Устройство и принцип действия измерительных трансформаторов тока

Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:

где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.

Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно



Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.
1.4 Электрическая принципиальная схема
Для питания вторичных устройств используют различные схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока. Соединение в звезду (Рисунок 6, а) применяют при необходимости контроля тока во всех трех фазах электрической сети, соединение треугольником (Рисунок 6, б) — при получении большей силы тока во вторичной цепи или сдвига по фазе вторичного тока относительно первичного на 30 или 330°.
В сетях с изолированной нейтралью используют соединение вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока в неполную звезду (Рисунок 6, в) и на разность токов двух фаз (Рисунок 6, г), а для питания защит от замыкания на землю — схему соединения на сумму токов трех фаз (схема фильтра токов нулевой последовательности). Токовое реле, включенное на выходе цепей, собранных по такой схеме (Рисунок 6, д), не реагирует на междуфазовые короткие замыкания, но приходит в действие при всех видах повреждений, связанных с замыканием элементов электрической сети на землю.

Рисунок 6 – Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока:
а — звездой, б — треугольником, в — неполной звездой, г – на разность токов двух фаз, д — на сумму токов трех фаз, е — последовательное, ж— параллельное

Последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов тока одной фазы (Рисунок 6, е) позволяет получить от них суммарную мощность, а параллельное (Рисунок 6, ж) — уменьшить коэффициент трансформации, суммируя ток вторичных обмоток при данном токе в линии.

128. Назначение, принцип работы, схема замещения и погрешность измерительных трансформаторов тока и напряжения.

ТА

Принцип действия. Трансформаторы тока (ТТ) являются вспомогательными элементами, с помощью которых ИО РЗ получают информацию о значении, фазе и частоте тока защищаемого объекта. От достоверности получаемой информации зависит правильность действия устройств РЗ. Поэтому основным требованием к ТТ, питающим устройства РЗ, является точность трансформации контролируемого тока с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Принцип устройства ТТ поясняют схемы, приведенные на рис.

3.1. Заметим, что один из вторичных зажимов ТТ должен обязательно заземляться по условиям техники безопасности.

Трансформатор тока (рис.3.1, а) состоит из первичной обмотки w₁, включаемой последовательно в цепь контролируемого тока, вторичной обмотки w₂, замкнутой на сопротивление нагрузки Z_н, состоящее из последовательно включенных элементов РЗ или измерительных приборов, и стального магнитопровода

1, с помощью которого осуществляется магнитная связь между обмотками. Первичный ток I₁ проходящий по виткам первичной обмотки w_l, и ток I₂, индуцированный во вторичной обмотке w₂, создают магнитодвижущие силы (МДС) I₁w_l и I₂w₂, которые вызывают соответственно магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, замыкающиеся по стальному магнитопроводу 1. Намагничивающие силы и создаваемые ими магнитные потоки с учетом их положительных направлений, показанных на рис.3.1, геометрически вычитаются, образуя результирующую МДС I_намw₁ и результирующий магнитный поток трансформатора Ф_т [41]:

                                  (3.1)

                                              (3.1а)

Поток Ф_т, называемый рабочим или основным, пронизывает обе обмотки и наводит во вторичной обмотке ЭДС Е₂, которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки ток I₂. Поток Ф_т создается МДС I_намw₁ и, следовательно, током I_нам. Последний является частью тока I

1 и называется намагничивающим током. Если I_нам = 0, выражение (3.1) примет вид

I_lw_l = I₂w₂,

откуда

                                                                                                    (3. 2)

где  – коэффициент трансформации, называемый витковым, в отличие от номинального¹. При отсутствии намагничивающего тока вторичный ток I₂ (расчетный ток) равен первичному току I₁ поделенному на коэффициент трансформации ТТ, равный

К_Iв. В этом случае первичный ток полностью трансформируется во вторичную обмотку w₂, и ТТ работает идеально без потерь и погрешностей.

Причины погрешности. В реальном ТТ I_нам ≠ 0, как это следует из (3.1). Ток I_HAM является обязательной частью первичного тока I₁, он образует МДС, создающую поток Ф, который и осуществляет трансформацию. Из выражения (3.1) вторичный ток реального ТТ

                                                                           (3.3)

где k_I = w₂/w

_l – витковый коэффициент трансформации.

Из выражения (3.3) следует, что действительный вторичный ток I₂ отличается от расчетного (идеального) значения I₁/k_I, определенного по формуле (3.2), на значение I_нам/k_I, которое вносит искажение в абсолютное значение и фазу вторичного тока. Таким образом, причиной, вызывающей погрешность в работе ТТ, является ток намагничивания I_нам

Векторная диаграмма и виды погрешностей ТТ. Искажающее влияние тока намагничивания на вторичный ток ТТ показано на векторной диаграмме рис.3.3, в основу которой положена схема замещения (см. рис.3.1, б).

В схеме замещения магнитная связь между первичной и вторичной обмотками ТТ заменена электрической, а все величины первичной стороны приведены к виткам вторичной обмотки: I’₁= I₁/K_I и I’_нам= I_нам/k_I.

Погрешность по току ΔI (f_i,) и полная погрешность ε =|I_нам| выражаются в относительных единицах или процентах как отношение действующих значений этих погрешностей к действующему значению приведенного первичного тока.

Относительная токовая погрешность

                                                                                    (3.5)

Относительная полная погрешность

                                                                                           (3.6)

  
 

* Ток I’_нам имеет две составляющих: I’_a нам, которая определяет потери энергии на нагрев магнитопровода вихревыми токами, и I’_р нам, которая осуществляет намагничивание сердечника, т. е. создает поток Ф_т. Составляющая I’_a нам << I’_р нам, поэтому углом γ можно пренебречь и считать, что вектор I’_нам совпадает по фазе с Ф_т и равен I’_р нам.

Если вторичный ток несинусоидален, то ток намагничивания выражается как среднее квадратичное значение разности мгновенных значений реального и расчетного токов i₂:

Тогда

                                                                                (3.7)

Здесь К_I – номинальный коэффициент трансформации ТТ.

Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I₂ опережает I^’₁, как показано на рис.3.3. Относительные погрешности ε, , f_i и δ увеличиваются с увеличением тока намагничивания I_нам.

           

TV

 

Информацию о контролируемом напряжении ИО РЗ получают от первичных трансформаторов напряжения (ТН). Основными параметрами ТН (рис.6.1) являются: номинальное первичное напряжение U_1ном (равное номинальному напряжению контролируемой электрической сети), вторичное номинальное напряжение U_2ном, значение которого обычно принимается равным 100 или 100/В. Отношение этих величин, называемое номинальным коэффициентом трансформации, К_Uном = U_1ном/ U_2ном [24].

Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н (н) и К (k) обозначаются изготовителями так же, как и у силовых трансформаторов: у первичной обмотки буквами А и X, у вторичной соответственно а и х. Для питания устройств РЗ используются в большинстве случаев ТН, установленные на сборных шинах ПС и РУ электростанций, к вторичным обмоткам которых подключаются РЗ всех присоединений (рис.6.2, а), или на каждом присоединении, питающие РЗ только этого присоединения.

 ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

 

Трансформатор напряжения работает с погрешностью, искажающей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе. В «идеальном» ТН, работающем без погрешностей, вторичное напряжение

                                                                                                          (6.1)

где U₁ – напряжение, подведенное к зажимам первичной обмотки; К_U – коэффициент трансформации «идеального» ТН, равный отношению количества витков первичной и вторичной обмоток. Однако за счет падения напряжения ΔU (рис.6.4, б) в первичной и вторичной обмотках действительное значение вторичного напряжения будет равно:

                                                                                                      (6.2)

что вытекает из эквивалентной схемы замещения ТН и векторной диаграммы (рис. 6.4, а, б). Из этой же схемы следует

                                                                                      (6.2а)

Падение напряжения в обмотках ТН ΔU обусловливает появление погрешности, искажающей значение и фазу U₂ (рис.6.4, б) по сравнению с расчетным напряжением U₂ = U₁/K_U = U’₁ по выражению (6.1).

Поскольку значения Z₁ и Z₂, а также ток намагничивания I_нам определены конструкцией ТН, в условиях эксплуатации уменьшить его погрешность можно только уменьшением тока

нагрузки I₂. Допустимые погрешности нормируются при номинальном напряжении, соответственно чему ТН подразделяются на классы: 0,2; 0,5; 1 и 3. Один и тот же ТН может работать в разных классах точности в зависимости от значения нагрузки. Заводы обычно указывают номинальную мощность, подразумевая под ней максимальную нагрузку, которую может питать ТН в гарантированном классе точности. Кроме того, для ТН указывается максимальная мощность по условиям нагрева, которая значительно превосходит его номинальную мощность. Погрешность по значению вторичного напряжения принято оценивать в процентах:

                                                                                            (6.3)

Погрешность по фазе оценивается углом сдвига δ между векторами первичного и вторичного напряжений (рис.6.4, б).

В начало

Эталонный трансформатор тока ТТИП

Эталонные трансформаторы тока измерительные переносные «ТТИП» класса точности 0.05 предназначены для использования в цепях переменного тока частотой 50 Гц и номинальными напряжениями до 0,66 кВ включительно при электрических измерениях и поверки трансформаторов тока классов точности 0,2S и менее точных с номинальными токами до 5000А по ГОСТ 8. 217-2003 на местах эксплуатации и в лабораторных условиях.

Измерительные эталонные трансформаторы тока и напряжения.

Измерительные (эталонные) трансформаторы тока и напряжения расширяют пределы измерения стандартных электроизмерительных приборов за счет уменьшения первичных параметров цепи до значений, оптимальных для подключения измерительных приборов (а также устройств автоматики и реле защиты).

Данное применение измерительных трансформаторов связано с тем, что напряжение в современных электротехнических установках весьма высокое (от 750 кВ), порождающее токи в десятки килоампер. Измерение таких параметров напрямую было бы не всегда возможно и в любом случае потребовало бы использования громоздких и дорогостоящих электроизмерительных приборов.

К тому же, измерительные трансформаторы позволяют разделять цепи низшего и высшего напряжения, обеспечивая, во-первых, безопасность работающих, во-вторых — возможность унификации конструкций приборов и реле.

Новые решения: оптический трансформатор тока и напряжения.

Электромагнитные измерительные трансформаторы известны уже более ста лет, а в последние годы на рынке появились такие новинки, как оптический трансформатор напряжения и оптический трансформатор тока, функционирование которых основано на связи электромагнитных и оптических явлений (подтверждено так называемым эффектом Фарадея в 1845 г.).

Первые серийные ОТТ в России были представлены в 2006 г. (продукция компании NхtPhase Corporation, Канада). Продукт инновационных технологий недешев, но отличается целым рядом преимуществ, в числе которых — широкий динамический диапазон, улучшенные точностные характеристики, расширенная полоса пропускания, сохранение точности при внешних климатических воздействиях и пр.

Следует отметить, что очень высокие требования предъявляются именно к точности измерительных трансформаторов (прежде чем измерительный трансформатор тока купить, необходимо убедиться, что этот тип трансформаторов внесен в Госреестр средств измерений). К тому же, действующее законодательство (ФЗ № 102, ФЗ № 261) обязывает использовать в работе только поверенные приборы.

Поверка трансформаторов тока в Санкт-Петербурге.

Поверка средств измерения (установление их метрологических характеристик) осуществляется в установленные сроки (межповерочный интервал) и по одобренной методике. Необходимой базой эталонов и подготовленными специалистами для осуществления такой процедуры, как поверка трансформаторов тока, обладает НПП Марс-Энерго (Санкт-Петербург).

Более того, наше предприятие-производитель выпускает такой прибор, как эталонный трансформатор тока переносной (ТТИП), предназначенный для использования при электрических измерениях в цепях переменного тока (номинальные напряжения до 0,66 кВ, частота 50 Гц).

Основные сведения об измерительных трансформаторах тока

      Назначение, классификация и основные параметры измерительных преобразователей и трансформаторов тока.

      Под измерительным преобразователем тока будем понимать устройство, устройство предназначенное для преобразования первичного

тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока.

Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления. В настоящее время ИПТ обычно создаются на основе 

широко применяемого в электротехнике трансформаторного эфекта- в виде трансформатора.

     Трансформатором тока, являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при 

нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и правильном включении

сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

     Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается

на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

     В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение.

Один конец вторичной обмотки заземляется. поэтому он имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

     Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты.

В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

     Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются

в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т.е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включения измерительных

приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов.

 

      Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:   

1. Преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью 

 стандартных измерительных приборов .

       2. Изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения. 

 

         Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительный информации в устройства защиты и управления.

Соответсвенно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:

1. Преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлимый для питания устройств релейной защиты;
2. Изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

       Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшение тока для измерительных

приборов или реле не требуется. 

Назначение измерительных преобразователей и трансформаторов тока.

Измерительный преобразователь тока (ИПТ) это устройство, предназначенное для преобразования первичного тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока.

Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления. В настоящее время ИПТ обычно создаются на основе широко применяемого в электротехнике трансформаторного эффекта — в виде трансформатора.

Трансформатором тока, являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторы тока для измерений

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т. е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов.

Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:

1. преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;
2. изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты

Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:

1. преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;
2. изолирование реле, к который имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

Как действует трансформатор? Принцип работы трансформатора. Измерительные трансформаторы тока, принцип работы

Трансформатор тока — электромагнитный аппарат который принадлежит к одному из видов трансформаторов измерительного вида. Одной из задач трансформатора тока является получение переменного тока во вторичной обмотке.

В общем определить одну определенную задачу трансформатора тока сложно, ведь она зависит от многих факторов в том числе и от конкретной ситуации при которой применение трансформатора просто необходимо.

Особенности

Но среди прочего все же выделяются три основных особенности трансформатора тока, а именно: защита, измерение и стабилизация электрического тока.

Трансформатор тока это аппарат который очень важен для использования в области электротехники. Для эффективной, безопасной и стабильной работы различных промышленных приборов и аппаратов, а также бытовых электрических приборов, необходим контроль текущих уровней электрического тока. Специально для этого к трансформатору тока подключаются различные измерительные электрические приборы позволяющие производить контроль всей системы в различных местах.

В трансформаторе тока первичный и вторичный ток пропорциональны друг другу. Первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно, а вторичная замыкается на нагрузку. За счет этого действия получаются пропорциональные величины.

Пропорциональная величина трансформатора тока это – величина которая имеет одинаковое отношение между собой.

Обмотки

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

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

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

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

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

Области и сферы назначения

По функциональному назначению трансформаторы тока можно разделить на 4 категории

• измерение при помощи любого прибора силы электрического тока. В этом случае переменный ток остается переменным, и приемлемым для измерения. Для измерения силы тока подходит вольтметр или другие измерительные электрические приборы кроме амперметра.
• трансформаторы тока служат для стабилизации работы, в тех случаях когда электрическая система является довольно мощной, это нужно для сохранения целостности изоляции, которая необходима для обеспечения безопасности жизни обслуживающего персонала, который проводит регулярные ремонтные и обслуживающие работы.
• преобразование трехфазного переменного электрического тока в такой же переменный ток подходящего значения. Это нужно для стабилизации работы и защиты реле, которое подключается к определенной конкретной электрической цепи.
• при эксплуатации оборудования исключив нарушение изоляции и технологических серьезных ошибок во время установки электрического оборудования, электрический ток все равно способен нанести ущерб здоровью и жизней персонала занимающегося его периодическим обслуживанием и ремонтом.

Содержание:

Для моделирования процессов, протекающих в электрических установках, а также безопасного измерения требуется проведение преобразований одних электрических величин в другие, аналогичные, имеющие измененные пропорционально значения. Трансформаторы тока (ТТ) работают на основе электромагнитной индукции, закон которой действует в магнитном и электрическом поле. Он проводит преобразование вектора тока первичного значения с соблюдением пропорции в его пониженное значение с точной передачей угла и величины по модулю.

Трансформатор, в котором вторичное значение протекающего тока пропорционально первичной величине тока, имеющего сдвиг, равный нулю, когда он правильно включен, — это трансформатор тока. У ТТ первичная обмотка включается последовательно в цепь на токопровод, а вторичная обмотка имеет нагрузку в виде измерительных приборов для создания условия протекания электротока по ней, который по величине пропорционален величине тока в первичной обмотке.

Необходимо отметить, что в ТТ (высокого напряжения) первичная обмотка имеет изоляцию от вторичной обмотки, так как она одним концом заземляется, и потенциал во вторичной обмотке приравнивается к потенциалу земли.

Существует разделение токовых трансформаторов на измерительные и защитные, бывают случаи, когда эти функции в ТТ совмещаются. Трансформатор тока предназначен для передачи измеряемых величин измерительным приборам. Место установки ТТ такого вида на высокой стороне, когда нет возможности провести измерения величин непосредственно приборами измерения, когда высокий ток или напряжение. Приборы измерений (обмотки ваттметров, амперметр, счетчик учета, другие приборы) подключаются к вторичной обмотке ТТ. Назначение трансформатора тока заключается в следующем:

• возможность преобразования любой величины переменного тока в значение, возможное для измерения приборами стандартного измерения величин;
• безопасность персонала, проводящего измерения, от доступа к высокому напряжению.

Защитные трансформаторы тока назначение имеют для передачи информации измерений в приборы и устройства управления и защиты, они обеспечивают:

• возможность преобразования любой величины переменного тока в значение для обеспечения работы релейной защиты;
• безопасность персонала, который работает с релейной защитой, от доступа к высокому напряжению.

Как работает устройство?

Принцип работы трансформатора тока хорошо можно разобрать по схеме, представленной ниже:

Через первичную обмотку токового трансформатора с количеством витков w1 и сопротивлением z1 протекает ток трансформатора I1, этот процесс формирует магнитный поток Ф1, который улавливает сердечник трансформатора (магнитопровода), расположенный под 90 градусов к вектору тока I1. Такое положение сердечника не допускает потерь электроэнергии, когда происходит ее преобразование в магнитную энергию.

Когда поток Ф1 пересекает обмотку с витками w2, он наводит в ней ЭДС (Е2), которая воздействует на обмотку, и в ней возникает ток I2, который протекает по вторичной катушке с сопротивлением z2, и сопротивление подключенной нагрузки (z нагрузки). Во вторичной цепи происходит падение напряжения на зажимах U2.

В данной схеме принципа действия трансформатора тока показано, как находится коэффициент трансформации — это значение К1, которое задается при разработке устройства и тестируется на заводе. Класс точности определяется метрологической инстанцией и показывает реальные значения трансформации. На практике этот коэффициент определяют по номинальным параметрам, так, 1000/5 говорит о том, что при токе в 1000 ампер первичной обмотки вторичная обмотка будет иметь 5 ампер нагрузки.

Как классифицируются токовые трансформаторы?

Специалисты классифицируют токовые трансформаторы, предназначенные для защиты и измерений, по выраженным признакам:

1. Размещение и установка, когда токовые трансформаторы могут монтироваться:

• на открытой площадке — ГОСТ15150-69, категория размещения №1;
• закрытое помещение — ГОСТ15150-69;
• встраиваемые токовые трансформаторы в электрическое оборудование — ГОСТ 15150-69;
• токовые трансформаторы для установки в специальном оборудовании (шахты, корабли, электропоезда, другое оборудование).

1. Метод установки: трансформаторы тока проходные, которые устанавливаются в стеновых проемах или других конструкциях, опорные ТТ устанавливаются на плоскости, встраиваемые токовые трансформаторы в щиты электрооборудования.
2. Коэффициент трансформации. Может быть один или несколько, которые получаются изменением числа витков первичной и вторичной обмотки ТТ.
3. Количество ступеней трансформации: каскадные, одноступенчатые.
4. Количество витков в первичной обмотке: многовитковые токовые трансформаторы, одновитковые ТТ.

Схема токового трансформатора:

Одновитковые трансформаторы тока имеют стержневую первичную обмотку (3 трансформатор), а также могут иметь U-образную форму (4 трансформатор).

Назначение и применение

Промышленное производство выпускает токовые трансформаторы для решения задач учета электроэнергии, с целью защиты силовых трансформаторов и линии передачи электрической энергии.

На оборудовании применяются конструкции встроенных токовых трансформаторов, для размещения непосредственно на силовом объекте, устройства со стороны 110 кВ:

Высоковольтные токовые трансформаторы вместо изолятора применяют специальное трансформаторное масло. Конструкция трансформатора тока марки ТФЗМ для работы на линии 35 кВ:

Трансформаторы тока на линии до 10 кВ в качестве изоляционного материала между обмотками применяют твердые изоляционные материалы, фото ТПЛ-10:

Возможные неисправности

Наиболее частые неисправности в токовых трансформаторах, по мнению специалистов, следующие:

• нарушение изоляции в обмотках, когда изделие работает под нагрузкой из-за тепловой перегрузки, механического удара, из-за плохого монтажа;
• межвитковое замыкание в ТТ, происходит утечка тока, возможность КЗ (короткого замыкания).

Для улучшения эффективной работы рекомендуется делать поверку работы ТТ при помощи тепловизора, когда проявляются некачественные контакты и достигается понижение температурного режима работы оборудования. Проверку ТТ на КЗ должны периодически делать работники лабораторий. Эти действия включают:

• снятие характеристик по току и напряжению;
• снятие параметров в действующей схеме;
• проведение аналитических исследований по выявлению коэффициента трансформации.

Требования к конструкции

Когда проектируются токовые трансформаторы, должны соблюдаться следующие требования:

1. Выводы первичной обмотки делаются по ГОСТ 10434-82, для ТТ наружного исполнения учитывается ГОСТ 21242-75. Выводы вторичной обмотки делаются также по ГОСТ 10434-82, они могут располагаться на конструкции изделия, в который встраивается токовый трансформатор. Для наружного исполнения выводы контактов вторичной обмотки должны закрываться специальной крышкой, в коробке, которая не пропускает влагу.

Маркировка выводов:

1. Когда в качестве изолятора используется трансформаторное масло, этот вид ТТ должен иметь компенсатор (расширитель), а также указатель количества масла по уровню. Масло расширитель должен иметь достаточный объем для обеспечения работы ТТ во всех режимах и нужного для этого количества масла.
2. В токовых трансформаторах с указателем количества масла его размер должен быть достаточным для определения объема масла в расширителе с расстояния, безопасного для здоровья персонала.
3. Если токовый трансформатор весит больше 50 кг, он обязательно оборудуется креплением для подъема. Существуют марки ТТ, в которых нельзя сделать крепления, для этого в документации указывается место для его охвата.
4. В ТТ, имеющем на вторичной обмотке напряжение больше 350 вольт, должна быть предостерегающая надпись: «Опасно! Высокое напряжение!».
5. Если токовый трансформатор не встроенной конструкции, он оборудуется контактной площадкой для заземления. Возле зажима заземления устанавливается специальный знак ГОСТ 21130-75.

Как выбрать токовый трансформатор для прибора учета электроэнергии

Для выбора нужного вам ТТ необходимо руководствоваться следующей информацией:

• знать параметры сети, номинальное напряжение;
• какой будет ток в первичной и вторичной обмотке ТТ;
• какой у токового трансформатора коэффициент;
• класс точности изделия;
• конструкция токового трансформатора.

Когда определяются параметры напряжения, надо принимать максимально возможное значение напряжения. Для счетчика 0,4 кВ рекомендуется токовый трансформатор 0,66 кВ.

Как подключить счетчик через токовый трансформатор:

Величина тока на вторичной обмотке — около 5 ампер, а ток первичной обмотки можно рассчитать по коэффициенту трансформации. Необходимо учитывать всю нагрузку, выбирая коэффициент трансформации, допускается подключение ТТ с завышенным коэффициентом трансформации.

Выбор ТТ по классу точности зависит от цели, в которых используется изделие, коммерческий учет рекомендует класс точности не ниже 0,5S, а для условий технического учета достаточная точность — 1S.

Вывод

Схема замещения ТТ позволяет определить его точность, кроме того, используя схему замещения токового трансформатора можно описать все процессы, протекающие в нем, можно построить векторную диаграмму, но необходимо учесть разницу на намагничивание сердечника вторичной обмотки. Чем больше отклонения в замещенной схеме, тем меньше класс точности ТТ.

Основной задачей трансформатора тока является преобразование тока до такой величины, при которой будет удобно проводить измерения. С его помощью осуществляется питание токовых цепей приборов учёта и контроля, а также РЗА. Он позволяет отделить низковольтные измерительные приборы, которые подключены к вторичной обмотке, от большого напряжения. Это позволяет обезопасить их обслуживание работающим персоналом.

Измерительный ТТ

При помощи данного агрегата можно подсоединять всевозможные устройства вдали от тех областей, в которых присутствует большое напряжение, а также осуществлять контроль и измерение величины тока. К вторичным обмоткам трансформатора можно подключать различные измерительные приборы: токовые реле и обмотки приборов, амперметры. При подсоединении нескольких таких измерительных устройств к ТТ, их нужно подключать параллельно, для того чтобы могла образоваться одна неразрывная цепь.

Для проверки соответствия всех параметров необходимо производить испытание трансформаторов тока , которое позволит предотвратить внезапный отказ оборудования. Что необходимо делать, рассмотрим далее.

Порядок проведения работ при измерениях

• Отключить трансформатор и принять все необходимые меры, чтобы не поступало напряжение к месту работы;
• проверить, есть ли напряжение на всех токоведущих частях;
• на приборах, которые отвечают за подачу напряжения, прикрепить табличку: «Не включать! Работают люди!»;отсоединить все шины, идущие до трансформатора, и заземлить;
• все необходимые измерения осуществляются согласно установленным программам и методике.

Класс точности

В зависимости от величины погрешности классы точности измерительных трансформаторов тока бывают следующих типов: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10. Данная величина обозначает, что ток в первичной обмотке соответствует номинальному значению, а нагрузка вторичной не выходит за пределы того показателя, который определён нормативными документами. Опираясь на класс точности, используют на практике соответствующие приборы.

Измерительный трансформатор тока, принцип действия

Основные узлы данного устройства — это его обмотки и магнитопровод. В контролируемую сеть, при помощи последовательного соединения прикрепляется первичная обмотка. Она должна обладать маленьким значением сопротивления. Это позволит предотвратить снижение на ней напряжения. К вторичной же обмотке подсоединяются измерительные приборы. Такая особенность режима работы трансформатора схожа с режимом «КЗ».

Цель работы:

1. Изучить назначение трансформаторов тока.

2. Изучить основные элементы конструкции электромагнитных трансформаторов тока.

3. Виды и причины погрешностей трансформаторов тока.

4. Изучить конструкции электромагнитных трансформаторов тока для внутренней установки.

5. Изучить конструкции электромагнитных трансформаторов тока для наружной установки.

Для управления и контроля за состоянием энергообъектов в целом и отдельных их элементов необходимо контролировать ряд параметров режима. Основными параметрами являются ток I и напряжениеU . Остальные параметры: фаза(φ ), мощность (P , Q ), энергия (W ), частота (f ), определяются на основе информации о токе и напряжении. Однако контролировать ток и напряжение первичной сети не представляется возможным из-за их больших значений. Проблему согласования больших значений величин первичной сети с контролирующими их приборами выполняют с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения, которые уменьшают соответствующие контролируемые параметры (I илиU ) до приемлемых величины и изолируют первичную цепь от вторичной, где подключаются приборы.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

В настоящее время в основном применяются электромагнитные трансформаторы тока, принцип действия которых основан на использовании закона электромагнитной индукции Фарадея. Однако начинают применяться и оптические трансформаторы тока, основанные на использовании магнитооптического эффекта Фарадея.

2.Основные элементы конструкции электромагнитных трансформаторов тока.

Трансформатор тока (ТТ) имеет замкнутый магнитопровод 2 (рис. 1) и две обмотки — первичную 1 (с выводами Л1 и Л2 и числом витков W 1 )и вторичную 3 (с выводами И1 и И2 и числом витков W 2 ). Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I 1 , а ко вторичной обмотке могут присоединяются измерительные приборы, устройства автоматики или релейной защиты, обтекаемые током I 2 . Во вторичной цепи приборы и устройства автоматики и релейной защиты должны включаться последовательно, чтобы в них протекал один и тот же ток I 2 . Обязательным элементом конструкции ТТ является изоляция: изоляция между витками обмоток, изоляция обмоток от магнитопровода и изоляция между обмотками.

Рис. 1 Принципиальная конструкция трансформатора тока и подключение его к первичной и вторичной цепи.

Вторичная обмотка заземляется в одной точке, это заземление должно защитить вторичные цепи от высокого напряжения в случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками.

ТТ могут иметь и несколько вторичных обмоток, но в этом случае каждая вторичная обмотка наматывается на отдельный магнитопровод, а общей обмоткой этих магнитопроводов будет только первичная обмотка, которая будет пронизывать все магнитопроводы. Такое выполнение ТТ позволяет исключить влияние нагрузок вторичных обмоток на токи в других вторичных обмртках.

МДС первичной обмотки I 1 W 1 Ф 1 ,если цепь вторичной обмотки замкнута, то ее МДСI 2 W 2 создает в магнитопроводе потокФ 2 . Согласно правилу Ленца потокФ 2 направлен встречно потокуФ 1 , поэтому в магнитопроводе устанавливается относительно не большой результирующий магнитный поток

Ф 0 = Ф 1 — Ф 2 .

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

где I 1ном и I 2ном — номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно. Коэффициент трансформации примерно может быть выражен через отношение чисел витков обмоток: K I ≈ W 2 / W 1 . Чтобы ТТ уменьшал первичный ток, необходимо выполнение условия: W 2 > W 1 .

Значения номинального вторичного тока у ТТ могут быть 5 или 1 А. Соответственно первые называются пятиамперными ТТ, а вторые – одноамперными ТТ.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются на промышленных предприятиях, в линиях электропередач для контроля различного электрического оборудования. Аварийность высоковольтных измерительных трансформаторов контролируется соответствующими системами. С их участием ведется учет потребления электричества. Что собой представляют измерительные трансформаторы напряжения и тока, назначение и принцип действия установок будет рассмотрено далее.

Разновидности

Высоковольтное измерительное оборудование включает в себя два типа устройств. В эту категорию устройств входят:

• Измерительный трансформатор напряжения.
• Измерительный трансформатор тока.

Первая категория приборов предназначена для работы вольтметров, фазометров, реле соответствующих типов. В область работы измерительных трансформаторов тока входит осуществление функционирования амперметров и прочего подобного оборудования.

Представленные типы измерительных трансформаторов производятся с номинальной мощностью от 5 до нескольких сот ВА. Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для совместной работы с вольтметрами на 100 В и амперметрами 1-5 А.

Трансформатор тока

Измерительными преобразователями тока выполняется несколько особых функций. К ним подключаются установки, которые выполняют измерение работы оборудования в разных режимах. Принцип действия, которым характеризуется трансформатор тока, обеспечивает несколько основных функций аппаратуры. К ним относится следующее:

• Преобразование переменных токовых показателей к значениям 1 или 5 А.
• В нормальном режиме изолируют вторичный токовый контур от высоковольтной составляющей первичной обмотки.
• Снижение аварийности. Установка предотвращает поражение обслуживающего персонала током, защиту вторичных цепей от перегрузки.

Измерительные трансформаторы постоянного тока помимо перечисленных функций имеют в своем составе выпрямитель. Вторичные цепи заземляются во всех трансформаторах в одной точке. При повреждении изоляции монтаж измерительных трансформаторов позволяет предотвратить перегрузку вторичного контура.

Условия эксплуатации

Измерительные трансформаторы постоянного тока, переменного тока представляют собой высоковольтный агрегат. Прибор нормально функционирует только при выполнении правил по эксплуатации, требований охраны труда. Персонал знакомится со всеми установленными нормами, в каком режиме производится обслуживание, испытание измерительного оборудования. Сотрудники допускаются до работы с трансформатором только после полного инструктажа.

Персонал должен знать, при каких условиях производится испытания, осмотр, поверка и ремонт измерительных трансформаторов. В противном случае даже при условии правильного монтажа работу технической установки могут нарушить неправильные действия сотрудников.

Принцип устройства конструкции запрещает размыкать вторичную обмотку в трансформаторе, которая находится под напряжением. Такому действию сопутствует нарушение изоляции. Потребуется произвести ее замену. Сердечник перегревается. Нормальный режим работы нарушается. В процессе постоянных перегрузок трансформатору становится невозможно выполнять возложенные на него действия. Работает в этом случае неправильно и первичная обмотка. Здесь появляется замыкание. Это также приводит к замене контура.

Чтобы переключить в процессе испытаний в схеме при подведенном электрическом токе, предварительно вторичную катушку закорачивают.

Погрешность

Измерительные выпрямители и трансформаторы тока нуждаются в проверке погрешности. В ходе испытательного процесса к агрегату присоединяется аналогичное оборудование. При монтаже важно, чтобы при поверке техники применялся образцовый, исправный трансформатор тока. В ходе измерений на его вторичном контуре определяется показатель при помощи амперметра.

Испытание оборудования определяет не только погрешность, но и ряд других показателей. В ходе поверки вычисляется коэффициент трансформации, производится техническое освидетельствование качества изоляции контуров, состояние сердечника. Исследуется вопрос о том, выполняется ли установкой возложенные на нее функции, соответствует ли полярность обмоток заданным производителем характеристикам.

При проведении технического освидетельствования соответствия оборудования нормативным требованиям производится контроль вторичных цепей. В случае выявления отклонений, дефектов, требуется замена комплектующих. В зависимости от назначения аппаратура должна демонстрировать заявленные производителем характеристики.

Трансформатор напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения применяются для понижения напряжений первичного контура с уровня 110, 40, 6, 10 кВ и т. д. Таким трансформаторам доступно выполнять ряд функций:

• Преобразовывать первичное переменное напряжение в стандартный электрический ток.
• Защита обслуживающего персонала, подключенных приборов от перегрузок.
• Техническая поддержка оперативных цепей, которые работают от постоянного и переменного тока

По принципу функционирования измерительные трансформаторы напряжения приближаются к режиму холостого хода. Пользуются спросом такие разновидности представленной измерительной техники, как НТМК, НАМИ, НОЛ и прочие агрегаты. Установки работают с постоянным и переменным током, которые соответствуют назначению. Мы уже писали про трансформаторы НТМИ, подробнее читайте .

Конструкция

Конструкция приборов измерительного типа схожа на обычные силовые разновидности оборудования. Агрегат имеет первичную и вторичную (одну или несколько) обмотки. Активная часть включает в себя серечник из специальной электротехнической стали. Материал набран в виде пластин определенной конфигурации.

Первичный контур имеет большее количество витков, чем на вторичной катушке. На него подается напряжение от сети. К выводам вторичной обмотки подсоединяется ваттметр или иное подобное измерительное оборудование. Оно характеризуется высоким сопротивлением. Поэтому в ходе нормальной работы по вторичной обмотке подается ток с малым значением.

На выходе устройство может коммутироваться с различными реле, вольтметром, ваттметром. Принцип действия системы похож на работу силового оборудования. Работа производится с переменным значением электрического тока. Чтобы преобразовать его в постоянную величину, используется в конструкции выпрямитель.

Погрешность

Класс точности представленного оборудования зависит от определенных факторов. На этот показатель влияют потери при намагничивании. На величину погрешности измерительного преобразователя напряжения влияют следующие факторы:

• Проницаемость электротехнической стали сердечника.
• Конструкционное исполнение магнитопривода.
• Коэффициент мощности, который определяется вторичной нагрузкой.

Оборудование способно компенсировать погрешность показателя напряжения при уменьшении количества витков в первичной катушке. Компенсирующие обмотки влияют на уменьшение угловой погрешности.

Обслуживание

Перед монтажом, запуском в эксплуатацию производится испытание представленного оборудования. При измерениях выполняется изучение режимов работы поверяемых агрегатов, а также контроль изоляционных слоев.

В измерительном процессе применяется соответствующая техника. Поверка производится в условиях производства оборудования. После монтажа также необходимо производить соответствующую оценку работы оборудования заявленным характеристикам. Если будут выявлены отклонения, выполняется ремонт измерительных трансформаторов.

Периодически в соответствии с условиями эксплуатации производится техническое обслуживание агрегата. На это влияет тип конструкции. Соответствующее обслуживание аппаратуры позволяет избежать сбоев в работе системы, непредвиденных поломок, остановок в работе.

Установкой, обслуживанием представленной техники имеет право заниматься только квалифицированный персонал. В противном случае это будет небезопасно для сотрудников. Неправильное обслуживание приводит к нарушению работы техники.

Рассмотрев особенности измерительных преобразовательных приборов, можно понять их отличие, особенности эксплуатации и обслуживания. Это поможет подобрать оборудование, необходимое для обеспечения соответствующих потребителей электрическим током заданного значения.

Конструкции трансформаторов, основные виды

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

• силовые;
• измерительные;
• специальные.

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

1. тока;

2. напряжения.

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы 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.

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в описанном ранее (в статье про то, как устроен и работает трансформатор) режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

• разделительные;
• согласующие;
• высокочастотные;
• сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач.

Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Принцип их работы демонстрируют фотография простой самодельной конструкции на ферритах.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Ранее ЭлектроВести писали, что на хмельницкой свалке добытый биогаз перерабатывают на электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Измерительные и измерительные трансформаторы — для чего они используются?

Трансформатор тока

Трансформатор тока представляет собой измерительный трансформатор соответствующей конструкции, в котором во время нормальной работы вторичный ток почти пропорционален первичному току, а его фаза отличается от фазы первичного тока на угол, близкий к до нуля при правильном подключении клемм. Трансформаторы тока используются для измерения токов с высокими значениями, которые невозможно измерить прямым включением счетчиков из-за превышения их диапазонов измерения.Еще одним преимуществом измерительных трансформаторов является гальваническая развязка измерительных приборов от измерительной цепи, находящейся под высоким напряжением.

Конструкция трансформатора тока

Рис. 1. Трансформатор тока с двумя типами обмоток: первичной и вторичной

Обмотки намотаны на типичный ферромагнитный сердечник (обычно тороидальный), намотанный из одной пластины трансформатора. Первичный ток «Ip» протекает через первичную обмотку, которая трансформируется с первичной стороны на вторичную сторону трансформатора.Во вторичной обмотке протекает вторичный ток «Is», который питает электронные схемы измерительных приборов, счетчиков или реле. Обмотки трансформатора тщательно изолированы друг от друга, что защищает от разрыва высокого напряжения с первичной стороны на вторичную цепь. Сумма всех токов в магнитной цепи равна нулю, потому что вторичная цепь трансформатора тока закорочена из-за низкого импеданса, и в ней протекает ток, который почти полностью компенсирует первичный поток.

IpNp ≈ IsNs

Из приведенной выше зависимости можно рассчитать значение первичного тока «Ip» на основе измерения вторичного тока «Is» и количества первичных обмоток «Np» и вторичные «Ns».

Ip ≈ Is (Ns / Np)

Отношение количества витков называется отношением витков трансформатора или нескорректированным коэффициентом витков. Коэффициент трансформации трансформатора имеет значение, аналогичное фактической передаче тока, равное отношению действующего значения токов, фактически протекающих через трансформатор.

Ki = Ip / Is

Фактическая передача «Ki» является переменной, поскольку соотношение значений тока зависит от нагрузки трансформатора и значения первичного тока. Поэтому при работе трансформатора используется номинальная передача «Kn», равная отношению номинальных токов.

Kn = Ipn / Isn

Номинальные значения первичного и вторичного токов — это значения тех токов, к которым относится работа трансформатора.На практике после измерения значения вторичного тока значение первичного тока рассчитывается по следующей формуле:

Ip = KnIs

Измерительные трансформаторы используются для силовых измерительных приборов и больше. точнее, чем трансформаторы защиты, которые используются для питания реле защиты. Реле защиты менее точны, но они удовлетворяют требованиям в области общей погрешности в гораздо более широком диапазоне токов, которые превышают номинальные значения даже в несколько десятков раз.Благодаря этому они обеспечивают правильную работу защит в условиях перегрузок и перебоев в электросети. Однако измерительные трансформаторы более точны, но только в узком диапазоне токов и даже при токах, немного превышающих номинальные, они показывают большое отрицательное значение погрешности измерения, что эффективно защищает присоединенные к ним измерительные приборы от повреждений во время перегрузки или короткого замыкания. в электросети. Следовательно, измерительные и защитные трансформаторы не могут использоваться взаимозаменяемо, даже если они имеют одинаковую номинальную передачу и одинаковые значения предельной погрешности.

Трансформатор напряжения

Трансформаторы напряжения используются для преобразования высокого напряжения в нормализованное низкое, цепи питания измерительных приборов, счетчиков, счетчиков энергии и т. Д.

Конструкция трансформатора напряжения

Рис. 2. Напряжение трансформатор с двумя типами обмоток: первичной и вторичной

Индуктивные трансформаторы напряжения обычно изготавливаются однофазными. В трехфазных системах такие трансформаторы объединяются в подходящую систему или используются трехфазные трансформаторы.В зависимости от количества вторичных обмоток индуктивные трансформаторы напряжения могут иметь одну вторичную обмотку или несколько вторичных обмоток. В зависимости от назначения трансформаторы напряжения делятся на:

• трансформаторы напряжения для измерений,
• для силовых приборов,
• трансформаторы напряжения для безопасности,
• трансформаторы напряжения для измерений и защиты.

В однофазных трансформаторах напряжения в качестве защиты может быть обмотка остаточного напряжения, предназначенная для соединения в комплекте из трех однофазных трансформаторов в открытый треугольник с целью создания нулевой составляющей напряжения в случае замыкания на землю, подавление феррорезонансных колебаний.Основные параметры трансформаторов напряжения следующие:

• номинальное первичное напряжение,
• номинальное вторичное напряжение,
• номинальная передача «Kn» ( Kn = V1n / V2n ),
• номинальный уровень изоляции,
• номинальный. мощность,
• класс точности,
• коэффициент номинального напряжения,
• тепловой предел мощности,
• ошибка напряжения ( (KnVs — Vp / Vp) * 100 ),
• угловая погрешность.

В силовых измерительных приборах используются измерительные трансформаторы напряжения, отличающиеся высокой точностью преобразований при первичных напряжениях, близких к номинальным.При выборе измерительных трансформаторов напряжения, помимо определения типа и типа трансформатора, необходимо определить и отрегулировать следующие аспекты:

• система подключения трансформатора,
• номинальное первичное напряжение,
• номинальное вторичное напряжение,
• номинальная мощность и класс точности.

Выбор номинальной мощности трансформатора и его класса точности имеет большое значение при выборе трансформаторов для измерительных систем.Номинальная мощность трансформатора в основном зависит от суммы номинальных мощностей устройств и устройств, подключенных ко вторичной обмотке. Чтобы трансформатор работал в пределах требуемого класса точности, вторичная нагрузка трансформатора не должна быть ниже 25% от номинальной нагрузки и не должна превышать номинальную нагрузку. Трансформаторы напряжения, используемые для питания систем защиты, должны характеризоваться соответствующей точностью преобразования напряжения в состояниях повреждения, где возникают искаженные формы сигналов.

Измерительные трансформаторы — CT и PT

Измерительные трансформаторы

Как вы будете измерять переменные токи и напряжения очень большой величины? Вам понадобятся измерительные приборы с более высоким диапазоном действия, что в буквальном смысле означает огромные инструменты. Или есть другой способ, используя свойство преобразования переменного тока и напряжения. Вы можете понижать напряжение или ток с помощью трансформатора, коэффициент трансформации которого точно известен, а затем измерять пониженную величину с помощью прибора с нормальным диапазоном.Исходную величину можно определить, просто умножив результат на коэффициент трансформации. Такие специально сконструированные трансформаторы с точным передаточным числом называются измерительными трансформаторами . Эти измерительные трансформаторы бывают двух типов — (i) трансформаторы тока (CT) и (ii) трансформаторы напряжения (PT) .

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока обычно используются для измерения токов большой величины .Эти трансформаторы понижают измеряемый ток, чтобы его можно было измерить с помощью амперметра с нормальным диапазоном. Трансформатор тока имеет только один или очень небольшое количество витков первичной обмотки. Первичная обмотка может быть просто проводником или шиной, помещенной в полый сердечник (как показано на рисунке). Вторичная обмотка имеет большое количество витков, точно намотанных для определенного соотношения витков. Таким образом, трансформатор тока увеличивает (увеличивает) напряжение при понижении (понижении) тока.
Теперь вторичный ток измеряется с помощью амперметра переменного тока.Передаточное число трансформатора N _P / N _S = I _S / I _P

Одно из распространенных применений трансформатора тока — «Цифровые клещи».
Как правило, трансформаторы тока выражаются в соотношении первичного и вторичного тока. ТТ 100: 5 будет означать вторичный ток 5 ампер, когда первичный ток равен 100 ампер. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 ампер или 1 ампер, что совместимо со стандартными измерительными приборами.

Трансформатор потенциала (PT)

Трансформаторы напряжения также известны как трансформаторы напряжения , и в основном они представляют собой понижающие трансформаторы с чрезвычайно точным передаточным числом. Трансформаторы потенциала понижают напряжение с высокой величины до более низкого напряжения, которое можно измерить с помощью стандартного измерительного прибора. Эти трансформаторы имеют большое количество витков первичной обмотки и меньшее количество витков вторичной обмотки.
Трансформатор потенциала обычно выражается отношением первичного к вторичному напряжению.Например, PT 600: 120 будет означать, что напряжение на вторичной обмотке составляет 120 вольт, когда первичное напряжение составляет 600 вольт.

Разница между трансформатором тока (CT) и трансформатором потенциала (PT)

Электрические инструменты не подключаются напрямую к счетчикам или контрольным приборам высокого напряжения в целях безопасности. Измерительные трансформаторы, такие как трансформатор напряжения и трансформатор тока, используются для подключения электрических приборов к измерительным приборам.Эти трансформаторы снижают напряжение и ток от высокого значения до низкого значения, которое можно измерить обычными приборами.

Конструкция трансформатора тока и напряжения аналогична, поскольку оба имеют магнитную цепь в первичной и вторичной обмотках. Но они разные по способу работы. Существует несколько типов различий между трансформатором напряжения и трансформатором тока.

Одно из основных различий между ними состоит в том, что трансформатор тока преобразует высокое значение тока в низкое значение, тогда как трансформатор напряжения или напряжения преобразует высокое значение напряжения в низкое напряжение.Некоторые другие различия между трансформатором тока и трансформатором напряжения поясняются ниже в сравнительной таблице.

Содержание: Трансформатор тока против потенциала

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Запомните

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Трансформатор тока	Трансформатор потенциала
Определение	Преобразует ток с высокого значения в низкое.	Преобразует напряжение с высокого значения в низкое.
Обозначение цепи
Сердечник	Обычно состоит из слоистой кремнистой стали.	Изготовлен из высококачественной стали, работающей при низкой плотности потока
Первичная обмотка	Переносит измеряемый ток	Переносит измеряемое напряжение.
Вторичная обмотка	Подключается к токовой обмотке прибора.	Он подключен к счетчику или прибору.
Соединение	Соединяется последовательно с прибором	Соединяется параллельно с прибором.
Первичный контур	Имеет малое количество витков	Имеет большое количество витков
Вторичный контур	Имеет большое количество витков и не может быть разомкнут.	Имеет малое количество витков и может быть обрывом.
Диапазон	5A или 1A	110v
Коэффициент трансформации	Высокий	Низкий
Нагрузка	Не зависит от вторичной нагрузки	Зависит от вторичной нагрузки
Вход	Постоянный ток	Постоянное напряжение
Полный линейный ток	Первичная обмотка состоит из полного линейного тока.	Первичная обмотка состоит из полного линейного напряжения.
Типы	Два типа (намотанный и закрытый сердечник)	Два типа (электромагнитное и конденсаторное напряжение)
Импеданс	Низкое	Высокое
Приложения	Измерение тока и мощности, мониторинг работы электросети, для срабатывания защитного реле,	Измерение, источник питания, срабатывание защитного реле,

Определение трансформатора тока

Трансформатор тока — это устройство, которое используется для преобразования тока с более высоким значением в более низкое значение по отношению к потенциалу земли.Он используется с приборами переменного тока для измерения высокого значения тока.

Линейный ток слишком велик, и его очень сложно измерить напрямую. Таким образом, используется трансформатор тока, который уменьшает высокое значение тока до дробного значения, которое легко измерить прибором.

Первичная обмотка трансформатора тока подключается непосредственно к линии, значение которой необходимо измерить. Вторичная обмотка трансформатора тока подключается к амперметру или измерителю, который измеряет линейное значение в долях.

Определение трансформатора потенциала

Трансформатор напряжения — это тип измерительного трансформатора, который используется для преобразования напряжения от более высокого значения к более низкому значению.

Первичный вывод трансформатора напряжения подключен к линии измерения линейного напряжения. Трансформатор напряжения снизил высокое значение напряжения до небольшого значения, которое можно легко измерить с помощью вольтметра или измерителя.

Основные различия между трансформаторами тока и потенциала

1. Трансформатор тока преобразует высокое значение тока в низкое значение, чтобы его можно было удобно измерить прибором, тогда как трансформатор напряжения преобразует высокое значение напряжения в низкое значение.
2. Первичная обмотка трансформатора тока подключена последовательно с линией передачи, ток которой должен измеряться, а трансформатор напряжения подключен параллельно с линией.
3. Сердечник трансформатора тока состоит из пластин из нержавеющей стали. Сердечник трансформатора напряжения состоит из сердечника с высокой рабочей нагрузкой, работающего при низких плотностях магнитного потока.
4. Первичная обмотка трансформатора тока несет измеряемый ток, а первичная обмотка трансформатора напряжения несет напряжение.
5. Первичная обмотка трансформаторов тока имеет небольшое количество витков, тогда как в трансформаторе напряжения первичная обмотка имеет большое количество витков.
6. Вторичная обмотка трансформатора тока имеет большое количество витков, и ее нельзя замкнуть, когда она находится в рабочем состоянии. Вторичная обмотка трансформатора напряжения имеет небольшое количество витков, и во время обслуживания она может быть разомкнута.
7. Нормальный диапазон трансформатора тока для измерения тока составляет 5 А или 1 А, тогда как стандартное напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения составляет до 110 В.
8. Коэффициент трансформации трансформатора тока всегда остается высоким, тогда как для трансформатора напряжения он остается низким.
   • Примечание : Коэффициент трансформации трансформатора тока и напряжения определяется как отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению.
9. Вход трансформатора тока — постоянный ток, а вход трансформатора напряжения — постоянное напряжение.
10. Первичная обмотка трансформатора тока не зависит от нагрузки вторичной обмотки трансформатора; это зависит от тока, протекающего в первичных обмотках, тогда как первичная обмотка трансформатора напряжения зависит от нагрузки вторичной обмотки.
    • Примечание : Нагрузка — это вторичная нагрузка трансформатора.
11. Первичная обмотка трансформатора тока напрямую подключена к полному линейному току, ток которого должен быть измерен, тогда как в трансформаторе напряжения полное линейное напряжение напрямую подключается к первичной клемме.
12. Полное сопротивление первичной обмотки трансформатора очень низкое по сравнению с вторичной обмоткой, тогда как в трансформаторе напряжения полное сопротивление первичной обмотки велико.
    • Примечание : Импеданс — это противодействие току, подаваемому цепью, когда на них подается напряжение.
13. Трансформатор тока в основном используется для измерения такой величины тока, что измеритель или прибор не может удобно измерить, тогда как трансформатор напряжения используется для измерения высокого напряжения тока.

Запомните: Трансформатор тока в основном используется для схемы релейной защиты, поскольку он снижает большую величину первичного тока до значения, подходящего для работы реле.Трансформатор тока также обеспечивает изоляцию от высокого напряжения силовой цепи и, следовательно, защищает оборудование и персонал от высокого напряжения.

Изучение применения трансформаторов тока | Силовая электроника

Трансформаторы тока могут выполнять управление цепями, измерять ток для измерения и управления мощностью, а также выполнять функции защиты и ограничения тока. Они также могут вызывать события в цепи, когда контролируемый ток достигает заданного уровня.Мониторинг тока необходим на частотах от линии электропередачи 50/60 Гц до более высоких частот импульсных трансформаторов, которые могут достигать сотен килогерц.

Задача трансформаторов тока состоит в том, чтобы думать о преобразовании тока, а не о соотношениях напряжений. Коэффициенты тока обратно пропорциональны отношениям напряжений. О трансформаторах следует помнить, что P _из = (P _в — потери мощности трансформатора). Имея это в виду, давайте предположим, что у нас есть идеальный трансформатор без потерь, в котором P _{на выходе} = P _на .Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток, этот продукт должен быть таким же на выходе, как и на входе. Это означает, что повышающий трансформатор 1:10 с повышенным в 10 раз напряжением приводит к уменьшению выходного тока в 10 раз. Именно это происходит с трансформатором тока. Если трансформатор имел однооборотную первичную и десять витков вторичной обмоток, каждый ампер в первичной обмотке дает 0,1 А во вторичной обмотке или коэффициент тока 10: 1. Это в точности обратное соотношению напряжений — сохранение произведения вольт, умноженного на ток.

Как мы можем использовать этот преобразователь и знания для производства чего-то полезного? Обычно инженер хочет создать выходной сигнал на вторичной обмотке, пропорциональный первичному току. Довольно часто этот выходной сигнал выражается в вольтах на один ампер первичного тока. Устройство, которое контролирует это выходное напряжение, может быть откалибровано для получения желаемых результатов, когда напряжение достигает заданного уровня.

Нагрузочный резистор, подключенный к вторичной обмотке, создает выходное напряжение, пропорциональное величине резистора, в зависимости от величины тока, протекающего через него.С нашим трансформатором с соотношением витков 1:10, который обеспечивает соотношение по току 10: 1, нагрузочный резистор может быть выбран для получения желаемого напряжения. Если 1А на первичной обмотке дает 0,1А на вторичной, то по закону Ома 0,1-кратное увеличение нагрузочного резистора приведет к выходному напряжению на ампер.

Многие трансформаторы напряжения имеют регулируемые коэффициенты, которые обеспечивают желаемое выходное напряжение и компенсируют потери. Коэффициент поворотов или фактические повороты не являются главной заботой конечного пользователя. Только выходное напряжение и, возможно, регулировка и другие параметры потерь могут иметь значение.При использовании трансформаторов тока пользователь должен знать коэффициент тока, чтобы использовать трансформатор. Знание количества усилителей на выходе является основой для использования трансформатора тока. Довольно часто конечные пользователи подключают к первичной обмотке провод через центр трансформатора. Они должны знать, что такое вторичные витки, чтобы определить, каким будет их выходной ток. Как правило, в каталогах витки трансформаторов указаны в качестве технических характеристик для использования.

Обладая этими знаниями, пользователь может выбрать нагрузочный резистор для получения желаемого выходного напряжения.Выходной ток 0,1 А для первичной обмотки 1 А на трансформаторе с соотношением витков 1:10 будет производить 0,1 В / А на нагрузочном резисторе 1 Ом, 1 В на ампер на нагрузке 10 Ом и 10 В на ампер на нагрузочном резисторе 100 Ом.

На рис. 1 показан идеальный коэффициент трансформации. В этом анализе вторичное сопротивление постоянному току (R _DCR ) не учитывается. При рассмотрении вторичного тока только фактический ток влияет на V. От того, насколько хорошо этот ток может быть определен, зависит точность прогноза V.Вторичное сопротивление постоянному току лучше всего анализировать, отражая его на первичной обмотке с помощью R _DCR / N ² .

При выборе нагрузочного резистора инженер может создать любое выходное напряжение на ампер, если оно не насыщает сердечник. Уровень насыщения сердечника является важным фактором при выборе трансформаторов тока. Максимальное произведение вольт-микросекунды указывает, с чем сердечник может работать без насыщения. Нагрузочный резистор является одним из факторов, контролирующих выходное напряжение.Существует ограничение на количество напряжения, которое может быть достигнуто на данной частоте. Поскольку частота = 1 / период цикла, если частота слишком низкая (период цикла слишком длинный), так что произведение напряжение-время превышает магнитную емкость сердечника, произойдет насыщение. Поток, который существует в сердечнике, пропорционален периоду напряжения, умноженному на цикл. Большинство спецификаций обеспечивают максимальное значение продукта вольт-микросекунды, которое трансформатор тока может обеспечить через нагрузочный резистор. Превышение этого напряжения с помощью слишком большого нагрузочного резистора приведет к насыщению трансформатора и ограничению напряжения.

Что произойдет, если нагрузочный резистор отключен или размыкается во время работы? Выходное напряжение будет расти, пытаясь создать ток, пока не достигнет напряжения насыщения катушки на этой частоте. В этот момент напряжение перестанет расти, и трансформатор не добавит дополнительного сопротивления к управляющему току. Следовательно, без нагрузочного резистора выходное напряжение трансформатора тока будет его напряжением насыщения на рабочей частоте.

В трансформаторе тока есть факторы, влияющие на эффективность.Для полной точности выходной ток должен быть равен входному току, деленному на коэффициент трансформации. К сожалению, не весь ток передается. Часть тока не преобразуется во вторичную обмотку, а вместо этого шунтируется индуктивностью трансформатора и сопротивлением потерь в сердечнике. Как правило, индуктивность трансформатора составляет большую часть токового шунтирования, уменьшающего выходной ток. Вот почему важно использовать сердечник с высокой магнитной проницаемостью, чтобы достичь максимальной индуктивности и минимизировать ток индуктивности.Для получения ожидаемого вторичного тока и ожидаемой точности необходимо поддерживать точное соотношение витков. Рис. 2 показывает, что преобразованный ток меньше входного на:

I _{ПРЕОБРАЗОВАННЫЙ} = I _ВХОД -I _CORE -jI _MAG (1)

Как насчет влияния трансформатора на ток, который он контролирует? Здесь на сцену выходит термин «бремя». Любой измерительный прибор изменяет схему, в которой он измеряет.Например, подключение вольтметра к цепи вызывает изменение напряжения по сравнению с тем, которое было до подключения счетчика. Каким бы незначительным ни был этот эффект, напряжение, которое вы читаете, не является напряжением, существовавшим до подключения измерителя. То же самое и с трансформатором тока. Нагрузочный резистор на вторичной обмотке отражается к первичной обмотке посредством (1 / N ² ), который обеспечивает сопротивление последовательно с током на первичной обмотке. Обычно это имеет минимальный эффект и обычно важно только тогда, когда вас беспокоит ток, который может существовать, когда трансформатор отсутствует в цепи, например, когда он используется в качестве временного измерительного устройства.

Обратите внимание на четыре составляющих потерь в цепи Рис. 2 . Сопротивление первичного контура (PRI _DCR ), сопротивления потерь в сердечнике (R _CORE ), вторичного DCR (R _DCR ) уменьшено на 1 / N ² , а вторичного нагрузочного резистора R _BURDEN также уменьшается в N ² раз. Это потери, которые влияют на источник тока (I). Сопротивления косвенно влияют на точность трансформатора тока.Их влияние на цепь, которую они контролируют, изменяет ее ток. Сопротивление первичному постоянному току (PRI _dcr ) и вторичное DCR / N ² (R _DCR / N ² ) не влияет на вход I _{, который считывается или влияет на точность фактическое текущее показание. Скорее, они изменяют ток по сравнению с тем, каким он был бы, если бы трансформатор тока не был в цепи. За исключением нагрузочного резистора, эти резисторы потерь являются компонентами, которые способствуют потерям в трансформаторе и нагреву.}

Эти потери энергии обычно невелики по сравнению с мощностью контролируемой цепи. Обычно конструкция трансформатора и выбор нагрузочного резистора находятся в пределах максимальной потери энергии, которую может допустить конечный пользователь. Поскольку устройства с батарейным питанием становятся все более популярными, а потребление энергии способствует энергетическому кризису, даже эта мощность может вызывать беспокойство. В этих условиях может потребоваться особое внимание при проектировании к потребляемой мощности.

Трансформаторы тока — эффективный способ измерения тока.Поскольку нагрузочный резистор отражается к первичной обмотке посредством 1 / N ² , сопротивление, наблюдаемое в контролируемой цепи, может быть очень маленьким. Это позволяет создавать большее напряжение на выходе с минимальным влиянием на измеряемую цепь. Более простой и недорогой метод измерения тока — это использовать резистор, подключенный последовательно с током. Однако этот метод можно использовать только тогда, когда потребление энергии имеет второстепенное значение. В связи с более частым использованием устройств с батарейным питанием и преобладающей потребностью в снижении энергопотребления дополнительные расходы на трансформатор тока вскоре могут быть возмещены за счет использования.Кроме того, при большом токе или когда требуется напряжение любой величины, чувствительный резистор будет непрактичным.

Измерительный трансформатор тока

Посетите наш веб-сайт для получения дополнительной информации

А измерительный трансформатор тока используется для снижения токов в цепи до уровня, который может быть безопасно измерен измерительным прибором.SADTEM предлагает широкий спектр трансформаторов тока, включая модели как для наружного, так и для внутреннего применения. Семейство для использования внутри помещений включает в себя компактную линейку с диапазоном 24 кВ, 36 кВ и диапазоном DIN, а также модели со съемными клеммами и оконные. Семейство наружных приборов включает модели 24 кВ, 36 кВ и 52 кВ, все из которых изготовлены из цельного куска эпоксидной смолы. Эта конструкция используется для минимизации размера и веса устройств, а также для минимизации вибраций. Все наружные трансформаторы SADTEM рассчитаны на работу без необходимости обслуживания.

Создание измерительного трансформатора тока

SADTEM имеет завидную репутацию на рынке в области производства продукции высочайшего качества. Компания понимает, с какой тщательностью необходимо относиться к производству каждого инструмента, и поэтому создала впечатляющее собственное производственное предприятие. Этот объект может похвастаться компьютеризированными системами управления и роботизированными технологиями, предназначенными для снятия бремени самой тяжелой работы с технических специалистов SADTEM и повышения качества сборки каждого из них. измерительный трансформатор тока в соответствии с высочайшими стандартами.Решение о сохранении производства на месте также означает, что SADTEM может легко реагировать на требования клиентов и выполнять как большие объемы заказов, так и работать с индивидуальными проектами.

Ваш партнер для измерительного трансформатора тока solutions

SADTEM — идеальный партнер для всех ваших измерительный трансформатор тока требования. Компания базируется в Дуэ на севере Франции и имеет более чем 80-летний опыт работы в отрасли, будучи основанной в 1929 году.За это время компания приобрела отличную репутацию благодаря своей приверженности производству продукции высочайшего качества и обеспечению наилучшего обслуживания клиентов. Это позволило компании неуклонно расти до такой степени, что теперь она снабжает клиентов более чем в 80 странах мира. При этом он разработал глубокое понимание условий и стандартов, действующих на многих рынках.

Качество измерительного трансформатора тока Производство

Надежная система качества жизненно важна для обеспечения постоянного совершенства в измерительный трансформатор тока производство.Системы SADTEM сертифицированы по стандарту ISO 9001, но это только начало подхода компании к качеству. SADTEM обеспечивает стабильное качество, проверяя как сырье, так и продукцию на каждом этапе производственного процесса. Он также использует собственную лабораторию для проведения широкого спектра испытаний по международным стандартам и прилагает значительные усилия для исследований и разработок.

Электрические датчики: трансформаторы напряжения (ТТ) и трансформаторы тока (ТТ) | Системы измерения и контроля электроэнергии

Две «переменные процесса», на которые мы больше всего полагаемся в области электрических измерений и управления, — это напряжение и ток .По этим первичным переменным мы можем определить импеданс, реактивное сопротивление, сопротивление, а также обратные величины этих величин (проводимость, проводимость и проводимость).

Другие датчики, более общие для общих измерений процесса, такие как температура, давление, уровень и расход, также используются в электроэнергетических системах, но их описания в других главах этой книги достаточно, чтобы избежать повторения в этой главе.

В электроэнергетике используются два распространенных типа электрических датчиков: трансформаторы напряжения (ТТ) и трансформаторы тока (ТТ).Это электромагнитные трансформаторы с прецизионным передаточным числом, используемые для понижения высоких напряжений и высоких токов до более разумных уровней для использования панельных приборов для приема, отображения и / или обработки.

Трансформаторы потенциала

Электроэнергетические системы обычно работают при опасно высоком напряжении. Было бы непрактично и небезопасно подключать приборы, монтируемые на панели, непосредственно к проводникам энергосистемы, если напряжение этой энергосистемы превышает несколько сотен вольт.По этой причине мы должны использовать специальный тип понижающего трансформатора, называемый трансформатором потенциала , чтобы уменьшить и изолировать высокое линейное напряжение энергосистемы до уровней, безопасных для ввода панельных приборов.

Здесь показана простая диаграмма, иллюстрирующая, как высокое фазное и линейное напряжение трехфазной системы питания переменного тока может быть измерено низковольтными вольтметрами с использованием понижающих трансформаторов напряжения:

Трансформаторы потенциала в электроэнергетике обычно называют блоками «PT».Следует отметить, что термин «трансформатор напряжения» и связанное с ним сокращение VT становятся популярными как замена «трансформатору напряжения» и PT.

При включении вольтметра, который, по сути, является разомкнутой цепью (очень высоким сопротивлением), ПТ действует как источник напряжения для приемного прибора, посылая на этот прибор сигнал напряжения, пропорциональный напряжению энергосистемы.

На следующей фотографии показан трансформатор напряжения, измеряющий напряжение между фазой и землей в трехфазной системе распределения электроэнергии.Нормальное фазное напряжение в этой системе составляет 7,2 кВ (трехфазное линейное напряжение 12,5 кВ), а нормальное вторичное напряжение трансформатора тока составляет 120 вольт, что требует соотношения 60: 1 (как показано на стороне трансформатора):

Любое выходное напряжение на этом ПТ будет составлять \ (1 \ более 60 \) от фактического фазного напряжения, что позволяет панельным приборам безопасно и эффективно считывать точно масштабированную часть фазного напряжения 7,2 кВ (типичное). Например, вольтметр, установленный на панели, имел бы шкалу, показывающую 7200 вольт, когда его фактическое входное напряжение на клеммах составляло всего 120 вольт.Это аналогично показывающему измерителю 4–20 мА со шкалой, обозначенной в единицах «PSI» или «Градусы Цельсия», поскольку аналоговый сигнал 4–20 мА просто представляет собой некоторую другую физическую переменную, измеряемую технологическим датчиком. Здесь физической переменной, воспринимаемой трансформатором напряжения, по-прежнему является напряжение, только с соотношением 60: 1 больше, чем то, что получает прибор, установленный на панели. Как и стандарт аналогового сигнала 4–20 мА постоянного тока, широко распространенный в обрабатывающей промышленности, 115 или 120 вольт — это стандартное выходное напряжение трансформатора напряжения, используемое в электрической промышленности для представления нормального напряжения энергосистемы.

На следующей фотографии показан комплект из трех ТТ, используемых для измерения напряжения на шине подстанции 13,8 кВ. Обратите внимание на то, как каждый из этих трансформаторов снабжен двумя высоковольтными изолированными клеммами для измерения междуфазного (линейного) напряжения, а также между фазой и землей:

Здесь представлена ​​еще одна фотография трансформаторов напряжения, на которой показаны три больших трансформатора тока, используемых для точного изменения фазных напряжений на землю для каждой фазы системы 230 кВ (линейное напряжение 230 кВ, фазное напряжение 133 кВ) вплоть до 120 вольт. для панельных приборов для мониторинга:

Свободно свисающий провод соединяет одну сторону первичной обмотки каждого трансформатора с соответствующим фазным проводом шины 230 кВ.Другой вывод первичной обмотки каждого СТ подключается к общей нейтральной точке, образуя массив трансформаторов СТ, соединенных звездой. Клеммы вторичной обмотки этих ПТ подключаются к двухпроводным экранированным кабелям, по которым сигналы 120 В передаются обратно в диспетчерскую, где они подключаются к различным приборам. Эти экранированные кабели проходят через подземный канал для защиты от погодных условий.

Как и в предыдущем PT, стандартное выходное напряжение этих больших PT составляет 120 вольт, что соответствует соотношению витков трансформатора около 1100: 1.Это стандартизированное выходное напряжение 120 вольт позволяет использовать ПТ любого производителя с приемными приборами любого производства, так же как стандарт 4-20 мА для аналоговых промышленных приборов обеспечивает «совместимость» между марками и моделями различных производителей.

Особой формой измерительного трансформатора, используемого в системах с очень высоким напряжением, является трансформатор напряжения с емкостной связью или CCVT. В этих чувствительных устройствах используется последовательно соединенный набор конденсаторов, делящих напряжение линии электропередачи до меньшего количества, прежде чем оно будет понижено электромагнитным трансформатором.Здесь представлена ​​упрощенная схема CCVT вместе с фотографией трех CCVT, расположенных на подстанции:

Трансформаторы тока

По тем же причинам, по которым необходимо использовать измерительные трансформаторы напряжения (напряжения), мы также видим использование трансформаторов тока для снижения высоких значений тока и изоляции высоких значений напряжения между проводниками системы электроснабжения и панельными приборами.

Здесь показана простая диаграмма, иллюстрирующая, как линейный ток трехфазной системы питания переменного тока может быть измерен слаботочным амперметром с использованием трансформатора тока:

При включении амперметра — что по сути является коротким замыканием (очень низкое сопротивление) — трансформатор тока ведет себя как источник тока для приемного прибора, посылая на этот прибор токовый сигнал, пропорционально представляющий линейный ток системы питания.

Обычно трансформатор тока состоит из железного тороида, выполняющего роль сердечника трансформатора. Этот тип ТТ не имеет первичной «обмотки» в обычном понимании этого слова, а использует сам линейный провод в качестве первичной обмотки. Линейный провод, проходящий один раз через центр тороида, функционирует как первичная обмотка трансформатора с ровно 1 «витком». Вторичная обмотка состоит из нескольких витков провода, намотанного вокруг тороидального магнитопровода:

На виде конструкции трансформатора тока показано наматывание вторичных витков вокруг тороидального магнитопровода таким образом, что вторичный проводник остается параллельным первичному (силовому) проводнику для хорошей магнитной связи:

С силовым проводом, служащим одновитковой обмоткой, несколько витков вторичного провода вокруг тороидального сердечника ТТ делают его функцией повышающего трансформатора по напряжению и понижающего трансформатора с относительно тока.Коэффициент трансформации трансформатора тока обычно определяется как отношение полного линейного тока проводника к 5 ампер, что является стандартным выходным током для силовых трансформаторов тока. Следовательно, трансформатор тока с соотношением 100: 5 выдает 5 ампер, когда силовой проводник несет 100 ампер.

Коэффициент трансформации трансформатора тока предполагает опасность, достойную внимания: если вторичная обмотка трансформатора тока под напряжением когда-либо разомкнута, она может выработать чрезвычайно высокое напряжение, поскольку пытается протолкнуть ток через воздушный зазор этой разомкнутой цепи. .Вторичная обмотка ТТ, находящаяся под напряжением, действует как источник тока, и, как и все источники тока, она будет развивать настолько большой потенциал (напряжение), насколько это возможно при разомкнутой цепи. Учитывая возможность высокого напряжения энергосистемы, контролируемой ТТ, и соотношение витков ТТ с большим количеством витков во вторичной обмотке, чем в первичной, способность ТТ функционировать как повышающий напряжение трансформатора представляет собой значительную опасность.

Как и любой другой источник тока, короткое замыкание на выходе ТТ не представляет опасности.Только обрыв цепи представляет опасность повреждения. По этой причине цепи трансформатора тока часто оснащаются закорачивающими перемычками и / или короткозамыкающими выключателями , чтобы позволить техническим специалистам выполнить короткое замыкание во вторичной обмотке трансформатора тока перед отключением любых других проводов в цепи. В последующих подразделах эта тема будет рассмотрена более подробно.

Трансформаторы тока производятся в широком диапазоне размеров для различных применений. Вот фотография трансформатора тока с табличкой «паспортная табличка» со всеми соответствующими спецификациями.На этой паспортной табличке указано соотношение тока как «100/5», что означает, что этот трансформатор тока будет выдавать ток 5 ампер, когда через силовой провод, проходящий через центр тороида, протекает 100 ампер:

Пара черных и белых проводов, выходящая из этого ТТ, передает сигнал переменного тока от 0 до 5 ампер на любой контрольный прибор, масштабированный до этого диапазона. Этот прибор будет видеть \ (1 \ более 20 \) (т.е. \ (5 \ более 100 \)) тока, протекающего через силовой провод.

На следующих фотографиях противопоставляются два разных стиля трансформаторов тока, один с «окном», через которое может быть пропущен любой проводник, а другой со специальной шиной, закрепленной через центр, к которой проводники присоединяются с обоих концов.Оба стиля обычно используются в электроэнергетике и действуют одинаково:

Вот фотография некоторых гораздо более крупных трансформаторов тока, предназначенных для установки внутри «вводов» большого автоматического выключателя, хранящихся на деревянном поддоне:

Установленные трансформаторы тока выглядят как цилиндрические выступы у основания каждого изолятора высоковольтного выключателя. На этой фотографии показан гибкий кабелепровод, идущий к каждому изолятору трансформатора тока, по которому вторичные сигналы слаботочного трансформатора тока передаются к клеммной колодке внутри панели на правом конце выключателя:

Сигналы от вводов трансформаторов тока на выключателе могут быть подключены к устройствам защитного реле для отключения выключателя в случае любого ненормального состояния.Если не используются, вторичные клеммы ТТ просто закорачиваются на панели.

Здесь показан комплект из трех очень больших трансформаторов тока, предназначенных для установки на вводы силового трансформатора высокого напряжения. Каждый из них имеет текущий коэффициент понижения от 600 до 5:

.

На этой следующей фотографии мы видим крошечный трансформатор тока, предназначенный для измерения слабого тока, закрепленный на проводе, по которому проходит ток всего несколько ампер. Этот конкретный трансформатор тока сконструирован таким образом, что он может быть закреплен на существующем проводе для временных тестовых целей, а не является сплошным тороидом, через который провод должен быть пропущен через него для более постоянной установки:

Коэффициент 3000: 1 этого ТТ понижает сигнал переменного тока с 5 А до 1.667 мА переменного тока.

На этой последней фотографии показан трансформатор тока, используемый для измерения линейного тока в распределительном устройстве подстанции 500 кВ. Настоящая катушка трансформатора тока расположена внутри красного корпуса в верхней части изолятора, где проходит силовой провод. Высокий изолятор обеспечивает необходимое разделение между проводником и землей внизу, чтобы предотвратить «скачок» высокого напряжения на землю по воздуху:

Полярность трансформатора

Важной характеристикой для идентификации трансформаторов в энергосистемах — как силовых трансформаторов, так и измерительных трансформаторов — является полярность .Поначалу может показаться неуместным говорить о «полярности», когда мы знаем, что имеем дело с переменными напряжениями и токами , но на самом деле под этим словом подразумевается фазировка . Когда несколько силовых трансформаторов соединены между собой для разделения нагрузки или для формирования трехфазной трансформаторной решетки из трех однофазных трансформаторных блоков, очень важно, чтобы фазовые соотношения между обмотками трансформатора были известны и четко обозначены. Кроме того, нам необходимо знать фазовое соотношение между первичной и вторичной обмотками (катушками) измерительного трансформатора, чтобы правильно подключить его к принимающему прибору, например, к защитному реле.Для некоторых инструментов, таких как простые индикаторные измерители, полярность (фазировка) не важна. Для других приборов, сравнивающих фазовые отношения двух или более сигналов, полученных от измерительных трансформаторов, правильная полярность (фазировка) имеет решающее значение.

Маркировка полярности для любого трансформатора может быть обозначена несколькими различными способами:

Знаки следует интерпретировать с точки зрения полярности напряжения , а не тока. Чтобы проиллюстрировать использование «испытательной схемы», подающей кратковременный импульс постоянного тока на трансформатор от небольшой батареи:

Обратите внимание, как на вторичной обмотке трансформатора возникает падение напряжения той же полярности, что и на первичную обмотку импульсом постоянного тока: как для первичной, так и для вторичной обмоток стороны с точками имеют одинаковый положительный потенциал.

Если аккумулятор перевернуть и испытание будет выполнено снова, сторона каждой обмотки трансформатора, отмеченная точкой, будет отрицательной:

Если мы поменяем местами подключение вторичной обмотки к резистору и восстановим все напряжения и токи, мы увидим, что точка полярности всегда представляет общий потенциал напряжения, независимо от полярности источника:

Следует отметить, что в этом методе тестирования батареи и переключателя должна использоваться батарея низкого напряжения, чтобы избежать остаточного магнетизма в сердечнике трансформатора.Одиночная 9-вольтовая сухая батарея хорошо работает с чувствительным измерителем.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками действуют одинаково, при этом маркировка полярности каждой вторичной обмотки имеет такую ​​же полярность, как и любая другая обмотка:

Чтобы еще раз подчеркнуть этот важный момент: точки полярности трансформатора всегда относятся к напряжению, а не к току. Полярность напряжения на обмотке трансформатора всегда будет соответствовать полярности любой другой обмотки того же трансформатора по отношению к точкам.Однако направление тока через обмотку трансформатора зависит от того, работает ли данная обмотка в качестве источника или нагрузки . Вот почему во всех предыдущих примерах видно, что токи идут в противоположных направлениях (в точку, из точки) от первичной к вторичной, а полярности напряжения соответствуют точкам. Первичная обмотка трансформатора работает как нагрузка (ток обычного протока, протекающий через положительный вывод), в то время как его вторичная обмотка функционирует как источник (ток обычного протока, вытекающий из положительного вывода).

Полярность трансформатора очень важна в электроэнергетике, поэтому были придуманы термины для обозначения разной полярности обмоток трансформатора. Если точки полярности для первичной и вторичной обмоток лежат на одной и той же физической стороне трансформатора, это означает, что первичная и вторичная обмотки намотаны в одном направлении вокруг сердечника, и это называется вычитающим трансформатором . Если точки полярности расположены на противоположных сторонах трансформатора, это означает, что первичная и вторичная обмотки намотаны в противоположных направлениях, и это называется добавочным трансформатором .Термины «аддитивный» и «вычитающий» имеют большее значение, когда мы рассматриваем эффекты каждой конфигурации в заземленной системе питания переменного тока. Следующие примеры показывают, как напряжения могут складываться или вычитаться в зависимости от фазового соотношения первичной и вторичной обмоток трансформатора:

Трансформаторы, работающие при высоком напряжении, обычно проектируются с вычитающей ориентацией обмоток, просто чтобы минимизировать диэлектрическое напряжение, оказываемое на изоляцию обмотки от межобмоточных напряжений.Измерительные трансформаторы (PT и CT) по соглашению всегда вычитаются .

Когда три однофазных трансформатора соединены между собой для образования трехфазного трансформатора, полярность обмоток должна быть правильно ориентирована. Обмотки в сети треугольником должны быть подключены таким образом, чтобы отметки полярности двух обмоток не совпадали друг с другом. Изогнутые стрелки нарисованы рядом с каждой обмоткой, чтобы подчеркнуть соотношение фаз:

Обмотки в звездообразной сети должны быть подключены таким образом, чтобы все метки полярности были обращены в одном направлении по отношению к центру звезды (обычно все метки полярности были направлены от центра):

Несоблюдение этих фазовых соотношений в группе силовых трансформаторов может привести к катастрофическому отказу, как только трансформаторы будут под напряжением!

На следующей фотографии показана схема большого силового трансформатора электросети, оборудованного несколькими трансформаторами тока, стационарно установленными в проходных изоляторах (местах, в которых силовые проводники проходят через стальной кожух блока силового трансформатора).Обратите внимание на сплошные черные квадраты, обозначающие одну сторону каждой вторичной обмотки ТТ, а также одну сторону каждой первичной и вторичной обмоток в этом трехфазном силовом трансформаторе. Сравнивая расположение этих черных квадратов, мы можем сказать, что все трансформаторы тока, а также сам силовой трансформатор намотаны как вычитающих устройств :

Пример важности маркировки полярности для подключения измерительных трансформаторов можно увидеть здесь, где пара трансформаторов тока с равным передаточным числом соединена параллельно для управления общим прибором, который должен измерять разницу в токе вход и выход из груза:

Правильно подключенный, как показано выше, измеритель в центре схемы регистрирует только разницу в выходном токе двух трансформаторов тока.Если ток в нагрузке точно равен току на выходе из нагрузки (что должно быть) и два трансформатора тока точно согласованы по соотношению витков, счетчик получит нулевой чистый ток. Если, однако, в нагрузке возникает замыкание на землю, в результате чего больше тока поступает, чем выходит из нее, то дисбаланс токов ТТ будет регистрироваться измерителем и, таким образом, указывать на неисправное состояние нагрузки.

Предположим, однако, что техник по ошибке подключил один из этих блоков ТТ задним ходом.Если мы рассмотрим получившуюся схему, мы увидим, что измеритель теперь воспринимает сумму линейных токов, а не разницу , как должно:

Это приведет к тому, что измеритель будет ложно показывать дисбаланс тока в нагрузке, когда его нет.

Безопасность измерительного трансформатора

Трансформаторы потенциала (ТН или ТН) имеют тенденцию вести себя как источники напряжения по отношению к приборам измерения напряжения, которыми они управляют: выходной сигнал ТН должен быть пропорциональным представлением напряжения энергосистемы.Напротив, трансформаторы тока (ТТ) имеют тенденцию вести себя как источники тока по отношению к приборам измерения тока, которыми они управляют: выходной сигнал ТТ должен быть пропорциональным представлением тока энергосистемы. На следующих схематических диаграммах показано, как должны вести себя СТ и ТТ при закупке соответствующих инструментов:

В соответствии с этим принципом трансформаторов тока как источников напряжения и трансформаторов тока как источников тока, вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна замыкаться накоротко, а вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна размыкаться! Короткое замыкание вторичной обмотки PT может привести к возникновению в цепи опасного тока, поскольку PT будет пытаться поддерживать значительное напряжение на очень низком сопротивлении.Разрыв вторичной обмотки ТТ может привести к возникновению опасного напряжения между клеммами вторичной обмотки, поскольку ТТ будет пытаться пропустить значительный ток через очень высокое сопротивление.

Вот почему вы никогда не увидите предохранителей во вторичной цепи трансформатора тока. Такой плавкий предохранитель, когда он перегорел, представлял бы большую опасность для жизни и имущества, чем замкнутая цепь с любым током, который мог бы собрать трансформатор тока.

В то время как рекомендация никогда не замыкать выход ПТ имеет смысл для любого студента, изучающего электричество или электронику, который был натренирован никогда не замыкать накоротко аккумулятор или лабораторный источник питания, рекомендация никогда не замыкать цепь ТТ с питанием часто требует пояснений.Поскольку трансформаторы тока преобразуют ток, значение их выходного тока, естественно, ограничивается фиксированным соотношением линейного тока силового проводника. Другими словами, короткое замыкание вторичной обмотки ТТ , а не приведет к большему выходному току этого ТТ, чем то, что он будет выдавать на любой нормальный токоизмерительный прибор! Фактически, трансформатор тока испытывает минимальную «нагрузку» при подаче питания на короткое замыкание, потому что ему не нужно выдавать какое-либо существенное напряжение для поддержания такого количества вторичного тока.Только тогда, когда трансформатор тока вынужден выводить ток через значительный импеданс, он должен «усердно работать» (т. Е. Выводить больше мощности), генерируя значительное вторичное напряжение вместе с вторичным током.

Скрытая опасность трансформатора тока подчеркивается анализом его соотношения между витками первичной и вторичной обмоток. Одиночный проводник, пропущенный через апертуру трансформатора тока, действует как обмотка с одним витком, в то время как несколько витков провода, намотанного вокруг тороидального сердечника трансформатора тока, обеспечивают коэффициент, необходимый для понижения тока от линии питания к приемному устройству. .Однако, как знает каждый студент, изучающий трансформаторы, в то время как вторичная обмотка, имеющая больше витков провода, чем первичная обмотка , понижает ток на , тот же трансформатор, наоборот, на понижает напряжение на . Это означает, что трансформатор тока с разомкнутой цепью ведет себя как повышающий трансформатор напряжения. Учитывая тот факт, что измеряемая линия электропередачи обычно изначально имеет опасно высокое напряжение, перспектива того, что измерительный трансформатор повысит это напряжение еще выше, действительно отрезвляет.Фактически, единственный способ гарантировать, что трансформатор тока не будет выдавать высокое напряжение при питании от сети, — это поддержать его вторичную обмотку под нагрузкой с низким импедансом.

Также обязательно, чтобы все вторичные обмотки измерительного трансформатора были надежно заземлены. Заземли , чтобы предотвратить возникновение опасно высокого напряжения на клеммах прибора из-за емкостной связи с силовыми проводниками. Заземление должно быть выполнено только в одной точке в каждой цепи измерительного трансформатора, чтобы предотвратить образование контуров заземления , и потенциально вызвать ошибки измерения.Предпочтительным местом для этого заземления является первая точка использования, то есть клеммная колодка, устанавливаемая на приборной панели или на панели, куда попадают вторичные провода измерительного трансформатора. Если между измерительным трансформатором и приемным прибором имеются какие-либо тестовые переключатели, заземление должно быть выполнено таким образом, чтобы при размыкании тестового переключателя вторичная обмотка трансформатора не оставалась плавающей (незаземленной).

Выключатели для проверки измерительных трансформаторов

Соединения между измерительными трансформаторами и приемными приборами, такими как монтируемые на панели счетчики и реле, должны время от времени прерываться для проведения испытаний и других функций технического обслуживания.Аксессуар, который часто можно увидеть в панелях силовых приборов, — это блок переключателей , состоящий из серии рубильников. Фотография испытательного блока выключателей производства ABB представлена ​​здесь:

.

Некоторые из этих рубильников служат для отключения трансформаторов напряжения (ТН) от приемных устройств, установленных на этой релейной панели, в то время как другие рубильники в той же группе служат для отключения трансформаторов тока (ТТ) от приемных приборов, установленных на той же панели.

Для дополнительной безопасности на блоке переключателей могут быть установлены крышки для предотвращения случайного срабатывания или электрического контакта. Некоторые крышки тестовых переключателей даже запираются на замок для дополнительной защиты от доступа.

Испытательные переключатели, используемые для отключения трансформаторов напряжения (ТТ) от датчиков напряжения, представляют собой не что иное, как простые однополюсные однонаправленные (SPST) рубильники, как показано на этой схеме:

Разрыв цепи трансформатора напряжения не представляет опасности, поэтому для отключения ПТ от приемного прибора не требуется ничего особенного.

Здесь представлена ​​серия фотографий, показывающих работу одного из этих рубильников, от замкнутого (в рабочем состоянии) слева до разомкнутого (отключенного) справа:

Испытательные переключатели, используемые для отключения трансформаторов тока (ТТ) от токоизмерительных приборов, однако, должны быть специально спроектированы так, чтобы избежать размыкания цепи ТТ при отключении из-за опасности высокого напряжения, создаваемой разомкнутыми вторичными обмотками ТТ. Таким образом, испытательные переключатели ТТ предназначены для размещения короткого замыкания на выходе ТТ перед размыканием соединения с устройством измерения тока.Для этого используется специальный рубильник , прерывающий разрыв, :

.

Здесь представлена ​​серия фотографий, показывающих работу рубильного рубильника перед размыканием, от замкнутого (в рабочем состоянии) слева до закороченного (разомкнутого) справа:

Закорачивающее действие происходит на листе из пружинной стали, контактирующем с движущимся лезвием ножа в кулачковой прорези возле шарнира. Обратите внимание, как лист соприкасается с кулачком ножа на правой и средней фотографиях, но не на левой фотографии.Этот металлический лист соединяется с основанием рубильника, прилегающим справа (другой полюс цепи ТТ), образуя короткое замыкание между выводами ТТ, необходимое для предотвращения дуги, когда рубильник размыкает цепь на приемный прибор.

Пошаговая последовательность иллюстраций показывает, как эта закорачивающая пружина предотвращает размыкание цепи ТТ при размыкании первого переключателя:

Обычно не замыкающий переключатель в паре тестовых переключателей ТТ оснащается «тестовым разъемом», позволяющим вставить дополнительный амперметр в схему для измерения сигнала ТТ.Этот испытательный домкрат состоит из пары пластин из пружинной стали, контактирующих друг с другом в середине размаха рубильника. Когда рубильник находится в разомкнутом положении, металлические листы продолжают обеспечивать непрерывность после разомкнутого рубильника. Однако, когда специальный штекер адаптера амперметра вставляется между пластинами, раздвигая их, цепь разрывается, и ток должен течь через два штыря тестового штекера (и в тестовый амперметр, подключенный к этому штекеру).

Пошаговая последовательность иллюстраций показывает, как тестовое гнездо поддерживает целостность разомкнутого рубильника, а затем позволяет вставить тестовый щуп и амперметр, не разрывая цепь ТТ:

При использовании такого испытательного щупа ТТ необходимо тщательно проверить электрическую целостность амперметра и измерительных проводов, прежде чем вставлять щуп в испытательные гнезда.Если случится «обрыв» где-либо в цепи амперметра / вывода, опасная дуга разовьется в точке «обрыва» в момент, когда испытательный щуп раздвигает металлические пластины испытательного разъема! Всегда помните, что находящийся под напряжением трансформатор тока опасен при разомкнутой цепи, поэтому ваша личная безопасность зависит от постоянного поддержания непрерывности электрической цепи в цепи трансформатора тока.

На этой фотографии крупным планом показан замкнутый испытательный выключатель ТТ, оборудованный испытательным домкратом, при этом пружинные листы домкрата видны как пара структур в форме «обруча», обрамляющих лезвие среднего рубильника:

В дополнение к (или иногда вместо) контрольным переключателям, вторичная проводка трансформатора тока часто проходит через специальные «закорачивающие» клеммные колодки.Эти специальные клеммные колодки имеют металлическую «перемычку», проходящую по центру, через которую можно вставить винты для соединения с проводными клеммами ниже. Любые клеммы, соединенные с этим металлическим стержнем, обязательно будут уравновешивать друг друга. Один винт всегда вставляется в шину, входящую в клемму заземления на клеммной колодке, таким образом, заземляя всю шину. Дополнительные винты, вставленные в эту шину, прижимают вторичные провода ТТ к потенциалу земли. Фотография такой закорачивающей клеммной колодки показана здесь, с пятью проводниками от многоскоростного (многоотводного) трансформатора тока с маркировкой от 7X1 до 7X5 , подключаемых к клеммной колодке снизу:

Эта закорачивающая клеммная колодка имеет три винта, вставленных в закорачивающую перемычку: один соединяет перемычку с клеммой заземления («G») на дальнем левом краю, другой — с проводом ТТ «7X5», а последний соединяет к проводу ТТ «7X1».В то время как первый винт устанавливает потенциал заземления вдоль перемычки, следующие два винта образуют короткое замыкание между двумя внешними проводниками трансформатора тока с несколькими коэффициентами. Обратите внимание на зеленые «перемычки», прикрепленные к верхней стороне этой клеммной колодки, замыкающие 7X1 на 7X5 на землю, в качестве дополнительной меры безопасности для этого конкретного ТТ, который в настоящее время не используется и не подключен к какому-либо измерительному прибору.

На следующих рисунках показаны комбинации положений винтовых клемм, используемых для выборочного заземления различных проводников на трансформаторе тока с несколькими коэффициентами передачи.На первой из этих иллюстраций показано состояние, представленное на предыдущей фотографии, когда весь трансформатор тока закорочен и заземлен:

На следующем рисунке показано, как ТТ будет использоваться на полную мощность, при этом X1 и X5 подключены к панели приборов и (только) X5 заземлен в целях безопасности:

На этом последнем рисунке показано, как ТТ будет использоваться с пониженной мощностью, с X2 и X3, подключенными к приборной панели, и (только) X3 заземленным в целях безопасности:

Нагрузка и точность измерительного трансформатора

Для того, чтобы измерительный трансформатор функционировал как точное измерительное устройство, ему не следует чрезмерно ставить перед собой задачу подавать мощность на нагрузку.Чтобы свести к минимуму энергопотребление измерительных трансформаторов, идеальный прибор для измерения напряжения должен потреблять нулевой ток от своего трансформатора тока, в то время как идеальный измеритель тока должен понижать нулевое напряжение на своем трансформаторе тока.

На практике трудно достичь нулевой мощности любого прибора. Каждый вольтметр действительно потребляет некоторый ток, даже небольшой. Каждый амперметр действительно немного понижает напряжение. Величина полной мощности, потребляемой от любого измерительного трансформатора, соответственно называется нагрузка , и, как и все выражения полной мощности, измеряется в единицах вольт-ампер.2_ {сигнал}) (Z_ {инструмент}) \]

Нагрузка для любого устройства или цепи, подключенной к измерительному трансформатору, может быть выражена как значение импеданса (\ (Z \)) в омах или как значение полной мощности (\ (S \)) в вольт-амперах. Точно так же сами измерительные трансформаторы обычно рассчитываются на величину нагрузки, которую они могут создавать, и при этом работать с определенным допуском точности (например, \ (\ pm \) 1% при нагрузке 2 ВА).

Возможная нагрузка трансформатора и классы точности

Потенциальные трансформаторы имеют максимальные значения нагрузки, указанные в терминах полной мощности (\ (S \), измеренной в вольт-амперах), стандартные значения нагрузки классифицируются буквенным кодом:

Буквенный код	Максимально допустимая нагрузка при заявленной точности
Вт	12.5 вольт-ампер
X	25 вольт-ампер
M	35 вольт-ампер
Y	75 вольт-ампер
Z	200 вольт-ампер
ZZ	400 вольт-ампер

Стандартные классы точности для трансформаторов напряжения включают 0,3, 0,6 и 1,2, соответствующие погрешности \ (\ pm \) 0,3%, \ (\ pm \) 0,6% и \ ​​(\ pm \) 1,2% от номинальное передаточное число соответственно.Эти классы точности и номинальные нагрузки обычно объединены на одной этикетке. Трансформатор напряжения с номиналом «0,6 МОм», следовательно, имеет точность \ (\ pm \) 0,6% (этот процент понимается как точность для коэффициента передачи ) при питании нагрузки 35 вольт-ампер при номинальном значении (например, 120 вольт ) выход.

Нагрузка трансформатора тока и классы точности

Точность трансформатора тока и нагрузки более сложны, чем номинальные параметры трансформатора тока. Основная причина этого — более широкий спектр приложений ТТ.Если трансформатор тока должен использоваться для целей измерения (т. Е. Приводных ваттметров, амперметров и других инструментов, используемых для регулирующего контроля и / или выставления счетов, где требуется высокая точность), предполагается, что трансформатор будет работать в пределах своих стандартных номиналов. текущие значения. Например, трансформатор тока с соотношением 600: 5, используемый для измерения, должен редко, если вообще когда-либо, видеть значение первичного тока, превышающее 600 ампер, или вторичный ток, превышающий 5 ампер. Если текущие значения, проходящие через трансформатор тока, когда-либо превысят эти максимальные стандартные значения, влияние на регулирование или выставление счетов будет незначительным, поскольку это должны быть переходные события.Однако защитные реле предназначены для интерпретации переходных процессов в энергосистемах и реагирования на них. Если трансформатор тока должен использоваться для реле , передающего , а не для измерения, он должен надежно работать в условиях перегрузки, обычно создаваемых неисправностями энергосистемы. Другими словами, релейные приложения ТТ требуют гораздо большего динамического диапазона измерения, чем измерительные приложения. Абсолютная точность не так важна для реле, но мы должны убедиться, что ТТ будет давать достаточно точное представление о линейном токе в условиях неисправности, чтобы защитное реле (а) функционировало правильно.Трансформаторы, даже те, которые используются для защитных реле, никогда не видят переходных процессов напряжения столь же широких, как переходные процессы тока, наблюдаемые трансформаторами тока.

Номинальные значения ТТ класса

обычно выражаются в виде процентного значения, за которым следует буква «B», за которой следует максимальная нагрузка, выраженная в омах импеданса. Следовательно, трансформатор тока с классификацией измерения 0,3B1,8 демонстрирует точность \ (\ pm \) 0,3% отношения витков при питании импеданса 1,8-омметра при 100% выходном токе (обычно 5 ампер).

Класс реле ТТ номиналы обычно принимают форму максимального значения напряжения , падающего на нагрузку при 20-кратном номинальном токе (т. Е. Вторичный ток 100 А для ТТ с номинальной выходной мощностью 5 А) при сохранении точности в пределах \ (\ pm \) 10% от номинального передаточного числа. Не случайно для защиты энергосистемы обычно выбираются соотношения ТТ: так, чтобы максимальный ожидаемый симметричный ток короткого замыкания через силовой проводник не превышал в 20 раз номинальный ток первичной обмотки ТТ.Следовательно, трансформатор тока с релейной классификацией C200 может выдавать напряжение до 200 вольт при питании своей максимальной нагрузки при номинальном токе в 20 \ (\ times \). При номинальном выходном токе 5 ампер, 20-кратное превышение этого значения будет составлять 100 ампер, подаваемых на реле. Если падение напряжения реле при этом токе может достигать 200 вольт, это означает, что вторичная цепь ТТ может иметь значение импеданса до 2 Ом (\ (200 \ hbox {V} \ div 100 \ hbox {A } = 2 \> \ Омега \)). Таким образом, номинал релейного ТТ C200 — это просто еще один способ сказать, что он может выдерживать нагрузку до 2 Ом.

Буква «C» в примере оценки «C200» означает , вычисленное , что означает, что рейтинг основан на теории. В некоторых трансформаторах тока вместо этого используется буква «Т», которая означает протестировано . Эти трансформаторы тока были фактически испытаны при указанных значениях напряжения и тока, чтобы гарантировать их работоспособность в реальных условиях.

Насыщение трансформатора тока

Стоит более подробно изучить концепцию максимальной нагрузки ТТ.В идеальном мире трансформатор тока действует как источник тока для измерителя или реле, которое он питает, и, как таковой, вполне достаточно для подачи тока в короткое замыкание (полное сопротивление 0 Ом). Проблемы возникают, если мы требуем, чтобы трансформатор тока выдавал больше мощности, чем он рассчитан, что означает, что трансформатор тока вынужден пропускать ток через чрезмерное сопротивление. Во времена электромеханических счетчиков и защитных реле, когда устройства полностью питались сигналами измерительного трансформатора, нагрузка на определенные счетчики и реле могла быть весьма значительной.Современные электронные измерители и реле создают гораздо меньшую нагрузку на измерительные трансформаторы, приближаясь к идеальным условиям нулевого импеданса для входов, считывающих ток.

Напряжение, создаваемое любой индуктивностью, включая обмотки трансформатора, описывается Законом электромагнитной индукции Фарадея:

\ [V = N {d \ phi \ over dt} \]

Где,

\ (В \) = Индуцированное напряжение (вольт)

\ (N \) = Количество витков провода

\ (d \ phi \ over dt \) = Скорость изменения магнитного потока (Веберов в секунду)

Следовательно, чтобы генерировать большее напряжение, трансформатор тока должен развивать в своем сердечнике более быстро изменяющийся магнитный поток.Если рассматриваемое напряжение является синусоидальным при постоянной частоте, магнитный поток также отслеживает синусоидальную функцию во времени, пики напряжения совпадают с самыми крутыми точками на форме волны потока, а точки «нуля» напряжения совпадают с пиками потока. форма волны, при которой скорость изменения магнитного потока с течением времени равна нулю:

Повышение нагрузки на ТТ (т. Е. Большее сопротивление, через которое должен проходить ток) означает, что ТТ должен развивать большее синусоидальное напряжение для любой заданной величины измеренного линейного тока.Это соответствует форме волны магнитного потока с более быстрым изменением скорости нарастания и спада, что, в свою очередь, означает форму волны магнитного потока с более высоким пиком (предполагая синусоидальную форму). Проблема с этим в какой-то момент заключается в том, что требуемый магнитный поток достигает таких высоких пиковых значений, что железный сердечник ТТ начинает насыщаться магнетизмом, после чего ТТ перестает вести себя линейно и больше не будет точно воспроизводить форма и величина кривой тока в линии электропередачи. Проще говоря, если мы возложим на трансформатор тока слишком большую нагрузку, он начнет выдавать искаженный сигнал, который больше не будет точно отображать линейный ток.

Тот факт, что максимальное выходное напряжение переменного тока ТТ зависит от предела магнитного насыщения его железного сердечника, становится особенно актуальным для ТТ с несколькими передаточными числами , у которых вторичная обмотка имеет более двух «ответвлений». Трансформаторы тока с несколькими передаточными числами обычно используются в качестве стационарных трансформаторов тока во вводах силовых трансформаторов, что дает конечному пользователю свободу при конфигурировании своих схем измерения и защиты. Рассмотрим этот ввод распределительного трансформатора 600: 5 CT с классом точности C800:

.

Классификация этого ТТ «C800» основана на его способности подавать максимум 800 вольт на нагрузку , когда все его вторичные витки используются .Другими словами, его рейтинг составляет «C800» только при подключении к ответвителям X1 и X5 для полного соотношения 600: 5. Если вместо этого кто-то подключается к ответвлениям X1-X3, используя только 30 витков провода во вторичной обмотке ТТ вместо всех 120 витков, этот ТТ будет ограничен подачей 200 В на нагрузку до насыщения: такой же величины магнитного потока, что и может генерировать 800 вольт на 120 витках провода, может индуцировать только четверть этого напряжения на четверть числа витков в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея (\ (V = N {d \ phi \ over dt} \ )).Таким образом, трансформатор тока следует рассматривать как блок «C200», если он подключен с соотношением сторон 150: 5.

Наличие любого постоянного тока в проводниках линии электропередачи переменного тока создает проблему для трансформаторов тока, которую можно понять только с точки зрения магнитного потока в сердечнике ТТ. Любой постоянный ток (DC) в линии электропередачи, проходящий через CT, смещает магнитное поле CT на определенную величину, заставляя CT легче насыщаться в одном полупериоде переменного тока, чем в другом. Постоянные токи никогда не поддерживаются бесконечно в энергосистемах переменного тока, но часто присутствуют в виде переходных импульсов при определенных условиях неисправности.Даже в этом случае переходные постоянные токи будут оставлять сердечники ТТ с некоторым остаточным магнитным смещением, предрасполагающим их к насыщению в будущих условиях повреждения. Способность сердечника трансформатора тока сохранять некоторый магнитный поток с течением времени называется остаточной массой .

Остаточная намагниченность сердечника трансформатора является нежелательным свойством. Его можно смягчить, сконструировав сердечник с воздушным зазором (вместо того, чтобы делать сердечник как непрерывный путь из черного металла), но это ставит под угрозу другие желательные свойства, такие как пределы насыщения (т.е. максимальное выходное напряжение). Некоторые отраслевые эксперты рекомендуют размагничивать трансформаторы тока обслуживающим персоналом в рамках ремонтных работ после сильноточного повреждения, чтобы обеспечить оптимальную производительность при возвращении системы в эксплуатацию. Размагничивание заключается в пропускании большого переменного тока через трансформатор тока с последующим медленным уменьшением величины этого переменного тока до нуля ампер. Постепенное уменьшение напряженности переменного магнитного поля от полной до нуля имеет тенденцию к хаотизации магнитных доменов в железном сердечнике, возвращая его в ненамагниченное состояние.

Какой бы ни была причина, насыщение ТТ может стать серьезной проблемой для цепей защитных реле, потому что эти реле должны надежно работать при любых переходных перегрузках по току. Чем больше ток через первичную обмотку ТТ, тем больший ток он должен выводить на защитное реле. Для любой заданной нагрузки реле (входного импеданса реле) больший токовый сигнал приводит к большему падению напряжения и, следовательно, к большей потребности ТТ в выводе управляющего напряжения.Таким образом, насыщение ТТ с большей вероятностью произойдет во время событий перегрузки по току, когда нам больше всего нужен ТТ для правильной работы. Таким образом, любой, кому поручено выбрать подходящий трансформатор тока для релейной защиты, должен тщательно рассмотреть максимальное ожидаемое значение перегрузки по току при сбоях в системе, гарантируя, что ТТ будут выполнять свою работу, одновременно управляя нагрузками, налагаемыми реле.

Испытания трансформаторов тока

Трансформаторы тока могут подвергаться стендовым испытаниям на соотношение витков и насыщение путем подачи переменного напряжения переменного тока на вторичную обмотку при одновременном контроле вторичного тока и первичного напряжения.Для обычных трансформаторов тока «оконного» типа первичная обмотка представляет собой одинарный провод, пропущенный через центральное отверстие. Идеальный трансформатор тока должен обеспечивать постоянное сопротивление источнику переменного напряжения и постоянное соотношение напряжений от входа к выходу. Реальный трансформатор тока будет демонстрировать все меньшее и меньшее сопротивление по мере того, как напряжение превышает его порог насыщения:

Идеальный трансформатор тока (без насыщения) должен отображать прямую линию. Изогнутая форма выявляет эффекты магнитного насыщения, когда в сердечнике трансформатора тока присутствует такой сильный магнетизм, что дополнительный ток приводит лишь к незначительному увеличению магнитного потока (что проявляется в падении напряжения).

Конечно, трансформатор тока никогда не запитывается от его вторичной обмотки при установке и эксплуатации. Цель подачи питания на ТТ «в обратном направлении», как показано, состоит в том, чтобы избежать пропускания очень высоких токов через первичную обмотку ТТ. Однако, если доступно сильноточное испытательное оборудование, такое испытание первичного впрыска на самом деле является наиболее реалистичным способом испытания ТТ.

В следующей таблице показаны фактические значения напряжения и тока, полученные во время испытания вторичного возбуждения на реле CT класса C400 с соотношением 2000: 5.Напряжение источника было увеличено с нуля до приблизительно 600 вольт переменного тока при 60 Гц для испытания, в то время как падение вторичного напряжения и первичное напряжение были измерены. При напряжении около 575 вольт от трансформатора тока слышен «жужжащий» звук — слышимый эффект магнитного насыщения. Расчетные значения импеданса вторичной обмотки и отношения витков также показаны в этой таблице:

\ (I_S \)	\ (V_S \)	\ (V_P \)	\ (Z_S = V_S \ div I_S \)	Соотношение = \ (V_S \ div V_P \)
0.0308 A	75,14 В	0,1788 В	2,44 к \ (\ Omega \)	420,2
0,0322 А	100,03 В	0,2406 В	3,11 к \ (\ Omega \)	415,8
0,0375 А	150,11 В	0,3661 В	4,00 к \ (\ Омега \)	410,0
0,0492 А	301,5 В	0,7492 В	6,13 к \ (\ Omega \)	402.4
0,0589 А	403,8 В	1,0086 В	6,86 к \ (\ Omega \)	400,4
0,0720 А	500,7 В	1,2397 В	6,95 к \ (\ Omega \)	403,9
0,0883 А	548,7 В	1,3619 В	6,21 к \ (\ Omega \)	402,9
0,1134 А	575,2 В	1.4269 В	5,07 к \ (\ Omega \)	403.1
0,1259 А	582,0 В	1.4449 В	4,62 к \ (\ Омега \)	402,8
0,1596 А	591,3 В	1.4665 В	3,70 к \ (\ Omega \)	403,2
0,2038 А	600,1 В	1.4911 В	2,94 к \ (\ Omega \)	402,5

Как видно из этой таблицы, расчетное сопротивление вторичной обмотки \ (Z_S \) начинает резко падать, когда вторичное напряжение превышает 500 вольт (около точки «изгиба» кривой).Расчетное отношение витков выглядит удивительно стабильным — близко к идеальному значению 400 для ТТ 2000: 5 — но нужно помнить, что это соотношение рассчитывается на основе напряжения , а не тока . Поскольку в этом тесте не сравниваются первичный и вторичный токи, мы не можем увидеть влияние насыщения на способность этого ТТ к измерению тока. Другими словами, этот тест показывает, когда начинается насыщение, но не обязательно показывает, как насыщение влияет на коэффициент тока ТТ.

Разница между ТТ с соотношением сторон 2000: 5 и классификацией реле C400 и ТТ с соотношением сторон 2000: 5 с классификацией реле C800 заключается не в количестве витков во вторичной обмотке ТТ (\ (N \)), а в скорее количество черного металла в сердечнике ТТ. Трансформатор C800, чтобы вырабатывать более 800 вольт для удовлетворения нагрузки на реле, должен выдерживать в своем сердечнике вдвое больший магнитный поток, чем трансформатор C400, а для этого требуется магнитный сердечник в трансформаторе C800 с (как минимум) вдвое больше флюсовой способности.При прочих равных условиях, чем выше грузоподъемность трансформатора тока, тем больше и тяжелее он должен быть из-за обхвата магнитопровода.

Сопротивление провода цепи трансформатора тока

Нагрузка, испытываемая трансформатором рабочего тока, представляет собой полное последовательное сопротивление измерительной цепи, состоящее из суммы входного сопротивления приемного прибора, полного сопротивления провода и внутреннего сопротивления вторичной обмотки самого трансформатора тока. {(0.0 = 1 \> \ Omega \ hbox {на 1000 футов} \]

Имейте в виду, что этот результат сопротивления провода 1 Ом на 1000 футов длины относится к общей длине цепи , а не к расстоянию между ТТ и приемным прибором. Полная вторичная электрическая цепь ТТ, конечно, требует двух проводов , поэтому потребуется 1000 футов провода для покрытия 500 футов расстояния между ТТ и прибором. В некоторых источниках указан провод №12 AWG в качестве минимального калибра для вторичных цепей ТТ независимо от длины провода.

Пример: сечение провода цепи ТТ, простой

Практический пример поможет проиллюстрировать, как сопротивление провода играет роль в характеристиках цепи ТТ. Давайте начнем с рассмотрения трансформатора тока класса точности C400, который будет использоваться в цепи защитного реле, причем сам трансформатор тока имеет измеренное сопротивление вторичной обмотки 0,3 \ (\ Omega \) с соотношением витков 600: 5. По определению, трансформатор тока C400 — это трансформатор, способный генерировать 400 вольт на своих выводах, одновременно подавая нагрузку в 20 раз больше номинального тока.Это означает, что максимальное значение нагрузки составляет 4 Ом, поскольку это импеданс, который упадет на 400 вольт при вторичном токе 100 ампер (в 20 раз больше номинальной выходной мощности ТТ в 5 ампер):

Хотя трансформатор тока имеет номинал класса C400, что означает, что на его выводах вырабатывается 400 вольт (максимум), обмотка должна быть способна выдавать более 400 вольт, чтобы преодолеть падение напряжения на собственном внутреннем сопротивлении обмотки. В данном случае при сопротивлении обмотки 0.3 Ом, несущий ток 100 ампер (наихудший случай), напряжение обмотки должно составлять 430 вольт, чтобы обеспечить 400 вольт на клеммах. Это значение 430 вольт при 60 Гц с синусоидальной формой волны тока представляет собой максимальное количество магнитного потока, с которым может справиться этот сердечник ТТ при сохранении коэффициента тока в пределах \ (\ pm \) 10% от его номинального значения 600: 5. Таким образом, 430 вольт (внутри трансформатора тока) является нашим ограничивающим фактором для обмотки трансформатора тока при любом значении тока .

Этот шаг расчета максимального напряжения внутренней обмотки ТТ — не просто иллюстрация того, как определяется класс ТТ «C».Скорее, это важный шаг в любом анализе нагрузки цепи ТТ, потому что мы должны знать максимальный потенциал обмотки, которым ограничен ТТ. У кого-то может возникнуть соблазн пропустить этот шаг и просто использовать 400 В в качестве максимального напряжения на клеммах во время состояния неисправности, но это приведет к незначительным ошибкам в таком простом случае, как этот, и к гораздо более значительным ошибкам в других случаях, когда мы должны уменьшите напряжение обмотки ТТ по причинам, описанным далее в этом разделе.

Предположим, этот ТТ будет использоваться для подачи тока на защитное реле, представляющее чисто резистивную нагрузку 0.2 Ом. Системное исследование показывает, что максимальный симметричный ток короткого замыкания составляет 10 000 ампер, что чуть ниже номинального первичного тока 20 \ (\ times \) для ТТ. Вот как будет выглядеть схема во время этого состояния неисправности, когда трансформатор тока выдает максимальное (внутреннее) напряжение 430 вольт:

Предел внутреннего напряжения ТТ в 430 вольт по-прежнему остается в силе, потому что это функция магнитной индукции его сердечника, а не линейного тока. При токе повреждения энергосистемы 10 000 ампер этот трансформатор тока выдает только 83.33 ампера, а не 100 ампер, использованных для определения классификации C400. Максимальное полное сопротивление цепи легко предсказать по закону Ома: 430 вольт (ограничено магнитным сердечником трансформатора тока), давая 83,33 ампера (ограниченное током неисправности системы):

\ [R_ {total} = {V_W \ over I_ {fault}} = {430 \ hbox {V} \ over 83,33 \ hbox {A}} = 5,16 \> \ Omega \]

Поскольку мы знаем, что полное сопротивление в этой последовательной цепи является суммой сопротивления обмотки ТТ, сопротивления провода и нагрузки реле, мы можем легко вычислить максимальное сопротивление провода путем вычитания:

\ [R_ {total} = R_ {CT} + R_ {провод} + R_ {реле} \]

\ [R_ {wire} = R_ {total} — (R_ {CT} + R_ {relay}) \]

\ [R_ {wire} = 5.{(0,232) (12) — 2,32} = 1,59 \> \ Omega \ hbox {на 1000 футов} \]

\ [{4.66 \> \ Omega \ over 1.59 \> \ Omega / \ hbox {1000 ft}} = 2,93 \ times \ hbox {1000 ft} = 2930 \ hbox {ft} \]

Конечно, это общей длины проводника , что означает, что для двухжильного кабеля между ТТ и защитным реле максимальное расстояние будет вдвое меньше: 1465 футов.

Пример: сечение провода цепи ТТ с учетом постоянного тока

Предыдущий сценарий предполагает чисто переменный ток короткого замыкания.Реальные неисправности могут содержать значительные компоненты постоянного тока в течение коротких периодов времени, длительность этих переходных процессов постоянного тока связана с постоянной времени \ (L \ over R \) силовой цепи. Как упоминалось ранее, постоянный ток имеет тенденцию намагничивать железный сердечник трансформатора тока, предрасполагая его к магнитному насыщению. Таким образом, трансформатор тока в этих условиях не сможет генерировать полное напряжение переменного тока, возможное во время контролируемого стендового испытания (например, трансформатор тока C400 в этих условиях не сможет выдержать нагрузку до 400 В на клеммах).Простой способ компенсировать этот эффект — снизить напряжение на обмотке ТТ на коэффициент, равный \ (1 + {X \ over R} \), причем отношение \ (X \ over R \) является реактивным сопротивлением к — коэффициент сопротивления энергосистемы в точке измерения. Снижение номинальных характеристик трансформатора обеспечивает запас прочности для наших расчетов, предполагая, что значительная часть емкости магнитного сердечника ТТ может потребляться намагничиванием постоянного тока во время определенных неисправностей, оставляя меньше магнитного «запаса» для генерации переменного напряжения.

Давайте повторим наши расчеты, предполагая, что защищаемая энергосистема теперь имеет соотношение \ (X \ over R \), равное 14.Это означает, что наш трансформатор тока C400 (с максимальным внутренним потенциалом обмотки 430 вольт) должен быть понижен до максимального напряжения обмотки:

\ [{430 \ hbox {V} \ over {1 + {X \ over R}}} = {430 \ hbox {V} \ over {1 + 14}} = 28,67 \ hbox {V} \]

Если мы применим это пониженное напряжение обмотки к той же цепи ТТ, мы обнаружим, что его недостаточно для передачи 83,33 А через реле:

С суммарным сопротивлением ТТ и реле 0,5 \ (\ Omega \) (без сопротивления провода), напряжение на обмотке 28.67 вольт могут дать только 57,33 ампера, что намного меньше, чем нам нужно. Очевидно, что этот ТТ не сможет работать в условиях отказа, когда переходные процессы постоянного тока подталкивают его ближе к магнитному насыщению.

Обновление ТТ до другой модели, имеющей более высокий класс точности (C800) и больший коэффициент понижения тока (1200: 5), улучшит ситуацию. Предполагая, что внутреннее сопротивление обмотки этого нового ТТ составляет 0,7 Ом, мы можем рассчитать его максимальное внутреннее напряжение обмотки следующим образом: если этот ТТ рассчитан на подачу 800 В на его клеммы при вторичном токе 100 А через 0.7 Ом внутреннего сопротивления, это должно означать, что вторичная обмотка трансформатора тока внутри генерирует на 70 вольт больше, чем 800 вольт на своих выводах, или 870 вольт при чисто переменном токе. Учитывая, что коэффициент \ (X \ over R \) нашей энергосистемы равен 14 для учета переходных процессов постоянного тока, это означает, что мы должны снизить напряжение внутренней обмотки трансформатора тока с 870 вольт до 15 раз меньше, или 58 вольт. Применение этого нового ТТ к предыдущему сценарию отказа:

Расчет допустимого полного сопротивления цепи с учетом улучшенного напряжения нового ТТ:

\ [R_ {total} = {V_W \ over I_ {fault}} = {58 \ hbox {V} \ over 41.67 \ hbox {A}} = 1.392 \> \ Omega \]

Еще раз, мы можем рассчитать максимальное сопротивление провода, вычтя все другие сопротивления из максимального общего сопротивления цепи:

\ [R_ {wire} = R_ {total} — (R_ {CT} + R_ {relay}) \]

\ [R_ {wire} = 1,392 \> \ Omega — (0,7 \> \ Omega + 0,2 \> \ Omega) = 0,492 \> \ Omega \]

Таким образом, нам разрешено иметь сопротивление провода в этой цепи до 0,492 \ (\ Омега \), оставаясь в пределах номинальных значений трансформатора тока. Используя медный провод 10 AWG (с сопротивлением 1 Ом на 1000 футов), мы получаем общую длину проводника 492 фута, что составляет 246 футов расстояния между выводами CT и выводами реле.

измерительных трансформаторов: что это такое? (и их преимущества)

Что такое измерительный трансформатор?

Измерительные трансформаторы используются в системе переменного тока для измерения электрических величин, то есть напряжения, тока, мощности, энергии, коэффициента мощности, частоты. Измерительные трансформаторы также используются с реле защиты для защиты энергосистемы.

Основная функция измерительных трансформаторов заключается в понижении напряжения и тока системы переменного тока.Уровень напряжения и тока в энергосистеме очень высок. Разработать измерительные приборы для измерения напряжения и тока такого высокого уровня очень сложно и дорого. Обычно измерительные приборы рассчитаны на 5 А и 110 В.

Измерение таких очень больших электрических величин может быть сделано возможным при использовании измерительных трансформаторов с этими небольшими измерительными приборами. Поэтому эти измерительные трансформаторы очень популярны в современных энергосистемах.

Преимущества измерительных трансформаторов

1. Большое напряжение и ток системы переменного тока можно измерить с помощью небольшого измерительного прибора, например, 5 А, 110–120 В.
2. Используя измерительные трансформаторы, можно стандартизировать измерительные инструменты . Что приводит к удешевлению средств измерений. Более того, поврежденные измерительные приборы можно легко заменить на исправные стандартизованные измерительные приборы.
3. Измерительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку между силовой цепью высокого напряжения и измерительными приборами.Это снижает требования к электрической изоляции измерительных приборов и защитных цепей, а также обеспечивает безопасность операторов.
4. Несколько измерительных приборов могут быть подключены к энергосистеме через один трансформатор.
5. Из-за низкого уровня напряжения и тока в цепи измерения и защиты, в цепях измерения и защиты имеется низкое энергопотребление.

Типы измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы бывают двух типов —

1. Трансформатор тока (C.T.)
2. Трансформатор потенциала (PT)

Трансформатор тока (CT)

Трансформатор тока используется для понижения тока энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить амперметром с малым номиналом (например, 5A амперметр). Типовая схема подключения трансформатора тока показана на рисунке ниже.

Начальная школа C.T. очень мало ходов. Иногда также используется первичный стержень. Первичный соединен последовательно с силовой цепью.Поэтому иногда его еще называют трансформатором серии . Вторичный имеет большой нет. оборотов. Вторичный подключается непосредственно к амперметру. Поскольку амперметр имеет очень маленькое сопротивление. Следовательно, вторичная обмотка трансформатора тока работает почти в короткозамкнутом состоянии. Один вывод вторичной обмотки заземлен, чтобы избежать высокого напряжения на вторичной обмотке относительно земли. Что, в свою очередь, снижает вероятность пробоя изоляции, а также защищает оператора от высокого напряжения.Прежде чем отсоединить амперметр, вторичная обмотка закорачивается с помощью переключателя «S», как показано на рисунке выше, чтобы избежать повышения высокого напряжения на вторичной обмотке.

Трансформатор потенциала (P.T.)

Трансформатор потенциала используется для понижения напряжения энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить с помощью небольшого номинального вольтметра, то есть вольтметра 110–120 В. Типичная схема подключения трансформатора напряжения показана на рисунке ниже.

Первичный P.Т. имеет большой нет. оборотов. Первичная обмотка подключается через линию (обычно между линией и землей). Следовательно, иногда его также называют параллельным трансформатором . Вторичная школа P.T. имеет несколько витков и подключен напрямую к вольтметру. Поскольку вольтметр имеет большое сопротивление. Следовательно, вторичный элемент P.T. работает почти в разомкнутом состоянии. Один терминал вторичной обмотки P.T. заземлен для поддержания вторичного напряжения относительно земли. Что обеспечивает безопасность операторов.

Разница между C.T. и П.

Несколько отличий между C.T. и П. указаны ниже —

Sl. №	Трансформатор тока (C.T.)	Трансформатор потенциала (P.T.)
1	Соединен последовательно с силовой цепью.	Подключено параллельно силовой цепи.
2	Вторичная обмотка подключена к амперметру.	Вторичная обмотка подключена к вольтметру.
3	Вторичные работы почти в короткозамкнутом состоянии.	Вторичная работает почти в разомкнутом состоянии.
4	Первичный ток зависит от тока силовой цепи.	Первичный ток зависит от вторичной нагрузки.
5	Первичный ток и возбуждение изменяются в широком диапазоне с изменением тока силовой цепи	Первичный ток и изменение возбуждения ограничиваются небольшим диапазоном.
6	Одна клемма вторичной обмотки заземлена, чтобы избежать пробоя изоляции.	Одна клемма вторичной обмотки может быть заземлена в целях безопасности.
7	Вторичный никогда не должен быть разомкнут.	Вторичный может использоваться в условиях разомкнутой цепи.

Некоторые справочники по измерительному трансформатору

1. Bakshi, U.A. «Электрические измерения и приборы». Пуна: Технические публикации, 2009.Английский.
2. Купер, Хелфрик и. «Современные электронные приборы и измерительная техника». Prentice-Hall of India, 1988.
3. Голдинг, E.W. «Электрические измерения и измерительные приборы» ,. Сэр Иссак Питман и сыновья, 1960.

   No related posts.