Для чего совместно с приборами учета электроэнергии устанавливают трансформаторы тока
Трансформаторы тока для работы с электросчетчиками
Современные потребности в электроэнергии настолько высоки, что приборы учета могут не выдерживать силу тока, необходимую для подключенного объекта. Разделение точек потребления на отдельные линии не всегда возможно, да и учитывать потребление энергии разными приборами для одного объекта нецелесообразно: расчет оплаты может быть неточным. Чтобы устранить этот дисбаланс, применяются трансформаторы тока для электросчетчиков.
Устройства работают по обычному принципу трансформатора: закону электромагнитной индукции.
Схема типового подключения счетчика с трансформаторами тока изображена на иллюстрации (данный рисунок не является инструкцией по монтажу, может использоваться лишь как учебное пособие).
Важное отличие измерительного трансформатора тока от обычного силового
Независимо от сопротивления потребителя (это может быть подключение к электросчетчику, защитному устройству, и прочему) сила тока остается неизменной и зависит только от нагрузки на первичную обмотку.
При размыкании вторичной обмотки трансформатора тока во время работы силовой линии, напряжение на контактах достигнет огромного значения (по закону Ома стремится к бесконечности). В результате могут выйти из строя полупроводниковые приборы измерения. Кроме того, есть риск повреждения изоляции обмотки трансформатора, и поражения персонала электротоком. Поэтому, при отключении счетчика от трансформаторов тока, вторичная обмотка обязательно замыкается накоротко с помощью перемычки «К» (на иллюстрации).
Важно: Для обеспечения безопасности операторов и защиты оборудования, один из контактов вторичной обмотки заземляется («N» на иллюстрации).
Таким подсоединением уравнивается потенциал вторичной обмотки и земли. Работа с приборами учета и контроля становится безопасной для персонала.
Конструктивное исполнение прибора оптимизировано для соединения со счетчиками, поэтому случайное использование трансформатора тока в иных целях исключено.
Можно сказать, что трансформатор тока для счетчика работает по принципу вала отбора мощности на двигателе. Только его использование не несет потери для основной линии электроснабжения.
Для чего нужны трансформаторы тока
Для счетчиков энергии и других измерительных приборов, подключение к высоковольтной линии чревато усложнением конструкции (соответственно, стоимость прибора может вырасти в разы). Аналогичная ситуация с иными контрольными приспособлениями и устройствами обеспечения безопасности. Необходимо обеспечить развязку между высоковольтной линией и параметрами, приемлемыми для работы. Исходя из этого, назначение трансформатора тока следующее:
Мы рассмотрим основную задачу прибора: подключение счетчика через трансформаторы тока. Поскольку однофазные системы работают без высоких потенциалов напряжения, трансформаторы тока чаще всего обеспечивают работу трехфазного счетчика.
Начнем с классификации
Как и любой электроприбор, подобрать трансформатор можно по параметрам и установочным характеристикам:
Важно: При подключении 3 фазного счетчика через трансформаторы тока, параметры всех приборов должны быть идентичными.
Разобравшись, как выбрать трансформатор тока по способу установки, научимся производить расчет
С учетом параметров электрических счетчиков, и значения напряжения на линии, выбираем коэффициент трансформации. Он должен обеспечивать максимальную точность измерения трехфазного счетчика, при соблюдении мер безопасности.
Согласно требованиям ПУЭ (правил устройства электроустановок), необходимо оставлять запас коэффициента трансформации на превышение допустимой нагрузки. При максимальной нагрузке на линии, ток во вторичной обмотке не должен быть ниже 40 % от номинального тока счетчика. Соответственно при минимальной нагрузке этот показатель составит 5 %.
Существует целая подборка справочной литературы по этому вопросу, наиболее популярной является типовая таблица:
Зная расчетные параметры силовой линии и возможного потребления тока, можно рассчитать коэффициент трансформации.
Перед вводом в эксплуатацию, обычно производится испытательный монтаж на тестовую колодку. Моделируются рабочие условия эксплуатации объекта, при соблюдении мер безопасности испытываются аварийные режимы.
