Как выбрать трансформатор тока — по мощности

Расчет уставок максимальной токовой защиты (МТЗ)

Максимальная токовая защита должна отстраиваться от максимального возможного рабочего тока, с учетом того что возможен самозапуск электродвигателей 0,4 кВ.

4.1 Определяем максимальный рабочий ток:

где:Kз=1,1 – фактически трансформатор загружен на 55%, поэтому принимаем 1,1.

4.2 Определяем первичный ток срабатывания защиты:

где:

• Kн.- коэффициент надежности, для терминалов SEPAM принимается 1,1;
• Kв.- коэффициент возврата, для терминалов SEPAM принимается 0,935;
• Kсзп.- коэффициент самозапуска электродвигателей обобщенной нагрузки; если двигателя не оборудованы устройством самозапуска, применяется 1,2÷1,3;

4.3 Выполним отстройку от защиты ввода на стороне 0,4 кВ, при этом должно выполнятся условие:

Iс.з>Кн*Iс.з.пред=1,2*27=32,4 А < 38,8 A (условие выполняется);

где:

• Кн=1,2-1,3 – коэффициент надежности;
• Iс.з.пред. = 27 А (взято из таблицы уставок, предоставленных Заказчиком) – ток срабатывания ввода на стороне 0,4 кВ, который нужно привести к стороне в/н.

Как мы видим условие отстройки от защит 0,4 кВ выполняется.

4.4 Определяем вторичный ток срабатывания реле:

где:

• Ксх.= 1 берется по аналогии из расчета ТО;
• nт =100/5;

Коэффициент чувствительности нужно проверять при наименее благоприятных условий. В данном примере для трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y-11, наименее благоприятным условием является однофазное КЗ на землю на стороне 0,4 кВ.

Однофазный ток КЗ на стороне 0,4 кВ практически равен трехфазному току КЗ, Iк.з.(1) ~ Iк.з.НН(3), это связано с тем, что у этих трансформаторов полные сопротивления прямой и нулевой последовательности практически равны.

Формулы по определению расчетных токов в реле максимальных токовых защит на стороне 6(10) кВ при однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ трансформаторов Y/Y-0 и ∆/Y-11 представлены в таблице 2-3 .

4.5 Ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором определяем по формуле приведенной в таблице 2-3 :

4.6 Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 для полной звезды с тремя реле:

Согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.2.21 коэффициент чувствительности МТЗ должен быть > 1,5 в основной зоне защиты.

4.7 Выбираем время срабатывания МТЗ:

Чтобы МТЗ работала селективно, нужно отстраиваться от времени срабатывания предыдущих защит, в данном случае это вводной автомат на стороне 0,4 кВ, где время его срабатывания tсз.пред.= 0,3 сек.

По рекомендациям на терминалы SEPAM, применяется временная ступень селективности ∆t=0,3 сек.

В результате время срабатывания МТЗ определяется по формуле:

tср = tсз.пред.+ ∆t = 0,3+0,3 = 0,6 сек

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

• сердечника;
• обмотки;
• каркаса для расположения обмоток;
• изолятора;
• дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Разновидности приборов

Желающие приобрести такое устройство должны посмотреть размещенные на специализированных веб порталах тематические видео, в которых профессионалы дают характеристики самым популярным модификациям. Также на некоторых сайтах в интернете можно найти таблицы, в которых авторы проводят сравнение различных устройств, как по мощности, так и по другим параметрам.

На отечественном рынке представлены трансформаторов тока следующими приборами:

1. Сухими. К этой категории относятся трансформаторы первичной обмотки. Они соединяются с проводником измененного тока последовательно. При этом величина тока вторичного будет напрямую зависеть от того, какой трансформатор имеет коэффициент трансформации.
2. Тороидальными. В этих трансформаторах отсутствует первичная обмотка. Что касается проводящей ток линии, то она проходит через специальное отверстие или окошко, присутствующее в устройстве. Такие приборы люди активно задействуют в городских квартирах и загородных домах.
3. Высоковольтными (электрогазовыми). В эту категорию включаются масляные трансформаторы, в конструкции которых используются шинные передатчики либо кабеля для нормализации мощности тока. Их присоединяют к нагрузочной системе посредством специальных болтов, и полностью изолируют от высокого рабочего напряжения.

Внимание! Трансформаторы тока могут быть оптическими, встроенными, разъемными. Такие устройства способны как уменьшать, так и увеличивать уровень тока

Высоковольтные трансформаторы присоединяют к нагрузочной системе посредством специальных болтов

Как определить коэффициент трансформации самостоятельно? ↑

Как правило такие параметры обязательно указываются в документации, прилагающейся к трансформатору, а также в обязательном порядке обозначаются на оборудовании или корпусе устройства. Но бывает, что Кт трансформатора тока необходимо определить самостоятельно, имея только данные, полученные эмпирическим путем. Как это сделать?

Через первичную обмотку такого устройства необходимо пропустить ток, замкнув накоротко вторичную обмотку. Затем соответствующим прибором нужно измерить величину электрического тока, который проходит во время эксперимента по вторичной обмотке.

Первичная и вторичная обмотки.

После этого, следует значение первичного тока, которое было подано на первичную обмотку, разделить на значение тока, полученное в результате наших замеров во вторичной обмотке. Частное и будет искомым коэффициентов трансформации.

