Меню

Номиналы трансформаторов тока по первичному току

Точный учет: трансформаторы тока

Реализуемая в Российской Федерации политика энергосбережения, а также растущая стоимость электрической энергии требуют все большей и большей эффективности ее учета. С этой целью создаются автоматизированные системы учета электроэнергии, в штат предприятий принимаются специалисты для их обслуживания. Для создания и эксплуатации таких систем требуются не только дополнительные капиталовложения, но и решения для ряда технических задач, одна из которых будет рассмотрена в этой статье.

Низшим уровнем в иерархии автоматизированных систем учета является уровень информационно-измерительного комплекса (ИИК). Он включает в себя измерительные трансформаторы, счетчики электрической энергии, вторичные цепи измерительных трансформаторов. Очень важным на этапе построения ИИК является минимизация его погрешности, которая в большей мере зависит от правильного выбора измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН). Проблемы выбора ТН — отдельная тема, которая не затрагивается этим материалом. Стоит лишь отметить, что в отличие от ТТ их погрешности не зависят от изменяющейся нагрузки в контролируемой цепи. С ТТ все значительно сложнее.

Часто проектировщики и эксплуатирующие организации недостаточно серьезно относятся к выбору ТТ для учета. Выбирается ТТ с наилучшим классом точности, не заостряя внимания на других его параметрах. Так поступают будучи уверенными, что использование ТТ с наилучшим классом точности — уже экономия средств. Причиной этого является или неумение правильно выбрать ТТ, или желание сэкономить: устанавливаются трансформаторы тока имеющиеся в наличии, или выбираются ТТ, имеющие меньшую стоимость и более простые в установке, несмотря на ограниченность их метрологических характеристик. Результатом являются значительные финансовые потери, появляющиеся вследствие отсутствия точного учета.

Требования к применяемым в нашей стране трансформаторам тока регулирует ГОСТ 7746-2001 (1). В числе прочих характеристик этим стандартом задан ряд первичных токов и значения вторичных токов (1 и 5 А), с которыми ТТ могут быть изготовлены. Также регламентируются диапазоны измерений первичного тока, при которых должен быть сохранен класс точности: от 5-120% для классов точности 0,5 и 0,2, от 1-120% для классов 0,5S и 0,2S. Таким образом, классы точности с литерой «S» отличаются от прочих увеличенным диапазоном измерений в область минимальных значений (с 5% до 1%). Кроме того, существует требование ПУЭ (п.1.5.17) (2), согласно которому требуется выбирать коэффициент трансформации так, чтобы ток в максимальном режиме загрузки присоединения составлял не менее 40% тока счетчика, а в минимальном — не менее 5%. А ток счетчика, как правило, равняется вторичному току ТТ, поэтому приведенное выше требование можно смело отнести к обмотке учета измерительного трансформатора. Стоит отметить, что требование к минимальному режиму идет вразрез с ГОСТ 7746, т.к. делает нецелесообразным применение ТТ классов точности с литерой «S». Что касается требования 40% в максимальном режиме то оно, вероятно, основано на стремлении минимизировать погрешности ТТ классов без «S» (см. рис. 1), в то время как для классов 0,2S и 0,5S целесообразнее было бы применять критерий «20%», в связи с ростом погрешностей при уменьшении первичного тока ниже этой величины (см. рис.2).


Рис. 1. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2; 0,5; 1
Рис. 2. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2S; 0,5S

Итак, при выборе коэффициента трансформации ТТ необходимо «убить двух зайцев»: не только «вписаться» в указанный ГОСТ 7746-2001 диапазон, но и соблюсти требование ПУЭ.

Кроме того, фактическая нагрузка присоединения может быть значительно (в десятки и сотни раз) ниже его номинального тока, как часто случается в сетях распределительных компаний — сети были построены с учетом перспективы развития, которое так и не произошло. В таких случаях нужно обеспечить легитимный учет в области фактических нагрузок и предусмотреть возможность работы присоединения в режиме максимальной пропускной способности, чтобы в случае увеличения объемов транзита электрической энергии не пришлось менять ТТ. Использовать ТТ с завышенным коэффициентом экономически неэффективно, докажем это на конкретном примере. В расчет возьмем только токовую погрешность трансформатора тока, не принимая во внимание его угловую погрешность, а также погрешности других элементов измерительного комплекса — трансформаторов напряжения и счетчика. Имеем трансформатор тока класса точности 0,2S и коэффициентом трансформации обмотки учета 600/5. Используемая мощность силового трансформатора при напряжении 110 кВ равняется 10000 кВА, cos φ равен 0,8. Фактический ток в первичной цепи равен 52,5 А, т.е. 8,75% от номинального первичного тока. При заданной нагрузке токовая погрешность составит примерно 0,31% (см. рис.2), количество неучтенной электрической энергии в год — 217 248 кВ*ч. Принимая стоимость одного киловатт-часа равной 1 руб., получаем неучтенной электроэнергии на сумму 217 248 рублей. При погрешности 0,2 эта сумма составила бы 140 160 рублей, т.е. в полтора раза или на 77 088 рублей меньше. В масштабах распределительных сетевых компаний такое количество неучтенной электроэнергии с каждого силового трансформатора может вылиться в кругленькую сумму. А если загрузка по первичной стороне трансформаторов тока будет еще меньше — цифры будут значительно внушительней, см. табл. 1. Приведенная таблица применима для любого уровня напряжений — необходимо умножить используемую мощность на удельную величину, результатом будет являться годовое количество неучтенной электроэнергии в год, при заданной погрешности ТТ.

Таблица 1. Удельное количество неучтенной электрической энергии в год, в зависимости от погрешностей трансформатора тока классом точности 0,2S.

Первичный ток,%
номинального значения
Погрешности ТТ
класса 0,2S,%
Удельное количество
неучтенной э/э,
кВт*ч в год
1 ±0,75 52,56
5 ±0,35 24,528
20 ±0,2 14,016
100
120

Задача обеспечения легитимного учета при малых и номинальных нагрузках присоединений решаема. Отечественной и зарубежной промышленностью производятся трансформаторы тока с расширенным диапазоном измерений — от 0,2 до 200% от номинального тока. Погрешности этого диапазона регламентируются международным стандартом IEС 60044-1 (3)). В частности, для первичных токов свыше 120% номинального тока, погрешности приравнены к значениям, достигаемым при 120% номинала. Зачастую такого диапазона измерений производителям удается достичь применением материалов с высокой магнитной проницаемостью — для изготовления сердечников используются нанокристаллические (аморфные) сплавы, но иногда и применения таких сплавов не требуется. Но существует проблема документального обеспечения улучшенных характеристик: производители при утверждении типа ТТ как средства измерения декларируют испытания на соответствие ГОСТ 7746, т.е. от 1 до 120%. Таким образом, расширенный диапазон номинального тока не подтверждается ничем, кроме заверений заводов-изготовителей. Поэтому, при применении таких ТТ следует убедиться, что расширенный диапазон измерений указан в описании типа и эксплуатационной документации. Следует еще раз отметить, что ГОСТ 7746-2001 не регламентирует погрешностей ТТ при токе свыше 120% номинального. О необходимости внесения в него изменений в части диапазонов первичных токов, расширения значений других параметров передовыми специалистами говорится уже несколько лет (4) и предлагается ввести новые классы точности, однако ГОСТ 7746-2001 до настоящего времени применяется в неизменном виде.

Отдельно необходимо рассмотреть вопрос замены существующих ТТ. К выше обозначенной проблеме выбора коэффициента трансформации обмотки АИИС КУЭ прибавляется проблема сохранения коэффициентов трансформации других обмоток — к ним подключены существующие измерительные приборы, устройства противоаварийной автоматики, телемеханики и релейной защиты. Это, как правило, значительные по величине коэффициенты, определяемые максимальной пропускной способностью присоединений. Таким образом, требуются трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации обмоток АИИС КУЭ, измерений и РЗА. Необходимая кратность Ктт этих обмоток может составлять два, три и более. Такие трансформаторы производятся для уровней напряжений от 6 кВ и выше, но их ассортимент достаточно ограничен — чаще всего это ТТ с кратностью Ктт обмоток измерений и РЗА к Ктт обмотки учета равной двум. Это направление производителями освоено недостаточно, возможно ввиду традиционного подхода проектировщиков к выбору ТТ, хотя выгода при использовании таких ТТ налицо. Производству ТТ с разными коэффициентами обмоток мешают проблемы, связанные с конструкцией ТТ: в связи с тем, что число первичных витков для всех обмоток одинаково, необходимый коэффициент каждой из обмоток достигается варьированием количества ее вторичных витков, как следствие размеры вторичных обмоток увеличиваются и встает вопрос размещения их в габаритах корпуса трансформатора а также достижения требуемой термической и динамической стойкости. К примеру, для трансформаторов тока напряжением 35 кВ и выше изготовление ТТ с различными коэффициентами трансформации возможно при количестве ампервитков измерительной обмотки, большем или равном 1200 (в редких случаях от 600 ампервитков). Даже при наличии таких конструктивных сложностей, производителям удается изготавливать трансформаторы с кратными коэффициентами в широком диапазоне — от 50 до 3000 А. Сегодня предлагается в связи с появлением таких ТТ заменить термин «номинальный ток ТТ» на «номинальный первичный ток вторичной обмотки» (4).

Кроме ТТ с расширенным диапазоном, и кратными коэффициентами трансформации, существуют ТТ с возможностью увеличения коэффициентов трансформации всех обмоток единовременно в два раза, путем изменения количества витков первичной обмотки. У ТТ с такой возможностью существует два первичных вывода, один из которых замыкает первичную обмотку на два витка, другой — на один. Когда замкнуты два витка, коэффициент трансформации понижен, при замыкании на один виток коэффициент трансформации увеличивается в два раза, в соответствии с известной формулой

Читайте также:  При выдвигании магнита из короткозамкнутой проволочной катушки в катушке возникает индукционный ток

Производятся и ТТ, у которых коэффициенты трансформации обмоток изменяются по вторичной стороне, используя различное количество ампервитков вторичной обмотки — так называемые ТТ с отпайками.

В настоящее время такие ТТ изготавливаются на напряжения от 10 кВ и выше, как с литой, так с масляной и элегазовой изоляцией.


Рис. 3. Отдельно стоящий
трансформатор тока

Вторичные обмотки существующих ТТ очень часто перегружены. Значение мощности вторичной нагрузки может составлять 150, а то и 200-300% номинальной мощности, а разгрузка ТТ прокладкой новых вторичных цепей кабелем большего сечения не всегда решает задачу. Эта проблема актуальнее всего для обмоток измерений, так как требуется их значительная точность. Поэтому наряду с вышеописанными параметрами ТТ должны иметь достаточно большую номинальную мощность вторичных обмоток, а также возможность изготовления с несколькими измерительными обмотками — тогда мощность нагрузки, которую можно подключить к ТТ, увеличивается кратно количеству измерительных обмоток. Общее число измерительных и релейных обмоток тоже ограничивается конструктивными особенностями отдельных видов ТТ и составляет от 1 до 6, в зависимости от уровня напряжения. С ростом уровня напряжения, увеличиваются габаритные размеры трансформатора — тем больше обмоток можно разместить внутри ТТ.

Также при замене ТТ необходимо учитывать, что коэффициент безопасности приборов должен быть как можно ниже, во избежание выхода из строя оборудования вторичных цепей при возникновении токов короткого замыкания. Это означает, что ток во вторичной цепи должен перестать расти раньше (сердечник должен насытиться), чем будут повреждены установленные во вторичных цепях приборы. Следует отметить, что несмотря на то, что зачастую производители ТТ декларируют возможность работы в классе точности даже при нулевой вторичной нагрузке, догрузка трансформаторов тока требуется, именно исходя из достижения требуемого коэффициента безопасности. Опытным путем доказано, что при уменьшении вторичной нагрузки ТТ его коэффициент безопасности увеличивается в несколько раз (5). Поэтому невозможно понять, на сколько же необходимо догрузить обмотку измерений ТТ для достижения требуемого коэффициента безопасности приборов. В связи с этим необходимо, чтобы изготовители ТТ на каждый производимый тип ТТ приводили кривую зависимости коэффициента безопасности от вторичной нагрузки, это требование тоже должно быть внесено в ГОСТ 7746-2001. Сейчас можно рекомендовать догружать ТТ как минимум до нижнего предела загрузки, регулируемого ГОСТ 7746-2001.


Рис.4. Трансформатор тока,
устанавливаемый на ввод силового
оборудования (встраиваемый ТТ).

Номинальная предельная кратность обмоток, в свою очередь, должна быть выше кратности тока короткого замыкания и не ниже кратности существующего ТТ, для обеспечения нормальной работы существующих релейных защит. Не стоит забывать и о проверке на термическую и динамическую стойкость трансформаторов тока напряжением свыше 1 кВ, выполняемую по ГОСТ Р 52736-2007 (7) — трансформатор не должен выйти из строя при коротких замыканиях в электроустановке.

Какие же ТТ наиболее функциональны? Все зависит от задачи, которая решается при выборе измерительных трансформаторов. Если необходима организация как цепей учета, так и измерения, релейных защит, автоматики и пр. — целесообразно применять отдельно стоящие ТТ (рис.3), так как их функционал гораздо более обширен, чем, например, у ТТ, устанавливаемых на ввод силового оборудования (встраиваемых) (рис.4). В частности, для уровня напряжения 110 кВ последние ограничены классами точности — для отечественных ТТ класс 0,2S достигается только при использовании трансформатора с номинальным первичным током от 600 А, при вторичном токе 5 А. Кроме того, если сравнить отдельно стоящий ТТ с встраиваемым по мощностям вторичных обмоток — встраиваемый также уступает. Поэтому, выгодно применять отдельно стоящие ТТ решении комплексных задач по организации одновременно вторичных цепей учета, измерений и РЗА, а также при новом строительстве объектов, при установке ТТ только для организации учета и при условии наличия больших токов в первичной цепи — целесообразно применение встраиваемых ТТ.

Конечно, большую роль играет стоимость трансформаторов и их монтажа. Здесь однозначно лидирующими являются встраиваемые ТТ наружной установки. Они дешевле в изготовлении, при монтаже не требуют установки отдельных опорных конструкций, а также обслуживания в период эксплуатации, так как имеют литую изоляцию. Но стоит еще раз обратить внимание на ограниченность их применения и недостаточный функционал, по сравнению с отдельно стоящими ТТ.

Выводы

  1. При выборе ТТ необходимо учитывать соотношение номинального первичного тока обмотки учета и фактической нагрузки. Использование ТТ с большими номинальными первичными токами при значении фактических нагрузок присоединений менее 20% от номинального первичного тока ТТ экономически нецелесообразно и приводит к тому, что часть транзита электрической энергии не учитывается, это может повлечь финансовые потери.
  2. Производимые промышленностью измерительные трансформаторы могут обеспечить точный учет и в области минимальных нагрузок присоединений, и при максимальной пропускной способности линии, используя расширенный диапазон измерений от 1 до 200%, при условии документального подтверждения работы ТТ в классе точности в этом диапазоне.
  3. При замене существующих ТТ доступны ТТ с различными Ктт обмоток или ТТ с отпайками — таким образом будет обеспечиваться достаточная точность учета и сохранение существующих коэффициентов трансформации обмоток измерений и РЗА. Также можно использовать ТТ с изменяемым количеством первичных витков. При этом необходимо помнить, что при переключении изменяется Ктт всех обмоток одновременно.
  4. Номинальная мощность обмоток изготавливаемых в настоящее время трансформаторов тока достигает 50-60 ВА — этого, как правило, достаточно для работы в допустимых классах точности. Также возможно производство ТТ с увеличенным количеством обмоток измерений и/или РЗА.
  5. Необходимо выбирать ТТ с как можно более низким коэффициентом безопасности приборов. Не нужно забывать о догрузке вторичных обмоток — с уменьшением их загруженности увеличивается коэффициент безопасности. Кроме того, необходимо, чтобы производители ТТ декларировали для каждого типа зависимость коэффициента безопасности приборов от вторичной нагрузки.
  6. При замене ТТ необходимо следить за тем, чтобы номинальная предельная кратность обмоток РЗА была не менее кратности существующих ТТ и выше кратности токов КЗ. Также необходимо осуществлять проверку на термическую и динамическую стойкость.
  7. Отдельно стоящие ТТ значительно функциональнее встраиваемых, поэтому их использование целесообразно при реконструкции распределительных устройств и новом строительстве. При установке ТТ только для учета и соблюдении условия наличия значительных токов в первичной цепи — возможно применение встраиваемых ТТ.