Важно: Подобные испытания следует проводить только под надзором инженеров по безопасности энергоснабжающей компании.
После проведения тестовых измерений на дублирующих счетчиках, проводится окончательный расчет коэффициента преобразования. Затем составляется акт переноса показаний на счетчики с учетом параметров трансформатора.
Если параметры работы устраивают потребителя и поставщика электроэнергии, производится окончательный монтаж трансформаторов и трехфазного счетчика. Типовая электросхема на иллюстрации:
Пример реального расчета коэффициента трансформации
Мы знаем, что для обеспечения завышенного коэффициента трансформации, необходимо обеспечить следующее условие:
Условия задачи: расчетный ток в режиме нормальной загрузки оборудования составляет 240 А. Устанавливаем параметры аварийного режима: коэффициент 1.2. Значит, сила тока при перегрузке равна 288 А. Номинальная сила тока счетчика составляет 5 А.
Важно: Перегрузкой считается сила тока, при которой еще не срабатывает защитное устройство отключения электропитания.
По рекомендациям энергетиков, или в соответствии со справочными таблицами, выбираем трансформатор тока с коэффициентом трансформации 300/5.
Вторичный ток превышает 10 % от номинальной силы тока счетчика: 1 А > 0.5 А. При таких расчетах видно, что трансформатор тока для подключения конкретного счетчика подобран верно.
Класс точности и погрешность
Для обеспечения правильности учета показаний потребления электроэнергии, регламентирующими нормативами установлены следующие классы точности для токовых трансформаторов:
Условия считаются выполненными, если реальная нагрузка на вторичную обмотку трансформатора не превышает номинально установленную нагрузку для данного класса точности.
Кроме того, параметры прибора должны обеспечивать токовую и угловую погрешность. Для нормальной работы устройств защиты и точного снятия показаний, токовая погрешность не должна превышать 10 %, а угловая 7°.
Результат построения векторной диаграммы токов на иллюстрации:
Iµ=I1+I2, остальные параметры и обозначения взяты из школьного курса физики. Проведя тестовые измерения, можно убедиться в соответствии (не соответствии) собранной схемы требованиям ГОСТ и ПУЭ.
Видео по теме
Учет электроэнергии с трансформаторами тока
Как подключить трехфазный счетчик через трансформатор тока — схема
Оплата потребляемой электроэнергии осуществляется на основе показаний электрических счетчиков. Установка приборов обязательна для всех пользователей и помещений, использующих соответствующий ресурс. Существует несколько вариантов и моделей, которые различаются типам соединений и уровню предельной нагрузки. Подключение трансформаторов тока к трехфазному счетчику осуществляется разными способами – выбор схемы зависит от помещения и напряжения.
Общие требования
Трансформаторы тока – это оборудование, которое устанавливают, чтобы снизить (преобразовать) показатель до уровня, нормального для работы механизмов учета и контроля (счетчиков).
Другими словами данные приборы (производства компаний Меркурий, Ленэлектро и других) устанавливают на участках со значительной мощностью в том случае, когда прямое подключение невозможно из-за высоких токов. Непосредственное подсоединение без соответствующего предохранителя приводит к сгоранию магнитных катушек и выходу оборудования из строя.
Как правило, подключением трансформаторов тока занимаются мастера специальных монтажно-наладочных организаций. На крупных производствах существуют отдельные цеха и лаборатории.
В первую очередь проводится ревизия техники – внешний осмотр, проверка на работоспособность и предельную мощность. Кроме этого замеряется тангенс внутреннего изоляционного провода и сопротивления. Исходя из полученных данных, выбирается схема подключения, делается разметка, просверливается необходимое количество отверстий.
Принцип работы измерительных трансформаторов
Внутренне устройство и метод работы трансформаторов тока базируется на простых принципах, схема несложная. Первичная обмотка катушки подключается последовательно, чтобы протекал фазовый нагрузочный ток. После возникает индукция электромагнитного поля, которая переходит на обмотку вторичной катушки. В последнюю врезают трехфазные трансформаторы.
Для уменьшения используется коэффициент трансформации, благодаря которому во второстепенную обмотку поступает меньшее количество электроэнергии. Так обеспечивается нормальная работа счетчика, а показатели на выходе необходимо умножать на число коэффициента, чтобы получилось истинное значение израсходованного напряжения.
Таким образом, трансформаторный механизм преобразует высокое напряжение на входе в приемлемое для счетчика. Оборудование работает при частоте в 50Гц и токе 5А. например, если устройство имеет предельный показатель нагрузки в 100А, данные на выходе умножаются на 20 (100 разделить на 5).
Благодаря переходникам обеспечивается защита счетчиков от перепадов напряжения, коротких замыканий, перегрузок. Более того, если сгорит трансформатор, его легче заменить, чем электротехнический счетчик.
При подключении стоит учитывать и некоторые недостатки. Наиболее распространенный вариант – не учитывается стартовое значение тока прибора учета. В таком случае счетчик просто не сможет начать работу.
Несоблюдение полярности при подключении – еще одна часто допускаемая ошибка. На входе катушки первичной обмотки находится две клеммы – одна для фазы L1, другая для нагрузки L2. Измерительная обмотка для катушки также оснащена двумя клеммами (И1 и И2). Кабель требуется подключать на соответствующие контакты, предварительно рассчитав предельную нагрузку.
Если некорректно соединить микроконтакты и провода, возникнет короткое замыкание. Подобное может привести к выходу устройств из строя, возгораниям.
Схемы подключения
Электротехнические счетчики и трансформаторы соединяются с учетом требований безопасности и правил работы, а также особенностями самого прибора. Минимальная температура установки – +5˚ по Цельсию. В противном случае не получится корректного технического соединения – приборы, работающие с напряжением и токами, плохо переносят низкие температуры.
Если требуется подключить трансформатор на улице в холодное время года, необходимо сооружать специальный шкаф – утепленный и герметичный. Сам прибор обычно устанавливают на высоте 1-1,7 метра.
Установка счетчика с трансформаторами тока
Не всегда есть возможность измерять потраченную электроэнергию через счетчик, подсоединенный к сети питания напрямую (в розетку). В цепях с напряжением в 380 Вольт и пределами токов больше 100А – соответственно и потребление вырастает до 60 кВт – требуется монтаж измерительного трансформатора тока. Подобное соединение мастера называют косвенным, но такой способ дает наиболее точные данные. Кроме этого есть и еще два метода:
Первое используется на промышленных предприятиях и крупных заводах с расходом мощности выше 0,4 кВт и током силой более 100А.
Схема «звезда» в свою очередь может быть полной и неполной. Для полной звезды подойдут устройства с равномерным распределением нагрузки и симметричным токовым потоком. Трансформатор устанавливается на все фазы, а релейная обмотка соединяется по форме звезды.
Неполная – двухфазная двухрелейная схема с образованием части звезды. Данная схема быстро реагирует на короткие замыкания (кроме заземления), а также есть возможность установки на межфазных щитках.
Установка многовиткового измерителя
Трехфазный счетчик трансформаторного включения используют в многопроводных сетях. При многовитковых соединениях первичную обмотку катушки заменяют на кабельную. Прибор контролирует движение тока по вторичной обмотке. В остальном – трансформатор работает по тому же принципу, что и оборудование другого типа.
Десятипроводная схема
Данный способ подключения подходит для использования в мощных силовых цепях, работа которых обеспечивается трансформаторами. Развязка гальванического типа подходит для промышленных и бытовых нужд и гарантирует безопасность эксплуатации оборудования. Последовательность соединения по клеммам (от первой к последней):
Десятипроводная схема не требует отключения электропитания при замене счетчика и выполнении других работ. Токовые цепи надежно заземляются, что исключает возможность накопления нежелательного потенциала. Каждая фаза собирается независимо друг от друга – в случае поломки на одной другие продолжат работу.
