Принцип действия токового трансформатора. Проектирование. Формулы для расчета (10+)
Трансформатор тока. Принцип действия. Расчет
Токовый трансформатор - измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются трансформаторы тока тогда, когда нужно измерить ток большой силы. Токовые клещи также работают по принципу трансформатора тока. Есть способы измерения постоянного тока с помощью токовых клещей, но тут применяется эффект магнитного усилителя. Об этом будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы не пропустить. Сейчас остановимся на измерении переменного тока.
Принцип действия измерительного трансформатора тока
Трансформатор тока - обычный трансформатор, только включенный специальным образом и со специальным числом витков в обмотках. Первичная обмотка трансформатора тока обычно состоит из одного витка, то есть просто провода, пропущенного через тороидальный сердечник трансформатора. Именно через этот провод проходит измеряемый ток. Иногда, для повышения точности измерений, делают два витка, то есть пропускают провод через сердечник дважды. Трансформаторы тока могут выполняться не только на тороидальных сердечниках, но и на других. В любом случае провод с измеряемым проводом должен образовать полный виток. Для Ш - образного сердечника нужно пропустить провод в оба окна.
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.
[Максимальное значение индукции, Тл] = * [Среднее значение силы тока первичной обмотки, А] * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Количество витков первичной обмотки] / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм] + * [Амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] * [Коэффициент наполнения] / (2 *[Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [Количество
Везде, где требуется учет электроэнергии или контроль тока для защиты линии от перегрузки.
Одним из основных параметров трансформатора тока (ТТ) является коэффициент трансформации, который чаще всего имеет обозначение 10/5, 30/5, 150/5 или аналогичное. Попробуем разобраться, что это означает, и как правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока.
Интересно! Трансформатор тока по природе является повышающим, поэтому его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко через амперметр или просто перемычкой. Иначе он сгорит или ударит кого-нибудь током.
Зачем нужны трансформаторы тока
Электрики, знакомые с электрооборудованием ~220 В могут заметить, что квартирные счетчики электроэнергии подключаются непосредственно к линии без использования трансформаторов тока. Однако уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое включение. В цепях же ПКУ и распределительных устройств 6-10 кВ все измерительные устройства подключаются через трансформаторы тока.
Трансформатор тока предназначен для уменьшения величины измеряемого тока и приведения его к стандартному диапазону. Как правило, ток преобразуется к стандартному значенияю 5 А (реже - 1 А или 10 А).
Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.
Как выбрать трансформатор тока
Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора определяется мощностью силового трансформатора на понижающей подстанции.
Например, если мощность подстанции 250 кВА, то при номинальном напряжении линии 10 кВ ток не будет превышать 15 А. Значит коэффициент трансформации трансформаторов тока должен быть не менее 3 или, как это часто обозначают, 15/5. Использование трансформаторов тока меньшего номинала может привести к тому, что ток во вторичной обмотке будет значительно превышать заданное значение 5 А, что может привести к существенному снижению точности измерений или даже выходу из строй счетчика электроэнергии.
Таким образом, минимальное значение коэффициента трансформации ТТ ограничивается номинальным током линии.
А существуют ли ограничения на коэффициент трансформации с другой стороны? Можно ли использовать, например, вместо трансформаторов 15/5 трансформаторы 100/5? Да, такие ограничения существуют.
Если использовать трансформаторы тока с непропорционально большим номиналом, то результатом будет слишком малый ток во вторичной обмотке трансформатора, который счетчик электроэнергии не сможет измерять с необходимой точностью.
Чтобы не производить каждый раз громоздкие математические вычисления, был выработан ряд правил по выбору коэффициента трансформации ТТ. Эти правила зафиксированы в настольной книге каждого энергетика - в "Правилах устройсва электроустановок" (ПУЭ).
Правила устройства электроустановок допускают использование трансформаторов тока с коэффициентом трансформации выше номинального. Однако такие трансформаторы ПУЭ называют "трансформаторами с завышенным коэффициентом трансформации" и ограничивают их использование следующим образом.
1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.
Поскольку упомянутое в ПУЭ понятие минимальной рабочей нагрузки является не очень понятным, то используют и другое правило:
Завышенным по коэффициенту трансформации нужно считается трансформатор тока, у которого при 25% расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке менее 10% номинального тока счетчика.
Таким образом, максимально возможное значение коэффициента трансформации применяемых трансформаторов тока ограничивается чувствительностью счетчиков электроэнергии .
Расчет минимального и максимального значения коэффициента трансформации
Для расчета номинала трансфоррматора тока необходимо знать диапазон рабочих токов в первичной обмотке трансформатора.
Минимальный коэффициент трансформации ТТ рассчитывается, исходя измаксимального рабочего тока в линии. Максимальный рабочий ток можно вычислить, исходя из общей мощности потребителей электроэнергии, находящихся в одной сети. Но производить эти вычисления нет необходимости, так как все расчеты уже были проделаны ранее при проектировании трансформаторной подстанции. Как правило, номинал силового трансформатора выбран таким, чтобы регулярная нагрузка не превышала номинальную мощность трансформатора, а кратковременная пиковая нагрузка превышала мощность трансформатора не более, чем на 40%.
Поделив потребляемую мощность на номинальное напряжение сети и уменьшив полученное значение на корень из 3, получим максимальный рабочий ток. Отношение максимального рабочего тока к номинальному току счетчика электроэнергии и даст искомый минимальный коэффициент трансформации.
Например, для подстанции мощностью 250 кВА при номинальном напряжении сети 10 кВ максимальный рабочий ток составит около 15 А. Поскольку кратковременный максимальный рабочий ток может достигать 20 А, то минимальный номинал трансформатора тока лучше взять с небольшим запасом - 20/5.
Максимальный коэффициент трансфортмации ТТ определим, умножив минимальный коэффициент трансформации на отношение уровеня рабочего тока (в процентах от максимального) к уровеню тока во вторичной обмотке трансформатора (также в процентах от максимального).
Например, минимальный коэффициент трансформации - 15/5, расчетный уровень рабочего тока - 25% от максимального, ток во вторичной обмотке трансформатора - 10% от номинального тока счетчика. Тогда искомый минимальный номинал ТТ - 15/5 * 25/10, то есть 7,5 или в традиционной записи 37,5/5. Но, поскольку ТТ с таким номиналом не выпускаются, то нужно взять ближайшее значение - 30/5.
Таким образом, требования, предъявляемые нормативными документами к выбору коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока, оставляют очень мало места для маневра, позволяя выбрать трансформатор только из двух-трех близких номналов
Доброго времени суток, уважаемые гости и читатели сайта «Заметки электрика».
Сегодня мы рассмотрим основные характеристики и параметры трансформаторов тока. Эти параметры будут необходимы нам для правильного выбора трансформаторов тока.
Итак, поехали.
Основные характеристики и параметры трансформаторов тока
1. Номинальное напряжение трансформатора тока
Первым основным параметром , конечно же, является его номинальное напряжение. Под номинальным напряжением понимается действующая величина напряжения, при которой может работать ТТ. Это напряжение можно найти в паспорте на конкретный трансформатор тока.
Существует стандартный ряд номинальных значений напряжения у трансформаторов тока:
Ниже смотрите примеры трансформаторов тока с номинальным напряжением 660 (В) и 10 (кВ). Разница на лицо.
2. Номинальный ток первичной цепи трансформатора тока
Номинальный ток первичной цепи, или можно сказать, номинальный первичный ток — это ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора тока, при котором предусмотрена его длительная работа. Значение первичного номинального тока также указывается в паспорте на конкретный трансформатор тока.