Особенности расчетов коэффициента трансформации ↑

Расчет отношений первичного и вторичного токов может вестись в двух направлениях в зависимости от задач, которые стоят перед специалистом.

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно разделить на:

• действительное значение (N);
• номинальное значение (Nн).

В первом случае мы находим соотношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Во втором — отношение номинального первичного тока к номинальному.

К примерам стандартных величин коэффициента ТТ можно отнести: 150/5 (N=30), 600/5 (N=120), 1000/5 (N=200) и 100/1 (N=100).

Примеры расчетов ↑

Рассмотрим принцип расчета потребления на примере трансформатора тока с коэффициентов трансформации 100/5. Как определить коэффициент трансформации трансформатора тока? Если вы сняли показания счетчика по учету электроэнергии и значение показаний оказалось равно 100 кВт/часов, при этом прибор используется с трансформатором 100/5. То расчет фактического потребления не пониженных значений следует производить следующим образом:

Сперва следует узнать во сколько раз ваш трансформатор снижает ток нагрузки. Для этого нужно просто 100 разделить на 5 — вы получите значение коэффициента — 20.

Узнать реально существующий расход электроэнергии можно, взяв коэффициент и умножив его на значение вашего прибора учета, то есть на 100 кВт. Реальное потребление составило 2000 кВт/часов.

Особенности значений, получаемых при измерении коэффициента трансформации ↑

Измеряя коэффициент трансформации ТТ, следует знать, что допустимые отклонения полученного значения от прописанных в документации или показателей аналогичного полностью исправного прибора не должны быть более 2 процентов.

Особенностью замеров у встроенных устройствах является то, что все показания снимаются только на ответвлениях, которые являются рабочими. Остальные же части обмоток в расчет не берутся и не проверяются.

Разделительное трансформирующее устройство на вторичной обмотке может создавать напряжение около 5В, а значение тока должно быть около 1000А.

Не забывайте, что любое оборудование также имеет свой срок «годности». Потому, при покупке обязательно проверьте год и квартал выпуска вашего трансформатора. Напомним, что межповерочные интервалы у всех ТТ должны составлять не более 4 лет с момента изготовления.

Разновидности трансформаторов тока.

Чтобы избежать покупки просроченного оборудования, обязательно сверьте данные, которые указаны в паспорте изделия и на шильдике, закрепленном на корпусе трансформатора. Они должны полностью совпадать.

Если вы приобретаете трехфазный счетчик, то с момента выпуска и до пломбировки должно пройти не более года иначе вам придется потратить дополнительные средства, оплачивая государственную проверку или покупку более «свежего» прибора учета

Чтобы проверить дату, обратите внимание на свинцовую пломбу — там указан квартал выпуска римскими цифрами

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

Принцип работы измерительных трансформаторов

Принцип действия данных устройств довольно простой. По первичной обмотке трансформатора, включенной последовательно, протекает фазовый ток нагрузки. За счет этого возникает электромагнитная индукция, создающая ток во вторичной обмотке устройства. В эту же обмотку осуществляется включение токовой катушки трехфазного электросчетчика.

В зависимости от коэффициента трансформации, ток во вторичной цепи будет значительно меньше фазного тока нагрузки. Именно этот ток обеспечивает нормальную работу счетчика, а снимаемые показатели умножаются на величину коэффициента трансформации.

Таким образом, трансформаторы тока или измерительные трансформаторы преобразуют высокий первичный ток нагрузки в безопасное значение, удобное для проведения измерений. Трансформаторы тока для электросчетчиков нормально функционируют при рабочей частоте в 50 Гц и вторичном номинальном токе в 5 ампер. Поэтому, если коэффициент трансформации составляет 100/5, это означает максимальную нагрузку в 100 ампер, а значение измерительного тока – 5 ампер. Следовательно, в этом случае показания трехфазного счетчика умножаются в 20 раз (100/5). Благодаря такому конструктивному решению, отпала необходимость в изготовлении более мощных приборов учета. Кроме того, обеспечивается надежная защита счетчика от коротких замыканий и перегрузок, поскольку сгоревший трансформатор меняется значительно легче по сравнению с установкой нового счетчика.

Существуют определенные недостатки при таком подключении. Прежде всего, измерительный ток в случае малого потребления, может быть меньше стартового тока счетчика. Следовательно, счетчик не будет работать и выдавать показания. В первую очередь это касается счетчиков индукционного типа с очень большим собственным потреблением. Современные электросчетчики такого недостатка практически не имеют.

Особое внимание при подключение нужно обращать на соблюдение полярности. Первичная катушка имеет входные клеммы

Одна из них предназначена для подключения фазы и обозначается Л1. Другой выход – Л2 необходим, чтобы подключиться к нагрузке. Измерительная обмотка также имеет клеммы, обозначаемые соответственно, как И1 и И2. Кабель, подключаемый к выходам Л1 и Л2, рассчитывается на необходимую нагрузку.

Для вторичных цепей используется проводник, поперечное сечение которого должно быть не ниже 2,5 мм2. Рекомендуется применять разноцветные промаркированные провода с обозначенными выводами. Нередко подключение вторичной обмотки к счетчику осуществляется с помощью опломбированного промежуточного клеммника. