Как подобрать трансформатор тока для электросчетчика по нагрузке

Параметры и характеристики

Каждый трансформатор тока обладает индивидуальными параметрами и техническими характеристиками, определяющими область применения этих устройств.

Номинальный ток.

Позволяет устройству работать в течение длительного времени без перегрева. В таких трансформаторах имеется значительный запас по нагреву, а нормальная работа возможна при перегрузках до 20%.Номинальное напряжение. Его значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора.

Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.Коэффициент трансформации. Представляет собой отношение между токами в первичной и вторичной обмотке и определяется по специальной формуле. Его действительное значение будет отличаться от номинального в связи с определенными потерями в процессе трансформации.Токовая погрешность.

Возникает в трансформаторе под влиянием тока намагничивания.Абсолютное значение первичного и вторичного тока различается между собой как раз на эту величину. Ток намагничивания приводит к созданию в сердечнике магнитного потока. При его возрастании, токовая погрешность трансформатора также увеличивается.Номинальная нагрузка.Определяет нормальную работу устройства в своем классе точности.

Она измеряется в Омах и в некоторых случаях может заменяться таким понятием, как номинальная мощность. Значение тока является строго нормированным, поэтому значение мощности трансформатора полностью зависит лишь от нагрузки.Номинальная предельная кратность.Представляет собой кратность первичного тока к его номинальному значению. Погрешность такой кратности может достигать до 10%.

Во время расчетов сама нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.Максимальная кратность вторичного тока. Представлена в виде отношения максимального вторичного тока и его номинального значения, когда действующая вторичная нагрузка является номинальной. Максимальная кратность связана со степенью насыщения магнитопровода, при котором первичный ток продолжает увеличиваться, а значение вторичного тока не меняется.

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 преобразовывает начальное значение векторного тока, проходящего в электрической цепи, во вторичную величину (при этом важно учесть фактор пропорционального равенства между модулем и углом передачи тока)

Первичная обмотка устройства, имеющая некое число витков (W1), пропускает через себя ток (I1). Ток, в свою очередь, преодолевает некоторое сопротивление (Z1).

Рядом с данной катушкой происходит процесс образования магнитного потока (Ф1), регулируемый при помощи перпендикулярно-расположенных магнитных проводов (важное замечание – именно такое расположение может обеспечить минимальную потерю во время преобразования электроэнергии)

После пересечения перпендикулярных витков (W2) обмотки, (Ф1) – магнитный поток формирует силу электрического движения (Е2). Эта сила вызывает возникновение тока (I2) на обмотке (вторичной). А вот I2, который подключен к нагрузке выхода (Zн), преодолевает Z2 – сопротивление, и способствует образование меньшего напряжения на концах электроцепи.

Значение K 1 – коэффициент трансформации – определяется выражением: I1 / I2 (отношение первого вектора ко второму). Величина этого отношения вычисляется в начальных построениях проектирования устройства.

Различия между истинными показателями модели и расчетным результатом объясняется важным аспектом метрологии, которым является вид класса точности устройства.

Важно – на практике ток во вторичной обмотке не является постоянным, именно это определяет значение K1. К примеру, его отношение 10000/50 обозначает следующее: во время прохода электротока по области первичной обмотки единица килоампера области вторичной обмотки приравнивается к величине пятидесяти килоампер.. Таким образом, коэффициент трансформации оказывает прямое влияние на длительность использования трансформатора тока

Не забудем о магнитном потоке (Ф2), который способствует уменьшению величины I2 в магнитном проводе вторичной обмотки

Таким образом, коэффициент трансформации оказывает прямое влияние на длительность использования трансформатора тока. Не забудем о магнитном потоке (Ф2), который способствует уменьшению величины I2 в магнитном проводе вторичной обмотки.

Во время эксплуатации трансформатора тока нельзя забывать про возникновение нежелательных проблем, одной из которых является пораженческая способность пробоя изоляции (из-за высокого потенциала).

Так как магнитный провод трансформатора тока имеет металлический компонент в строении, у него есть отличные свойства проводимости, которые помогают ему соединить между собой первичную и вторичную обмотки.

Говоря о принципах работы трансформатора тока, скажем и о том, что к его главному предназначению следует отнести решение эксплуатационных задач электротехнических систем, ведь наша промышленность готовит огромный ассортимент выпуска электрических установок, которые не всегда обладают 100-процентным коэффициентом полезности.

