Princip delovanja tokovni transformator. Oblikovanje. Formule za izračun (10+)
Tokovni transformator. Princip delovanja. Izračun
Tokovni transformator - meter, namenjen merjenju sile AC. Tokovni transformatorji se uporabljajo, kadar je potrebno meriti velik tok. Tokovne klešče deluje tudi na principu tokovnega transformatorja. Obstajajo načini za merjenje DC z uporabo tokovnih klešč, tukaj pa se uporablja učinek magnetnega ojačevalnika. O tem bo ločen članek. Naročite se na novice, da jih ne zamudite. Zdaj pa se osredotočimo na merjenje izmeničnega toka.
Princip delovanja merilnega tokovnega transformatorja
Tokovni transformator je navaden transformator, le povezan na poseben način in s posebnim številom ovojev v navitjih. Primarno navitje tokovnega transformatorja je običajno sestavljeno iz enega obrata, to je preprosto žice, ki poteka skozi toroidno jedro transformatorja. Skozi to žico teče izmerjeni tok. Včasih se za povečanje natančnosti meritev naredita dva zavoja, to je, da se žica dvakrat prepelje skozi jedro. Tokovni transformatorji so lahko izdelani ne samo na toroidnih jedrih, ampak tudi na drugih. V vsakem primeru mora žica z žico, ki se meri, tvoriti polni obrat. Za jedro v obliki črke W morate žico napeljati skozi obe okni.
Na žalost se v člankih občasno pojavljajo napake, ki jih popravljamo, članke dopolnjujemo, razvijamo in pripravljamo nove. Naročite se na novice, da boste obveščeni.
Če kaj ni jasno, obvezno vprašajte!
Postavite vprašanje. Razprava o članku. sporočila.
[Maksimalna vrednost indukcije, T] = * [Povprečna vrednost toka primarnega navitja, A] * [Magnetna prepustnost jedra] * [Število ovojev primarnega navitja] / [Dolžina povprečne magnetne črte jedra, mm] + * [Amplituda napetosti na sekundarnem navitju, V] * [Faktor polnjenja] / (2 * [Površina preseka magnetnega jedra, sq. mm] * [Količina
Povsod, kjer je potrebno merjenje električne energije ali nadzor toka za zaščito voda pred preobremenitvijo.
Eden glavnih parametrov tokovnega transformatorja (CT) je transformacijsko razmerje, ki ga najpogosteje označujemo z 10/5, 30/5, 150/5 ali podobno. Poskusimo ugotoviti, kaj to pomeni in kako izbrati pravilno razmerje transformacije tokovnega transformatorja.
zanimivo! Tokovni transformator je stopnjevalne narave, zato je treba njegovo sekundarno navitje vedno kratko skleniti z ampermetrom ali preprosto z mostičkom. V nasprotnem primeru bo pregorelo ali koga šokiralo.
Zakaj so potrebni tokovni transformatorji?
Električarji, ki poznajo električno opremo 220 V, bodo to morda opazili stanovanjski števci elektrike priključite neposredno na vod brez uporabe tokovnih transformatorjev. Vendar že v trifazna omrežja transformatorski priključek pojavlja pogosteje kot neposredna vključitev. V tokokrogih PKU in razdelilnih naprav 6-10 kV so vse merilne naprave povezane preko tokovnih transformatorjev.
Tokovni transformator je zasnovan tako, da zmanjša velikost izmerjenega toka in ga pripelje v standardno območje. Praviloma se tok pretvori v standardno vrednost 5 A (manj pogosto - 1 A ali 10 A).
Drugi namen tokovnih transformatorjev je ustvarjanje galvanska izolacija med izmerjenimi in merilnimi vezji.
Kako izbrati tokovni transformator
Največji obratovalni tok primarnega navitja transformatorja je določen z močjo močnostni transformator na padajoči transformatorski postaji.
Na primer, če je moč transformatorske postaje 250 kVA, potem pri nazivni omrežni napetosti 10 kV tok ne bo presegel 15 A. To pomeni, da mora biti razmerje transformacije tokovnih transformatorjev vsaj 3 ali, kot se pogosto omenja, 15/5. Uporaba podcenjenih tokovnih transformatorjev lahko povzroči, da sekundarni tok znatno preseže navedeno vrednost 5 A, kar lahko privede do občutnega zmanjšanja merilne natančnosti ali celo do okvare števca električne energije.
Tako je najmanjša vrednost transformacijskega razmerja CT omejena z nazivnim linijskim tokom.
Ali obstajajo kakšne omejitve glede transformacijskega razmerja na drugi strani? Ali je mogoče uporabiti npr. transformatorje 100/5 namesto transformatorjev 15/5? Da, takšne omejitve obstajajo.
Če uporabimo tokovne transformatorje z nesorazmerno visoko močjo, bo posledica premajhen tok v sekundarnem navitju transformatorja, ki ga števec električne energije ne bo mogel izmeriti z zahtevano natančnostjo.
Da ne bi vsakič izdelovali obsežnih matematični izračuni, so bila razvita številna pravila za izbiro razmerja transformacije CT. Ta pravila so zapisana v priročniku vsakega inženirja energetike - v "Pravilih za gradnjo električnih inštalacij" (PUE).
Pravila za električno napeljavo dovoljujejo uporabo tokovnih transformatorjev s transformacijskim razmerjem, višjim od nazivnega. Vendar se takšni transformatorji PUE imenujejo "transformatorji s precenjenim transformacijskim razmerjem" in njihova uporaba je omejena na naslednji način.
1.5.17. Dovoljena je uporaba tokovnih transformatorjev s povečanim razmerjem transformacije (glede na pogoje elektrodinamične in toplotne upornosti ali zaščite zbiralke), če največja obremenitev priključek bo tok v sekundarnem navitju tokovnega transformatorja vsaj 40% nazivni tokštevec in pri minimalni obremenitvi - najmanj 5%.
Ker koncept minimalne delovne obremenitve, omenjen v PUE, ni zelo jasen, se uporablja drugo pravilo:
Šteje se, da je tokovni transformator precenjen glede na razmerje transformacije, če je pri 25% nazivne priključne moči (v normalnem načinu) tok v sekundarnem navitju manjši od 10% nazivnega toka števca.
Tako je največja možna vrednost transformacijskega razmerja uporabljenih tokovnih transformatorjev omejena z občutljivostjo števcev električne energije.
Izračun najmanjše in največje vrednosti transformacijskega razmerja
Za izračun nazivne vrednosti tokovnega transformatorja je potrebno poznati razpon delovnih tokov v primarnem navitju transformatorja.
Najmanjše razmerje transformacije CT izračunano na podlagi največjega delovnega toka v liniji. Največji obratovalni tok je mogoče izračunati na podlagi skupne moči porabnikov električne energije, ki se nahajajo v istem omrežju. Vendar teh izračunov ni treba narediti, saj so bili vsi izračuni opravljeni že prej med načrtovanjem transformatorska postaja. Praviloma je nazivna moč transformatorja izbrana tako, da redna obremenitev ne presega nazivne moči transformatorja, kratkotrajna konična obremenitev pa ne presega moči transformatorja za največ 40%.
Če porabo električne energije delimo z nazivno omrežno napetostjo in dobljeno vrednost zmanjšamo za koren iz 3, dobimo največji delovni tok. Razmerje med največjim delovnim tokom in nazivnim tokom števca električne energije bo dalo zahtevano minimalno razmerje transformacije.
Na primer, za transformatorsko postajo z zmogljivostjo 250 kVA z nazivno omrežno napetostjo 10 kV bo največji obratovalni tok približno 15 A. Ker lahko kratkoročni največji obratovalni tok doseže 20 A, je bolje vzeti minimalna ocena tokovnega transformatorja z majhno rezervo - 20/5.
Največje transformacijsko razmerje CT določite tako, da pomnožite minimalno transformacijsko razmerje z razmerjem ravni obratovalnega toka (kot odstotek maksimuma) in trenutnega nivoja v sekundarnem navitju transformatorja (prav tako kot odstotek maksimuma).
Na primer, minimalno razmerje transformacije je 15/5, izračunana stopnja delovnega toka je 25% največje, tok v sekundarnem navitju transformatorja je 10% nazivnega toka števca. Potem je zahtevana najmanjša ocena CT 15/5 * 25/10, to je 7,5 ali v tradicionalnem zapisu 37,5/5. Ker pa CT s tem poimenovanjem niso proizvedeni, morate vzeti najbližjo vrednost - 30/5.
Torej, zahteve regulativni dokumenti glede izbire transformacijskega razmerja merilnih tokovnih transformatorjev puščajo zelo malo manevrskega prostora, kar vam omogoča izbiro transformatorja le med dvema ali tremi bližnjimi nazivnimi vrednostmi.
Dober dan, dragi gostje in bralci spletnega mesta Električarjevi zapiski.
Danes si bomo ogledali glavne značilnosti in parametre tokovnih transformatorjev. Te parametre bomo potrebovali za prava izbira tokovni transformatorji.
Torej, gremo.
Glavne značilnosti in parametri tokovnih transformatorjev
1. Nazivna napetost tokovni transformator
Prvi glavni parameter je seveda nazivna napetost. Nazivna napetost se nanaša na vrednost efektivne napetosti, pri kateri lahko CT deluje. To napetost lahko najdete v podatkovnem listu za določen tokovni transformator.
Za tokovne transformatorje obstaja standardno območje nazivne napetosti:
Spodaj si oglejte primere tokovnih transformatorjev z nazivnimi napetostmi 660 (V) in 10 (kV). Razlika je očitna.
2. Nazivni tok primarnega tokokroga tokovnega transformatorja
Nazivni tok primarnega tokokroga ali lahko rečemo nazivni primarni tok je tok, ki teče skozi primarno navitje tokovnega transformatorja, pri katerem je zagotovljeno njegovo dolgotrajno delovanje. Vrednost primarnega nazivnega toka je navedena tudi v potnem listu za določen tokovni transformator.
Ta parameter je označen z indeksom - I1н
Obstaja standardno območje nazivnih vrednosti primarnih tokov za proizvedene tokovne transformatorje:
Upoštevajte, da je CT z nominalno vrednostjo primarni tok 15, 30, 75, 150, 300, 600, 750, 1200, 1500, 3000 in 6000 (A) obvezno mora prenesti najvišji delovni primarni tok, ki je enak 16, 32, 80, 160, 320, 630, 800, 1250, 1600, 3200 in 6300 (A). V drugih primerih največji primarni tok ne sme biti večji od nazivne vrednosti primarnega toka.
Spodnja fotografija prikazuje tokovni transformator z nazivnim primarnim tokom 300 (A).
3. Nazivni tok sekundarno vezje tokovni transformator
Drug parameter tokovnega transformatorja je nazivni sekundarni tok ali nazivni sekundarni tok je tok, ki teče skozi sekundarno navitje tokovnega transformatorja.
Vrednost nazivnega sekundarnega toka je prikazana tudi v potnem listu za tokovni transformator in je vedno enaka 1 (A) ali 5 (A).
Ta parameter je označen z indeksom - I2н
Osebno še nisem videl tokovnih transformatorjev s sekundarnim tokom 1 (A). Prav tako lahko po individualnem naročilu naročite CT z nazivnim sekundarnim tokom 2 (A) ali 2,5 (A).
Sekundarna obremenitev tokovnega transformatorja pomeni impedanca njegov zunanji sekundarni krog (ampermetri, navitja, tokovni releji, različni pretvorniki toka). Ta vrednost se meri v ohmih (ohm).
Označeno z indeksom - Z2н
Tudi sekundarna obremenitev tokovnega transformatorja se lahko izrazi skozi polna moč, merjeno v volt-amperih (VA) pri določenem faktorju moči in nazivnem sekundarnem toku.
Če smo natančni po definiciji, je sekundarna obremenitev tokovnega transformatorja sekundarna obremenitev s faktorjem moči (cos = 0,8), pri katerem nameščen razred točnost tokovnega transformatorja ali največji večkratnik primarnega toka glede na njegovo nazivno vrednost.
Tako težko je pisati, ampak samo pozorneje preberite besedilo in vse vam bo jasno.
Označeno z indeksom - S2n.nom
Tudi tukaj obstaja več standardnih vrednosti za nazivno sekundarno obremenitev tokovnih transformatorjev, izraženo v volt-amperih pri cos = 0,8:
Za izražanje teh vrednosti v ohmih uporabite naslednjo formulo:
K temu vprašanju se bomo vrnili pozneje. V naslednjih člankih vam bom pokazal, kako lahko samostojno izračunate sekundarno obremenitev tokovnega transformatorja jasen primer iz moje diplomske naloge. Da ničesar ne zamudite, se naročite na nove članke na mojem spletnem mestu. Obrazec za naročnino najdete za člankom ali v desnem stolpcu spletnega mesta.
5. Razmerje tokovnega transformatorja
Drugi glavni parameter tokovnega transformatorja je razmerje transformacije. Transformacijsko razmerje tokovnega transformatorja je razmerje med primarnim in sekundarnim tokom.
Pri izračunu se koeficient transformacije razdeli na:
- resnično (N)
- nominalno (Nн)
Načeloma njihova imena govorijo sama zase.
Dejansko razmerje transformacije je razmerje med dejanskim primarnim tokom in dejanskim sekundarni tok. In nazivni koeficient je razmerje med nazivnim primarnim tokom in nazivnim sekundarnim tokom.
Tukaj so primeri transformacijskih razmerij tokovnih transformatorjev:
- 150/5 (N=30)
- 600/5 (N=120)
- 1000/5 (N=200)
- 100/1 (N=100)
6. Elektrodinamični upor
Tukaj moramo takoj pojasniti, kaj je tok elektrodinamičnega upora - to je največja vrednost amplitude toka za celotno trajanje njegovega toka, ki jo tokovni transformator lahko prenese brez poškodb, ki onemogočajo njegovo nadaljnje pravilno delovanje.
Z drugimi besedami, to je sposobnost tokovnega transformatorja, da prenese mehanske in uničujoče učinke toka. kratek stik.
Elektrodinamični uporni tok je označen z indeksom - Id.
Obstaja več elektrodinamičnih uporov. Označeno z indeksom CD in je razmerje trenutnega elektrodinamičnega upora ID na amplitudo nazivnega primarnega toka I1н.
Zahteve glede elektrodinamične odpornosti ne veljajo za zbiralke, vgrajene in ločljive tokovne transformatorje. Preberite članek o. Za druge vrste tokovnih transformatorjev so podatki o elektrodinamičnem upornem toku v istem potnem listu.
7. Toplotna odpornost
Kaj je toplotni tok?
In to je največja efektivna vrednost toka kratkega stika za časovno obdobje t, ki jo tokovni transformator lahko prenese brez segrevanja tokovnih delov do prekoračitve dopustne temperature in brez poškodb, ki bi onemogočale njegovo nadaljnje pravilno delovanje. Torej temperatura tokovnih delov tokovnega transformatorja iz bakra ne sme biti višja od 250 stopinj, iz aluminija - 200.
Tok toplotnega upora je označen z indeksom - ItТ.
Z drugimi besedami, to je sposobnost tokovnega transformatorja, da prenese toplotne učinke toka kratkega stika v določenem časovnem obdobju.
Obstaja nekaj takega, kot je večkratnost toka termičnega upora. Označeno z indeksom CT in je razmerje toplotnega upornega toka ToT na efektivno vrednost nazivnega primarnega toka I1н.
Vse podatke o toplotnem uporovnem toku najdete v podatkovnem listu za tokovni transformator.
Spodaj vam predstavljam skenirano kopijo nalepke za tokovni transformator tipa TShP-0,66-5-0,5-300/5 U3, kjer so navedeni vsi njegovi zgoraj navedeni glavni parametri in značilnosti.
P.S. S tem zaključujem svoj članek o glavnih značilnostih in parametrih tokovnih transformatorjev. V naslednjih člankih vam bom povedal o označevanju izhodnih koncev, principu delovanja tokovnega transformatorja, načinih delovanja, razredu točnosti in drugih zanimivih temah.
Pravilna izbira CT v veliki meri določa natančnost merjenja porabljene električne energije, kar pomeni skladnost njihovih parametrov in tehnične lastnosti pogoji delovanja.
Zato je treba pri izbiri CT upoštevati:
Nazivna napetost
Očitno mora biti višja od maksimalne obratovalne napetosti električne napeljave, to pomeni, da mora biti izpolnjen naslednji pogoj:
Unom.tt>Umax.eu .
Njegova vrednost je izbrana iz standardni obseg vrednosti (0,66, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 kV). Tako je treba za merilne sisteme v električnih instalacijah 0,4 kV uporabiti pretvornik z Unom = 0,66 kV.
Nazivni primarni tok
Nazivni tok primarnega navitja mora biti tudi večji od največjega delovnega toka električne napeljave:
I2nom.tt>Imax.eu.
Skladnost nazivnega toka sekundarnega navitja CT z nazivnim tokom izračunanega električnega števca
Kot je bilo omenjeno na samem začetku članka, so standardne obstoječe vrednosti I1nom 1 ali 5 A (najpogostejše so naprave z I1nom = 5A).
Razred točnosti TT
Ta parameter določa dovoljeno tokovno napako, izraženo v odstotkih, pri nazivni sekundarni obremenitvi. Standardni obseg razredov točnosti naprave: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.
Digitalnim vrednostim te standardne serije je mogoče dodati črke P ali S.
P je simbol, ki označuje, da se ta CT ali njegovo navitje uporablja v sistemih relejne zaščite. Praviloma so to transformatorji z razredi točnosti 5P in 10P.
S - prisotnost razširjenega obsega meritev CT za primarni tok (1% do 120%), medtem ko CT, ki nimajo te oznake, delujejo z določeno napako v območju obremenitve 5% -120%.
Izbira vrednosti tega parametra je določena z zahtevami klavzule 1.5.16 PUE-7; za tehnične računovodske sisteme je dovoljeno uporabljati CT z razredom točnosti največ 1,0, za izračunano (komercialno) vrednost, normalizirano z dokumentom - ne več kot 0,5.
Dovoljeno je uporabljati CT z razredom točnosti 1.0, če obračunski števec električne energije ima razred točnosti 2,0.
Da bi se izognili prekoračitvi dovoljene vrednosti napake CT za njegov dani razred točnosti, mora biti izpolnjen pogoj, da sekundarna obremenitev Z2 (merilno vezje) ne preseže nazivne obremenitve Z2nom.
Transformacijsko razmerje ali razmerje med primarnim in sekundarnim tokom
V skladu s 1.5.17 Pravil je dovoljena uporaba CT s precenjeno vrednostjo tega parametra.
Vendar pa v takih primerih največji tok obremenitev v sekundarnem navitju CT mora biti najmanj 40% trenutne vrednosti električnega števca, pri najmanjši obremenitvi pa je določena najmanj 5%.
I2max≥40%I2nom.tt;
I2min≥5%I2nom.t.
Skladnost s pogoji toplotne stabilnosti:
I²t∙ttt≥Vkz;
kjer je Vkz=I²s.s∙tcalc (skupni toplotni impulz kratkostičnega toka (SC), A2∙s;);
I - toplotni uporni tok transformatorja, k∙A;
ttt je nazivni čas njegove toplotne stabilnosti, s;
Is - trifazni tok kratkega stika (izračunana vrednost), kA;
tcalc - ocenjeni čas toplotnega impulza, sek.
Skladnost s pogoji elektrodinamične odpornosti
Id≥Iу;
kjer je Iу=1,8∙√2∙IКЗ;
Iу - udarni tok, kA;
1,8 - vrednost koeficienta dinamične stabilnosti.
Vrsta namestitve
Glede na njihovo zasnovo ločimo naslednje vrste CT:
- za odprto (zunanjo) montažo - namenjeno za vgradnjo v zunanje stikalne naprave;
- za zaprto namestitev - za zaprte stikalne naprave;
- vgrajen v el. aparati in stroji;
- nadzemni - z možnostjo montaže na puše;
- prenosni (namenjen za uporabo pri meritvah in laboratorijskih testih).
Izbira tokovnih transformatorjev za električni števec 0,4 kV
Merjenje električne energije s tokovno porabo nad 100A se izvaja s števci transformatorski priključek, ki so preko merilnih transformatorjev priključeni na merjeno breme. Razmislimo o glavnih značilnostih tokovnih transformatorjev.
1 Nazivna tokovna napetost transformatorja.
Števci z daljinskim upravljanjem Števci z daljinskim upravljanjem daljinski upravljalnik
Pečati, varnostni hologrami, dokumenti, vse je v brezhibnem stanju. Dodatna oprema: časovniki za avtomatsko krmiljenještevci, odklopniki 63A v ohišju 25A, dodatni daljinci.
NaPulte.com - števci z daljinskim upravljanjem.
V našem primeru naj bo merilni transformator 0,66 kV.
2 Razred točnosti.
Razred točnosti merilnih tokovnih transformatorjev je določen z namenom električnega števca. Za komercialno računovodstvo mora biti razred točnosti 0,5S, za tehnično računovodstvo je dovoljen 1,0.
3 Nazivni tok sekundarnega navitja.
Ponavadi 5A.
4 Nazivni tok primarnega navitja.
Ta parameter je najpomembnejši za oblikovalce. Zdaj bomo preučili zahteve za izbiro nazivnega toka primarnega navitja instrumentnega transformatorja. Nazivni tok primarnega navitja določa razmerje transformacije.
Transformacijsko razmerje instrumentnega transformatorja je razmerje med nazivnim tokom primarnega navitja in nazivnim tokom sekundarnega navitja.
Razmerje transformacije je treba izbrati glede na projektna obremenitev ob upoštevanju dela v zasilni način. V skladu s PUE je dovoljena uporaba tokovnih transformatorjev s povečanim razmerjem transformacije:
1.5.17. Dovoljena je uporaba tokovnih transformatorjev s povečanim razmerjem transformacije (glede na pogoje elektrodinamične in toplotne upornosti ali zaščite zbiralke), če je pri največji obremenitvi priključka tok v sekundarnem navitju tokovnega transformatorja najmanj 40% nazivnega toka števca in pri najmanjši delovni obremenitvi - najmanj 5%.
V literaturi lahko najdete tudi zahteve za izbiro tokovnih transformatorjev. Torej je treba tokovni transformator šteti za precenjenega glede na razmerje transformacije, če bo pri 25% izračunane priključne obremenitve (v normalnem načinu) tok v sekundarnem navitju manjši od 10% nazivnega toka števca.
Zdaj pa se spomnimo matematike in poglejmo te zahteve na primeru.
Električna napeljava naj porabi tok 140A (minimalna obremenitev 14A). Za merilnik izberimo merilni tokovni transformator.
Preverimo merilni transformator T-066 200/5. Njegov koeficient transformacije je 40.
140/40=3,5A – tok sekundarnega navitja pri nazivnem toku.
5*40/100=2A – najmanjši tok sekundarnega navitja pri nazivni obremenitvi.
Kot lahko vidite 3,5A>2A – zahteva je izpolnjena.
14/40=0,35A – tok sekundarnega navitja pri minimalnem toku.
5*5/100=0,25A – najmanjši tok sekundarnega navitja pri najmanjši obremenitvi.
Kot lahko vidite 0,35A>0,25A – zahteva je izpolnjena.
140*25/100 – 35A tok pri 25% obremenitvi.
35/40=0,875 – tok v sekundarni obremenitvi pri 25% obremenitvi.
5*10/100=0,5A – najmanjši tok sekundarnega navitja pri 25% obremenitvi.
Kot lahko vidite, 0,875A>0,5A – zahteva je izpolnjena.
Zaključek: merilni transformator T-066 200/5 za obremenitev 140A je pravilno izbran.
Za tokovne transformatorje obstaja tudi GOST 7746-2001 (Tokovni transformatorji. Splošno tehnične specifikacije), kjer lahko najdete klasifikacijo, glavne parametre in tehnične zahteve.
Pri izbiri tokovnih transformatorjev vas lahko vodijo podatki v tabeli:
Izbira tokovnih transformatorjev glede na obremenitev