Основные параметры

Главными параметрами при выборе аппарата являются следующие:

• Номинальное напряжение. Определяется изоляцией обмоток и указывает, в сетях с каким напряжением допускается использовать устройство.
• Номинальный ток первичной цепи. Это максимальная измеряемая величина, при котором возможна длительная работа.
• Номинальный ток вторичной цепи. Нагрузка вторичной обмотки при подключенных реле или амперметре.
• Сопротивление нагрузки. Полное сопротивление амперметра, катушки реле или электросчетчика. Отклонение этого параметра от паспортных данных влияет на точность измерений.
• Коэффициент трансформации. Определяется соотношением первичного и вторичного токов.

Классификация трансформаторов тока

Все трансформаторы тока – и для измерений, и для защиты – можно классифицировать по следующим основным признакам.

По роду установки: трансформаторы тока для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69); для работы в закрытых помещениях (по ГОСТ 15150-69); для встраивания во внутренние полости электрооборудования (категория в соответствии с таблицей 1); для специальных установок (в шахтах, на судах, электровозах и так далее).

Таблица 1

Категория размещения трансформаторов тока, встраиваемых во внутренние полости электрооборудования

По способу установки: проходные трансформаторы тока, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах стен, потолков или в металлических конструкциях; опорные, предназначенные для установки на опорной плоскости; встраиваемые, то есть предназначенные для установки во внутренние полости электрооборудования.

По числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки, или обеих обмоток, или применением нескольких вторичных обмоток с различным числом витков, соответствующих различным значениям номинального тока.

По числу ступеней трансформации: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые), то есть с несколькими ступенями трансформации тока.

По выполнению первичной обмотки: одновитковые; многовитковые.

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Что такое трансформатор тока?

К трансформаторам тока относятся устройства, в которых вторичный ток, применяемый для измерений, находится в пропорциональном соотношении с первичным током, поступающим из электрической сети.

Включение в цепь первичной обмотки осуществляется последовательно с токопроводом. Подключение вторичной обмотки выполняется на какую-либо нагрузку в виде измерительных приборов и различных реле. Между токами обеих обмоток возникает пропорциональная зависимость, соответствующая количеству витков. В трансформаторных устройствах высокого напряжения выполняется изоляция между обмотками из расчета на полное рабочее напряжение. Как правило производится заземление одного из концов вторичной обмотки, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно одинаковыми.

• Измерительные трансформаторы передают полученную информацию к подключенным измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях с высоким напряжением, в которые невозможно включить напрямую приборы для измерений. Поэтому только во вторичную обмотку трансформатора выполняется подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток ваттметров и прочих приборов учета. В результате, трансформатор преобразует переменный ток даже очень высокого значения, в переменный ток с показателями, наиболее приемлемыми для использования обычных измерительных приборов. Одновременно обеспечивается изоляция измерительных приборов от цепей с высоким напряжением, повышается электробезопасность обслуживающего персонала.
• Защитные трансформаторные устройства в первую очередь передают полученную измерительную информацию на устройства управления и защиты. С помощью защитных трансформаторов, переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток с наиболее подходящим значением, обеспечивающим питание устройств релейной защиты. Одновременно выполняется изоляция реле, к которых имеется доступ персонала, от цепей высокого напряжения.

Каким требованиям должны соответствовать для коммерческого учета электроэнергии

Современные технологии позволяют изготавливать трансформаторы от 6 до 10 кВ с числом катушек до четырех штук. Каждая катушка имеет свой класс точности. Он подбирается исходя из области применения. Каждая предусматривает свой комплекс тестирования.

Для коммерческих приборов учета используют катушки с классностью 0,2S и 0,5S. Они обладают высокой проницаемостью магнитного поля. Литера «S» указывает на тестирование трансформатора в пяти точках в диапазоне от 1-120% от расчетного напряжения.

Схема проверок выглядит как 1х5х20х100х120. Для классов 1; 0,5 и 0,2 тестирование выполняют по четырем точкам 5х20х100х120%.Для релейной и автоматической защиты используют три точки 50х100х120. Такие трансформатор имеют классность с литерой «З». Требования к классу точности представлены в ГОСТ 7746—2001.

Описание

Принцип действия трансформаторов тока заключается в преобразовании переменного тока промышленной частоты в переменный ток для измерения с помощью стандартных измерительных приборов, а также обеспечении гальванического разделения измерительных приборов от цепи высокого напряжения.

Конструкция трансформаторов тока представляет собой кольцевой магнитопровод с вторичной обмоткой, в модификации ТТ-Р используется разъемный кольцевой магнитопровод, заключенный в изолирующий корпус из самозатухающего пластика. В модификациях ТТ-Р, ТТ-В в качестве первичной обмотки используют шину или кабель, устанавливаемые в окне магнитопровода трансформаторов. Модификации ТТ-А, ТТ-Ау в качестве первичной обмотки имеют встроенную шину.

Транформаторы имеют одну вторичную обмотку для измерения.

Трансформаторы тока модификации ТТ-Р с разъемным магнитопроводом применяются для монтажа на работающих сетях. Их конструкция позволяет вести монтаж без отсоединения шин и, при особой необходимости, без отключения напряжения.

Трансформаторы устанавливаются в комплектные распределительные устройства внутренней установки электрических подстанций и являются комплектующими изделиями.

Структура обозначения трансформаторов приведена на рисунке 1.

ТТ-Х ХХ Х/5 Х УХЛ4

Климатическое исполнение и — категория размещения по ГОСТ 15150-69

— Класс точности

— Номинальный вторичный ток, А

— Номинальный первичный ток, А

— Конструктивный вариант исполнения модификаций.

(размер окна под шину).

— Конструктивный вариант исполнения:

B — шинный,

А — опорный,

Av — опорный с потенциальным выводом,

P — разъемный.

Трансформатор тока измерительный Рисунок 1.

Фотографии трансформаторов тока и места пломбирования представлены на рисунках 2-5.

место

пломбирования

Ч

Ч

Рисунок 2. Модификация ТТ-В (Место пломбы или наклейки).

Возможные неисправности трансформаторов тока

У трансформатора тока, включенного под нагрузку, иногда возникают неисправности и даже аварийные ситуации. Как правило, это связано с нарушениями электрического сопротивления изоляции обмоток, снижением их проводимости под влиянием повышенных температур. Негативное влияние оказывают случайные механические воздействия или некачественно выполненный монтаж.

В процессе работы оборудования наиболее часто происходит повреждение изоляции, вызывающее межвитковые замыкания обмоток, что существенно снижает передаваемую мощность. Токи утечки могут появиться в результате случайно созданных цепей, вплоть до возникновения короткого замыкания.

С целью предупреждения аварийных ситуаций, специалистами с помощью тепловизоров периодически проверяется вся действующая схема. Это позволяет своевременно устранить дефекты нарушения контактов, снижается перегрев оборудования. Наиболее сложные испытания и проверки проводятся в специальных лабораториях.

Силовые трансформаторы устройство и принцип действия

Трехфазные трансформаторы

Дифференциальная защита трансформатора

Что такое трансформаторы тока

Ток холостого хода трансформатора

Измерительные трансформаторы тока

Мощность трансформатора тока и подключенного к нему оборудования

У преобразователей электротока 2 основных предназначения:

• защищать технологические и коммерческие системы;
• стать частью информационно-измерительного канала производства или электрической установки.

Коэффициент безопасности трансформатора тока – это показатель, при превышении которого подключенные приборы выйдут из строя, или минимальный первичный ток, при котором погрешность при номинальном показателе вторичной нагрузки от 10%.

Номинальный вторичный электроток может быть:

• 5 А – при подключении релейной защиты;
• 2,5 А – при подключении измерительных приборов (фазометров, счетчиков, амперметров);
• 1 А – при подключении счетчиков денежных купюр и приборов, предназначенных для проведения точных измерений в лабораториях.

Коэффициент безопасности позволяет унифицировать подключаемые приборы и создать на них шкалы, соответствующие первичному электротоку.

Описание и принцип действия

Трансформатор тока – электромагнитное преобразовательное устройство, конструктивно, состоящее из:

• цельный магнитопровод;
• две обмотки, обязательно изолированные между собой и от земли (первичная и вторичная);
• пластиковый запаянный неразборный корпус;
• контактные клеммы для подключения прибора для измерений;
• крепежные элементы для монтажа прибора;
• табличка на корпусе, бумажный паспорт.

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

Первичная обмотка подключается к электрической цепи последовательно (рассекая токопровод). Вторичная обмотка замкнута на определенную нагрузку измерительных элементов, релейной аппаратуры и автоматики. Она пропускает через себя величину тока, которая пропорциональна токовому значению первичной обмотки.

Его суть – преобразование величины тока, протекающего через силовую цепь энергетической установки, к которой подключается первичная обмотка трансформатора тока с определенным количеством витков, во вторичное пониженное значение тока, соблюдая при этом пропорциональность значения.

Эта пропорциональная величина электротока на выходных клеммах вторичной обмотки трансформатора необходима для нормальной работы измерительной, релейной аппаратуры, приборов учета электроэнергии в системах силовых энергетических установках до и выше 1000 вольт.

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

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.

Для чего используются

Разнообразные виды измерительных трансформаторов встречаются как в небольших приборах размером со спичечный коробок, так и в крупных энергетических установках. Их основное назначение – понижать первичные токи и напряжения до значений, необходимых для измерительных устройств, защитных реле и автоматики. Применение понижающих катушек обеспечивает защиту цепи низшего и высшего ранга, поскольку они разделены между собой.

Понижающие средства разделяют по признакам эксплуатации и предназначены для:

• измерений. Они передают вторичный ток на приборы;
• защиты токовых цепей;
• применения в лабораториях. Такие понижающие средства имеют высокую классность точности;
• повторного конвертирования, они относятся к промежуточным инструментам.

Измерение

Измерительный трансформатор необходим для понижения высокого тока основного напряжения и передачу его на измерительные устройства. Для подключения стандартных приборов к высоковольтной сети потребовались бы громоздкие установки. Реализовывать инструменты таких размеров экономически не выгодно и не целесообразно.

Использование понижающих трансформаторов позволяет применять обычные устройства измерения в обычном режиме, что расширяет спектр их применения. Благодаря снижению напряжения, они не требуют дополнительных модификаций. Трансформатор отделяет высоковольтное напряжение сети от питающего напряжения приборов, обеспечивая безопасность из использования. От их классности зависит точность учета электрической энергии.

Защита

Кроме питания измерительных приборов понижающие трансформаторы подают напряжение на системы защиты и автоматической блокировки. Поскольку в сетевой электросети происходят перепады и скачки напряжения, которое губительно для высокоточного оборудования цепи.

В энергетических установках оборудование делится на силовое и вторичное, которое контролирует процессы первичной схемы подключения устройств. Высоковольтная аппаратура располагается на открытых площадках или устройствах. Вторичное оборудование находится на релейных планках внутри распределительных шкафов.

Промежуточным элементом передачи информации между силовыми агрегатами и средствами измерения, управления, контроля и защиты являются понижающие или измерительные трансформаторы. Они разделяют первичную и вторичную цепь от пагубного воздействия силовых агрегатов на чувствительные измерительные приборы, а также защищают обслуживающий персонал от повреждений.

Что произойдет при размыкании цепи вторичной обмотки

При размыкании или обрыве проводов, идущих к измерительным приборам, появляются два фактора, которые могут привести к аварии и травмам людей:

• Перегрев, вызванный большим магнитным потоком в магнитопроводе. Возникает из-за того, что магнитный поток F¹, создаваемый шиной или силовым кабелем, проходящим через аппарат, не компенсируется потоком вторичной обмотки F². Может привести к разрушению изоляции и возгоранию устройства.
• Высокая ЭДС на выводах вторичной катушки. Появляется потому, что трансформатор передает мощность с одной катушки на другую. Из-за того, что мощность, потребляемая аппаратом, при отключении измерительного прибора не меняется, а I². во вторичных цепях равен “0”, ЭДС увеличивается до нескольких киловольт. Это приводит к травмированию людей и разрушению изоляции.

Опасность возникновения аварийных ситуаций отображена в нормативных документах. Запрет на размыкание отходящих выводов трансформатора указан в нормативных документах, таких, как ПОТЭУ п.42.2, ПТЭЭП п.2.6.24 и других.