тока является класс точности. Этот параметр характеризует погрешность измерения, то есть показывает, насколько номинальный (идеальный) коэффициент трансформации отличается от реального.

Коэффициент трансформации

Так как в реальном коэффициенте трансформации есть синфазная и квадратурная составляющие, то значения коэффициента всегда будут отклоняться от номинального. Разницу (погрешность) необходимо учитывать при измерениях. На результаты измерений также влияют угловые ошибки.

Все ТТ имеют отрицательную погрешность, так как всегда имеют потери от намагничивания и нагрева токовых катушек. Для устранения отрицательного знака погрешности, смещения параметров преобразования в положительную сторону используется коррекция размаха.

Поэтому в скорректированных единицах обычная формула для расчетов не работает. Поэтому производители определяют коэффициенты трансформации в таких устройствах опытным путем и указывают их в техпаспорте.

Класс точности

Ошибки тока искажают точность измерения электрического тока. Поэтому к измерительным трансформаторам предъявляются высокие требования по классу точности:

  • 0,1;
  • 0,5;
  • <li>1; <li>3;

  • 10 р.

Трансформатор может находиться в пределах заявленного класса точности только в том случае, если максимальное сопротивление нагрузки не превышает номинального, а ток в первичной цепи не превышает 0,05 — 1,2 номинального тока трансформатора.

О назначении

Основная область применения трансформаторов — защита измерительной и другой аппаратуры от повреждающего действия сверхвысоких токов. ТТ используются для подключения электросчетчика, для изоляции реле от воздействия сильноточных нагрузок.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector