Измерительные трансформаторы тока; назначение, устройство, виды конструкций

Измерительные трансформаторы тока — назначение, устройство, виды конструкций

Мощные электротехнические установки могут работать с напряжением несколько сот киловольт, при этом величина тока в них может достигать более десятка килоампер. Естественно, что для измерения величин такого порядка не представляется возможным использовать обычные приборы. Даже если бы таковые удалось создать, они получились бы довольно громоздкими и дорогими.

Помимо этого, при непосредственном подключении к высоковольтной сети переменного тока повышается риск поражения электротоком при обслуживании приборов. Избавиться от перечисленных проблем позволило применение измерительных трансформаторов тока (далее ИТТ), благодаря которым удалось расширить возможности измерительных устройств и обеспечить гальваническую развязку.

Свойства трансформатора

Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.

К сведению. На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.

Соответственно, можно говорить о трансформаторах:

напряжения;
тока;
сопротивления.

Трансформатор напряжения

Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках. Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Включение трансформатора напряжения

Обратите внимание! В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Пример. Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

Читайте так же:

Межповерочный интервал электросчетчика соло

Трансформатор тока

Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.

Включение трансформатора тока

Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.

Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.

Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:

По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;
По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;
По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;
По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;
По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;
По номинальному первичному току. Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;
По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;
По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;
По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.

К сведению. Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.

Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:

В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.

Трансформатор сопротивления

Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.

Включение согласующего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:

Читайте так же:

Толщина проводов для электросчетчика

Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:

В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.

Как рассчитать мощность трансформатора

Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом расчета мощности будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством. Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников. В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Р_тр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

Выбор трансформатора тока

При решении вопроса, как выбрать трансформатор тока, прежде всего, необходимо руководствоваться требованиями по установке устройства.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы подразделяются на классы по роду установки, в зависимости от места нахождения устройства:

Установка ТТ в ОРУ.
УстановкиТТ в ЗРУ.
Для работы внутри оболочек устройстви внутри масляной или газовой среды,например, внутри высоковольтных масляных или элегазовых выключателей.
Специальная установка.

По способу установки, зависящей то конструктивной особенности устройства:

Опорные, для монтажа на ровной опорной поверхности;
Проходные ТТ находятся на шинопроводах в комплексных распределительных устройствах, используются в качестве проходного изолятора;
Шинные –особенность этого трансформатора заключается в том, что в роли первичной обмоткивыступает шина РУ,которая пропущена через окно трансформатора, устройство крепиться на шине специальными винтами на планке;
Встроенные используются для установки в силовых трансформаторах, баковых выключателях или токопроводах;
Разъемные, предназначены для быстрой установки на шинах или кабелях без отключения токовой цепи.

По типу изоляции:

Литая изоляция;
Исполнение в пластмассовом корпусе;
Применение твердой изоляции, с использованием фарфора, бакелита, полимеров, эпоксидной смолы;
Вязкая изоляция из заливочных обволакивающих компаундов;
Маслонаполненные;
Газонаполненные,применяемая для трансформаторов, установленных на высоких и сверхвысоких напряжениях.
Смешанная изоляция, (бумажно-масляная), ресурс бумажной изоляции даже после 40 лет без эксплуатации может оставаться очень большим.

Читайте так же:

Заземление электросчетчика частном доме своими руками

Недостаточная защита трансформатора может привести к конденсированнию влаги на его дне, влажность может достичь опасных значений, приводящих к электрическому или тепловому пробою.

В зависимости от количества ступеней трансформации:

Одноступенчатые (один коэффициент трансформации)
Многоступенчатые или каскадные (несколько коэффициентов трансформации)

По количеству вторичных обмоток:

Наличие одной вторичной обмотки.
Существование нескольких вторичных обмоток.

По функциональному назначению вторичной обмотки:

Для измерения или учета.
Для выполнения защитных функций.
Для измерения и защиты.
Для выполнения измерений в различных переходных режимах.

По количеству коэффициентов трансформации:

Наличие одного коэффициента трансформации.
Несколько коэффициентов трансформации, полученных после изменения числа витков в обмотках или при наличии нескольких вторичных обмоток.

Трансформаторы тока различаются по классу напряжения:

До 1000 В.
Выше 1000 В.

Методы преобразования:

Электромагнитные.
Оптико-электронные.

По типу изоляции обмоток:

Твердая изоляция.
Газовая изоляция

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Класс точности трансформатора тока

При правильном выборе трансформатора тока нужно, прежде всего, руководствоваться сферой измерения где будет применяться трансформатор тока, если ТТ, например, будет применяться для АИИС КУЭ для снятия показаний коммерческого учета, то он должен иметь высокий класс точности.

Погрешности ТТ прежде всего зависимы от габаритов и конструктивных особенностей магнитопровода, а также от количества витков и сечения провода обмотки. На погрешность в показаниях большое влияние оказывает материал, из которого изготовлен магнитопровод.

При использовании в современных системах коммерческого учета нашли применение ТТ с магнитопроводом, выполненным из нанокристаллических (аморфных) сплавов, ТТ приобретает высокий класс точности измерения 0.5, 0,5S. 0.2S, при малом значении первичного тока.

Аморфные сплавы при повышении класса точности ТТ способствуют увеличению максимальной мощности обмоток, улучшают защиту измерительных приборов, подключенных в цепь с трансформатором, сводят к нулю эффект старения, что позволяет сохранить характеристики устройства. Так получают точные и качественные изделия,которые гарантируют стабильное функционирование систем АИИС КУЭ.

Высокий класс точности создает наиболее узкий диапазон трансформаторных погрешностей.

Различие между классами точности 0,5. 0,2и 0,5S, 0.2S заключается в погрешности обмотки класса 0,5 или 0,2ниже 5% от номинального тока. В таком значении тока,выявляется недоучет электроэнергии, сокращаемый при использовании трансформаторов с классом точности S.

Для различного вида технических измерений, возможно, подключение трансформаторов с классом точности – 1. Для применения в подключении указывающих амперметров разрешается применение ТТ с классом точности – 3.

Как правильно выбрать трансформатор тока

Выбор трансформаторов тока производится, руководствуясь определенными значениями, это: напряжение сети, значения номинального первичного тока, мощность зависящая от нагрузочных показателей потребителя, коэффициент трансформации.

Выбор трансформаторов тока по напряжению

Читайте так же:

Геркон для электрического счетчика

Номинальное значение напряжения (U_ном ) ТТ выбирается большим или равным значению максимального рабочего напряжения U_уст.

Выбор трансформатора по первичному току

Значение( I_1ном) номинального тока первичной обмотки должно быть выше или быть равным по значению(I_раб_max) рабочему расчетному установочному току высоковольтной линии отходящего от распредустройства. Расчет выбора трансформатора тока также зависит от Iкз, величины термического импульса Iкз в течении 1 сек, и термического импульса тока КЗ в течении 0,525 сек, по результатам срабатывания защит.

При выборе номинального тока трансформатора руководствуются необходимостью обеспечения требований по термической и динамической стойкости к Iкз

Выбор трансформатора тока по нагрузке

При малых номинальных токах и высоких номинальных кратковременных токах термической стойкости, трансформатор ограничен по мощности из-за своих размеров и максимальной магнитодвижущей силы. При увеличении силы намагничивания вдвое, мощность увеличивается в четыре раза. Мощность ограничена зависимостью МДС от тока динамической стойкости. Причина кроется в силовом воздействии электрического поля, которое в случае КЗ будет симметрировать витки первичной обмотки друг против друга. Мощность ограничена малыми габаритными размерами ТТ.

Расчет выбора трансформатора тока по мощности производится в зависимости сечения токопроводящего проводника и расчетной мощности.

Формула расчета в зависимости от сечения проводника

Где S_{пр.выбр} — выбранное сечение проводника, (мм 2 )

Расчет нагрузочной мощности определяется по формуле

Согласно ГОСТУ параметры ТТ по нагрузке, определяются для трансформаторов тока номинальной мощностью равной 5ВА и 10 ВА с нижним пределом устанавливаемым 3,75 ВА.

Таблица выбора трансформаторов тока

Выбор трансформатора тока по коэффициенту трансформации

Не допускается установка трансформатора тока, имеющего завышенный коэффициент трансформации.

В случае повышенного коэффициента разрешается ставить счетчики на приемном вводе потребителя. На силовых трансформаторах счетчики могут монтироваться со стороны низшего напряжения.

Наибольшим спросом пользуются трансформаторы, имеющие один коэффициент трансформации, он не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации.

Примером коэффициентов трансформации считаются ТТ 150/5 (N-30); 600/5 (N-120); 1000/5(N-200); 100/1(N-100)

Назначение трансформаторов

Определить, для чего нужен трансформатор тока, достаточно просто: сфера применения включает все отрасли, в которых происходит преобразование энергетических величин. Эти устройства относятся к числу вспомогательного оборудования, которое используется параллельно с измерительными приборами и реле при создании цепи переменного тока. В этих случаях трансформаторы преобразуют энергию для более удобной расшифровки параметров или соединения оборудования с разными характеристиками в одну цепь.

Также выделяют измерительную функцию трансформаторов: они служат для запуска электроцепей с повышенным напряжением, к которым требуется подключить измерительные приборы, но не представляется возможным сделать это напрямую. Основная задача таких трансформаторов – передача полученной информации о параметрах тока на приборы для измерительных манипуляций, которые подсоединены к обмотке вторичного типа. Также оборудование дает возможность контролировать ток в цепи: при использовании реле и достижении максимальных токовых параметров активируется защита, выключающая оборудование во избежание перегорания и нанесения вреда персоналу.

Читайте так же:

Какая высота установки электросчетчика

Выбор магнитопровода

Геометрические пропорции промышленно выпускаемых сердечников стандартны. Поэтому их выбирают по размерам сечения внутри витка. Еще один параметр, который влияет на выбор магнитопровода — это индуктивность рассеяния. Она меньше у броневых и тороидальных конструкций. Что-либо вычислять не стоит — в многочисленных справочниках приводятся таблицы, а в интернете на тематических сайтах их аналоги.

Например, необходимо присоединить к сети нагрузку мощностью 100 Вт 12 В. По базовой таблице, показанной далее, выбирается типоразмер магнитопровода. Но учитываем то, что мощность ВТ меньше, чем ВА плюс неполная нагрузка для надежности. Поэтому используем коэффициент 1,43. Искомая мощность и типоразмер получатся как произведение, т.е. 143 ВА. По таблице выбираем ближайшее большее значение габаритной мощности и магнитопровод:

Трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66

Измерительные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66 предназначены для масштабного преобразования силы переменного тока и его дальнейшего измерения приборами учета, защиты автоматики, сигнализации и управления в сетях частотой 50 Гц и номинальным напряжением до 0.66 кВ включительно.

Проходные трансформаторы тока применяются в цепях коммерческого учета электрической энергии (трансформаторы тока для счетчиков активной электрической энергии) для расчета с потребителями, а также в схемах измерения и защиты.

Проходные измерительные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66 – инновационные продукты от компании «Юджэн».

Основные преимущества трансформаторов «Юджэн» — это:

Магнитопроводы измерительных трансформаторов тока изготовлены из нанокристаллического сплава, обеспечивая долговременную стабильность параметров в течении 30 лет
Быстрый монтаж на объектах непосредственно на жилу кабеля или дополнительную кронштейн-шину с помощью прижимного винта или кабельной стяжки за счет удобного широкого отверстия
Дополнительный крепеж в виде вставки для быстрого крепления на шину
Лучшая защищенность от краж электроэнергии из-за отсутствия соединений в цепи первичного тока
Отличаются от аналогов на рынке своей конкурентоспособной ценой, обладая всеми необходимыми техническими характеристиками
Гарантия 5 лет
Соответствуют требованиям технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» ТР ТС 004/2011 (ГОСТ 12.2.007.0-75).