А трансформатор способен этот КПД увеличить благодаря усовершенствованию схем и конструкций.

Особенности выбора

В процессе выбора трансформатора тока необходимо руководствоваться базовыми параметрами:

• Номинал сетевого напряжения. Номинальный показатель должен превышать или быть равным рабочему напряжению.
• Ток первичной и вторичной обмотки. Первый показатель зависит от коэффициента трансформации, второй – зависит от того, какой счетчик.
• Коэффициент преобразования. Подбирается по нагрузке в аварийных случаях, но ПУЭ устанавливают необходимость монтажа устройств с коэффициентом, большим, чем номинальный.
• Класс точности. Зависит от целевого использования счетчика. На коммерческом предприятии оправданы приборы 0,5S, в частном доме – 1S.

Конструктивное исполнение определяется типом счетчика. Для моделей до 18 кВ подойдет однофазный или трехфазный аппарат. Если значение больше 18 кВ, используется трансформатор на одну фазу.

Подбор токового трансформатора для организации релейной защиты

Релейный токовый трансформатор отличается классом точности 10Р и 5Р. В ПУЭ установлено, что его погрешность не должна быть более 10 % по току и 7 градусов по углу. При превышении погрешности устанавливается дополнительное оборудование.

В нормальных условиях трансформаторное реле определяет тип поломки (низкое напряжение, повышенный/пониженный ток или частота). После измерения параметров и обнаружения отклонений активируется защита – сеть обесточивается.

Нюансы выбора устройств для цепи учета

К цепи учета для корректности замеров можно подключать приборы с классом точности не более 0,5(S). При наличии колебаний и аварий графики протекания тока и напряжения бывают некорректными. Несоблюдение класса точности может привести к завышению показателей счетчика.

В п. 1.5.17 ПУЭ установлено, что при завышенном коэффициенте трансформатор для цепи учета должен иметь вторичный ток:

• при максимальной нагрузке – не более 40 %,
• при минимальной нагрузке – не более 5 %,
• класс точности – от 25 до 100 % от номинала.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

Табличный подбор оборудования целесообразно производить после уточнения технических параметров аппарата. Если они известны, стоит выбрать ТТ по таблице, где указана мощность, нагрузка и трансформационный коэффициент.

Для сети с напряжением 1,5 кВ применяется аналогичная таблица.

Примеры расчета

В качестве примера выбора трансформаторов тока рассмотрим расчетную проверку правильности выбора ТТ для счетчика электроэнергии в распределительной установке, с номинальным током в 150А, при минимуме нагрузки в 15А.

Проверяется Т-0,66 200/5, 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 проверяемого трансформатора больше полученного значения минимального тока, что говорит о выполнении первого требования проверки;

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

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

0,38А> 0,25А – еще один пункт не выходит за рамки требуемых правил соответствия выбранного трансформатора тока;

Рассчитаем значение тока при ¼ нагрузке: 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 и здесь расчетное значение в норме: 0,94А> 0,5А;

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

Устройство ТТ

Трансформатор тока

Трансформаторы преобразовывают измеряемую величину из большей в меньшую или наоборот. Действуют они с помощью электромагнитной индукции. В основе прибора находится магнитный сердечник, собранный из прямоугольных стальных рамок, а на нём закреплены витки изолированных проводов — обмотки. Входная катушка подключена к источнику и у ТТ представлена всего одним витком. В зависимости от модели трансформатора место первичной обмотки может занимать:

• намотка на сердечнике;
• зафиксированная шина с соединительным винтом, которая проходит через корпус;
• отверстие ступенчатой или прямоугольной формы, чтобы пропустить и закрепить шину при монтаже;
• круглое окно под жилу кабеля для бесконтактных соединений (бытовые реле со встроенными трансформаторами).

Конструкция ТТ

Отличие измерительных трансформаторов от силовых в том, что ток вторичной цепи остаётся постоянным вне зависимости от сопротивления потребителя — меняется напряжение. У включённого в сеть трансформатора тока нельзя размыкать вторичную обмотку. Она всегда должна быть замкнута на измерительное устройство, при его отсутствии — перемычками накоротко. Если продуцируемый ток исчезнет, напряжение достигнет значения в киловольты. Скачок спровоцирует выход из строя аппаратуры (особенно чувствительны полупроводниковые приборы), повреждение изоляции и возгорание, витковое замыкание, травмирование обслуживающего персонала. В целях безопасности заземление каждой обмотки в одной точке является обязательным.

