Назначение измерительных трансформаторов тока

Трансформаторами тока (ТТ) — это электротехнические устройства, предназначенные для трансформирования величин токов до величин требуемых для подключения приборов измерения, устройств.

 

Измерительные трансформаторы тока и напряжения позволяют обеспечить безопасность измерений, стандартизировать приборы и реле, рассчитывая их обмотки на ток 5А и напряжение 100В, защитить приборы и реле от токов короткого замыкания.

Трансформаторы тока и напряжения состоят из магнитопровода, первичной и вторичной обмоток, изоляции между обмотками.

Вторичные обмотки трансформатора, так же как и металлические нетоковедущие части конструкций, заземляют, чтобы устранить опасность появления высокого напряжения на приборах и реле при пробое изоляции между первичной и вторичной обмотками.

Приборы, питающиеся от измерительных трансформаторов, градуируют по первичному значению, при этом на шкале показывают коэффициент трансформации.

Трансформаторы тока выпускают только в однофазном исполнении для раздельного включения на каждую фазу.

В зависимости от назначения измерений в трёхфазной сети применяют один, два или три трансформатора тока. Их изготавливают на всю шкалу токов и напряжений.

Первичную обмотку I включают последовательно в контролируемую (измеряемую) цепь, а к вторичной обмотке 2 трансформатора последовательно включают токовые обмотки приборов и реле. Соотношение номинальных первичного и вторичного токов определяется номинальным коэффициентом трансформации:

Коэффициент трансформации трансформаторов тока — величина не строго постоянная и может отличаться от номинального значения из-за погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.

Различают токовую, угловую погрешность ?:

Угловая погрешность  характеризует угол сдвига фаз между первичным током и повернутым на 180°током вторичной обмотки. Погрешность по току следует учитывать для всех приборов и реле, а угловую — для приборов ваттметрового типа. Обе погрешности зависят от магнитного сопротивления сердечника, значения первичного тока, нагрузки вторичной обмотки и соотношения её активной и индуктивной составляющих. В отличие от силовых понижающих трансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения у понижающего трансформатора тока число витков вторичной обмотки W2 больше (в ряде случаев во много раз) числа витков первичной обмотки W1 (она часто имеет один виток).

Кроме того, особенность трансформатора тока заключается в том, что значение первичного тока I1 не зависит от нагрузки во вторичной цепи (от значения первичного тока I1). Ток определяется только нагрузкой и параметрами первичной цепи, в то время как у трансформаторов напряжения первичный ток зависит от изменения вторичного. Соответственно и магнитный поток первичной обмотки, создаваемый током не изменяется при изменении тока во вторичной цепи.

Сопротивление нагрузки вторичной цепи (обычно токовых обмоток приборов, соединительных проводов) весьма невелико. Поэтому трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию, что отличает его от трансформаторов напряжения.

Класс точности трансформаторов тока зависит от токовой погрешности при номинальном первичном токе и от номинальной вторичной нагрузки. Выпускаются трансформаторы тока с классом точности:

• 0,2 — для лабораторных измерений;
• 0,5 — для питания расчётных счётчиков; I,
• 3, 10 или Р — для питания щитовых приборов и реле.

Трансформаторы тока выпускают с первичным током в соответствии со стандартной шкалой первичных номинальных токов. Вторичный номинальный ток почти всех трансформаторов тока принят равным 5А.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей.

Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Расшифровка обозначений Трансформаторов тока

Высоковольтные трансформаторы тока расшифровка выполняется следующим образом.

Например, ТПЛУ-10-0,5/3-50

• означает трансформатор тока (буква Т),
• проходной (П), с литой изоляцией (Л) из эпоксидных смол,
• С усиленной первичной обмоткой (У),
• номинальное напряжение 10 кВ (10), с двумя сердечниками классов точности 0,5 и 3 (0,5/3),
• первичный ток равен 50А (50).

Расшифровка трансформаторов тока Т,  Тл,  Тм, Тр, Тш, Тшл,Тшлм, Тшн, Тклм, Ткс, Трс, Тшс, Тнш, Тщлк, Тот, Тсч, Тчшл

Видео: Устройство и принцип действия трансформатора тока. Конструкция трансформатора

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока принято классифицировать по следующим признакам:

1. В зависимости от назначения их разделяют на:
   1. защитные;
   2. измерительные;
   3. промежуточные, используемые для подключения устройств измерения в токовые цепи, выравнивания токов в системах диф. защит и т. п.);
   4. лабораторные.
2. По типу установки разделяют устройства:
   1. наружной установки (размещаемые в ОРУ);
   2. внутренней установки (размещаемые в ЗРУ);
   3. встроенные в электрические машины, коммутационные аппараты: генераторы, трансформаторы, аппараты и пр.;
   4. накладные — устанавливаемые сверху на проходные изоляторы;
   5. переносные (для лабораторных испытаний и диагностических измерений).
3. Исходя из конструктивного исполнения первичной обмотки ТТ разделяют на:
   1. многовитковые (катушечные, с обмоткой в виде петли или восьмерки);
   2. одновитковые;
   3. шинные.
4. По способу исполнения изоляции ТТ разбивают на устройства:
   1. с сухой изоляцией (из фарфора, литой изоляции из эпоксида, бекелита и т. п.);
   2. с бумажно-масляной либо конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
   3. имеющие заливку из компаунда.
5. По количеству ступеней трансформации ТТ бывают:
   1. одноступенчатые;
   2. двухступенчатые (каскадные).
6. Исходя из номинального напряжения различают:
   1. ТТ с номинальным напряжением — выше 1 кВ;
   2. ТТ с напряжением – до 1 кВ.

Отличие от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками.

Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки.

В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии.

Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Коэффициент трансформации

Этот коэффициент служит для оценки эффективности функционирования трансформатора. Его значение по номиналу дается в инструкции к прибору. Коэффициент означает отношение тока в первичной обмотке к току вторичной обмотки. Это значение может сильно меняться от числа секций и витков.

Нужно учитывать, что этот показатель не всегда совпадает с фактической величиной. Есть отклонение, определяемое условиями работы прибора. Назначение и метод работы определяют значения погрешности. Но этот фактор также не может быть причиной отказа от контроля коэффициента трансформации. Имея значение погрешности, оператор сглаживает ее аппаратурой специального назначения.

Установка

Простые трансформаторы тока, работающие на шинах, устанавливаются очень просто, и не требуют инструмента или техники.

Прибор ставится одним мастером при помощи крепежных зажимов.

Стационарные требуют оборудования фундамента, монтажа несущих стоек.

Каркас крепится сваркой. К этому каркасу монтируется аппаратура. Комплект оснащения зависит назначение устройства и его особенности.

Контроль

Это мероприятие состоит из разных операций: визуальный осмотр, дается оценка всей конструкции, проверяется маркировка, паспортные данные и т.д. Далее, осуществляется размагничивание трансформатора с помощью медленного повышения тока на первичной обмотке. Далее, величину тока уменьшают.

Затем готовят главные мероприятия по измерению параметров. Поверка основывается на оценке правильности полярности клемм катушек по нормам, также определяют погрешность с дальнейшей сверкой с паспортными данными.

Безопасность

Основные опасности при функционировании измерительных трансформаторов обусловлены качеством намотки катушек. Необходимо учитывать, что под витками действует основа из металла, которая в открытом виде создает опасность и угрозу для обслуживающего персонала.

Поэтому создается график обслуживания, по которому проводится периодическая проверка устройства. Персонал обязан следить за состоянием обмоток катушек. Перед проведением проверки трансформатор отключается и подключаются шунтирующие закоротки и заземление обмотки.

Как выбрать трансформатор тока по мощности

Часто возникают ситуации, когда необходимо преобразовать некоторые электрические величины для получения возможности моделировать необходимые процессы в электроустановках, либо обезопасить процесс измерений. Для решения этих вопросов применяется трансформатор тока. Он способен трансформировать определенную величину в пониженное пропорциональное значение.

Прежде, чем совершать покупку, необходимо определиться, как правильно выбрать трансформатор тока для корректной работы.

Основные паспортные характеристики

Выбирая подходящее устройство, необходимо первым делом ознакомиться с его рабочими параметрами.

Трансформаторы тока — характеристики, которые необходимо учитывать:

• Номинальное напряжение прибора (можно посмотреть в паспорте трансформатора). Этот параметр характеризует уровень напряжения, при котором прибор будет устойчиво работать.
• Величина номинального тока, проходящего в первичной цепи (обмотке) устройства. Указан в паспорте как I1н.
• Номинальный вторичный ток (который протекает по второй обмотке трансформатора). Этот показатель имеет одно из двух значений: либо 1 А, либо 5 А. При необходимости по индивидуальному заказу изготавливают трансформаторы с показателем 2 А или 2,5А. Обозначается I2н. На самом трансформаторе номинальный ток первичной и вторичной цепи указывается через косую линию, например, 600/5.ак выбрать трансформатор тока по его типу

Выбирая трансформатор, для начала стоит определиться с существующими разновидностями этого прибора. Выделяют несколько классификаций.

Трансформаторы могут предназначаться:

• для проведения измерений (тут можно отдельно выделить подгруппу трансформаторов, которые используются для измерений показаний в различных режимах);
• в целях применения в устройствах защиты;
• комбинированные.

В зависимости от своего применения, могут работать:

• внутри помещений;
• на улице;
• они могут встраиваться в полости электрооборудования;
• могут использоваться в специальных установках.

Также необходимо определиться, куда Вам необходимо установить трансформатор, он может быть:

• встраиваемым (встраивается в полости электрооборудования);
• проходным;
• опорным (устанавливается на опорную плоскость);
• разъемные – могут быстро устанавливаться на шинах либо кабелях, не требуют отключения токовой цепи.

Выбор трансформатора по классу точности

Выбирая трансформатор тока, обязательно необходимо учитывать его класс точности. Необходимый класс зависит от области применения трансформатора:

• 1 – если к трансформатору будут подключаться лишь измерительные приборы;
• 0,5 – если к нему необходимо подключить счётчик электроэнергии.
  Как правило, для измерений показаний на коммерческих предприятиях необходимо использовать трансформаторы, имеющие высокий класс точности.

На этот показатель существенное влияние оказывает материал магнитопровода. В трансформаторах для коммерческих измерений, как правило, используется магнитопровод из аморфных (нанокристаллических) сплавов.

Выбор трансформатора тока по его характеристикам

При выборе, необходимо знать такие параметры:

• напряжение сети;
• показатель номинального первичного тока;
• уровень мощности вторичной цепи (он зависит от показателей потребляемых нагрузок);
  коэффициент трансформации.

Для корректного выбора используется ряд правил

Напряжение сети

Величина номинального напряжения трансформатора не должна быть меньшей максимального рабочего напряжения.
Выбор трансформатора по току

Иногда возникает вопрос, по какому току выбирать трансформатор тока. Все подобные аппараты выбираются исходя из показателей номинального тока. Он должен быть равен или превышать максимальный рабочий ток установки. При этом должны быть учтены показатели электродинамической и термической стойкости.

Говоря про ток, стоит учесть ещё один момент. Трансформатор переменного тока нельзя подключать к источнику постоянного тока. Во-первых, в этом случае количество выделяемого тепла может резко увеличиться, и прибор может сгореть. Во-вторых, такое подключение не даст никакого результата, так как не будет возникать переменное электромагнитное поле в сердечнике, и во вторичной обмотке не появится напряжение. Для работы в сетях постоянного тока необходимо выбрать трансформатор постоянного тока.

Оценка нагрузки на трансформатор

Следующим шагом необходимо рассчитать предполагаемую нагрузку на прибор. Нагрузка вторичной цепи не должна превышать номинальную нагрузку трансформатора.

Вторичная нагрузка рассчитывается путём сложения суммарного сопротивления всех приборов, величины сопротивления соединительных проводов и величины переходного сопротивления контактов.

Как правило, нам известна суммарная мощность, которая потребляется приборами. Для того, чтобы определиться, как выбрать трансформатор тока по мощности, потребляемой приборами, необходимо рассчитать сопротивление всех приборов, используя этот показатель и провести оценку нагрузки на прибор.