Семипроводная схема
Подобная схема подключения имеет ряд преимуществ и некоторые недостатки. Незначительно отличается от десятипроводной. Работать со счетчиком удобно – нет необходимости отключать систему полностью при проведении работ со щитком, приборами учета и трансформаторами.
Благодаря заземленным токовым цепям на выходах вторичных обмоток не накапливается опасный потенциал, который часто приводит к коротким замыканиям и сгоранию оборудования. К общей сети подключается испытательная коробка, которая позволяет безопасно отсоединять цепи питания.
Семипроводной способ – один из устаревших, используется редко. Электромонтажеры профессиональных компаний не рекомендуют подключаться более современными способами.
Схема с совмещенными цепями
Подобная схема существенно отличается от предыдущих. Трансформаторы тока с совмещенными цепями подсоединяются через специальные перемычки (путь получается от L1 к L2).
Такая схема подключения трансформатора к счетчику не соответствует обновленным правилам безопасности, действующим сегодня. Поэтому использовать совмещенные цепи запрещено – как на производстве, так и в бытовых условиях.
Другие системы подсоединения
Кроме указанных, существуют и иные схемы подключения счетчика к трансформатору. Использование испытательной колодки в соединении – согласно п. 1.5.23 Правил устройства электроустановок – необходимо при активации образцового прибора учета. Это дополнительное оборудование, которое позволяет шунтировать и отключать токовые цепи, активировать счетчики без снижения нагрузки напряжения. Еще один момент – возможность пофазного снятия показаний.
Основа соединения через испытательную коробку – десятипроводная схема. Отличие состоит в установке между прибором учета и трансформаторной конструкцией переходного блока с необходимыми защитными и распределительными функциями.
Учет электроэнергии с трансформаторами тока
Корректный учет потребляемой энергии обязателен. Намеренные или случайные ошибки приведут к проверкам, штрафным санкциям, увольнениям, в особо серьезных случаях, когда финансовые обязательства после перерасчета оказываются непосильными – к закрытию и банкротству предприятий.
Электросчетчик является основным прибором, который показывает расход энергии на текущий момент. Современные модели выдают показания с большей точностью, есть возможность настроить несколько режимов работы (например, разный учет в дневное и ночное время – отличаются тарифы). Мастера рекомендуют устанавливать электронное оборудование, а не индукционное. Первые намного дороже, но отражают более точные данные.
Первое, на что обращают внимание – количество фаз в сети. Счетчики и трансформаторы должны иметь одинаковое число фаз с электросетью.
Трехфазные устройства допускаются на однофазные сети (не наоборот), однако стоят в несколько раз дороже. Подобный вариант используют, если такой трансформатор есть в наличии.
Важный момент – класс точности трансформаторов. На большей части объектов используется маркировка 2,0, этого для среднего производства и бытовых нужд достаточно. Для крупномасштабных заводов, подстанций, зданий необходим более высокий класс – 1,0. Оптимальный вариант, если обозначение дополнено буквой S, которая означает максимальную точность прибора.
Электроэнергия – это товар, за пользование которым необходимо вносить определенную плату. Для разных ситуаций – промышленность, квартиры, соц объекты, другое – предусмотрены отдельные тарифы. Чтобы корректно оплачивать потребленную энергию, необходим правильный и точный учет.
Если счетчик работает исправно, опломбирован соответствующими службами, его показания передают в организацию, с которой заключен договор на поставку электроэнергии. Далее в соответствии с электромерой, рассчитывается оплата.
Для крупных объектов, использующих большое напряжение, установка трансформаторов необходима. В противном случае будет невозможно использовать электросчетчики и снимать показания, вести учет потребляемого тока.
Коэффициент трансформации счетчика электроэнергии
Разберемся, что такое, коэффициент трансформации. По сути это техническая величина. Все дело в следующем. В целях учета электроэнергии, потребленной крупным объектом (вроде жилой многоэтажки), появляется необходимость использования специализированного оборудования, понижающего мощность напряжения, передаваемого на контакты общедомового счетчика.
Эти приборы учета не соединяют, непосредственно с электрической сетью дома, в связи с невозможностью подключения большой мощности напряжения, через традиционный счетчик прямого включения (они не работают с большими токами).
Для того, чтобы не допустить выхода из строя счетчика, нужно уменьшить мощность подаваемого напряжения.
Для этих целей используют трансформаторы, их подбирают исходя из требуемого уровня нагрузки.
Коэффициент трансформации счетчика электроэнергии, изменяется в зависимости от смонтированного оборудования. Таким образом, прибор учета электроэнергии, работающий в паре с трансформатором, считывает нагрузку, пониженную в 30, 40 или 60 раз. Проще говоря, эти цифры и представляют собой коэффициенты трансформации.
Как определить коэффициент трансформации?
Часто бывает так, что на приобретенном трансформаторе, невозможно найти нужной информации, в частности данных, об уровне преобразования, подаваемого на него напряжения. Эта информация важна для выбора прибора учета электроэнергии. Обладая данными о коэффициенте трансформации используемого оборудования, можно понять, во сколько раз снижена электрическая нагрузка. Узнать эти показатели, можно проведя определенные расчеты.
Для этого, вам понадобиться выяснить уровень напряжения на вторичной обмотке. Далее цифры показателей тока, на первичной обмотке, делят на полученное значение (данные на вторичной обмотке). Таким образом, вы узнаете нужный вам коэффициент, для прибора учета электроэнергии.
Расчетный коэффициент учета, что это такое?
Разновидности приборов учета электроэнергии
Все существующие сегодня счетчики, разделяют по принципу их действия, бывают трехфазные и однофазные. К сети их подключают не напрямую, между ними, в цепи, в большинстве случаев, присутствует трансформатор. Но возможно и прямое включение. Для сетей с напряжением до 380В, применяют приборы учета электроэнергии от 5 до 20А. Мы уже знаем, что коэффициент трансформации, это разница между напряжением на входе в трансформатор, и напряжением на его выходе.
На электросчётчик попадает чистая электроэнергия, имеющая постоянное значение. Сегодня прибегают к использованию двух основных разновидностей приборов учета. До середины девяностых годов прошлого века, монтировали в основном счетчики индукционного типа. Они продолжают работать и сегодня, но постепенно идет замена их на электронные счетчики (это утверждение касается и общедомового счетчика).
Счетчик индукционного типа имеет устаревшую конструкцию. В основе его работы, взаимодействие магнитных полей, продуцируемых в индуктивных катушках и диске, который в процессе вращения считывает расход электричества. Недостаток этих приборов состоит в том, что они не в состоянии обеспечить многотарифный учет. К тому же, нет возможности удаленной передачи данных.
В основе работы электронных счетчиков, лежат микросхемы, они напрямую преобразуют считываемые сигналы. В этих устройствах нет вращающихся частей, что значительно повышает их надежность и долговечность службы. Проще говоря, коэффициент трансформации счетчика, оказывает прямое влияние на точность выдаваемых им данных.
Раньше, показатели точности составляли 2.5, но приборы учета, используемые сегодня, имеют класс точности, на уровне 2.0. Такие высокие данные точности, имеет именно оборудование электронного типа. Сегодня повсеместно устанавливают только электронные счетчики, которые уверенно вытесняют индукционные.
Главное преимущество, технологически продвинутого оборудования, состоит в том, что они являются многотарифными. Такое обстоятельство позволяет не только учитывать суточный уровень потребления электроэнергии, но также и в соответствии с порой года. Смена тарифов контролируется автоматикой и производится автономно, не требуя вмешательства человека.
Как правильно считаются показания счетчика электроэнергии с трансформаторами тока
Счетчики электроэнергии до 100 А подключаются прямо к сети, при снабжении коммерческих объектов и больших предприятий дополнительно устанавливаются преобразователи напряжения и электротока. При расчетах за потраченную электроэнергию необходимо знать, как проводится подсчет эл. энергии через трансформаторы тока конкретной модели.
Виды и правила выбора преобразователя электротока
Трансформаторное оборудование, снижающее электроток (ТТ), классифицируется по различным характеристикам, в том числе коэффициенту преобразования. Это оборудование требуется, если объект потребляет мощности, которые в несколько раз превышают возможности обычного узла.
ТТ преобразует ток до уровня, позволяющего подключить для контроля обычные электросчетчики на одну или три фазы и создать систему защиты линии.
Классификация
По способу монтажа
ТТ по такому принципу делятся на:
По типу изоляции
Трансформатор электротока может быть:
Какие параметры учитывать
Для расчета показаний электросчетчика с трансформаторами тока важен коэффициент трансформации. Он может быть одноступенчатый или каскадный (многоступенчатый). Последний вид ТТ отличается наличием нескольких вторичных обмоток и большим количеством витков в первичной обмотке.
Основное условие при выборе преобразователя – электроток вторичной обмотки должен быть такой же или меньше электротока, для которого предназначен электросчетчик.
Нежелательно покупать ТТ со слишком высоким уровнем трансформации. При подобном выборе придется устанавливать счетчик на приемный вход. Более популярны преобразователи с одним коэффициентом, не меняющие показание во время эксплуатации. При их использовании проблема, как считаются показания счетчика электроэнергии, подключенного через трансформаторы тока, решается проще.
Расчет электроэнергии по счетчику с трансформаторами тока можно провести только в том случае, если известен коэффициент трансформации. Он должен быть указан в техдокументации, с которой продавался ТТ, и на корпусе. При подозрениях на неточности в отображаемых цифрах коэффициент можно посчитать самостоятельно.
Чтобы рассчитать коэффициент, необходимо подключить преобразователь к электротоку, создающему короткое замыкание во вторичной обмотке, и измерить, сколько ампер в ней.
Коэффициент трансформации – соотношение значений поданного электротока и проходящего во вторичной обмотке.
Например, если короткое замыкание вызвали 150 А, на вторичной обмотке 5 А, действительный коэффициент 30. Это более точное значение, чем номинальное, которое определяется по номинальному электротоку первичной и вторичной обмотки. Результат расчета показаний электросчетчика с трансформаторами тока более точный.
Расчет показаний счетчика непрямого подключения
ТТ устанавливаются в сети, потребляющие сотни киловатт эл энергии. Принцип работы такого преобразователя основан на снижении величины электротока до значения, позволяющего подключить через него стандартный электросчетчик. Например, счетчик на 5 А, в сети 150 А, ТТ должен снизить показатель в 30 раз, то есть, коэффициент трансформации, используемый при подсчете расхода, тоже 30.
Как считать показания счетчика с трансформатором тока? Нужно их просто считать и отнять показатель, считанный в начале расчетного периода.
Потом полученная цифра умножается на коэффициент трансформации, указанный в технической документации или акте поставщика электроэнергии, рассчитанный самостоятельно. Это и есть ответ на вопрос, как рассчитать электроэнергию с трансформаторами тока.
Пример расчета
Рассмотрим, как рассчитать показания счетчика электроэнергии с трансформаторами тока с коэффициентом трансформации 100/5=20.
Например, на счетчике было значение, на 200 кВт превышающее цифру, списанную в начале периода.
При поиске ответа на вопрос, как рассчитать показания счетчика электроэнергии непрямого подключения с трансформаторами тока, важно учесть, что погрешность между реальным значением и указанным в техдокументации не должна превышать 2%. Показание должно быть снято с рабочего ответвления.
Решая вопрос, как посчитать показания счетчика электроэнергии, включенного в сеть с трансформатором тока, необходимо учитывать, что у любого прибора есть определенный срок службы. После того, как он закончился, не стоит надеяться, что считанные показания будут точные.
При покупке преобразователя необходимо проверить год и месяц выпуска. Это оборудование проверяется каждые 4 года, поэтому не должно быть просроченное.
Данные на шильдике изделия должны полностью совпадать с информацией в техпаспорте.
При выборе трехфазного ТТ необходимо учесть, что период со дня выпуска до пломбирования не должен превышать 12 месяцев. В противном случае возникнут дополнительные затраты на покупку другого преобразователя или госпроверку уже приобретенного.