Для чего нужен трансформатор тока

Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов

• Статьи
• Вопрос ответ
• Новости
• Чертежи и опросные листы
• Вебинары
• Калькулятор шины
• Пуско-наладочные работы

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.

Назначение ↑

С учетом представленной выше конструкции можно выделить ряд функций. Вот несколько основных сфер, где трансформатор тока незаменим:

• он помогает измерить любым прибором подобные заряды. В первую очередь это касается силы тока, но — кроме амперметра — можно подключить и вольтметр, и другие приборы для измерения. Здесь переменный ток остается переменным, он просто становится более приемлемым для измерения, и с помощью данных приборов легко можно получить конкретное число единиц в определенной системе;
• изолирование необходимо в том случае, когда электрическая система достаточно мощная. Трансформаторы здесь нужны для стабильной работы. Поэтому возможно производить ремонтные и профилактические работы, не опасаясь за жизнь и здоровье персонала;
• преобразование переменного тока в такой же переменный ток подходящего значения Конкретные единицы подбираются таким образом, чтобы реле и защита устройства, которое будет подключено к конкретной электрической цепи, не перегорели и работали достаточно стабильно;
• изолирование реле необходимо для того, чтобы защитить сотрудников, которые регулярно проверяют и ремонтируют технику. Напряжение способно нанести вред, даже если не нарушена изоляция или же не было серьезных ошибок в технологии установки, а также при эксплуатации.

Каждый понимает, что ответ на вопрос, для чего нужен трансформатор тока, неоднозначный. В зависимости от конкретной ситуации, а также от вида самого трансформатора, они могут выполнять разные функции, однако самое главное заключается в том, что необходимость этого устройства не требует доказательств.

Классификация

Семейство трансформаторов тока классифицируют по нескольким признакам.

1. По назначению:
   • защитные;
   • линейки измерительных трансформаторов тока;
   • промежуточные (используются для выравнивания токов в системах дифференциальных защит);
   • лабораторные.
2. По способу монтажа:
   • наружные (см. рис. 8), применяются в ОРУ;
   • внутренние (размещаются в ЗРУ);
   • встраиваемые;
   • накладные (часто совмещаются с проходными изоляторами);
   • переносные.

Рис. 8. Пример наружного использования ТТ

• Классификация по типу первичной обмотки:
  • многовитковые, к которым принадлежат катушечные конструкции, и трансформаторы, с обмотками в виде петель;
  • одновитковые;
  • шинные.
• По величине номинальных напряжений:
  • До 1 кВ;
  • Свыше 1 кВ.

Трансформаторы тока можно классифицировать и по другим признакам, например, по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.

Обмотки

Первичная обмотка включения трансформатора тока бывает в двух типовых исполнениях. Первое — обмотка плоская, второе — обмотка в форме ролика выполненная из толстого провода.

Вторичная обмотка имеет большее число витков катушки которые намотаны на глянцевую основу магнитного материала. Вторичная обмотка трансформатора ток арсчитана на показатель который соответствует стандарту 1 или 5 Ампер.

Трансформаторы тока можно различить по классу точности а именно: 0,2; 0,5; 1; 3; и 10. Эти трансформаторы способны снижать высокие проходные электрические токи, на более низкие. Данное действие обеспечивает безопасный контроль электрической энергии в переменной линии передачи.

Трансформаторы тока делятся также по по номинальной мощности которая имеет следующие значения: 25 кВа, 40 кВа, 63 кВа, 100 кВа и 160 кВа.

При эксплуатации трансформатора тока, возникает необходимость периодического обслуживания и его ремонта. Хочется отметить что обслуживание, ремонт а также замена составляющих запасных частей трансформатора тока, должна проводиться специализированной организацией имеющей допуски к данным видам работ.

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые:

• трансформируют напряжение участка сети или установки в напряжение приемлемой величины для осуществления измерений с помощью стандартных измерительных устройств, питания релейной защиты, устройств сигнализации, автоматики, телемеханики;
• изолируя вторичные приборы и цепи, защищают оборудование от высокого напряжения и персонал, имеющего доступ к обслуживанию электроустановок, от поражения током.

Подключение ТН к высоковольтной части электроустановки осуществляется соединением его первичной обмотки «в параллель» к цепи высокого напряжения. Номинал вторичных обмоток трансформатора напряжения составляет обычно 100 В. Так как сопротивление измерительных приборов, подключаемых к вторичной обмотке, велико, током можно пренебречь. Поэтому основной режим работы ТН подобен режиму холостого хода типового силового трансформатора.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I₁, создавая магнитный поток Ф₁. Переменный магнитный поток Ф₁ пересекает обе обмотки W₁ и W₂. При пересечении вторичной обмотки поток Ф₁ индуцирует электродвижущую силу Е₂, которая создает вторичный ток I₂. Ток I₂, согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I₁. Вторичный ток создает магнитный поток Ф₂, который направлен встречно Ф₁. В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Ф_нам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф₁. Именно поток Ф_нам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w₁ создается магнитодвижущая сила F₁=w₁*I₁, а во вторичной — F₂=w₂*I₂. Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F₁=-F₂. В итоге получаем, что I₁/I₂=w₂/w₁=n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

• создание магнитного потока в магнитопроводе
• нагрев и перемагничивание магнитопровода
• нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F₁=F₂+F_нам или I₁*w₁=I₂*w₂+I_нам*w₁ или I₁=I₂*(w₂/w₁)+I_нам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Основные параметры трансформаторов тока

Номинальное напряжение

Это напряжение линейное сети, в которой должен работать трансформатор. Именно это напряжение будет определять изоляцию между обмотками, одна из которых будет находится под высоким потенциалом, а вторая заземлена.

Номинальные токи

Токи, при которых устройство может работать в длительном режиме не перегреваясь. Как правило, такие трансформаторы имеют большой запас по нагреву и могут работать нормально с перегрузкой в 20%.

Коэффициент трансформации

Отношение первичного и вторичного тока определяемый формулой:

Коэффициент трансформации действительный будет иметь отличия от номинального ввиду потерь в трансформаторе.

Токовая погрешность

В процентах имеет вид:

Где I₂ – вторичный, I₁ ‘ — первичный приведенный токи.

Угловая погрешность

В реальном трансформаторе первичная составляющая по фазе сдвинута от вторичной на угол отличный от 180 0. Для отсчета угловой погрешности вектор вторичной составляющей поворачивают на 180 0. Угол между вектором первичной составляющей и этим вектором носит название угловой погрешности. Если перевернутый вектор вторичной составляющей опережает первичную – то погрешность будет положительной, если отстает – отрицательной. Измеряется такой вид погрешности в минутах.

Соответственно трансформаторы тока имеют свой класс точности согласно ГОСТ – 0,2;0,5;1;3;10. Класс точности говорит о допустимой погрешности в процентах Z₂ = Z_2н.

Полная погрешность

Определяется в процентах %, и имеет формулу:

Где: I₁ – действующее первичное значение, i_1, i₂ – мгновенные значения первичных и вторичных токов, Т – период частоты напряжения переменного.

Номинальная нагрузка

Нагрузка, определяемая в Омах, при которой трансформатор будет работать в пределах своего класса точности и с cosφ_2н =0,8. Иногда могут применять понятие номинальной мощности Р:

Поскольку значение I_2н строго нормировано, то мощность трансформатора будет зависеть только от нагрузки Z_2н .

Номинальная предельная кратность

Кратность первичного тока к значению его номинальному, при котором погрешность его может достигать примерно 10%. При этом нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока

Отношение максимального вторичного тока, к номинальному его значению при действующей вторичной нагрузке равной номинальной. Максимальная кратность определяется насыщением магнитопровода, это когда при дальнейшем увеличении первичного тока, вторичный остается неизменным.

Популярные модели

Любая выпускаемая марка прибора обладает отдельными параметрами и техническими характеристиками. Отечественные производители выпускают большое количество этих устройств. К ним относятся:

1. ТОЛ-НТЗ-10−01 — выпускается Невским трансформаторным заводом «Волхов» и используется для передачи показаний к измерительной аппаратуре. Кроме того, его применяют в электрических цепях с устройствами защиты и управления. Преобразователь выпускается в виде опорной конструкции второй категории размещения. Прибор применяется в сетях с напряжением до 10 кВ и обладает сроком службы до 30 лет.
2. ТОП-0,66 — применяются в энергетических сетях переменного тока с напряжением до 0,66 кВ. Корпус устройства изготовлен из негорючего материала. Эксплуатация агрегата возможна в диапазоне температур от -45 до +50 °C и в любом положении. Первичная шина трансформатора состоит из меди, покрытой оловом.
3. ВВ, ВВО — проходные шинные трансформаторы тока, изготовленные в компаундном корпусе. Используют приборы в сетях переменного тока напряжением до 24 кВ. Обладают механическим изменением коэффициента трансформации на обеих обмотках.

Трехфазные устройства подключаются в сеть «треугольником» или «звездой». В первом случае удается получить большое значение тока во вторичной обмотке, а во втором — возможно отследить значение тока в каждой фазе.