Подключение счетчика через трансформаторы тока

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

Проще говоря, они используются в щитах учета для измерения расхода электроэнергии потребителей большой мощности, когда непосредственное или прямое включение счетчика недопустимо из-за высоких токов в измеряемой цепи, способных привести к сгоранию токовой катушки и выводу прибора учета из строя.

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

Первичная обмотка выполняется с большим сечением и меньшим количеством витков чем вторичная, часто выполняется в виде проходной шины. Снижение тока (собственно, коэффициент трансформации) — это отношение тока W1 к W2 (100/5, 200/5, 300/5, 500/5 и т. д.).

Помимо преобразования измеряемого тока до допустимых для измерения значений, ввиду отсутствия связи W1 с W2 в ТТ происходит разделение измерительных и первичных цепей.

Классификация трансформаторов тока

Принцип работы трансформатора тока, а также способы подключения и назначения позволяют провести их разделение по следующим различиям:

• назначению;
• типу установки;
• способу размещения;
• выполнению первичной обмотки;
• типу изоляции;
• рабочему напряжению;
• количеству ступеней трансформации.

Кроме того, есть другие качества, позволяющие произвести классификацию ТТ. Одна из отличительных черт – специфика конструкции.

По конструктивным особенностям ТТ различаются на:

• одновитковые;
• многовитковые;
• оптико-электронные.

У каждого из этих видов есть типы моделей, которые желательно рассмотреть отдельно.

ТТ катушечного типа

Это одни из несложных трансформаторов тока. Они относятся к ранним ТТ, построенным и продвигавшимся на структуре, где за основу взят силовой трансформатор. Обе обмотки (первая и вторая) набраны на каркас с изоляционными свойствами. Каждая из них представляет собой катушку. Отсюда происходит название. Кроме того, что они компактны и дёшевы в изготовлении, можно выделить недостаток: низкое разрядное напряжение из-за слабой изоляции катушек.

Такая конструкция позволяет использовать их только на напряжение до 3 кВ. Чтобы повысить величину Uразр., приходится увеличивать окно сердечника и отделять первичную обмотку от внутренней поверхности пластин. В образовавшийся в результате этого зазор вставляется изоляционная прокладка, имеющая п-образный вид.

Катушечный трансформатор

Проходной трансформатор

Устройства распределения (РУ), напряжением от 6 до 35 кВ, подразумевают установку подобных трансформаторов тока. Это многовитковый ТТ, где за базу взята пара проходных изоляторов, соединённых между собой посередине. Такая сборка позволяет проходить через стены и использовать их в закрытых РУ. При этом отпадает необходимость специально задействовать проходной изолятор.

Обмотка, служащая первичной, прокладывается через пустоту, расположенную внутри. Количество витков берётся из расчёта нужных «ампер-витков» для соответствующего класса точности. Под фланцем, который заземлён, помещены втулки. В их средине закреплены магнитопроводы вторичных обмоток, закрытых кожухом.

Внимание! Расположение обмоточного вывода для первичной обмотки приходится на верхнюю плоскость, относительно заземлённого фланца. Проходной высоковольтный ТТ

Проходной высоковольтный ТТ

Стержневое устройство

Данный тип устройства предназначен для работы с U = 10-20 кВ и Iн = 600 и 1500 А. Такой ТТ относится к проходным одновитковым трансформаторам, имеющим фарфоровую изоляцию. У него токоведущий стержень, пронзающий фарфоровый изолятор, служит первичной обмоткой.

Стержневой трансформатор тока

Шинный прибор

Следующая конструкция предназначена для установки в комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Они реализовывают передачу информации об измерениях на контрольно-измерительные приборы (КИП). Сигналы от аналогичных ТТ передаются также на схемы защиты и управления.

Шинный ТТ типа ТШЛ-0,66-1

Преимущества и недостатки

У каждого из перечисленных устройств есть свои плюсы и минусы. Рассматривать их предпочтительнее на разделении: одновитковые и многовитковые модели.

К плюсам одновитковых ТТ можно отнести:

• простоту устройства;
• низкую стоимость;
• малые габариты;
• устойчивость к токам КЗ (короткого замыкания).

Сюда же можно добавить то, что, изменяя сечение токовода (стержня), добиваются изменения термической устойчивости.

Минусом у таких моделей является невысокая точность при маленьких измеряемых токах.

Что касается многовитковых моделей, то явным положительным моментом является наличие некоторого количества витков в первичной обмотке. Это позволило значительно повысить класс точности измерений. К отрицательным характеристикам относятся:

• сложность конструкции;
• удорожание;
• подверженность первичной обмотки межвитковым перенапряжениям.

При этом сюда же можно отнести низкую устойчивость к токам КЗ.

Расчетные формулы основных параметров трансформаторов

Представляю вашему вниманию таблицу с расчетными формулами для определения основных параметров силовых трансформаторов, а также таблицу коэффициента изменения потерь kн.п. в трансформаторах.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения основных параметров трансформаторов

raschet.info

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

• первичной;
• вторичной.

Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.

Схемы подключения

Электротехнические счетчики и трансформаторы соединяются с учетом требований безопасности и правил работы, а также особенностями самого прибора. Минимальная температура установки – +5˚ по Цельсию. В противном случае не получится корректного технического соединения – приборы, работающие с напряжением и токами, плохо переносят низкие температуры.

Если требуется подключить трансформатор на улице в холодное время года, необходимо сооружать специальный шкаф – утепленный и герметичный. Сам прибор обычно устанавливают на высоте 1-1,7 метра.

Установка счетчика с трансформаторами тока

Не всегда есть возможность измерять потраченную электроэнергию через счетчик, подсоединенный к сети питания напрямую (в розетку). В цепях с напряжением в 380 Вольт и пределами токов больше 100А – соответственно и потребление вырастает до 60 кВт – требуется монтаж измерительного трансформатора тока. Подобное соединение мастера называют косвенным, но такой способ дает наиболее точные данные. Кроме этого есть и еще два метода:

Первое используется на промышленных предприятиях и крупных заводах с расходом мощности выше 0,4 кВт и током силой более 100А.

Схема «звезда» в свою очередь может быть полной и неполной. Для полной звезды подойдут устройства с равномерным распределением нагрузки и симметричным токовым потоком. Трансформатор устанавливается на все фазы, а релейная обмотка соединяется по форме звезды.

Неполная – двухфазная двухрелейная схема с образованием части звезды. Данная схема быстро реагирует на короткие замыкания (кроме заземления), а также есть возможность установки на межфазных щитках.

Установка многовиткового измерителя

Трехфазный счетчик трансформаторного включения используют в многопроводных сетях. При многовитковых соединениях первичную обмотку катушки заменяют на кабельную. Прибор контролирует движение тока по вторичной обмотке. В остальном – трансформатор работает по тому же принципу, что и оборудование другого типа.

Десятипроводная схема

Данный способ подключения подходит для использования в мощных силовых цепях, работа которых обеспечивается трансформаторами. Развязка гальванического типа подходит для промышленных и бытовых нужд и гарантирует безопасность эксплуатации оборудования. Последовательность соединения по клеммам (от первой к последней):

• фаза, вход (А);
• измеряющий контур фазного механизма, вход;
• измерительный привод, выход (А);
• клемма, фаза, вход;
• измеряющий контур фазного механизма, выход (В);
• фаза, выход (В);
• фаза, вход (С);
• контур, измерение фазы – вход.

Семипроводная схема

Подобная схема подключения имеет ряд преимуществ и некоторые недостатки. Незначительно отличается от десятипроводной. Работать со счетчиком удобно – нет необходимости отключать систему полностью при проведении работ со щитком, приборами учета и трансформаторами.

Благодаря заземленным токовым цепям на выходах вторичных обмоток не накапливается опасный потенциал, который часто приводит к коротким замыканиям и сгоранию оборудования. К общей сети подключается испытательная коробка, которая позволяет безопасно отсоединять цепи питания.

Семипроводной способ – один из устаревших, используется редко. Электромонтажеры профессиональных компаний не рекомендуют подключаться более современными способами.

Схема с совмещенными цепями

Подобная схема существенно отличается от предыдущих. Трансформаторы тока с совмещенными цепями подсоединяются через специальные перемычки (путь получается от L1 к L2).

Другие системы подсоединения

Кроме указанных, существуют и иные схемы подключения счетчика к трансформатору. Использование испытательной колодки в соединении – согласно п. 1.5.23 Правил устройства электроустановок – необходимо при активации образцового прибора учета. Это дополнительное оборудование, которое позволяет шунтировать и отключать токовые цепи, активировать счетчики без снижения нагрузки напряжения. Еще один момент – возможность пофазного снятия показаний.

Основа соединения через испытательную коробку – десятипроводная схема. Отличие состоит в установке между прибором учета и трансформаторной конструкцией переходного блока с необходимыми защитными и распределительными функциями.

Как рассчитать коэффициент трансформации

Коэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках.

Величина коэффициента трансформации легко вычисляется путем деления показателей ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки – на ЭДС вторичной.

Коэффициент трансформации имеет очень важное значение как величина, при помощи которой вторичная обмотка приводится к первичной. В эксплуатационных условиях имеет большое значение коэффициент трансформации напряжения, под которым понимают отношение номинальных напряжений трансформатора

Для однофазных трансформаторов между коэффициентами трансформации ЭДС и напряжений нет разницы, но в трехфазных трансформаторах следует строго различать их друг от друга.

В идеале потери мощности (на токи Фуко и на нагрев проводников обмоток) в трансформаторе полностью отсутствуют, поэтому и коэффициент трансформации для идеальных условий рассчитывается простым делением напряжений на выводах обмоток. Но ничего идеального в мире нет, поэтому иногда необходимо прибегать к замерам.

В реальности мы всегда имеем дело с повышающим или с понижающим трансформатором. У трансформаторов напряжения повышающих коэффициент трансформации всегда меньше единицы (и больше нуля), у понижающих — больше единицы. То есть коэффициент трансформации свидетельствует о том, во сколько раз ток вторичной обмотки под нагрузкой отличается от тока первичной обмотки, или во сколько крат напряжение вторичной обмотки меньше подаваемого на первичную обмотку.

Например, понижающий трансформатор ТП-112-1 имеет по паспорту коэффициент трансформации 7,9/220 = 0,036, значит номинальному току (по паспорту) вторичной обмотки в 1,2 ампера соответствует ток первичной обмотки 43 мА.

Зная коэффициент трансформации, измерив его например двумя вольтметрами на холостом ходу, можно убедиться в правильности соотношения количеств витков в обмотках. Если зажимов несколько, то измерения проводят на каждом ответвлении. Измерения такого рода помогают обнаруживать поврежденные обмотки, определять их полярности.

Есть несколько путей определения коэффициента трансформации:

путь непосредственного измерения напряжений вольтметрами;

методом моста переменного тока (например портативным прибором типа «коэффициент» для анализа параметров трехфазных и однофазных трансформаторов);

по паспорту данного трансформатора.

Для нахождения реального коэффициента трансформации традиционно применяют два вольтметра . Номинальный коэффициент трансформации рассчитывают путем деления значений напряжений, измеренных на холостом ходу (они и указаны в паспорте на трансформатор).

Если проверяется трехфазный трансформатор, то измерения следует провести для двух пар обмоток с наименьшим током КЗ. Когда трансформатор имеет выводы, часть которых скрыта под кожухом, то значение коэффициента трансформации определяется только для тех концов, которые доступны снаружи для присоединения приборов.

Если трансформатор однофазный, то рабочий коэффициент трансформации легко рассчитать, разделив напряжение приложенное к первичной обмотке, на в этот же момент измеренное вольтметром напряжение на вторичной обмотке (с подключенной нагрузкой ко вторичной цепи).

Применительно к трехфазным трансформаторам, данная операция может быть выполнена различными путями. Первый путь — подача на высоковольтную обмотку трехфазного напряжения от трехфазной сети, или второй путь – подача однофазного напряжения только на одну высоковольтную обмотку из трех, без выведения или с выведением нулевой точки. В каждом варианте измеряют линейные напряжения на одноименных зажимах первичных и вторичных обмоток.

В каждом случае нельзя подавать на обмотки напряжение существенно превосходящее номинальное значение, указанное в паспорте, ведь тогда погрешность измерения окажется высокой из-за потерь даже на холостом ходу.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине