Для чего нужен измерительный трансформатор тока
Измерительный трансформатор тока. Что это и зачем он нужен?
Введение
Одновременно с входом в нашу жизнь электричества остро встали некоторые вопросы, тесно связанные с его эксплуатацией. Одним из них стал вопрос организации токовой защиты цепи. Появилась необходимость в разделении силовых цепей и цепей защиты, а также в создании и организации сложных защит, которые невозможно собрать, используя аппараты только в силовых цепях.
Дело в том, что защита электропроводки в обычных квартирах сводится к применению автоматических выключателей или предохранителей, а защита от поражения электрическим током — к применению УЗО или АВДТ. Вышеперечисленные аппараты встраиваются непосредственно в защищаемую цепь и, как правило, не имеют дистанционных органов управления.
В сетях с более высокими мощностями и токами, где уже требуется релейная защита, работающая по определенным алгоритмам, (например, АПВ — автоматическое повторное включение) требуется организовать питание целого ряда устройств и реле цепей защиты. Для этого применяется трансформатор тока — электротехническое устройство, предназначенное для уменьшения первичного тока (тока измеряемой рабочей цепи) до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, находящихся во вторничной цепи. К нему подключаются следующие устройства: амперметры, преобразователи тока, обмотки токовых реле, счетчиков, ваттметров и другие.
Технические характеристики и режим работы
Основным параметром трансформатора тока является его коэффициент трансформации, то есть кратность первичного тока ко вторичному. Ряд первичных токов включает следующие значения: 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000 (А).
С целью унификации и стандартизации всего выпускаемого измерительного и защитного оборудования существует стандартная величина вторичного тока — это 5 А. Соответственно, коэффициент трансформации определяется так: Kт= 400/5= 80.
Трансформатор тока работает в режиме близкому к короткому замыканию, т.к. сумма сопротивлений последовательно подключенных приборов защиты не превышает несколько десятых долей Ом.
Не менее важной задачей, которую как раз и решает трансформатор тока (ТТ) является отделение вторичных цепей измерения и защиты от силовых цепей высокого напряжения и, следовательно, обеспечение безопасности работы с устройствами измерения и защиты.
Применение
Кроме основных задач, описанных выше, трансформаторы тока применяются при косвенном подключении счетчиков электрической энергии. Это обусловлено тем, что счетчики при прямом включении в сеть с большими рабочими токами выйдут из строя. Поэтому возникает необходимость в снижении измеряемых рабочих токов до приемлемых величин, например, до стандартных 5 Ампер.
Современный рынок предлагает решения совместимые как с проводами, так и с шинами.
Важное замечание
Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока не допускается при протекании рабочих токов в первичной обмотке. При разомкнутой вторичной цепи ТТ ЭДС может достигать 1000 В и более, что крайне опасно для обслуживающего персонала. Поэтому при замене аппарата, включенного в цепь трансформатора тока, необходимо сначала замкнуть накоротко (шунтировать) измерительную обмотку ТТ, а затем производить отключение вышедшего из строя прибора. Поэтому измерительную (вторичную) обмотку трансформатора тока необходимо заземлить для исключения появления высокого напряжения на выводах И1 И2.
Трансформаторы тока выполняют не только важные задачи отделения защитных цепей от силовых и унификации оборудования, но и применяются при подключении счетчиков электроэнергии в сетях с большими рабочими токами, где прямое включение невозможно.
Что такое трансформатор тока, его конструкция и принцип работы
Для нормального функционирования устройств обеспечивающих релейную защиту высоковольтных ЛЭП, требуется контролировать параметры электрической линии. Снимать показания с высоковольтных проводов напрямую – опасно и не эффективно. Режим работы обычного трансформатора не позволяет контролировать изменение тока. Решает эту проблему трансформатор тока, у которого показатели вторичной цепи изменяются пропорционально величине тока первичной обмотки.
Конструкция и принцип действия
Внешний вид типичного трансформатора тока представлен на рисунке 1. Характерным признаком этих моделей является наличие у них диэлектрического корпуса. Формы корпусов могут быть разными – от прямоугольных до цилиндрических. В некоторых конструкциях отсутствуют проходные шины в центре корпуса. Вместо них проделано отверстие для обхвата провода, который выполняет функции первичной обмотки.
Рис. 1. Трансформатор тока
Материалы диэлектриков выбирают в зависимости от величины напряжений, для которых предназначено устройство и от условий его эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергетических систем изготавливают мощные ТТ с керамическими корпусами цилиндрической формы (см. рис. 2).
Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока
Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см. рис. 3). Резистор необходим для того, чтобы не допускать работы в режиме без вторичных нагрузок. Функционирование трансформатор тока с ненагруженными вторичными обмотками недопустимо из-за сильного нагревания (вплоть до разрушения) магнитопровода.
Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока
В отличие от трансформаторов напряжения, ТТ оснащены только одним витком первичной обмотки (см. рис. 4). Этим витком часто является шина, проходящая сквозь кольцо сердечника с намотанными на него вторичными обмотками (см. рис. 5).
Рис. 4. Схематическое изображение ТТ 
Рис. 5. Устройство ТТ
Иногда в роли первичной обмотки выступает проводник электрической цепи. Для этого конструкция сердечника позволяет применить шарнирное соединение частей трансформатора для обхвата провода (см. рис. 6).
Сердечники трансформаторов выполняются способом шихтования кремнистой стали. В моделях высокого класса точности сердечники изготовляют из материалов на основе нанокристаллических сплавов.
Принцип действия.
Основная задача токовых трансформаторов понизить (повысить) значение тока до приемлемой величины. Принцип действия основан на свойствах трансформации переменного электрического тока. Возникающий переменный магнитный поток улавливается магнитопроводом, перпендикулярным направлению первичного тока. Этот поток создается переменным током первичной катушки и наводит ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки начинает протекать электрический ток по вторичной цепи.
Поскольку ток во вторичной катушке обратно пропорционален количеству витков в ней, то путем увеличения (уменьшения) коэффициента трансформации, зависящего от соотношения числа витков в обмотках, можно добиться нужного значения выходного тока.
На практике, чаще всего, эту величину устанавливают подбором количества витков во вторичной обмотке, делая первичную обмотку одновитковой.
Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определять параметры величин в первичной цепи. Численно эта величина во вторичной катушке равна произведению реального значения тока на номинальный коэффициент трансформации.
В идеале I1 = kI2 = I2W2/W1. С учетом того, что W1 = 1 (один виток) I1 = I2W2 = kI2. Эти несложные вычисления можно заложить в программу электронного измерителя.
Рис. 7. Принцип действия трансформатора тока
На рисунке 7 не показан нагрузочный резистор. При измерениях необходимо учитывать и его влияние. Все допустимые погрешности в измерениях отображает класс точности ТТ.
Классификация
Семейство трансформаторов тока классифицируют по нескольким признакам.
Трансформаторы тока можно классифицировать и по другим признакам, например, по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.
Расшифровка маркировки
Каждому типу трансформаторов присваиваются буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:
Схемы подключения
Первичные катушки трансформаторов тока включаются в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения измерительных приборов или используются системами релейной защиты.
Во вторичную цепь включаются выводы измерительных приборов и устройства релейной защиты. С целью обеспечения безопасности, сердечник магнитопровода и один из зажимов вторичной катушки должны заземляться.
При подключении трехфазных счетчиков, в сетях с изолированной нейтралью обмотки трансформатора соединяются по схеме «Неполная звезда». При наличии нулевого провода применяется схема полной звезды.
Выводы трансформаторов маркируются. Для первичной обмотки применяются обозначения Л1 и Л2, а для вторичной – И1 и И2. При подключении измерительных приборов следует соблюдать полярность обмоток.
Схема «неполная звезда» применяется для двухфазного соединения.
В дифференциальных защитах, используемых в силовых трансформаторах, обмотки включаются треугольником.
Основные схемы подключения:
Технические параметры
Очень важной характеристикой трансформатора тока является класс точности. Этот параметр характеризует погрешность измерения, то есть показывает, на сколько номинальный (идеальный) коэффициент трансформации отличается от реального.
Коэффициент трансформации
Так как в реальном коэффициенте трансформации присутствует синфазная и квадратурная составляющая, то значения коэффициента всегда отличаются от номинального. Разницу (погрешность) необходимо учитывать при измерениях. На результаты измерений влияют также угловые погрешности.
У всех ТТ погрешность отрицательна, так как у них всегда присутствуют потери от намагничивания и нагревания токовых катушек. С целью устранения отрицательного знака погрешности, для смещения параметров трансформации в положительную сторону, применяют витковую коррекцию. Поэтому в откорректированных устройствах привычная формула для вычислений не работает. Поэтому коэффициенты трансформации в таких аппаратах производители определяют опытным путем и указывают их в техпаспорте.
Класс точности
Токовые погрешности искажают точность измерения электрического тока. Поэтому для измерительных трансформаторов высокие требования к классу точности:
Трансформатор может находиться в пределах заявленного класса точности, только если сопротивление максимальной нагрузки не превышает номинального, а ток в первичной цепи не выходит за пределы 0,05 – 1,2 величины номинального тока трансформатора.
О назначении
Основная сфера применения трансформаторов – защита измерительного и другого оборудования от разрушительного действия предельно высоких токов. ТТ применяются для подключения электрического счетчика, изоляции реле от воздействия мощных токовых нагрузок.
Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов
На предприятиях в энергетических установках требуется постоянный контроль режимов функциональности оборудования. Контроль выполняют с помощью учета электроэнергии и наблюдением за показаниями приборов нагрузки и рабочего и сетевого напряжения.
Приборы для измерения тока нагрузки, рабочего напряжения в высоковольтных установках подключаются через трансформаторы тока и напряжения. Кроме измерения трансформаторы нужны для присоединения защитных устройств и реле.
Для чего нужны измерительные трансформаторы тока и напряжения
Трансформатор принадлежит к классу статических электромагнитных аппаратов, который преобразует ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Измерительные трансформаторы признаны одними из самых надежных элементов в системе энергообеспечения.
Помимо определения показателей нагрузки и напряжения служат для присоединения аппаратуры автоматического регулирования и защитных устройств. С помощью измерительных трансформаторов:
снижают габариты и вес приборов измерения;
повышают уровень безопасного обслуживания оборудования;
предупреждают последствия от ошибочных действий электротехнического персонала;
расширяют пределы измерения переменного тока.
Назначение трансформаторов напряжения
Подобное оборудование относится к однофазным устройствам, через которые присоединяют киловольтметры, фазометры для обозначения правильности чередования фаз, ваттметры для определения мощности и для подключения защитных реле в цепях напряжения 3, 6, 10 кВ промышленной частоты.
Обмотки первичного и вторичного напряжения трансформатора ТН отличаются сопротивлением большой величины и малой мощностью. Работа происходит в режиме холостого хода. Стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки не бывает более 100 В и имеет рабочий ток от 1 до 5 А.
Рис. №1. Трансформатор напряжения масляный 6 кВ. НТМИ
Рассмотрим какие бывают трансформаторы напряжения.
Классификация трансформаторов напряжения
Типы измерительных трансформаторов напряжения включают в линейку изделия, классифицируемых следующим образом:
однофазные трансформаторы с одним заземленным концом первичной обмотки. К заземляемым относятся и трехфазные тр-ры с заземленной нейтралью катушки первичного напряжения;
незаземляемые тр-ры напряжения с полностью изолированными от «земли» участками, зажимами «первички»;
каскадный тип с обмоткой первичного напряжения, разделенной на несколько последовательных секций. В конструкции предусмотрены обмотки, выравнивающие напряжение. В наличии есть связующая катушка, которая служит для передачи мощности к обмотке вторичного напряжения;
емкостный ТН с делителем;
двухобмоточный ТН с одной обмоткой вторичного напряжения;
трехобмоточный ТН с двумя обмотками: основного напряжения и дополнительной.
Рис. №2. Трансформатор напряжения, литого типа, опорный с заземленным выводом первичной обмотки, 3НОЛ-СВЭЛ-6. Используется для КРУН, КРУ, КСО
Рис. №3. Трехфазный антирезонансный масляный трансформатор для сетей с изолированной нейтралью
Чтобы понять для каких задач нужны измерительные трансформаторы рассмотрим назначение и разберем принцип действия оборудования.
Устройство трансформаторов напряжения
Конструкцию ТН рассмотрим на примере лабораторных трансформаторов НЛЛ, используемыми для проверки работы большинства трансформаторов измерения и приборов.
Трансформаторы напряжения на 3, 6 или 10 кВ имеет магнитопровод с конструкцией из электротехнической стали в основном стержневого типа. На магнитопроводе расположена внутренняя вторичная обмотка. Первичка представляет собой две секции, которые соединены между собой.
Изоляции представляет собой заливку компаудом, что создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности от попадания влаги и внешних повреждений.
Выводы первичной обмотки размещаются вверху корпуса трансформатора.
С торца трансформатора на клеммнике размещены выводы вторичной обмотки и контакты заземления.
Измерительные трансформаторы напряжения, условия безопасной эксплуатации
Для обеспечения рабочих условий эксплуатации клеммы вторичной обмотки присоединяют к измерительными приборам или защитному оборудованию. Одну из клемм и основание оборудования заземляют.
Цепи при вторичной работе не замыкают, иначе может произойти термическое разрушение.
Если существует не использованная вторичная обмотка ее оставляют открытой, заземлив одну из клемм. Разомкнутая треугольная цепь должна включать резистор соответствующего напряжения и номинальной мощности вторички. Заземление цепи производится по техническим рекомендациям.
Нейтральный вывод первичной обмотки однофазного трансформатора заземляется только в нейтральную систему замыкания.
Будьте уверены, что правильный выбор и эксплуатация измерительных трансформаторов приведут вас к объективным показателям нагрузки и качества электрической сети.
Рис. №6. Схема подключения трансформатора напряжения где: 1 – первичная обмотка, 2 – магнитопровод, 3 – обмотка вторичного напряжения
Рис. №7. Размещение трансформатор напряжения в ячейке КРУН, подключение к питающей сети через предохранители
Назначение и принцип действия трансформаторов тока
Трансформаторы тока преобразуют первичный ток во вторичный ток меньшей величины в процессе гальванического разделения цепи. Они служат для включения амперметров и токовых катушек приборов измерения, отличающихся очень малым сопротивлением.
Трансформаторы тока постоянно работают в режиме короткого замыкания. Вторичная цепь защищается от сильных токов за счет эффекта насыщения стального сердечника.
Применяются ТТ там, где затруднительно произвести замеры токовых величин напрямую.
С использованием измерительных трансформаторов выполняют учет потребления электроэнергии.
О измерительных трансформаторах напряжения иы вкратце узнали. За более подробной информацией обращайтесь к менеджеру компании «КубаньЭлектрощит» Задавайте вопросы на сайте. Мы ответим в самые короткие сроки.
Классификация трансформаторов тока
Типы измерительных трансформаторов тока подразделяют на следующие классы:
по функциональности: на измерительные и защитные;
по току: постоянного и переменного тока;
по коэффициенту трансформации: одно и многодиапазонные;
по способу монтажа: внутреннего и наружного размещения, встроенные, накладные;
по напряжению: низкого и среднего;
по типу изготовления и диэлектрическому материалу: газо- и маслонаполненные, сухие.
Рис. №4. Внешний вид трансформатора тока ТОЛ-СЭЩ-20
Рис. №5. Опорный трансформатор тока ТОЛ-СЭЩ-10, внешний вид
Измерительные подключают напрямую к считывающему, записывающему и вычисляющему измерительному оборудованию. Также их подключают к защите от сверхтоков. Разделяются на однопроводниковые ТТ и трансформаторы с первичной обмоткой. Однопроводниковый трансформатор – это устройство с проемом для первичной цепи, он устанавливается на первичный проводник.
Мощность трансформаторов тока зависит от коэффициента трансформации и поперечного сечения сердечника.
При низком токе первичной обмотки применяется трансформатор тока с высокой пропускной способностью. Для того чтобы получить трансформатор тока с первичной обмоткой через однопроводниковый трансформатор несколько раз пропускают первичный проводник.
Маркировка клемм первичной обмотки: Р1 (К) и Р2 (L), вторичной S1 (k) S2 (i). Полярность соответствует направлению прохождению тока.
Трансформатор постоянного тока
Трансформатор для измерения постоянного тока работает по принципу магнитного усилителя и включает в свою конструкцию ферромагнитный сердечник и две обмотки постоянного и переменного тока.
Устройство трансформаторов тока
Большинство измерительных трансформаторов тока выполнены в виде литой и опорной конструкции. Изоляция, например, как у трансформаторов тока ТОЛ-СЭЩ-10-IV выполнена из циклоалифатической смолы, защищающей обмотки от влаги и всех внешних повреждений. Катушки первичного напряжения выполнены из 2, 3 или 4 магнитопроводов со вторичными обмотками.
Эксплуатационные условия для трансформаторов тока
Важно. Трансформаторы тока запрещено включать в линию без измерительного прибора.
Для безопасной эксплуатации
Чтобы увеличить степень надежности ТТ и обеспечить безопасную эксплуатацию кожух трансформатора и одну из клемм «вторички» необходимо заземлить.
Вторичная обмотка не эксплуатируется при разомкнутой цепи, а та обмотка, которая не используется закорачивается и заземляется.
Трансформаторы тока с ответвителем емкостного делителя присоединяются к индикатору. Неиспользованное ответвление заземляют.
Обслуживание измерительных трансформаторов
Перед началом работы с поверхности трансформаторов удаляется смазка, пыль и прочие загрязнения. Протирка производится с использованием уайт-спирита. Ветошь не должна оставлять ворс.
Трансформатор исследуется на наличие сколов, трещин и наличие следов коррозии.
После визуального осмотра трансформатор подвергают испытанию или проверяют прибором/мегомметром (2500 В) на достаточность сопротивления изоляции. Вторичная обмотка проверяется мегомметром со шкалой деления на 1000 В.
Ток холостого хода проверяется со стороны вторичной обмотки под напряжением равным 1,2 от номинального. Отличие полученного результата не должно быть отличным от паспортного больше чем на ±10%.
Основное требование к трансформаторам – номинальная мощность не должна быть больше указанных в паспорте изделия.
Качество электроэнергии в сети должно быть соответствующим требованиям ГОСТ 32144.
Установка трансформатора должна производиться на место с обеспеченным доступом к клеммным контактам.
При обслуживании трансформатора измерения проверяют надежность контактного соединения.
Разомкнутые треугольные обмотки однофазных индукционных ТН обеспечивают безаварийность кабельных систем распределения энергии.
Для повышения надежности разомкнутых треугольных обмоток трансформатора напряжения в цепь добавляют стабилизаторы напряжения, ограничители, стабилитроны. Эти устройства поддерживают работоспособность систем распределения электроэнергии после аварий и сбоев.
Работы по обслуживанию измерительных трансформаторов производятся по наряду в соответствии с технологическими картами. Капитальный ремонт, например, у трансформаторов тока не делают. Если испытания и замеры сопротивления основной изоляции показали неудовлетворительные результаты трансформатор меняют на другой. Основная изоляция должна иметь сопротивление не менее 300 МОм.
Вторичная обмотка в отключенном и отсоединенном состоянии должна показать сопротивление не менее 50 МОм, с подключенными вторичными цепями не менее 1 МОм.
При обслуживании трансформаторов тока проверяют переходное сопротивление болтового контактного соединения. Оно не должно превышать 33 мкОм для контактов на 2000 А и не выше 60 мкОм для контактных соединений на 630 А.
Технология ремонта измерительных трансформаторов: разборка магнитопровода, демонтаж и ремонт катушек, перемотка обмоток, замена пластин магнитопровода и прочее схожи с ремонтом силовых трансформаторов. На время ремонта трансформатора обмотки закорачивают между собой, чтобы исключить возможный контакт и обратную трансформацию и напряжение при выполнении ремонтных работ.
Важные примечания
В индукционных однополюсных измерительных трансформаторах тока при замыкании цепи и во время затухания токов замыкания на «землю» возникает феррорезонанс, следствием которого является перегрев, появляется высокое напряжение, а сам трансформатор может разрушиться. Для предупреждения феррорезонанса в разомкнутую треугольную цепь трех обмоток трансформатора напряжения включают резистор. Заземление выполняют только в одной точке. В контакты разомкнутого треугольника присоединяют приборы, которые следят за токами замыкания не землю.
Приобретение и установка измерительного трансформатора в соответствии с паспортными данными нагрузки и напряжения электроустановки гарантируют бесперебойную и точную работу приборов и оборудования.