Используемая литература

  1. ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия».
  2. Правила устройства электроустановок, 7-е изд.
  3. IEС 60044-1 «INTERNATIONAL STANDARD. Instrument transformers — Part 1: Current transformers»
  4. М. Зихерман «Стандарты по измерительным трансформаторам. Новые требования».
  5. Легостов В.В., Легостов В.В. «Измерительные трансформаторы тока», ИЗМЕРЕНИЕ.RU № 12 2’06
  6. Афанасьев В.В. «Высоковольтные ТТ».
  7. ГОСТ Р 52736-2007 «Методы расчета термического и динамического действия тока короткого замыкания».

Серяков Андрей Александрович,
главный инженер проекта
Управления технического сопровождения
ООО «Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ»

Источник

Классификация и расшифровка обозначений трансформатора тока

Классификация и расшифровка обозначений трансформатора тока

Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.

Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К трансформаторам тока предъявляются высокие требования по точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки различают трансформаторы тока:

а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
б) для закрытой установки;
в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;
г) накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);
д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);
б) одновитковые (стержневые);
в) шинные.

4. По способу установки трансформаторы тока для закрытой и наружной установки разделяются на:

а) проходные;
б) опорные.

5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы:

а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);
б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
в) газонаполненные (элегаз);
г) с заливкой компаундом.

Читайте также:  Сопротивление постоянному току фильтров

6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

а) одноступенчатые;
б) двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение свыше 1000 В;
б) на номинальное напряжение до 1000 В.

Параметры трансформаторов тока

Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации трансформатора тока определяет номинал измерения тока и означает при каком первичном токе во вторичной цепи будет протекать определённый стандартный ток (чаще всего это 5 А, редко 1 А). Первичные токи трансформаторов тока определяются из ряда стандартизированных номинальных токов.

Коэффициент трансформации трансформатора тока обычно записывается в виде отношения номинального первичного тока ко номинальному вторичному в виде дроби, например: 75/5 (при протекании в первичной обмотке тока 75 А — 5А во вторичной обмотке, замкнутой на измерительные элементы) или 1000/1 (при протекании в первичной цепи 1000 А, во вторичных цепях будет протекать ток 1 А.

Иногда трансформаторы тока могут иметь переменный коэффициент трансформации, что возможно пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединения (например такое решение применяется в трансформаторах тока ТФЗМ — 110) либо наличием отводов на первичной или вторичной обмоток (последнее применяется в лабораторных трансформаторах тока типа УТТ) или же изменением количества витков первичного провода, пропускаемого в окно трансформаторов тока без собственной первичной обмотки (трансформаторы тока УТТ).

Класс точности

Для определения класса точности трансформатора тока вводятся понятия:

  • погрешности по току ΔI = I2 — I1’, где I2- действительный вторичный ток, I1’ =I1/n — приведённый первичный ток, I1 — первичный ток , n — коэффициент трансформатора тока;
  • погрешности по углу δ = α1 — α2, где α1 — теоретический угол сдвига фаз между первичным и вторичным током α1 = 180°,α2 — действительный угол между первичным и вторичным током;
  • относительной полной погрешности ε%=(|I1’-I2|)/|I1’|, где |I1’| — модуль комплексного приведённого тока.

Погрешности по току и углу объясняются действием тока намагничивания. Для промышленных трансформаторов тока устанавливаются следующие классы точности: 0,1 0,5; 1; 3, 10Р.

Согласно ГОСТ 7746 — 2001 класс точности соответствует погрешность по току ΔI, погрешность по углу равна: ±40’ (класс 0,5); ±80’ (класс 1), для классов 3 и 10Р угол не нормируется. При этом трансформатор тока может быть в классе точности только при сопротивлении во вторичных цепи не более установленного и тока в первичной цепи от 0,05 до 1,2 номинального тока трансформатора.

Для трансформаторов тока с добавлением сзади класса точности литеры S (например 0,5S) означает, что трансформатор будет находится в классе точности от О,01 до 1,2 номинального тока. Класс 10Р (по старому ГОСТ Д) предназначен для питания цепей защиты и нормируется по относительной полной погрешности, которая не должна превышать 10% при максимальном токе к.з. и заданном сопротивления вторичной цепи.

Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в классе точности при протекании по первичной его обмотке тока 0,2 ÷ 200% номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.

Обозначения трансформаторов тока

Отечественные трансформаторы тока имеют следующее обозначения:

  • первая буква в обозначении «Т» — трансформатор тока
  • вторая буква — разновидность конструкции: «П» — проходной, «О» — опорный, «Ш» — шинный, «Ф» — в фарфоровой покрышке
  • третья буква — материал изоляции: «М» — масляная, «Л» — литая изоляция

Далее через тире пишется класс изоляции трансформатора тока, климатическое исполнение и категория установки. Например ТПЛ — 10УХЛ4 100/5А: «трансформатор тока проходной с литой изоляцией с классом изоляции 10 кВ, для умеренного и холодного климата, категории 4 с коэффициентом трансформации 100/5» (читается как «сто на пять»).

Источник

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Выбор трансформаторов тока. Различия и классификация

Трансформаторы тока служат для измерения характеристик в пределах значений номинального напряжения (Uном) от 0,66 до 750 кВ.

Устройства служат для изменения параметров тока до показателей удобных для производства измерений с последующей передачей информативного сигнала измерения приборам, работающим в релейных цепях защиты. Приборы служат для выполнения функций по измерению электрической энергии, защиты от воздействий токов КЗ и других неисправностей, автоматики и управления в электроцепях переменного тока промышленной частоты 50 – 60 Гц.

Выбор трансформатора тока

При решении вопроса, как выбрать трансформатор тока, прежде всего, необходимо руководствоваться требованиями по установке устройства.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы подразделяются на классы по роду установки, в зависимости от места нахождения устройства:

  1. Установка ТТ в ОРУ.
  2. УстановкиТТ в ЗРУ.
  3. Для работы внутри оболочек устройстви внутри масляной или газовой среды,например, внутри высоковольтных масляных или элегазовых выключателей.
  4. Специальная установка.

По способу установки, зависящей то конструктивной особенности устройства:

  1. Опорные, для монтажа на ровной опорной поверхности;
  2. Проходные ТТ находятся на шинопроводах в комплексных распределительных устройствах, используются в качестве проходного изолятора;
  3. Шинные –особенность этого трансформатора заключается в том, что в роли первичной обмоткивыступает шина РУ,которая пропущена через окно трансформатора, устройство крепиться на шине специальными винтами на планке;
  4. Встроенные используются для установки в силовых трансформаторах, баковых выключателях или токопроводах;
  5. Разъемные, предназначены для быстрой установки на шинах или кабелях без отключения токовой цепи.

По типу изоляции:

  1. Литая изоляция;
  2. Исполнение в пластмассовом корпусе;
  3. Применение твердой изоляции, с использованием фарфора, бакелита, полимеров, эпоксидной смолы;
  4. Вязкая изоляция из заливочных обволакивающих компаундов;
  5. Маслонаполненные;
  6. Газонаполненные,применяемая для трансформаторов, установленных на высоких и сверхвысоких напряжениях.
  7. Смешанная изоляция, (бумажно-масляная), ресурс бумажной изоляции даже после 40 лет без эксплуатации может оставаться очень большим.

Недостаточная защита трансформатора может привести к конденсированнию влаги на его дне, влажность может достичь опасных значений, приводящих к электрическому или тепловому пробою.

В зависимости от количества ступеней трансформации:

  1. Одноступенчатые (один коэффициент трансформации)
  2. Многоступенчатые или каскадные (несколько коэффициентов трансформации)

По количеству вторичных обмоток:

  1. Наличие одной вторичной обмотки.
  2. Существование нескольких вторичных обмоток.

По функциональному назначению вторичной обмотки:

  1. Для измерения или учета.
  2. Для выполнения защитных функций.
  3. Для измерения и защиты.
  4. Для выполнения измерений в различных переходных режимах.

По количеству коэффициентов трансформации:

  1. Наличие одного коэффициента трансформации.
  2. Несколько коэффициентов трансформации, полученных после изменения числа витков в обмотках или при наличии нескольких вторичных обмоток.

Трансформаторы тока различаются по классу напряжения:

  1. До 1000 В.
  2. Выше 1000 В.

Методы преобразования:

  1. Электромагнитные.
  2. Оптико-электронные.

По типу изоляции обмоток:

  1. Твердая изоляция.
  2. Газовая изоляция

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Таблица №1. Типы трансформаторов тока

Класс точности трансформатора тока

При правильном выборе трансформатора тока нужно, прежде всего, руководствоваться сферой измерения где будет применяться трансформатор тока, если ТТ, например, будет применяться для АИИС КУЭ для снятия показаний коммерческого учета, то он должен иметь высокий класс точности.

Погрешности ТТ прежде всего зависимы от габаритов и конструктивных особенностей магнитопровода, а также от количества витков и сечения провода обмотки. На погрешность в показаниях большое влияние оказывает материал, из которого изготовлен магнитопровод.

При использовании в современных системах коммерческого учета нашли применение ТТ с магнитопроводом, выполненным из нанокристаллических (аморфных) сплавов, ТТ приобретает высокий класс точности измерения 0.5, 0,5S. 0.2S, при малом значении первичного тока.

Аморфные сплавы при повышении класса точности ТТ способствуют увеличению максимальной мощности обмоток, улучшают защиту измерительных приборов, подключенных в цепь с трансформатором, сводят к нулю эффект старения, что позволяет сохранить характеристики устройства. Так получают точные и качественные изделия,которые гарантируют стабильное функционирование систем АИИС КУЭ.

Высокий класс точности создает наиболее узкий диапазон трансформаторных погрешностей.

Различие между классами точности 0,5. 0,2и 0,5S, 0.2S заключается в погрешности обмотки класса 0,5 или 0,2ниже 5% от номинального тока. В таком значении тока,выявляется недоучет электроэнергии, сокращаемый при использовании трансформаторов с классом точности S.

Для различного вида технических измерений, возможно, подключение трансформаторов с классом точности – 1. Для применения в подключении указывающих амперметров разрешается применение ТТ с классом точности – 3.

Как правильно выбрать трансформатор тока

Выбор трансформаторов тока производится, руководствуясь определенными значениями, это: напряжение сети, значения номинального первичного тока, мощность зависящая от нагрузочных показателей потребителя, коэффициент трансформации.

Выбор трансформаторов тока по напряжению

Номинальное значение напряжения (Uном ) ТТ выбирается большим или равным значению максимального рабочего напряжения Uуст.

Выбор трансформатора по первичному току

Значение( I1ном) номинального тока первичной обмотки должно быть выше или быть равным по значению(Iрабmax) рабочему расчетному установочному току высоковольтной линии отходящего от распредустройства. Расчет выбора трансформатора тока также зависит от Iкз, величины термического импульса Iкз в течении 1 сек, и термического импульса тока КЗ в течении 0,525 сек, по результатам срабатывания защит.

При выборе номинального тока трансформатора руководствуются необходимостью обеспечения требований по термической и динамической стойкости к Iкз

Выбор трансформатора тока по нагрузке

При малых номинальных токах и высоких номинальных кратковременных токах термической стойкости, трансформатор ограничен по мощности из-за своих размеров и максимальной магнитодвижущей силы. При увеличении силы намагничивания вдвое, мощность увеличивается в четыре раза. Мощность ограничена зависимостью МДС от тока динамической стойкости. Причина кроется в силовом воздействии электрического поля, которое в случае КЗ будет симметрировать витки первичной обмотки друг против друга. Мощность ограничена малыми габаритными размерами ТТ.

Читайте также:  Лабораторная работа рамка с током

Расчет выбора трансформатора тока по мощности производится в зависимости сечения токопроводящего проводника и расчетной мощности.

Формула расчета в зависимости от сечения проводника

Где Sпр.выбр — выбранное сечение проводника, (мм 2 )

Расчет нагрузочной мощности определяется по формуле

Согласно ГОСТУ параметры ТТ по нагрузке, определяются для трансформаторов тока номинальной мощностью равной 5ВА и 10 ВА с нижним пределом устанавливаемым 3,75 ВА.

Таблица выбора трансформаторов тока

Таблица выбора трансформаторов тока

Выбор трансформатора тока по коэффициенту трансформации

Не допускается установка трансформатора тока, имеющего завышенный коэффициент трансформации.

В случае повышенного коэффициента разрешается ставить счетчики на приемном вводе потребителя. На силовых трансформаторах счетчики могут монтироваться со стороны низшего напряжения.

Наибольшим спросом пользуются трансформаторы, имеющие один коэффициент трансформации, он не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации.

Примером коэффициентов трансформации считаются ТТ 150/5 (N-30); 600/5 (N-120); 1000/5(N-200); 100/1(N-100)

Источник



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.

Трансформатор тока

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).

Промышленный керамический трансформатор тока

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.

Принципиальная схема трансформатора тока

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).

Схематическое изображение ТТ Рис. 4. Схематическое изображение ТТ Устройство 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).

ТТ с разъемным корпусом

Рис. 6. ТТ с разъемным корпусом

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.

Зависимости между обмотками и токами выражены формулой: k = W2 / W1 = I1 / I2 .

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.

Принцип действия трансформатора тока

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.

Пример наружного использования ТТ

  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.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформаторов присваиваются буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:

  • Т — трансформатор тока;
  • П — буква указывающая на то, что перед нами проходной трансформатор. Отсутствие буквы П указывает, что устройство принадлежит к классу опорных ТТ;
  • В — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного выключателя или в механизм другого устройства;
  • ВТ — встроенный в конструкцию силового трансформатора;
  • Л— со смоляной (литой) изоляцией;
  • ФЗ — устройство в фарфоровом корпусе. Звеньевой тип первичной обмотки;
  • Ф — с надежной фарфоровой изоляцией;
  • Ш — шинный;
  • О — одновитковый;
  • М — малогабаритный;
  • К — катушечный;
  • 3 — применяется для защиты от последствий замыкания на землю;
  • У — усиленный;
  • Н — для наружного монтажа;
  • Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
  • Д — со вторичной катушкой, предназначенной для питания электричеством дифференциальных устройств защиты;
  • М — маслонаполненный. Применяется для наружной установки.
  1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается после буквенных символов (первая цифра).
  2. Числами через дробь обозначаются классы точности сердечников. Некоторые производители вместо цифр проставляют буквы Р или Д.
  3. следующие две цифры «через дробь» указывают на параметры первичного и вторичного токов;
  4. после позиции дробных символов — код варианта конструкционного исполнения;
  5. буквы, расположенные после кода конструкционного варианта, обозначают тип климатического исполнения;
  6. цифра на последней позиции — категория размещения.

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:

Основные схемы подключения

  • В сетях с глухозаземленной нейтралью ТТ подключается к каждой фазе. Соединение обмоток трансформатора – полная звезда.
  • Подключение по схеме неполной звезды. Применяется в сетях с изолированными нулевыми точками.
  • Схема восьмерки. Симметрично распределяет нагрузки при трехфазном КЗ.
  • Соединение ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Применяется для защиты номинальной нагрузки от коротких замыканиях на землю.

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:

  • 0,1;
  • 0,5;
  • 1;
  • 3;
  • 10P.

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.

Видео по теме

Источник