Таким образом, суммарное сопротивление будет результатом деления суммарной мощности на квадрат номинального тока по вторичной обмотке.

Также, выбирая трансформатор тока, нельзя забывать о необходимом в Вашем случае коэффициенте трансформации. Существуют приборы, которые имеют несколько коэффициентов трансформации.

Выбирая производителя, стоит обратить свое внимание на наличие всей технической документации. Помимо этого, заслуживающие доверия производители предоставляют на свой товар услуги по гарантийному и сервисному обслуживанию, что может оказаться немаловажным фактором в процессе эксплуатации прибора.

Для того, чтобы найти подходящий трансформатор, можно воспользоваться поисковыми системами, которые показывают огромное количество предложений самых различных моделей. Учитывая приведённые выше рекомендации, Вы сможете сделать правильный выбор.

Включение измерительных трансформаторов тока и напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для возможности измерения высокого напряжения электроустановок переменного тока путем снижения этого напряжения для подачи на защитные реле, приборы измерения и системы автоматики.

При отсутствии измерительных трансформаторов понадобилось бы применять приборы и реле с большими габаритными размерами, так как необходима надежная изоляция от высокого напряжения, которая увеличивает размеры устройств. Изготовить такое оборудование практически невозможно, так как напряжения линий могут достигать величины 110 киловольт.

Измерительные трансформаторы для замера напряжения дают возможность применять стандартные обычные приборы для измерений электрических параметров, при этом увеличивая их диапазон измерения. Защитные реле, подключаемые через эти трансформаторы, могут применяться обычного исполнения.

Трансформатор напряже­ния  выполняют в виде двухобмоточного понижа­ющего трансформатора (рис. 3.33,а). Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют.

Так как сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору на­пряжения, велики, то он практически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, чтоUl = U’2=U2k.

В действительности ток холостого хода I0 (а также не­большой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения, поэтому, как видно из векторной диаграммы (рис. 3.33, б), и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе δu. В результате при изме­рениях образуются некоторые погрешности.

Трансформаторы тока или измерительные трансформаторы преобразуют высокий первичный ток нагрузки в безопасное значение, удобное для проведения измерений.

Трансформаторы тока для электросчетчиков

Трансформаторы тока для электросчетчиков нормально функционируют при рабочей частоте в 50 Гц и вторичном номинальном токе в 5 ампер. Поэтому, если коэффициент трансформации составляет 100/5, это означает максимальную нагрузку в 100 ампер, а значение измерительного тока – 5 ампер.

Следовательно, в этом случае показания трехфазного счетчика умножаются в 20 раз (100/5). Благодаря такому конструктивному решению, отпала необходимость в изготовлении более мощных приборов учета. Кроме того, обеспечивается надежная защита счетчика от коротких замыканий и перегрузок, поскольку сгоревший трансформатор меняется значительно легче по сравнению с установкой нового счетчика.

Существуют определенные недостатки при таком подключении. Прежде всего, измерительный ток в случае малого потребления, может быть меньше стартового тока счетчика. Следовательно, счетчик не будет работать и выдавать показания. В первую очередь это касается счетчиков индукционного типа с очень большим собственным потреблением. Современные электросчетчики такого недостатка практически не имеют.

Особое внимание при подключение нужно обращать на соблюдение полярности. Первичная катушка имеет входные клеммы. Одна из них предназначена для подключения фазы и обозначается Л1. Другой выход – Л2 необходим, чтобы подключиться к нагрузке. Измерительная обмотка также имеет клеммы, обозначаемые соответственно, как И1 и И2. Кабель, подключаемый к выходам Л1 и Л2, рассчитывается на необходимую нагрузку.

Для вторичных цепей используется проводник, поперечное сечение которого должно быть не ниже 2,5 мм2.

Рекомендуется применять разноцветные промаркированные провода с обозначенными выводами. Нередко подключение вторичной обмотки к счетчику осуществляется с помощью опломбированного промежуточного клеммника.

Использование клеммника позволяет проводить замену и обслуживание счетчика без отключения электроэнергии, поступающей к потребителям.

Видео: Трансформаторы тока