Без электроснабжения невозможно представить нашу жизнь. Чтобы электрическая система работала без сбоев или не пришла в негодность из-за неисправности в кабеле или в силовом оборудовании, её параметры необходимо контролировать, замерять. Диагностика, заключающаяся в проведении электрических измерений, способна выявить причины сбоев и вовремя устранить их. Для этого применяются приборы, измеряющие величины токов, напряжений, мощности. Но если в электроустановках с низким напряжением возможно подключение измерительных приборов напрямую, непосредственно к измеряемому узлу, то в высоковольтных цепях проблематично отследить параметры без применения измерительных трансформаторов. В электроустановках напряжение доходит до 750 кВ и выше, а токи устанавливаются в десятки килоампер и более. Для «прямого» измерения потребовались бы громоздкое и дорогое оборудование, а иногда измерения вообще не возможно было бы произвести. Также, при обслуживании приборов, напрямую подключенных к сети высокого напряжения, персонал подвергался бы опасности поражения током. Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) способствуют расширению пределов измерений обычных измерительных устройств и одновременно изолируют их от цепей высокого напряжения. Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики подлежат первичной и периодической поверке на правильность работы. Наиболее часто в сетях переменного тока применяются электромагнитные трансформаторы. Они состоят из магнитопровода, первичной и одной или нескольких вторичных обмоток. ТТ преобразовывает замеряемый высокий ток в малый, а ТН — измеряемое высшее напряжение в низшее. Измерительные трансформаторы включаются в цепи между высоковольтным оборудованием и контрольно-измерительными приборами: амперметрами, вольтметрами, ваттметрами, приборами релейной защиты, телемеханики и автоматики, счетчиками энергии. Содержание статьи Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые: 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. Трансформаторы напряжения подразделяются: У каскадного ТН первичная обмотка разделена на несколько поочередно соединенных секций, передача энергии от которых к вторичным обмоткам происходит посредством связующих и выравнивающих обмоток. У ёмкостного ТН в конструкции имеется ёмкостный делитель. Заземляемый однофазный ТН — устройство, у которого один конец первичной обмотки должен быть заземлен. У заземляемого трехфазного ТН должна быть заземлена нейтраль первичной обмотки. Все части первичной обмотки не заземляемого ТН изолированы от земли. Трансформатор тока — базовый измерительный аппарат в электроэнергетике, применяемый для преобразования тока первичной сети во вторичный стандартный ток величиной 5 А или 1 А. Первичная обмотка соединяется непосредственно с цепью высокого напряжения последовательным способом подключения. Вторичная обмотка включается во вторичные цепи измерений, защиты и учета. 5А — часто встречающийся номинал вторичной обмотки. Первичная обмотка ТТ включается в разрез линейного провода (последовательно с нагрузкой), в котором измеряется сила тока. Вторичная обмотка замкнута на измерительное устройство с малым сопротивлением. Поэтому, в отличие от силового трансформатора, для которого режим короткого замыкания является аварийным, нормальным режимом для измерительного ТТ являются условия, близкие к КЗ, так как сопротивление во вторичной цепи у него мало. Через первичную обмотку, имеющую определённое количество витков, течет ток. Вокруг катушки наводится магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Пересекая перпендикулярно ориентированные витки вторичной обмотки, магнитный поток формирует электродвижущую силу. Под влиянием последней возникает ток, протекающий по катушке и нагрузке на выходе. Одновременно на зажимах вторичной цепи образуется падение напряжения. По конструктиву и применению ТТ условно подразделяются на несколько разновидностей: По выполнению первичной обмотки ТТ подразделяются на одновитковые и многовитковые, а по числу вторичных обмоток — на устройства с одной обмоткой и с несколькими вторичными обмотками (до четырёх, пяти). По числу ступеней трансформации — на одноступенчатые и каскадные. К общей классификации трансформаторов обоих типов относятся: количество коэффициентов трансформации (однодиапазонные и многодиапазонные), критерии по материалу диэлектрика между первичной и вторичной обмотками и по материалу внешней изоляции — маслонаполненные, газонаполненные, сухие, с литой, фарфоровой и прессованной изоляцией, с вязкими заливочными компаундами, комбинированные бумажно-масляные. ТТ и ТН устанавливаются на открытом воздухе, в закрытых и в подземных установках, на морских и речных судах, внутри оболочек электроустановок и связываются контрольными проводами и кабелями с оборудованием вторичных цепей. По диапазону рабочего напряжения выделяют трансформаторы, функционирующие в устройствах до 1000 В и выше 1000 B. Трансформаторы также классифицируются по классу точности. Кратко о назначении трансформатора тока, составе и особенностях конструкции, о схеме и принципе работы. Почему нельзя допускать размыкание вторичных цепей трансформатора тока без предварительного их замыкания накоротко? Почему на напряжение выше 330 кВ изготавливаются ТТ каскадного типа? Об этом и об измерительном трансформаторе тока для подстанции 750 кВ вы узнаете из видео. electricity-help.ru Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям. Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление. Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением. Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии. Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу). Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими. Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт. Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное. Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т.е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии. В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает. information-technology.ru Для удобства измерения тока в установках высокого напряжения и для изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения служат трансформаторы тока (ТТ). ТТ имеет замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку пропускается измеряемый ток, вторичная подключается к измерительным приборам или реле. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата. Один вывод вторичной обмотки обязательно заземляется. Основными параметрами ТТ являются: Номинальное напряжение - это линейное напряжение энергосистемы, в которой ТТ должен работать, которое определяет изоляцию между первичной обмоткой, находящейся под высоким потенциалом, и вторичной обмоткой, один конец которой заземляется. Номинальный первичный и вторичный токи - это длительные токи, которые аппарат может пропускать. ТТ обычно имеют запас по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20 % выше номинального значения. Номинальный вторичный ток ТТ равен 1 или 5 А. Номинальный коэффициент трансформации - это отношение номинальных значений первичного и вторичного токов: . (21.1) Действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие погрешности, вызываемой потерями в трансформаторе. Различают токовую погрешность и угловую. Токовая погрешность в процентах определяется выражением: (21.2) где - вторичный ток; - первичный приведенный ток. В соответствии с ГОСТ 7746-78 приняты следующие условные положительные направления токов: первичного тока - ток втекает в начало первичной обмотки, вторичного - ток вытекает из начала вторичной обмотки. Обе обмотки намотаны в одну сторону. При таком положительном направлении токов в ТТ без погрешностей векторы вторичного и первичного токов совпадают по фазе. В реальном ТТ между векторами и существует угол, который называется угловой погрешностью и измеряется в минутах. Если вторичный ток опережает первичный, то погрешность по углу положительная. Угловую погрешность необходимо учитывать при измерении активной мощности цепи ( - угол сдвига между током и напряжением), а также при измерениях энергии и в ряде релейных защит, работа которых зависит от угла . Класс точности трансформатора определяется его погрешностью по току (в процентах) при первичном токе, равном В зависимости от погрешности по ГОСТ 7746- 78 различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. Наряду с токовой и угловой погрешностью ГОСТ 7746-78 предусмотрена полная погрешность ε, %, которая характеризует относительный намагничивающий ток: (21.3) где - действующее значение первичного тока; - мгновенное значение вторичного тока; - мгновенное значение первичного тока; Т - период частоты переменного тока (0,02 с). Номинальная нагрузка ТТ – это сопротивление нагрузки при котором он работает с заданным классом точности при номинальном значении Иногда применяется понятие номинальной мощности ТТ: . (21.4) Поскольку значение тока стандартизовано, то номинальное сопротивление нагрузки однозначно определяет номинальную мощность трансформатора. Номинальная предельная кратность первичного тока по отношению к его номинальному значению, при которой полная погрешность достигает 5 или 10 %. Соответственно ТТ имеют класс точности 5Р и 10Р, при этом нагрузка и ее коэффициент мощности должны быть номинальными. Максимальная кратность вторичного тока - это отношение наибольшего вторичного тока к его номинальному значению при номинальной вторичной нагрузке. Максимальная кратность вторичного тока определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание первичного тока не ведет к возрастанию потока. В аварийном режиме ТТ обтекаются током КЗ и их обмотки подвергаются воздействию больших токов. Динамическая стойкость ТТ (кратность) – определяется отношением допустимого тока ударного КЗ к амплитуде номинального первичного тока. Термическая стойкость ТТ (кратность) - задается отношением допустимого в течение 1 с тока КЗ к номинальному значению первичного тока. Так как ток первичной обмотки задается сетью, то большим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегченных условиях. Различают одно- и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом ТТ первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин. Примером такого исполнения является трансформатор типа ТПOЛ-I0 с номинальным напряжением 10 кВ (рис. 21.1), который используется, как проходной изолятор при переходе линии из одного помещения в другое. Первичная обмотка-стержень 4, магнитопроводы 1, крепежное кольцо 3 устанавливаются в специальную форму и заливаются жидкой смесью эпоксидной смолы, пылевидного кварцевого песка и отвердителя. После затвердения и полимеризации эта смесь приобретает высокие электрические и механические свойства. Магнитопроводы трансформатора выполняются в виде двух тороидальных сердечников 1, навитых лентой из текстурованного материала, например марки 3413. Если вторичная обмотка 2 равномерно распределена на тороидальном магнитопроводе, то ее индуктивное сопротивление X2схеме замещения равно нулю, что позволяет снизить погрешность измерения ТТ. Конструкция допускает установку нескольких ТТ с разными параметрами на одной стержневой первичной обмотке. Рис. 21.1. Oднoвиткoвый ТТ типа ТПOЛ-10 Oдновитковые ТТ могут быть встроенными. В этом случае используются токоведущий стержень и изолятор другого аппарата или оборудования (выключателя, силового изолятора, проходного изолятора и др.). Применение встроенных ТТ дает большой экономический эффект. На проходном изоляторе встроенных ТТ, как правило, устанавливается несколько ТТ, вторичные обмотки которых можно соединять последовательно или параллельно. При последовательном соединении вторичных обмоток коэффициент трансформации не изменяется, так как удваивается число первичных и вторичных витков. Вторичный ток сохраняется неизменным, а вторичная ЭДС удваивается, что позволяет увеличить в 2 раза вторичную мощность. Для встроенных ТТ это очень важно, так как они удалены от реле и измерительных приборов, благодаря чему сопротивление соединяющих проводов получается большим. При параллельном соединении вторичных обмоток коэффициент трансформации уменьшается, так как первичные обмотки включаются последовательно. При этом вторичный ток двух ТТ увеличивается. Это даёт возможность получить вторичный ток, приближающийся к стандартному значению 5 А, например при первичном токе Вторичные обмотки имеют отводы, которые позволяют в небольшом диапазоне регулировать коэффициент трансформации. При малых первичных токах (ниже 400 А) для получения высокого класса точности применяются многовитковые ТТ. При любом значении первичного тока необходимая для данного класса точности первичная МДС получается за счет увеличения числа витков первичной обмотки W1. На рис. 21.2 показан многовитковый трансформатор тока на напряжение 10 кВ. Рис. 21.2. Мнoгoвиткoвый ТТ На прямоугольном шихтованном магнитопроводе 1 расположена вторичная обмотка 2. Первичная обмотка 3 выполняется из медной шины. Первичная обмотка выведена на контакты 5, вторичная - на контакты 6. Все детали ТТ залиты эпоксидным компаундом 4. При КЗ на витки первичной обмотки действуют разрывающие электродинамические силы, что снижает стойкость ТТ. Кроме того, на первичной обмотке из-за ее относительно большой индуктивности может появиться значительное падение напряжения. Это является недостатком данной конструкции ТТ. При напряжении 35 кВ и выше для открытых установок применяются ТТ с масляной изоляцией. Наиболее распространены ТТ так называемого звеньевого типа (рис. 21.3). Три тороидальных магнитопровода 1 со вторичными обмотками 2 охвачены первичной обмоткой 4, выполняемой мягким многожильным проводом, которая обычно имеет несколько параллельных ветвей (на рис. 21.3 две ветви). При переходе с параллельного соединения на последовательное первичный номинальный ток трансформатора уменьшается в 2 раза. Первичная и вторичная обмотки изолируются кабельной бумагой 5 толщиной 0,12 мм. После наложения изоляции магнитопровод с обмотками крепится к основанию ТТ с помощью лап 3. К этому же основанию крепится фарфоровый кожух, который защищает обмотки от воздействия окружающей среды. Внутренняя полость ТТ после вакуумной сушки заполняется трансформаторным маслом. Масло пропитывает кабельную бумагу и заполняет все пустоты. Такие ТТ выполняются на напряжение до 220 кВ. Общий вид ТТ типа ТФН-35 на напряжение 35 кВ представлен на рис. 21.4. Рис. 21.3. ТТ звеньевого типа На рис. 21.4: 1 - вывод ветвей первичной обмотки; 2- вывод первичной обмотки; 3 – магнитопровод; 4 - вторичная обмотка; 5 - изоляция из кабельной бумаги; 6 – фарфоровая покрышка; 7 - трансформаторное масло. При напряжении свыше 220 кВ применяют каскадные ТТ. На рис. 21.5,б показан двухступенчатый каскадный ТТ на напряжение 500 кВ. Схема включения его обмоток показана на рис. 21.5,а. Общая компоновка ТТ показана на рис. 21.5,б. Каждая ступень представляет собой ТТ на напряжение аналогичный показанному на рис. 21.3. Вторичная обмотка первой ступени питает первичную обмотку второй ступени. При перевозке каждая ступень, залитая маслом, доставляется к месту установки отдельно. Стоимость двухступенчатого трансформатора примерно в 2 раза меньше, чем одноступенчатого. Недостатком каскадного ТТ является увеличение погрешности из-за увеличения сопротивления обмоток. Рис. 21.4. Трансформатор тока типа ТФН – 35 Трансформаторы напряжения (ТН) служат для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное напряжение, удобное для измерения. Обычно за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение или Первичная обмотка ТН изолируется от вторичной соответственно классу напряжения установки. Для безопасности обслуживания один вывод вторичной обмотки заземляется. Таким образом, ТН изолирует измерительные приборы и реле от цепи высокого напряжения и делает безопасным их обслуживание. Рис. 21.5. Двухступенчатый каскадный ТТ: а - принципиальная схема; б - общая компоновка; W1 - первичная обмотка верхней ступени; W2 - вторичная обмотка верхней ступени; W3 - первичная обмотка нижней ступени; W4, W5 - вторичные обмотки нижней ступени; - нагрузка ТТ Схема включения однофазного ТН показана на рис. 21.6. Первичная обмотка присоединена к цепи высокого напряжения через предохранители FU1, FU2. Вторичная обмотка питает нагрузку в виде обмоток измерительных приборов или реле защиты через предохранители FU3, FU4. В нормальной конструкции заземляются и вторичная обмотка , и магнитопровод. Предохранители FU3, FU4 служат для защиты ТН от КЗ в цепи нагрузки. Рис. 21.6. Схема включения однофазного ТН Предохранители FU1, FU2 на высоковольтной стороне служат для защиты сети от КЗ в ТН. Целесообразно применение токоограничивающих предохранителей типа ПКТ или стреляющих с ограничивающим резистором. Вследствие высокого сопротивления обмоток самого ТН при КЗ во вторичной цепи ток в первичной цепи мал (порядка нескольких ампер) и недостаточен для срабатывания предохранителей FU1, FU2. Этим объясняется установка предохранителей FU3, FU4 во вторичной цепи. Основными параметрами ТН являются: - номинальное напряжение первичной и вторичной обмоток, указанное на щитке. Номинальное напряжение ТН равно номинальному напряжению первичной обмотки; - номинальный коэффициент трансформации - это отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному: ; (21.5) - погрешность по напряжению, %, определяется уравнением (21.6) где - напряжение, поданное на первичную обмотку; - напряжение, измеренное на выводax вторичной обмотки. При погрешность Погрешности ТН не должны превышать значений, предусмотренных классом точности при колебании напряжения в пределах и колебаний мощности вторичной цепи в пределах от номинальной. - номинальная вторичная нагрузка. ТН включаются (рис. 21.6) так же, как силовые трансформаторы. Ток вторичной обмотки определяется сопротивлением нагрузки: , (21.7) а вторичная мощность . (21.8) При уменьшении сопротивления вторичная мощность увеличивается. Вторичная нагрузка кроме модуля характеризуется также коэффициентом мощности ; - номинальная мощность ТН представляет собой наибольшее значение вторичной мощности при при которой погрешность ТН не выходит за пределы, oопределенные классом точности. Требования к ТН определяются ГОСТ 1983-77. Погрешность ТН обусловлена наличием aктивных и peaктивных сопротивлений обмоток и тока холостого хода. Схема замещения ТН дана на рис. 21.7, а векторная диаграмма - на рис. 21.8. Рис. 21.7. Схема замещения ТН Рис. 21.8. Векторная диаграмма ТН Все вeличины пpиведены к первичной обмотке. Поток Ф создает вторичную ЭДС , отстающую от него на 90°. Под действием этой ЭДС во вторичной цепи возникают напряжение и ток , проходящий по сопротивлению нагрузки , который создает падения напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки . При выбранных положительных направлениях ток отстает от ЭДС . Намагничивающий ток (ток холостого хода) на угол потерь опережает поток Ф. В первичной обмотке создается падение напряжения . Но так как тогда Согласно рис. 21.7 можно написать: уравнение равновесия получается: (21.5) Катеты треугольника АВС пропорциональны падениям напряжения от тока холостого хода , катеты треугольника CDЕ - падениям напряжения от тока нагрузки . При отсутствии погрешности или и точки А и Е должны совпасть. Погрешность ТН по напряжению определяется: Поскольку угол между и мал, то вместо арифметической разности модулей этих векторов можно взять проекцию вектора АЕ на ось . Таким образом, погрешность определяется отрезком AF . Вышеприведенное уравнение показывает, что погрешность состоит из двух частей. Первая определяется током холостого хода, вторая - током нагрузки. Для того чтобы уменьшить погрешность по напряжению, снижают активное и реактивное сопротивления обмоток. Уменьшение активного сопротивления достигается малой плотностью токов в обмотках (около 0,3 А/мм2), что облегчает тепловой режим ТН. На погрешность влияет коэффициент мощности нагрузки . С уменьшением погрешность увеличивается. Погрешность по напряжению можно компенсировать путем уменьшения числа витков первичной обмотки. При этом коэффициент трансформации становится меньше номинального, вторичное напряжение возрастает, вводится положительная погрешность, которая компенсирует отрицательную. Обычно вводится такая коррекция, что при холостом ходе трансформатор имеет максимально допустимую для данного класса точности положительную погрешность. На угловую погрешность витковая коррекция не влияет. В трехфазных ТН угловую погрешность можно компенсировать с помощью специальных компенсирующих обмоток. При активной нагрузке вносится положительная коррекция. При индуктивной нагрузке применяется схема соединения, создающая отрицательную коррекцию. Номинальное напряжение первичной обмотки ТН должно соответствовать номинальному напряжению сети, в которую он включается. Если ТН включается между фазой и землей - то номинальному фазному напряжению. Номинальное вторичное напряжение ТН должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки. Нагрузка должна быть равномерно распределена по фазам ТН. Суммарная нагрузка на фазу ТН должна быть меньше допустимой при заданном классе точности и коэффициенте мощности. Сечение проводников, соединяющих ТН с нагрузкой, должно быть таким, чтобы падение напряжения на них составляло доли процента номинального вторичного напряжения. Лекция № 22 Последствия при перегрузке трансформаторов тока (реальный пример). Трансформаторы тока повышающие напряжение
Трансформаторы тока и напряжения: виды, конструкция, принцип действия!
Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения
Трансформаторы напряжения и их конструкция
Зачем нужны трансформаторы тока
Принцип действия и конструкция трансформаторов тока
• Опорные монтируются на опорной плоскости.
• Проходные используются в качестве ввода и устанавливаются в металлических конструкциях, в проемах стен или потолков.
• Встраиваемые размещаются в полости оборудования: электрических выключателей, генераторов и других электроаппаратов и машин.
• Разъемные не имеют своей первичной обмотки. Их магнитопроводы из двух половинок, стягиваемых болтами, можно размыкать и закреплять вокруг проводников под током. Эти проводники исполняют роль первичных обмоток.
• Шинные изготавливаются тоже без первичных обмоток — их роль выполняют пропущенные сквозь окна магнитопроводов ТТ токоведущие шины распредустройств.
• Накладные надеваются сверху на проходной изолятор.
• Переносные предназначаются для лабораторных и контрольных измерений.
Видео про трансформаторы тока
Похожие статьи
Как работает трансформатор?
Принцип действия трансформатора
Потери энергии при протекании постоянного тока
Переменный ток легко трансформируется
Трансформаторы тока и напряжения
Похожие статьи:
poznayka.org
принцип работы для измерения параметров электросетей
Трансформаторы тока (далее по тексту – ТТ) относятся к категории устройств, преобразующих параметры электромагнитных систем при помощи индуктивно связанных обмоток магнитопроводов. Принцип действия трансформатора тока, основанный на законе электромагнитной индукции, используется в ТТ при передаче и распределении электрической энергии, в развязках электрических цепей, при измерении параметров высоковольтных сетей и токов большой мощности. На рис. ниже показан трансформатор тока модели ТЛМ-10, используемый в системах управления и измерений электрических цепей с номинальным напряжением 10 кВ.
Трансформатор тока модели ТЛМ-10
Индуктивные связи в ТТ
Принцип работы трансформатора тока представляет собой техническую реализацию закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в замкнутом токопроводящем контуре при изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила, называемая в современной электродинамике индуцированной ЭДС. Простейшим объяснением для «чайников», слабо представляющих, из чего состоит трансформатор, не знающих его устройство или что такое индуцированная ЭДС, и как она может влиять на работу сложнейших трансформаторных систем, послужит схема индуктивных связей трансформатора, приведенная ниже.
Дополнительная информация. Индуктивными связями называют связи между электрическими цепями посредством магнитных полей.
Схема индуктивных связей трансформатора
На схеме показаны три основных элемента трансформатора:
- поз. 1 – магнитопровод, служащий для размещения токопроводящих контуров-обмоток;
- поз. 2 – первичный контур, называемый первичной обмоткой, к которому подводят электроэнергию переменного тока;
- поз. 3 – вторичный контур, называемый вторичной обмоткой. К нему подключается приемник электроэнергии.
При подаче на первичный контур переменного тока напряжением u1 через первичную обмотку начинает проходить переменный ток I1 , создающий магнитный поток Ф, изменяющийся по такой же синусоидальной гармонике. При этом в обмотке первичного контура индуцируется переменная ЭДС (электродвижущая сила) e1 . Контуры трансформатора находятся в индуктивной связи, поскольку через их обмотки проходит единый поток Ф. Соответственно, изменения магнитного поля в первичном контуре будут изменять магнитный поток, а он, в свою очередь, будет индуцировать во вторичном контуре электродвижущую силу e2 , изменяющуюся в той же гармонике. Под воздействием e2 во вторичном контуре возникает переменный ток I2. При замыкании вторичной обмотки на нагрузку ZН создается вторичная цепь, которая может служить для применения в приемниках энергии, в выпрямителях, усилителях и других приборах с развязанными электрическими цепями.
По своей сути трансформатор является передатчиком энергии между проводящими контурами, преобразуя их электромагнитные характеристики (лат. transformare означает преобразовывать) в силу тока I , сопротивление R и напряжение U. В соответствии со сложившейся терминологией проволочные или ленточные изолированные проводящие обмотки, намотанные на магнитопровод из ферромагнитных сталей, называют катушками, а сам магнитопровод – сердечником катушки.
Это важно! Передачу энергии путем создания ЭДС в контурах и трансформацию ее характеристик возможно осуществлять лишь для переменного тока. Постоянный ток также формирует магнитное поле, однако оно является постоянным и неизменяемым, тогда как ЭДС в обмотках катушек трансформатора образуется только при изменении окружающего магнитного поля.
На рис. ниже показана конструкция традиционного трансформатора, состоящего из двух катушек и сердечника, собранного из стальных пластин.
Конструкция традиционного трансформатора
Особенности трансформации энергии для ТТ
Для чего нужен трансформатор, в чем состоит его практическое предназначение? Зачем трансформаторные приборы присутствуют во всех электрических системах? На все вопросы ответ один – в практике эксплуатации электрических сетей трансформаторы выполняют важнейшую функцию изменения величины тока или напряжения, поданного от генератора переменного тока, для дальнейшего использования в промышленном электрооборудовании и бытовой технике. Данное преобразование называют масштабированием, поскольку сами трансформаторные приборы энергию не создают и не преобразовывают, а всего лишь увеличивают или уменьшают показатели системы переменного тока. Для количественной оценки изменения преобразованного параметра сети – тока или напряжения, введено понятие коэффициента трансформации K, показывающего, во сколько раз отличаются значения этого параметра на входе и выходе. Для напряжения коэффициент трансформации определяется по соотношению KU = U2 /U1, для тока – по формуле:
KI =I2 / I1 .
Если величины напряжения или тока на выходе превышают единицу (K>1), трансформатор называется повышающим. При К<1 трансформатор – понижающего типа. Для идеального трансформатора напряжения с неизменяющейся индуктивной связью между первичным и вторичным контурами коэффициент трансформации согласуется с количеством витков W обмоточного провода на катушках по прямой пропорциональной зависимости:
KU = W2 / W1 = U2 /U1
В этой формуле W2 и W1 указывают количество витков на катушках.
Если рассматривать трансформаторы тока, назначение и принцип действия этих приборов, то для них соблюдается пропорциональность первичного и вторичного тока:
I1 =I2 / KI или I2 = I1 * KI.
Функциональное назначение трансформаторов тока заключается в снижении вторичного тока до величины, гарантирующей безаварийную эксплуатацию электрооборудования и безопасность персонала, то есть канонический коэффициент трансформации по току всегда меньше единицы. Для расчета ТТ удобнее пользоваться номинальным коэффициентом трансформации, определяемым как отношение значения номинального I1 к номинальному I2 . В этом случае К больше единицы.
Величину номинального вторичного тока I2н указывают в паспорте каждого конкретного ТТ в качестве одного из параметров изделия. Значение I2н составляет 1А или 5А. Для номинального первичного тока I1н установлен стандартный числовой ряд значений от 1А до 40 000А.
Номинальный коэффициент трансформации ТТ определяют как отношение I1н к I2н и обозначают путем указания обоих параметров, например:
- 150/5;
- 1000/5 или
- 600/1.
На рис. ниже показан ТТ типа Т-0,66 с коэффициентом трансформации 75/5 А.
ТТ типа Т-0,66
Особенности конструкции ТТ
Трансформаторы напряжения, по аналогии с ТТ, выполняют функцию изменения другого параметра электрической сети – напряжения. Однако, при сопоставлении, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения (далее – ТН), становится очевидным различное предназначение трансформаторов тока и напряжения:
- ТТ уменьшают величину тока до показателей, допускающих безопасное подключение измерительной аппаратуры или систем релейной защиты;
- Трансформаторы напряжения изменяют напряжение с целью подгонки определенной электрической системы под нужные стандарты. Изменяя параметры напряжения, установленные для универсальной электрической сети (например, трехфазные 220 и 380 В), с помощью ТН можно подключать любое промышленной оборудование и бытовую технику.
ТТ имеет существенное отличие от устройства ТН, поскольку заложенный в трансформатор тока принцип работы вносит свои особенности в конструкцию основных элементов ТТ и прибора в целом. К числу основных особенностей ТТ относят:
- выполнение первичной обмотки просто в виде одиночной толстой шины с целью минимизации количества витков;
- намотка провода вторичной обмотки на сердечник большой площади сечения;
- ток во вторичном контуре ТТ равен 5А и реже 1А.
Измерительные ТТ и ТН
Трансформаторные устройства, регулируя величины напряжения и тока, обеспечивают стабильность энергетической системы. Кроме подачи электропитания требуемых параметров на приборы и оборудование, трансформаторы «помогают» проводить измерения параметров сети с большими значениями напряжения и тока для определения с высокой точностью их номинальных показателей. Назначение измерительных трансформаторов состоит в следующем:
- отделение цепи измерительных устройств (амперметров, вольтметров, электросчетчиков и других приборов) или систем релейной защиты от сети с высоким напряжением или током;
- преобразование высоковольтного напряжения или мощного тока до величин, удобных для измерений стандартными приборами;
- получение максимально точного правильного результата измерений.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения считаются вспомогательными приборами и используются совместно со средствами измерения и реле в сетях переменного тока. Если невозможно напрямую подключиться измерительными приборами в высоковольтную сеть, то здесь будет нужен трансформатор тока. Средства измерения подключаются к его вторичной обмотке и получают все необходимые данные по замеряемому параметру.
На рис. ниже показан измерительный трансформатор тока модели ТПЛ-СЭЩ 10 кВ номинальным напряжением 10 кВ, который предназначен для работы с номинальным первичным током в диапазоне от 10 до 2000 А при номинальном вторичном токе в 5 А.
Измерительный трансформатор тока ТПЛ-СЭЩ 10 кВ
Область применения ТТ
Весь перечень прикладных задач, указывающий, для чего нужны трансформаторы тока, можно свести к двум основным направлениям:
- Измерение параметров сети с помощью доступных дешевых измерительных приборов, рассчитанных на малый ток (до 5 А) и низковольтное напряжение. Тем самым обеспечивается безопасное обслуживание измерительной аппаратуры;
- Контроль параметров электротока по всей цепи, в которой установлены ТТ. При достижении током предельного (аварийного) значения срабатывает аппаратура защиты, отключающая эксплуатируемое оборудование.
Это важно! Установка трансформаторов тока в контролируемых цепях позволяет концентрировать измерительную аппаратуру на специальных щитах или в составе пультов управления. Правильно выполненный монтаж трансформаторов тока дает возможность размещения измерительных приборов на безопасном удалении от коммутаций цепи и дистанционно управлять работой электрооборудования в автоматическом режиме.