Обозначается этот параметр индексом — I1н
Существует стандартный ряд номинальных значений первичных токов у выпускаемых трансформаторов тока:
Прошу обратить внимание на то, что ТТ со значением номинального первичного тока 15, 30, 75, 150, 300, 600, 750, 1200, 1500, 3000 и 6000 (А) в обязательном порядке должны выдерживать наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно, 16, 32, 80, 160, 320, 630, 800, 1250, 1600, 3200 и 6300 (А). В остальных случаях наибольший первичный ток не должен быть больше номинального значения первичного тока.
Ниже на фото показан трансформатор тока с номинальным первичным током равным 300 (А).
3. Номинальный ток вторичной цепи трансформатора тока
Еще одним параметром трансформатора тока является номинальный ток вторичной цепи, или номинальный вторичный ток — это ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока.
Значение номинального вторичного тока, тоже отображается в паспорте на трансформатор тока и оно всегда равно 1 (А) или 5 (А).
Обозначается этот параметр индексом — I2н
Сам лично ни разу не встречал трансформаторы тока со вторичным током 1 (А). Также по индивидуальному заказу можно заказать ТТ с номинальным вторичным током равным 2 (А) или 2,5 (А).
Под вторичной нагрузкой трансформатора тока понимается полное сопротивление его внешней вторичной цепи (амперметры, обмотки , токовые реле , различные токовые преобразователи). Это значение измеряется в омах (Ом).
Обозначается индексом — Z2н
Также вторичную нагрузку трансформатора тока можно выразить через полную мощность, измеряемую в вольт-амперах (В*А) при определенном коэффициенте мощности и номинальном вторичном токе.
Если сказать точно по определению, то вторичная нагрузка трансформатора тока — это вторичная нагрузка с коэффициентом мощности (cos=0,8), при которой сохраняется установленный класс точности трансформатора тока или предельная кратность первичного тока относительно его номинального значения.
Вот так сложно написал, но просто вчитайтесь в текст внимательнее и все поймете.
Обозначается индексом — S2н.ном
И здесь тоже существует ряд стандартных значений номинальной вторичной нагрузки трансформаторов тока, выраженных через вольт-амперы при cos=0,8:
Чтобы выразить эти значения в омах, то воспользуйтесь следующей формулой:
К этому вопросу мы еще с Вами вернемся. В следующих статьях я покажу Вам как самостоятельно можно рассчитать вторичную нагрузку трансформатора тока наглядным примером из своего дипломного проекта. Чтобы ничего не пропустить, подписывайтесь на новые статьи с моего сайта. Форму подписки Вы можете найти после статьи, либо в правой колонке сайта.
5. Коэффициент трансформации трансформатора тока
Еще одним из основных параметров трансформатора тока является коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации трансформатора тока — это отношение величины первичного тока к величине вторичного тока.
При расчетах коэффициент трансформации разделяют на:
- действительный (N)
- номинальный (Nн)
В принципе их названия говорят сами за себя.
Действительный коэффициент трансформации — это отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. А номинальный коэффициент — это отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.
Вот примеры коэффициентов трансформации трансформаторов тока:
- 150/5 (N=30)
- 600/5 (N=120)
- 1000/5 (N=200)
- 100/1 (N=100)
6. Электродинамическая стойкость
Здесь сразу нужно внести ясность, что такое ток электродинамической стойкости — это максимальное значение амплитуды тока за все время его протекания, которую трансформатор тока выдерживает без каких-либо повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе.
Своими словами, это способность трансформатора тока противостоять механическим и разрушающим воздействиям тока короткого замыкания.
Ток электродинамической стойкости обозначается индексом — Iд.
Есть такое понятие, как кратность электродинамической стойкости. Обозначается индексом Кд и является отношением тока электродинамической стойкости Iд к амплитуде номинального первичного тока I1н .
Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные трансформаторы тока. Читайте статью про . По другим типам трансформаторов тока данные о токе электродинамической стойкости можно найти все в том же паспорте.
7. Термическая стойкость
Что такое ток термической стойкости?
А это максимальное действующее значение тока короткого замыкания за промежуток времени t, которое трансформатор тока выдерживает без нагрева токоведущих частей до превышающих допустимых температур и без повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе. Так вот температура токоведущих частей трансформатора тока, выполненных из меди не должна быть больше 250 градусов, из алюминия — 200.
Ток термической стойкости обозначается индексом — ItТ.
Своими словами, это способность трансформатора тока противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания за определенный промежуток времени.
Существует такое понятие, как кратность тока термической стойкости. Обозначается индексом Кт и является отношением тока термической стойкости ItТ к действующему значению номинального первичного тока I1н .
Все данные о токе термической стойкости Вы можете найти в паспорте на трансформатор тока.
Ниже я представляю Вашему вниманию скан-копию этикетки на трансформатор тока типа ТШП-0,66-5-0,5-300/5 У3, где указаны все его вышеперечисленные основные параметры и характеристики.
P.S. На этом я завершаю свою статью про основные характеристики и параметры трансформаторов тока. В следующих статьях я расскажу Вам про обозначение выводных концов, принцип работы трансформатора тока, режимы работы, класс точности и другие интересные темы.
Правильный выбор ТТ во многом определяет точность учета потребляемой электроэнергии предполагает соответствие их параметров и технических характеристик условиям эксплуатации.
Поэтому, при выборе ТТ необходимо учитывать:
Номинальное напряжение
Очевидно, что оно должно быть выше максимального рабочего напряжения электроустановки, т. е., выполняться условие:
Uном.тт>Umax.эу .
Его значение выбирается из стандартного ряда значений (0,66, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150кВ). Так, для систем учета в электроустановках 0,4 кВ должны использоваться преобразующее устройство сUном=0,66кВ.
Номинальный первичный ток
Токовый номинал первичной обмотки, также должен быть больше максимального рабочего тока электроустановки:
I2ном.тт>Imax.эу.
Соответствие номинального тока вторичной обмотки ТТ номинальному току расчетного электросчетчика
Как упоминалось в самом начале статьи, стандартные существующие значения I1ном - 1 или 5 А (наиболее распространенными являются устройства с I1ном=5А).
Класс точности ТТ
Данный параметр определяет допустимую погрешность по току, выраженную в процентах при номинальной вторичной нагрузке. Стандартный ряд классов точности устройств: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.
К цифровым значениям этого стандартного ряда могут быть добавлены литеры: Р или S.
Р - символ, указывающий, что данный ТТ или его обмотка используется в системах релейной защиты. Как правило, это трансформаторы с классом точности 5Р и 10Р.
S - наличие расширенного диапазона измерений ТТ по первичному току (1% до 120%), в то время как ТТ, не имеющие данной маркировки, работают с заданной погрешностью в диапазоне нагрузок 5%-120%.
Выбор значения этого параметра определяется требованиями п 1.5.16 ПУЭ-7; для систем технического учета допускается применение ТТ с классом точности не более 1,0, для расчетного (коммерческого) нормированное документом значение - не более 0,5.
Допускается применение ТТ с классом точности 1,0 если расчетный электросчетчик имеет класс точности 2,0.
Во избежания превышения погрешности ТТ допустимого для его данного класса точности значения, следует соблюдать условие, при котором вторичная нагрузка Z2 (измерительная цепь) не будет превышать номинальную нагрузку Z2ном.
Коэффициент трансформации или отношение величины первичного тока к величине вторичного тока
Согласно 1.5.17 Правил, допускается применение ТТ с завышенным значением этого параметра.
Однако, в таких случаях максимальный ток нагрузки во вторичной обмотке ТТ должен составлять не менее 40% номинала электросчетчика по току, а при минимальной нагрузке определен минимум в 5%.
I2max≥40%I2ном.тт;
I2min≥5%I2ном.тт.
Соблюдение условия термической стойкости:
I²т∙tтт≥Вкз;
где Вкз=I²к.з∙tрасч (полный тепловой импульс тока короткого замыкания (КЗ), А2∙с;);
I - ток термической стойкости трансформатора, к∙А;
tтт - номинальное время его термической устойчивости, сек;
Iкз - трехфазный ток КЗ (рассчетная величина), кА;
tрасч - расчетное время теплового импульса, сек.
Соблюдение условия электродинамической стойкости
Iд≥Iу;
где Iу=1,8∙√2∙IКЗ;
Iу - ударный ток, kA;
1,8 - значение коэффициента динамической устойчивости.
Род установки
По своей конструкции, различают следующие виды ТТ:
- для открытой (наружной) установки - предназначены для установки в ОРУ;
- для закрытой установки - для закрытых распредустройств;
- встроенные в эл. аппараты и машины;
- накладные - с возможностью монтажа на проходные изоляторы;
- переносные (предназначены для использования в измерениях и лабораторных испытаниях).
Выбор трансформаторов тока для электросчетчика 0,4кВ
Учет электроэнергии с потребляемым током более 100А выполняется счетчиками трансформаторного включения, которые подключаются к измеряемой нагрузке через измерительные трансформаторы. Рассмотрим основные характеристики трансформаторов тока.
1 Номинальное напряжение трансформатора тока.
Счетчики с пультомСчетчики с пультом дистанционного управления
Пломбы, защитные голограммы, документы, все в безупречном виде. Дополнительное оборудование: таймеры для автоматического управления счетчиками, автоматы на 63А в корпусе 25А, дополнительные пульты.
NaPulte.com - счетчики с пультом.
В нашем случае измерительный трансформатор должен быть на 0,66кВ.
2 Класс точности.
Класс точности измерительных трансформаторов тока определяется назначением электросчетчика. Для коммерческого учета класс точности должен быть 0,5S, для технического учета допускается – 1,0.
3 Номинальный ток вторичной обмотки.
Обычно 5А.
4 Номинальный ток первичной обмотки.
Вот этот параметр для проектировщиков наиболее важен. Сейчас рассмотрим требования по выбору номинального тока первичной обмотки измерительного трансформатора. Номинальный ток первичной обмотки определяет коэффициент трансформации.
Коэффициент трансформации измерительного трансформатора – отношение номинального тока первичной обмотки к номинальному току вторичной обмотки.
Коэффициент трансформации следует выбирать по расчетной нагрузке с учетом работы в аварийном режиме. Согласно ПУЭ допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации:
1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке - не менее 5 %.
В литературе можно встретить еще требования по выбору трансформаторов тока. Так завышенным по коэффициенту трансформации нужно считать тот трансформатор тока, у которого при 25%-ной расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке будет менее 10% номинального тока счетчика.
А сейчас вспомним математику и рассмотрим на примере данные требования.
Пусть электроустановка потребляет ток 140А (минимальная нагрузка 14А). Выберем измерительный трансформатор тока для счетчика.
Выполним проверку измерительного трансформатора Т-066 200/5. Коэффициент трансформации у него 40.
140/40=3,5А – ток вторичной обмотки при номинальном токе.
5*40/100=2А – минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке.
Как видим 3,5А>2А – требование выполнено.
14/40=0,35А – ток вторичной обмотки при минимальном токе.
5*5/100=0,25А – минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке.
Как видим 0,35А>0,25А – требование выполнено.
140*25/100 – 35А ток при 25%-ной нагрузке.
35/40=0,875 – ток во вторичной нагрузке при 25%-ной нагрузке.
5*10/100=0,5А – минимальный ток вторичной обмотки при 25%-ной нагрузке.
Как видим 0,875А>0,5А – требование выполнено.
Вывод: измерительный трансформатор Т-066 200/5 для нагрузки 140А выбран правильно.
По трансформаторам тока есть еще ГОСТ 7746-2001 (Трансформаторы тока. Общие технические условия), где можно найти классификацию, основные параметры и технические требования.
При выборе трансформаторов тока можно руководствоваться данными таблицы:
Выбор трансформаторов тока по нагрузке