Как закрыть трансформаторы тока

Последствия при перегрузке трансформаторов тока (реальный пример)

Ноябрь 1st, 2015 Рубрика: Трансформаторы тока, Электрооборудование

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

В сегодняшней статье я хотел бы поделиться с Вами информацией по перегрузке трансформаторов тока и последствиями, возникающими при этом явлении.

В качестве примера я сошлюсь на реальный случай, который произошел буквально на днях на одной из распределительных подстанций.

В общем, дело было так. Низковольтная распределительная подстанция, щит 220 (В).

Прошу обратить внимание на то, что трехфазные сети с изолированной нейтралью и линейным напряжением 220 (В) и 500 (В) все еще используются у нас на производстве, поэтому особо не удивляйтесь.

На одном из фидеров ведется коммерческий учет электроэнергии с помощью счетчика ПСЧ-4ТМ.05МК.16, который подключен через два трансформатора тока ТОП-0,66 с коэффициентом трансформации 50/5. Сейчас про схему подключения я говорить не буду — на эту тему читайте отдельную статью: схемы подключения счетчиков электрической энергии через трансформаторы тока.

Для контроля тока нагрузки в фазе А подключен щитовой амперметр типа Э30, откалиброванный на коэффициент трансформации 50/5.

Вот принципиальная однолинейная схема этого присоединения.

Вот графики нагрузок за последние 2 месяца: сентябрь и октябрь. Эти данные я выгрузил из 30-минутных профилей мощности данного электросчетчика.

Средняя нагрузка за сентябрь составила 8,04 (А), максимальная нагрузка — 43,2 (А).

Средняя нагрузка за октябрь составила 11,7 (А), максимальная нагрузка — 103,05 (А).

Ничего не предвещало беды, пока потребитель однажды резко не увеличил потребляемую мощность. Как видите, с середины октября нагрузка стала частенько превышать 50 (А). Дело в том, что в это время потребитель приобрел и установил какой-то мощный станок. Соответственно, нагрузка на фидере резко возросла и порой превышала более 100% от номинального первичного тока наших ТТ.

Но всем известно, что у трансформаторов тока имеется некоторая перегрузочная способность и он способен кратковременно выдерживать некоторое увеличение нагрузки.

Существует единственный и действующий ГОСТ 7746-2001, по которым изготавливают трансформаторы тока и в котором упоминается про их допустимую перегрузку. В п.6.6.2 этого ГОСТа говорится следующее:

А вот эта самая таблица 10 (для наглядности я ее разбил на несколько частей).

Как видите, наибольший рабочий первичный ток не у всех ТТ превышает номинальный.

Чуть ниже по тексту в этом ГОСТе имеется примечание о том, что допускается кратковременно увеличивать первичный ток трансформаторов тока на 20% по отношению к его наибольшему рабочему первичному току, но по согласованию с производителем и не более 2 часов в неделю.

В нашем же случае потребитель ничего не согласовывал, а просто увеличил первичный ток ТТ даже не на 20%, а более, чем на 100%, что и привело к следующим последствиям.

Повышенный ток вызвал значительный нагрев обмоток ТТ. По фотографиям оплавленных корпусов уже снятых трансформаторов тока видно, что в основном грелась вторичная обмотка. Это объясняется тем, что при превышении тока нагрузки магнитопровод мог уйти в насыщение, а следовательно, грелась не только вторичная обмотка, но и само «железо».

Если бы оперативный персонал при периодическом осмотре вовремя не заметил зашкалившую стрелку амперметра и не почувствовал запах гари и оплавленной изоляции, то последствия могли быть еще более серьезней, например, вплоть до короткого замыкания. Вот ссылочка, где на примерах из своей практики я рассказывал про последствия от коротких замыканий. Тогда бы точно пришлось менять не только трансформаторы тока.

Поэтому и было решено немедленно отключать данный фидер!

По этому инциденту пока еще ведется расследование, но в любом случае за нарушение эксплуатации электроустановки потребитель понесет наказание, согласно действующего законодательства (скорее всего штраф). Естественно, что ему же придется оплатить приобретение новых трансформаторов тока и услуги по их замене.