Классы точности ТТ
Для ТТ определены пять классов точности, характеризующих в процентах допустимую погрешность по току при его номинальных значениях:
- класс точности 0,2 ограничивает погрешность ТТ в пределах 0,2% и применим для трансформаторных устройств, используемых в лабораторных измерениях;
- класс точности 0,5 допустим для ТТ, обслуживающих аппаратуру точной защиты и оборудование высокоточной наладки;
- класс 1 – для цепей промышленного оборудования с подключением вольтметров, амперметров и устройств релейной защиты;
- классы 3 и 10 – промышленные установки, релейные защиты.
Использование ТТ для локальных измерений в энергетических системах и в комплексе с современными системами измерений и контроля позволяет значительно повышать ресурс безаварийной эксплуатации промышленного электрооборудования и сложнейшей бытовой техники. Внедрение ТТ в автоматизированные системы управления электросетями позитивно влияет на снижение потерь электроэнергии в периоды ежедневных пиковых нагрузок и ставит барьеры для прямых хищений электрической энергии.
На рис. ниже показано подключение счетчика электроэнергии через трансформатор тока.
Подключение счетчика электроэнергии через трансформатор тока
Видео
Оцените статью:elquanta.ru
В чем отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения?
Трансформаторы - устройства, используемые для преобразования одного из параметров электроэнергии – напряжения или силы тока.
Они относятся к пассивным электрическим устройствам, то есть не генерируют, а потребляют энергию, поэтому мощность тока в трансформаторах не может увеличиваться.
Таким образом, все трансформаторы в зависимости от преобразуемого параметра электрической энергии делятся на 2 вида:
- трансформаторы электрического тока;
- трансформаторы электрического напряжения.
Работа любого электрического трансформатора основана на принципе электромагнитной взаимоиндукции – способности проводника с током наводить эдс в соседнем проводнике. Проводниками в трансформаторе являются первичная (входная) и вторичная (выходная) обмотки, намотанные на магнитопровод для усиления магнитной связи между ними. Магнитопровод представляет собой замкнутый или разомкнутый сердечник из железа или композитного сплава с высокой магнитной проницаемостью.
Основными показателями трансформатора являются коэффициенты трансформации по напряжению и току:
КU=U2/U1 и KI=I2/I1
где U1,2 – напряжения в первичной и вторичной обмотке, I1,2 – силы тока в первичной и вторичной обмотке. Они показывают, во сколько раз изменяется входной ток или напряжение на выходе трансформатора. В зависимости от величины коэффициента трансформации различают повышающие (К˃1) и понижающие (К<1) трансформаторы. Если магнитная связь между обмотками не изменяется, то коэффициент трансформации будет равен соотношению количества витков во вторичной и первичной обмотке
K=w2/w1.
Особенности трансформаторов тока (ТТ)
Трансформаторы тока предназначены для преобразования силы тока без изменения его мощности. В основном они применяются для понижения тока до значений, пригодных для их измерения и используются в распределительных щитах для подключения измерительных приборов, счётчиков энергии, защитных реле. По назначению они делятся на:
- измерительные;
- защитные;
- лабораторные.
В измерительных ТТ первичная обмотка может отсутствовать или представлять собой толстую шину. На шину наматывается несколько витков вторичной обмотки, в которой наводится эдс, пропорциональная силе тока в шине. Шина включается в разрыв цепи, в которой производится измерение. К вторичной обмотке ТТ подключается нагрузка и измерительный прибор.Важно! Так как КU для ТТ имеет большие значения, то включать их в режиме холостого хода (без нагрузки) запрещается, что может повлечь высоковольтный пробой изоляции проводов и выход из строя трансформатора.
Особенности трансформаторов напряжения (ТН)
ТН предназначены для получения нужной величины напряжения от промышленной сети или другого источника переменного тока. По своему назначению они делятся на:
- силовые;
- измерительные;
- согласующие;
- лабораторные;
- высоковольтные трансформаторы.
В быту наиболее широкое применение нашли силовые трансформаторы, используемые повсеместно для подключения бытовых приборов к электросети 220В 50Гц. Конструктивно они представляют собой классический пример устройства трансформатора, состоящего из двух, а также нескольких катушек, намотанных на железный сердечник. По форме сердечника различают:
- стержневые;
- кольцевые;
- тороидальные;
- Ш-образные трансформаторы.
В отличие от трансформаторов тока благоприятным режимом работы для ТН является режим, близкий к холостому ходу, когда нагрузка на вторичную обмотку минимальна. Оптимальный режим работы достигается, когда сопротивление нагрузки равно или до полутора раз больше сопротивления выходной обмотки трансформатора.
elektrika-ok.ru
Перегрузка трансформаторов тока | Заметки электрика
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:
P.S. Будьте внимательны и не перегружайте трансформаторы тока свыше номинальных или допустимых значений. Спасибо за внимание.
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
zametkielectrika.ru
Трансформаторы тока и напряжения
Что такое трансформатор? Много медного или алюминиевого провода, еще больше стали, специальной, электротехнической. Ну а если чуть серьезней, то эта электротехническая сталь, называется сердечником трансформатора, может быть круглой формы (тороидальные трансформаторы), может быть прямоугольной (состоит из двух П-образных половинок), или Ш-образной формы. Другие формы встречаются очень редко. Суть трансформатора сводится к тому, чтобы получить из одного напряжения или тока другое, нужное нам напряжение (или несколько напряжений) и ток.
Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Конструктивно обмотка- это медный или алюминиевый одножильный провод, который очень плотно (виток к витку) намотан на сердечник трансформатора. Отношение количества витков первичной обмотки к вторичной показывает коэффициент трансформации.
Если говорить о трансформаторах напряжения, то первичная обмотка рассчитывается на используемое напряжение (в большинстве случаев это сеть 220 вольт, а в нашем случае это киловольты и даже мегавольты). Если количество витков первичной и вторичной обмотки одинаковое, то мы получаем разделительный трансформатор. То есть, на выходе мы будем иметь такое же напряжение, как и на входе, но оно никак не будет связано с входным напряжением. Это используется в случаях, когда требуется сделать электрическую развязку электрооборудования (проще говоря, если вы возьмете оба конца вторичной обмотки трансформатора напряжения, вас, конечно же, тряхнёт, но если вы возьмете любой из проводов и встанете в лужу, то с вами ничего не случится. Если же вы возьмете в руки фазный провод из розетки и встанете в лужу вас просто убьет). Если количество витков вторичной обмотки будет меньше, чем в первичной, мы получим понижающий трансформатор, если же наоборот – повышающий. Первичная обмотка, как правило, одна, но она может иметь несколько вводов (на разные напряжения, например 380, 220 и 127 вольт). А вот вторичных обмоток может быть несколько, как повышающих, так и понижающих.
Что касается трансформаторов тока, то здесь обратная ситуация. Первичная обмотка выполнена в виде проводника (толстой, чаще алюминиевой пластины), вокруг которой намотана вторичная обмотка.Вкратце разобрались.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Довольно сложно выполнить измерения скажем 750 тысяч вольт или 5000 ампер. В первом случае вольтметр будет иметь очень громоздкую конструкцию, во втором случае в амперметре должен стоять шунт из проволоки диаметром с десятки сантиметров. Для этого применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Трансформатор напряжения в этом случае имеет первичную обмотку рассчитанную таким образом, чтобы при наличии на ней номинального напряжения, на вторичной обмотке было напряжение (чаще всего) 100 вольт. Ну а дальше дело техники. Имеем вольтметр на 100 вольт. Вся шкала (с учетом трансформатора напряжения) будет равна 750 тысячам вольт (берем пример напряжения, взятый в начале абзаца), следовательно, стало напряжение на 10 тысяч вольт ниже, стрелка упадет. С одной стороны сложно, с другой это приводит к сильной миниатюризации измерительных приборов.
То же самое и с трансформаторами тока. Первичная обмотка подбирается (она же ведь выполнена в виде пластины), по силе тока, а вторичная рассчитывается таким образом, чтобы на ее выводах при максимальной силе тока в проводе, сила тока во вторичной обмотке была (чаще всего 5 ампер). Результат аналогичный. Миниатюризация измерительных устройств. Простота получения данных. На этом принципе основано большинство схем установки счетчиков. В данном случае не требуется мощный счетчик, достаточно счетчика, который может пропускать через себя всего лишь 5 ампер. В переводе на понятный язык 1 кВт мощности.
Типы измерительных трансформаторов тока и напряжения
По сути, типа два: наружной и внутренней установки. К основным характеристикам можно отнести класс точности. Для трансформаторов напряжения – контрольное напряжение вторичной обмотки, для трансформаторов тока – контрольный ток вторичной обмотки. Вот в принципе и все.
Поверка измерительных трансформаторов тока и напряжения
Всем приборам для контроля и учета электроэнергии необходимо периодически делать поверку. Трансформаторы тока и напряжения к таким приборам относятся. Основной документ, это паспорт прибора. Для каждого типа трансформатора свой срок очередной поверки, но для трансформаторов тока он не должен превышать пять лет, для трансформаторов напряжения – восемь лет.
Трансформаторы тока и напряжения – назначение
Как можно было понять из вышесказанного, трансформаторы тока и напряжения относятся к классу электроприборов по учету и контролю электроэнергии. Трансформатор напряжения относится к контролю напряжения (с помощью него можно контролировать такой важный параметр, как величина напряжения). А трансформатор тока относится к приборам учета. Такие трансформаторы ставят тогда, когда есть большие токи и обычный счетчик электрической энергии не в состоянии работать при таких нагрузках.
В заключение, хочется отметить такой момент… Трансформаторы напряжения не любят коротких замыканий, от этого сгорает чаще всего вторичная обмотка, реже первичная. Следовательно, если выводы не используются их просто надо изолировать от случайного прикосновения. А вот с трансформаторами тока обратная ситуация, они фактически работают в режиме короткого замыкания. Если разомкнуть цепь вторичной обмотки трансформатора тока в момент протекания тока, то на концах вторичной обмотки появляется очень высокое напряжение, крайне опасное для жизни. Поэтому если вторичная обмотка трансформаторов тока не используется, необходимо ЗАМКНУТЬ выводы вторичной обмотки, то есть, сделать между ними перемычку, способную выдерживать ток, указанный в паспорте для вторичной обмотки.
jelektro.ru
Поделиться с друзьями: