Принцип дії струмового трансформатора. Проектування. Формули для розрахунку (10+)
Трансформатор струму. Принцип дії. Розрахунок
Струмковий трансформатор - вимірювальний пристрійпризначений для вимірювання сили змінного струму. Застосовуються трансформатори струму тоді, коли необхідно виміряти струм великої сили. Токові кліщітакож працюють за принципом трансформатора струму. Є способи виміру постійного струмуза допомогою струмових кліщів, але тут застосовується ефект магнітного підсилювача. Про це буде окрема стаття. Підпишіться на новини, щоби не пропустити. Зараз зупинимося на вимірі змінного струму.
Принцип дії вимірювального трансформатора струму
Трансформатор струму - звичайний трансформатор, тільки включений спеціальним чином та зі спеціальним числом витків в обмотках. Первинна обмотка трансформатора струму зазвичай складається з одного витка, тобто просто дроти, пропущеного через тороїдальний сердечник трансформатора. Саме через цей провід проходить струм, що вимірюється. Іноді, для підвищення точності вимірювань, роблять два витки, тобто пропускають провід через сердечник двічі. Трансформатори струму можуть виконуватися не тільки на тороїдальних сердечниках, а й на інших. У будь-якому випадку провід з вимірюваним проводом повинен утворити повний виток. Для Ш - образного сердечника потрібно пропустити провід в обидва вікна.
На жаль, у статтях періодично зустрічаються помилки, вони виправляються, статті доповнюються, розвиваються, готуються нові. Підпишіться на новини , щоб бути в курсі.
Якщо щось незрозуміло, обов'язково спитайте!
Задати питання. Обговорення статті повідомлень.
[Максимальне значення індукції, Тл] = * [Середнє значення сили струму первинної обмотки, А] * [Магнітна проникність сердечника] * [Кількість витків первинної обмотки] / [Довжина середньої магнітної лінії сердечника, мм] + * [Амплітуда напруги на вторинній обмотці , В] * [Коефіцієнт наповнення] / (2 * [Площа перерізу магнітопроводу, кв. мм] * [Кількість
Скрізь, де потрібен облік електроенергії чи контроль струму захисту лінії від перевантаження.
Одним із основних параметрів трансформатора струму (ТТ) є коефіцієнт трансформації, який найчастіше має позначення 10/5, 30/5, 150/5 або аналогічне. Спробуємо розібратися, що це означає, та як правильно вибрати коефіцієнт трансформації трансформатора струму.
Цікаво! Трансформатор струму за природою є підвищуючим, тому його вторинна обмотка має бути завжди замкнена коротко через амперметр або просто перемичкою. Інакше він згорить або вдарить когось струмом.
Навіщо потрібні трансформатори струму
Електрики, знайомі з електроустаткуванням ~220 В можуть помітити, що квартирні лічильникиелектроенергії підключаються безпосередньо до лінії без використання трансформаторів струму. Однак уже в трифазних мережах трансформаторне підключеннятрапляється частіше, ніж пряме включення. У ланцюгах ПКУ і розподільчих пристроїв 6-10 кВ всі вимірювальні пристрої підключаються через трансформатори струму.
Трансформатор струму призначений для зменшення величини вимірюваного струму та приведення його до стандартного діапазону. Як правило, струм перетворюється до стандартного значення 5 А (рідше - 1 А або 10 А).
Ще одним призначенням трансформаторів струму є створення гальванічної розв'язкиміж вимірюваною та вимірювальною ланцюгами.
Як вибрати трансформатор струму
Максимальний робочий струм первинної обмотки трансформатора визначається потужністю силового трансформаторана знижувальній підстанції.
Наприклад, якщо потужність підстанції 250 кВА, то при номінальній напрузі лінії 10 кВ струм не перевищуватиме 15 А. Значить коефіцієнт трансформації трансформаторів струму повинен бути не менше ніж 3 або, як це часто позначають, 15/5. Використання трансформаторів струму меншого номіналу може призвести до того, що струм у вторинній обмотці значно перевищуватиме задане значення 5 А, що може призвести до істотного зниження точності вимірювань або навіть виходу з ладу лічильника електроенергії.
Отже, мінімальне значення коефіцієнта трансформації ТТ обмежується номінальним струмом лінії.
А чи існують обмеження коефіцієнт трансформації з іншого боку? Чи можна використати, наприклад, замість трансформаторів 15/5 трансформатори 100/5? Так, такі обмеження є.
Якщо використовувати трансформатори струму з непропорційно великим номіналом, то результатом буде занадто малий струм у вторинній обмотці трансформатора, який не зможе вимірювати лічильник електроенергії з необхідною точністю.
Щоб не виробляти щоразу громіздкі математичні обчислення, було вироблено ряд правил щодо вибору коефіцієнта трансформації ТТ. Ці правила зафіксовані в настільній книзі кожного енергетика - в "Правилах улаштування електроустановок" (ПУЕ).
Правила пристрою електроустановок допускають використання трансформаторів струму з коефіцієнтом трансформації вище від номінального. Однак такі трансформатори ПУЕ називають "трансформаторами із завищеним коефіцієнтом трансформації" та обмежують їх використання наступним чином.
1.5.17. Допускається застосування трансформаторів струму із завищеним коефіцієнтом трансформації (за умовами електродинамічної та термічної стійкості або захисту шин), якщо при максимальному навантаженніприєднання струм у вторинній обмотці трансформатора струму становитиме щонайменше 40 % номінального струмулічильника, а при мінімальному робочому навантаженні - не менше 5%.
Оскільки згадане у ПУЕ поняття мінімального робочого навантаження є не дуже зрозумілим, то використовують й інше правило:
Завищеним за коефіцієнтом трансформації слід вважати трансформатор струму, у якого при 25% розрахунковій навантаженні, що приєднується (у нормальному режимі) струм у вторинній обмотці менше 10% номінального струму лічильника.
Таким чином, максимально можливе значення коефіцієнта трансформації трансформаторів струму, що застосовуються, обмежується чутливістю лічильників електроенергії .
Розрахунок мінімального та максимального значення коефіцієнта трансформації
Для розрахунку номіналу трансформатора струму необхідно знати діапазон робочих струмів у первинній обмотці трансформатора.
Мінімальний коефіцієнт трансформації ТТрозраховується, виходячи з максимального робочого струму в лінії. Максимальний робочий струм можна вирахувати, виходячи із загальної потужності споживачів електроенергії, що знаходяться в одній мережі. Але робити ці обчислення немає необхідності, тому що всі розрахунки вже були зроблені раніше під час проектування трансформаторної підстанції. Як правило, номінал силового трансформатора обраний таким, щоб регулярне навантаження не перевищувало номінальну потужність трансформатора, а короткочасне пікове навантаження перевищувало потужність трансформатора не більше ніж на 40%.
Поділивши споживану потужність на номінальну напругу мережі та зменшивши отримане значення на корінь із 3, отримаємо максимальний робочий струм. Відношення максимального робочого струму до номінального струму лічильника електроенергії та дасть мінімальний коефіцієнт трансформації, що шукається.
Наприклад, для підстанції потужністю 250 кВА при номінальній напрузі мережі 10 кВ максимальний робочий струм становитиме близько 15 А. Оскільки короткочасний максимальний робочий струм може досягати 20 А, мінімальний номінал трансформатора струму краще взяти з невеликим запасом - 20/5.
Максимальний коефіцієнт трансформації ТТвизначимо, помноживши мінімальний коефіцієнт трансформації на відношення рівня робочого струму (у відсотках від максимального) до рівня струму у вторинній обмотці трансформатора (також у відсотках від максимального).
Наприклад, мінімальний коефіцієнт трансформації – 15/5, розрахунковий рівень робочого струму – 25% від максимального, струм у вторинній обмотці трансформатора – 10% від номінального струму лічильника. Тоді шуканий мінімальний номінал ТТ - 15/5*25/10, тобто 7,5 або у традиційному записі 37,5/5. Але оскільки ТТ з таким номіналом не випускаються, то потрібно взяти найближче значення - 30/5.
Таким чином, вимоги, що висуваються нормативними документамидо вибору коефіцієнта трансформації вимірювальних трансформаторів струму залишають дуже мало місця для маневру, дозволяючи вибрати трансформатор тільки з двох-трьох близьких номналів
Доброго часу доби, шановні гості та читачі сайту «Нотатки електрика».
Сьогодні ми розглянемо основні характеристики та параметри трансформаторів струму. Ці параметри будуть необхідні нам для правильного виборутрансформаторів струму.
Тож поїхали.
Основні характеристики та параметри трансформаторів струму
1. Номінальна напругатрансформатора струму
Першим основним параметром, звичайно ж, є його номінальна напруга. Під номінальною напругою розуміється діюча величина напруги, коли він може працювати ТТ. Цю напругу можна знайти у паспорті на конкретний трансформатор струму.
Існує стандартний ряд номінальних значень напруги у трансформаторів струму:
Нижче дивіться приклади трансформаторів струму з номінальною напругою 660 (В) та 10 (кВ). Різниця в наявності.
2. Номінальний струм первинного ланцюга трансформатора струму
Номінальний струм первинного ланцюга, чи можна сказати, номінальний первинний струм — це струм, що протікає первинною обмоткою трансформатора струму, при якому передбачена його тривала робота. Значення первинного номінального струму також зазначається у паспорті на конкретний трансформатор струму.
Позначається цей параметр індексом - I1н
Існує стандартний ряд номінальних значень первинних струмів у трансформаторів струму, що випускаються:
Прошу звернути увагу на те, що ТТ із значенням номінального первинного струму 15, 30, 75, 150, 300, 600, 750, 1200, 1500, 3000 та 6000 (А) в обов'язковому порядкуповинні витримувати найбільший робочий первинний струм, що дорівнює відповідно, 16, 32, 80, 160, 320, 630, 800, 1250, 1600, 3200 та 6300 (А). В інших випадках найбільший первинний струм не повинен бути більшим за номінальне значення первинного струму.
Нижче на фото показаний трансформатор струму з номінальним первинним струмом 300 (А).
3. Номінальний струм вторинного ланцюгатрансформатора струму
Ще одним параметром трансформатора струму є номінальний струм вторинного ланцюга, або номінальний вторинний струм - це струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатора струму.
Значення номінального вторинного струму теж відображається в паспорті на трансформатор струму і воно завжди дорівнює 1 (А) або 5 (А).
Позначається цей параметр індексом - I2н
Сам особисто ніколи не зустрічав трансформатори струму з вторинним струмом 1 (А). Також за індивідуальним замовленням можна замовити ТТ з номінальним вторинним струмом 2 (А) або 2,5 (А).
Під вторинним навантаженням трансформатора струму розуміється повний опірйого зовнішнього вторинного ланцюга (амперметри, обмотки, струмові реле, різні струмові перетворювачі). Це значення вимірюється у омах (Ом).
Позначається індексом - Z2н
Також вторинне навантаження трансформатора струму можна виразити через повну потужність, що вимірюється у вольт-амперах (В*А) при певному коефіцієнті потужності та номінальному вторинному струмі.
Якщо сказати точно за визначенням, то вторинне навантаження трансформатора струму - це вторинне навантаження з коефіцієнтом потужності (cos = 0,8), при якому зберігається встановлений класточності трансформатора струму чи гранична кратність первинного струму щодо його номінального значення.
Ось так складно написав, але просто вчитайтесь у текст уважніше і все зрозумієте.
Позначається індексом - S2н.ном
І тут також існує ряд стандартних значень номінального вторинного навантаження трансформаторів струму, виражених через вольт-ампери при cos=0,8:
Щоб виразити ці значення в омах, скористайтеся наступною формулою:
До цього питання ми з Вами ще повернемося. У наступних статтях я покажу Вам як самостійно можна розрахувати вторинне навантаження трансформатора струму наочним прикладомзі свого дипломного проекту. Щоб нічого не пропустити, передплачуйте нові статті з мого сайту. Форму підписки Ви можете знайти після статті або у правій колонці сайту.
5. Коефіцієнт трансформації трансформатора струму
Ще одним із основних параметрів трансформатора струму є коефіцієнт трансформації. Коефіцієнт трансформації трансформатора струму це відношення величини первинного струму до величини вторинного струму.
При розрахунках коефіцієнт трансформації поділяють на:
- дійсний (N)
- номінальний (Nн)
У принципі, їх назви говорять самі за себе.
Справжній коефіцієнт трансформації - це відношення дійсного первинного струму до дійсного вторинному струму. А номінальний коефіцієнт - це відношення номінального первинного струму до номінального вторинного струму.
Ось приклади коефіцієнтів трансформації трансформаторів струму:
- 150/5 (N=30)
- 600/5 (N=120)
- 1000/5 (N=200)
- 100/1 (N=100)
6. Електродинамічна стійкість
Тут відразу потрібно внести ясність, що таке струм електродинамічної стійкості - це максимальне значення амплітуди струму за весь час його протікання, яку трансформатор струму витримує без ушкоджень, що перешкоджають його подальшій справній роботі.
Своїми словами, це здатність трансформатора струму протистояти механічним та руйнівним впливам струму. короткого замикання.
Струм електродинамічної стійкості позначається індексом - Iд.
Є таке поняття як кратність електродинамічної стійкості. Позначається індексом Кді є ставленням струму електродинамічної стійкості Іддо амплітуди номінального первинного струму I1н.
Вимоги електродинамічної стійкості не поширюються на шинні, вбудовані та роз'ємні трансформатори струму. Читайте статтю про . За іншими типами трансформаторів струму дані про струм електродинамічної стійкості можна знайти все в тому ж паспорті.
7. Термічна стійкість
Що таке струм теплової стійкості?
А це максимальне значення струму короткого замикання за проміжок часу t, яке трансформатор струму витримує без нагріву струмопровідних частин до перевищують допустимих температурта без ушкоджень, що перешкоджають подальшій його справній роботі. Так от температура струмопровідних частин трансформатора струму, виконаних з міді не повинна бути більшою за 250 градусів, з алюмінію — 200 градусів.
Струм термічної стійкості позначається індексом - ItТ.
Своїми словами, це здатність трансформатора струму протистояти тепловим впливам струму короткого замикання за певний проміжок часу.
Існує таке поняття як кратність струму термічної стійкості. Позначається індексом Кті є ставленням струму термічної стійкості ItТдо чинного значення номінального первинного струму I1н.
Всі дані про струм термічної стійкості Ви можете знайти в паспорті на трансформатор струму.
Нижче я представляю Вашій увазі скан-копію етикетки на трансформатор струму типу ТШП-0,66-5-0,5-300/5 У3, де вказані всі його основні параметри та характеристики.
P.S. На цьому я завершую свою статтю про основні характеристики та параметри трансформаторів струму. У наступних статтях я розповім Вам про позначення вивідних кінців, принцип роботи трансформатора струму, режими роботи, клас точності та інші цікаві теми.
Правильний вибір ТТ багато в чому визначає точність обліку електроенергії, що споживається, передбачає відповідність їх параметрів і технічних характеристикумов експлуатації.
Тому при виборі ТТ необхідно враховувати:
Номінальна напруга
Очевидно, що воно має бути вищим за максимальну робочу напругу електроустановки, тобто виконуватися умова:
Uном.тт>Umax.еу.
Його значення вибирається з стандартного рядузначень (0,66, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150кВ). Так, для систем обліку в електроустановках 0,4 кВ повинні використовуватися перетворюючий пристрій з Uном = 0,66 кВ.
Номінальний первинний струм
Токовий номінал первинної обмотки, також повинен бути більшим за максимальний робочий струм електроустановки:
I2ном.тт>Imax.еу.
Відповідність номінального струму вторинної обмотки ТТ номінальному струму розрахункового електролічильника
Як згадувалося на початку статті, стандартні існуючі значення I1ном - 1 або 5 А (найпоширенішими є пристрої з I1ном = 5А).
Клас точності ТТ
Даний параметр визначає допустиму похибку за струмом, виражену у відсотках при номінальному вторинному навантаженні. Стандартний ряд класів точності пристроїв: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.
Цифрові значення цього стандартного ряду можуть бути додані літери: Р або S.
Р - символ, що вказує на те, що даний ТТ або його обмотка використовується в системах релейного захисту. Як правило, це трансформатори з класом точності 5Р та 10Р.
S - наявність розширеного діапазону вимірювань ТТ по первинному струму (1% до 120%), у той час як ТТ, які не мають маркування, працюють із заданою похибкою в діапазоні навантажень 5%-120%.
Вибір значення цього параметра визначається вимогами 1.5.16 ПУЕ-7; для систем технічного обліку допускається застосування ТТ із класом точності трохи більше 1,0, для розрахункового (комерційного) нормоване документом значення - трохи більше 0,5.
Допускається застосування ТТ із класом точності 1,0 якщо розрахунковий електролічильникмає клас точності 2,0.
Щоб уникнути перевищення похибки ТТ допустимого для його даного класу точності значення, слід дотримуватись умови, за якої вторинне навантаження Z2 (вимірювальний ланцюг) не перевищуватиме номінальне навантаження Z2ном.
Коефіцієнт трансформації чи відношення величини первинного струму до величини вторинного струму
Відповідно до 1.5.17 Правил допускається застосування ТТ із завищеним значенням цього параметра.
Однак, у таких випадках максимальний струмнавантаження у вторинній обмотці ТТ має становити не менше 40% номіналу електролічильника по струму, а при мінімальному навантаженні визначено мінімум 5%.
I2max≥40%I2ном.тт;
I2min≥5%I2ном.тт.
Дотримання умови термічної стійкості:
I²т∙tтт≥Вкз;
де Вкз=I²к.з∙tрасч (повний тепловий імпульс струму короткого замикання (КЗ), А2∙с;);
I - струм термічної стійкості трансформатора, ∙А;
tтт – номінальний час його термічної стійкості, сік;
Iкз – трифазний струм КЗ (розрахункова величина), кА;
tрасч – розрахунковий час теплового імпульсу, сек.
Дотримання умови електродинамічної стійкості
Iд≥Iу;
де Iу=1,8∙√2∙IКЗ;
Iу – ударний струм, kA;
1,8 – значення коефіцієнта динамічної стійкості.
Рід встановлення
За своєю конструкцією, розрізняють такі види ТТ:
- для відкритої (зовнішньої) установки - призначені для встановлення в ВРП;
- для закритої установки - для закритих розподільних пристроїв;
- вбудовані в ел. апарати та машини;
- накладні – з можливістю монтажу на прохідні ізолятори;
- переносні (призначені для використання у вимірах та лабораторних випробуваннях).
Вибір трансформаторів струму для електролічильника 0,4 кВ
Облік електроенергії зі споживаним струмом понад 100А виконується лічильниками трансформаторного включення, які підключаються до вимірюваного навантаження через вимірювальні трансформатори. Розглянемо основні характеристики трансформаторів струму.
1 Номінальна напруга трансформатора струму.
Лічильники з пультомЛічильники з пультом дистанційного керування
Пломби, захисні голограми, документи, все у бездоганному вигляді. Додаткове обладнання: таймери для автоматичного керуваннялічильниками, автомати на 63А у корпусі 25А, додаткові пульти.
NaPulte.com – лічильники з пультом.
У нашому випадку вимірювальний трансформатор має бути на 0,66 кв.
2 Клас точності.
Клас точності вимірювальних трансформаторів струму визначається призначенням електролічильника. Для комерційного обліку клас точності має бути 0,5S, для технічного обліку допускається – 1,0.
3 Номінальний струм вторинної обмотки.
Зазвичай 5А.
4 Номінальний струм первинної обмотки.
Ось цей параметр для проектувальників найбільш важливий. Зараз розглянемо вимоги щодо вибору номінального струму первинної обмотки вимірювального трансформатора. Номінальний струм первинної обмотки визначає коефіцієнт трансформації.
Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора – відношення номінального струму первинної обмотки до номінального струму вторинної обмотки.
Коефіцієнт трансформації слід вибирати за розрахункове навантаженняз урахуванням роботи в аварійному режимі. Відповідно до ПУЕ допускається застосування трансформаторів струму із завищеним коефіцієнтом трансформації:
1.5.17. Допускається застосування трансформаторів струму із завищеним коефіцієнтом трансформації (за умовами електродинамічної та термічної стійкості або захисту шин), якщо при максимальному навантаженні приєднання струм у вторинній обмотці трансформатора струму становитиме не менше 40 % номінального струму лічильника, а при мінімальному робочому навантаженні - не менше 5 %.
У літературі можна зустріти ще вимоги щодо вибору трансформаторів струму. Так завищеним за коефіцієнтом трансформації слід вважати той трансформатор струму, у якого при 25%-ной розрахунковій навантаженні, що приєднується (у нормальному режимі) струм у вторинній обмотці буде менше 10% номінального струму лічильника.
А зараз згадаємо математику та розглянемо на прикладі дані вимоги.
Нехай електроустановка споживає струм 140А (мінімальне навантаження 14А). Виберемо вимірювальний трансформатор струму для лічильника.
Виконаємо перевірку вимірювального трансформатора Т-066 200/5. Коефіцієнт трансформації в нього 40.
140/40=3,5А – струм вторинної обмотки за номінального струму.
5*40/100=2А – мінімальний струм вторинної обмотки за номінального навантаження.
Як бачимо 3,5А>2А - вимога виконана.
14/40 = 0,35А - Струм вторинної обмотки при мінімальному струмі.
5*5/100=0,25А – мінімальний струм вторинної обмотки за мінімального навантаження.
Як бачимо 0,35А>0,25А - вимога виконана.
140*25/100 – 35А струм при 25%-ному навантаженні.
35/40 = 0,875 - струм у вторинному навантаженні при 25% навантаженні.
5*10/100=0,5А – мінімальний струм вторинної обмотки при 25% навантаженні.
Як бачимо 0,875А>0,5А - вимога виконана.
Висновок: вимірювальний трансформатор Т-066 200/5 для навантаження 140А обраний правильно.
По трансформаторам струму є ГОСТ 7746-2001 (Трансформатори струму. Загальні технічні умови), де можна знайти класифікацію, основні параметри та технічні вимоги.
При виборі трансформаторів струму можна керуватися даними таблиці:
Вибір трансформаторів струму з навантаження