С учетом изменившейся нагрузки потребитель запросил увеличить выделяемую мощность, поэтому было решено установить трансформаторы тока ТТИ-А с коэффициентом трансформации 150/5, что мы успешно и сделали. Также нам пришлось заменить щитовой амперметр, откалиброванный на коэффициент 150/5 с пределом 150 (А).

Замену трансформаторов тока, как на высоковольтных, так и на низковольтных подстанциях, по тем или иным причинам мы производим с регулярной периодичностью.

Вот буквально около месяца назад на этой же подстанции мы производили замену стареньких трансформаторов тока КЛ-0,66 на ТТИ-А. У меня даже фотографии сохранились — до замены и после. Причина замены: не прошли очередную поверку.

Зачастую старые ТТ, в основном такие как, ТК-10 или ТК-20 выходят из строя по причине ухудшения изоляции первичной обмотки, но об этом я напишу как-нибудь в следующий раз.

В конце статьи посмотрите видеоролик, который я снял в момент перегрузки трансформаторов тока на данном фидере — очень впечатляет такой режим работы:

Источник

Трансформаторы тока в переходных режимах

Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.

В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.

Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.

Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I₁ • w₁ + I₂ • w₂ = I_нам • w₁

I₁ — ток в первичной обмотке;
w₁—количество витков первичной обмотки;
I₂ — ток во вторичной обмотке;
w₂ — количество витков вторичной обмотки;
I_нам — ток намагничивания.

Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.

В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.

Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.

Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.

Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).

Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке

Источник

Подключение трансформатора тока — описываем все нюансы

Современная жизнь человека невозможна без электричества. Оно используется во всех отраслях хозяйственной деятельности и в быту. Так как выработка электроэнергии сопряжена с немалыми затратами, для рационального ее использования применяют счетчики электрической энергии. Чтобы счетчик вел учет потребляемой энергии, требуется его установка, а подключается он посредством ввода в схему устройств, которые называются трансформаторами тока. статью ⇒Как снять показания счетчика?

Назначение и конструктивные особенности

В свою очередь, трансформатор тока — это устройство работающее по принципу электромагнитной индукции и служащее для измерения тока в цепях высокого напряжения, а также для организации систем защиты электрооборудования. То есть для того чтобы измерять ток в цепях с опасным высоким напряжением, например, 6 кВ, нельзя амперметром просто произвести замер, это очень опасно как для персонала, так и для самого прибора. Поэтому основная задача трансформаторов тока — это разделение высоковольтных токонесущих частей и преобразование энергии которая безопасна и для персонала, и для оборудования. Трансформаторы тока (ТТ) широко применяются в релейных защитах на подстанциях и распределительных устройствах. Поэтому к их точности и подключению предъявляются высокие требования. Зачастую первичной обмоткой его служит любая токопроводящая шина или жила кабеля, вторичная обмотка выполняется одиночная или групповая, с несколькими выводами для цепей защиты, контроля и измерения. Также, через трансформаторы тока подключаются и элементы учёта — счётчики электроэнергии.

То есть по назначению трансформаторы тока можно разделить на четыре основные группы:

1. измерительные;
2. защитные;
3. промежуточные;
4. лабораторные.

Одним из видов переносного устройства являются измерительные клещи. Ими очень легко можно измерять токи в цепях до 1 кВ. Правда, и по току их диапазон измерения очень небольшой, нагрузки в 1000 Ампер им будет измерять проблематично.

Схема восьмерки или включение реле на разность токов двух фаз

На рис. 2.4.9 представлена сама схема соединения, а на рис. 2.4.10, 2.4.11.векторные диаграммы, которые иллюстрируют работу этой схемы.

Как установить трансформатор тока

По роду и способу установки они делятся на:

1. Проходные;
2. Опорные;
3. Встроенные в электрооборудование;
4. Для электроустановок до 1 кВ или выше;
5. Для наружной установки в ОРУ (открытых распределительных устройствах);
6. Для внутренней установки в ЗРУ (закрытых распределительных устройствах).

Зачастую в цепях с маломощными двигателями и трансформаторами рассчитанных на 1 кВ и ниже установка трансформатора тока не требуется. Это всевозможные понижающие трансформаторы освещения, компрессоры, вентиляторы, обогревательные системы. Вообще, в быту трансформаторы тока устанавливаются крайне редко, разве что на трансформаторах, питающих целые районы или группы домов.

Трансформатор тока подключение

Рассмотрим несколько вариантов подключения трансформаторов тока в цепи трёхфазного напряжения.

Эта схема, где три трансформатора тока соединены в звезду, широко применена для защиты цепей от однофазных и многофазных коротких замыканий. Если в цепях протекает ток ниже того, на который настроены реле КА1-КА3, то это называется рабочим нормальным режимом работы и ни одна из защит не будет срабатывать. Ток, который протекает через реле К0 считается как геометрическая сумма токов всех трёх фаз. При увеличении тока в одной из фаз вырастит ток и в цепи защитного трансформатора сработает одно или несколько реле КА1-КА3, в зависимости от места повышения тока. Это необязательно случится при коротком замыкании, даже если нагрузка на контролируемом оборудовании будет выше номинальной, то произведёт отключение. Тем самым спасая дорогостоящее электрооборудование от ненормального режима работы. При замыкании на землю ток появится и в цепи реле К0, тем самым отключая электроустановку.

Схема с трансформаторами применяется для защиты от межфазных замыканий для организации цепей с заземлённой нейтралью. Схема с неполной звездой чаще всего используется для маломощных источников и потребителей, когда существуют и дополнительные виды разнообразных защит.

Такой вид соединения в треугольник, с одной стороны и в звезду с другой — используется в электроустановках для дифференциальной защиты.

Подключение трансформаторов тока, таким образом, даёт возможность защиты от межфазных замыканий и превышения тока в каждой из фаз, но отсутствует отключение при коротком замыкании на землю. Поэтому подключается так в исключительных очень редких случаях.

Принцип действия

Работа всех подобных приборов основывается на следующем принципе. У любого устройства есть силовая первичная обмотка. В ней содержится определенное количество витков провода, через который проходит напряжение.

На своем пути току приходится преодолевать препятствие, связанное с полным сопротивлением. В непосредственной близости от катушки создается магнитный поток. Его улавливает магнитопровод. В отношении проходящего тока он должен быть расположен перпендикулярно. При этом процесс превращения магнитной энергии в электрическую будет сопровождаться минимальными потерями.

Таким же образом располагается и вторичная обмотка. При пересечении ее магнитным потоком активируется электродвижущая сила, что приводит к образованию электричества.

Требуется приложение достаточных усилий для преодоления сопротивления катушки и выходной нагрузки. Поэтому возникает снижение напряжения, которое существует во вторичной цепи.

Принцип функционирования трансформатора тока основывается на явлении электромагнитной индукции

Особенности функционирования трансформаторов определяются предназначением устройств:

• Трансформаторы для сварки действуют по принципу максимальной отдачи. Они обладают возможностью выдерживать значительные нагрузки, при которых имеет место высокое напряжение.
• Работа однофазного трансформатора связана с эффектом, который проявляет магнитный поток. При замыкании вторичной обмотки возникает электродвижущая сила. По закону Ленца наблюдается уменьшение величины магнитного потока. На первичную обмотку однофазных устройств осуществляется подача постоянного тока, потому уменьшения магнитного потока не происходит.

Монтаж трансформатора тока

Перед тем как выполнить непосредственно сам монтаж трансформатора тока необходимо провести его ревизию и проверку сопротивления изоляции. Если она низкая то есть менее 1 кОм на 1 Вольт, то для начала хорошенько просушите его с помощью тепловентилятора или другой тепловой пушки. Сопротивление изоляции стоит при этом проверять каждые полчаса. Во время ревизии также проверяют комплектность устройства, элементов крепежа, состояние фарфоровых диэлектрических частей и корпуса. Осмотреть нужно:

• колодку вторичных выводов для цепей защиты и контроля;
• наличие их обозначений, маркировку;
• паспортную таблицу;
• состояние резьбы на болтовых соединениях выводов;
• наличие гаек и шайб.

Перед тем как непосредственно начать монтаж трансформатора тока, конечно же, всё начинается с отключения высоковольтной установки, проверки отсутствия напряжения на токоведущих частях, а также установки переносных заземлений. Всё это является основными мерами безопасности персонала, производящего монтаж. Затем производится разметка в месте установки, и если необходимо то выполняются сверлильные работы в местах крепления конструкции. Если в помещении сыро, то стоит принять меры, препятствующие образованию коррозии (установка сушек и покраска контактных соединений). Запрещается установка трансформатора и монтаж, таким образом, чтобы их корпуса находились вплотную к друг, к другу. Расстояние должно быть не менее 100 мм.

Желательно если есть возможность то таблички с маркировкой должны быть видны из-за ограждений.

Главное правило подключения любого трансформатора тока, это запрет включения его в цепь без нагрузки на вторичной обмотке. Если нет возможности подключить прибор, то их необходимо соединить между собой, чтобы не возникло большое напряжение на ней, которое почти всегда приводит к выходу из строя измерительного устройства.

Классификация

Трансформаторы тока можно разделить в зависимости от целей использования. В соответствии с этим они применяются для измерения либо защиты. Классифицируются они и по ряду других принципов:

1. Градация в зависимости от рода установки.
2. Устройства, применяемые для эксплуатации во внешней среде.
3. Местом использования являются закрытые помещения.
4. Модели, которые встраиваются вовнутрь электроприборов.

Подключение амперметров через трансформаторы тока

Для измерения силы тока как непосредственно включением прибора в цепь, так и при использовании трансформаторов тока служат амперметры. На рисунке приведена самая распространённая схема подключения. Первый рисунок «а» для однофазной цепи, «б» для цепей трёхфазного напряжения.

Параметры

Как и любое иное электрооборудование, токовые трансформаторы сопряжены с определенными требованиями, которые предъявляются к ним:

• номинальное напряжение должно находиться в широком диапазоне;
• величина номинального тока, зависящего от первичной обмотки;
• вторичный ток, проходящий через вторичную обмотку;
• величина вторичной нагрузки, характеризующее сопротивление внешней второй цепи.

Все эти данные отражаются в паспорте устройства либо в виде приложенной таблицы.

Трансформаторы тока выпускаются в различных исполнениях в зависимости от назначения и условий эксплуатации

Монтаж силовых трансформаторов

Установка силового трансформатора должна выполняться специально обученными бригадами под руководством высококвалифицированных электротехнического персонала. Они должны иметь достаточный опыт по производству этих работ в чётком соответствии с ТТМ 16.800.723–80. Масляные трансформаторы, применяемые в силовых электроустановках, отправлять завод изготовитель может в следующих состояниях:

1. С залитым полностью маслом и собранные;
2. Частично разобранные, с герметичным баком, в котором масло залито ниже крышки;
3. Демонтированные частично без масла, бак заполнен инертным газом;

Все работы по монтажу трансформаторов выполняются в чёткой регламентированной последовательности

1. Разгрузка электрооборудования после прибытия с завода изготовителя;
2. Транспортировка к месту установки;
3. Подготовительные монтажные работы;
4. Проверка состояния всех обмоток и переключателей;
5. Установка на выполненный заранее крепкий фундамент;
6. Монтаж охлаждающей системы и заливка масла, подключение вентиляторов обдува;
7. Осмотр на отсутствие течи масляной продукции;
8. Испытание трансформатора и пробное включение выполняется сразу без нагрузки в течение суток.

При этом монтаж трансформаторов лучше и безопаснее производить в светлое время суток.

Меры предосторожности

Эксплуатация трансформаторов тока предполагает соблюдение определенных мер безопасности, поскольку она связана с определенным риском по отношению к здоровью человека:

1. Существует возможность поражения электротоком, связанная с действием высоковольтного потенциала. Магнитопровод конструктивно выполняется из металла и отличается хорошей проводимостью. Если будут иметь место дефекты в изоляционном слое обмотки, то персоналу грозит возможность получения электротравмы. Для профилактики подобных случаев вывод вторичной обмотки подлежит заземлению.
2. Работник связан с опасностью поражения высоковольтным потенциалом из-за разрыва вторичной цепи. Ее выводы имеют маркировку «И1» и «И2».
3. Решения конструкторов при проектировании и производстве подобных устройств, преследует ряд конкретных задач. Если какой-либо параметр не удовлетворяет требованиям, цели достигают путем усовершенствования существующих конструкций. Новый образец еще недостаточно проверен временем, а поэтому, способен таить в себе некоторую опасность.

Параллельное соединение трансформаторов тока

На рис. 2.4.14. представлена схема параллельного соединения трансформаторов тока. Эту схему можно использовать с целью получения разных нестандартных коэффициентов трансформации. Схемы подключения счетчиков электроэнегии, как однофазных, так и 3-х фазных Вы можете найти тут.

Если трансформатор подключить наоборот

Трансформатор — это уникальное устройство, которое может работать как в одну, так и в другую сторону. То есть, как повышающий трансформатор может стать понижающим, так и наоборот. Например, если он рассчитан на подключении к его первичной обмотке напряжения 6 кВ, а на вторичной при этом должно появиться 0,4 кВ, то он также может работать и в другую сторону. Если на вторичную обмотку будет подано 0,4 кВ, то на первичной появится 6 кВ. Эта особенность может быть очень опасной при проведении профилактических и текущих ремонтов этого оборудования. Обязательно отключение их и с низкой, и с высокой стороны. Нужно помнить это правило при подготовке рабочих мест.

Обзор популярных моделей и производителей

Производством трансформаторов тока, через которые выполняется подключение к сети электросчетчиков, занимается множество компаний, в том числе с мировым именем. В таблице представлены наиболее востребованные модели с указанием их основных технических характеристик и ориентировочной стоимости на отечественном рынке

Как подключить понижающий трансформатор

Чаще всего установка трансформатора требуется чтобы понизить напряжение. Поэтому, как правильно подключить трансформатор такого понижающего назначения, вопрос который звучит очень часто. При подключении этого устройства, главное правильно выбрать его в соответствии с:

• Величиной входного напряжения, то есть подаваемого на первичную;
• Величиной выходного напряжения на выводах, их может быть несколько, в зависимости от конструкции;
• Мощностью, которая зависит уже от мощности потребителей.

Подключение диодного моста к трансформатору может быть выполнено если есть необходимость получения постоянного напряжения. Вот схемы подключения диодного моста к однофазной, или к трёхфазной сети.

Аналоги трансформаторов

Существует огромное количество моделей токовых трансформаторов, которые, несмотря на различное обозначение, являются аналогами друг друга.

Подбор аналогичного устройства осуществляется посредством специальных таблиц, имеющихся на сайте каждого производителя. Например, трансформатор ТШ-0,66 может быть успешно заменен на устройства с маркировкой ТОП-0,66 или ТШП-0,66. А прибор ТПШЛ-10 — на трансформатор марки ТЛШ-10.

Симметрирующий трансформатор

Если понижающий трансформатор нагружать неравномерно то произойдёт перекос фаз, что является отрицательно влияющим механизмом. Следствием такой работы и потребления электроприёмников будет увеличение потребления электроэнергии, а со временем сбои и преждевременное разрушение изоляции. Безопасность питающихся потребителей при этом будет под угрозой. Для того чтобы не допустить этого нужно симметрировать фазы, за счёт применения симметрирующих трансформаторов.

Как видно из схемы здесь есть дополнительная обмотка, которая должна выдерживать номинальной ток одной из фаз. Она включается в разрыв нулевого проводника, что приводит к неплохим результатам, то есть симметричному вырабатыванию равных токов в нагрузке.

Распространенные ошибки при подключении

Часто встречающейся ошибкой при подключении счетчика через трансформатор является установка без заземления общей точки вторичных обмоток токовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

Еще одной нередкой ошибкой можно назвать выполнение работ без соблюдения норм ПУЭ. Особенно это касается требований, касающихся сечения жил токовых цепей. Их минимальное сечение для медного провода должно составлять от 2,5 мм. кв. Для цепей напряжения с медными жилами — от 1,5 мм. кв. статью ⇒Выбивает автомат.

Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:

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.

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).

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.

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.

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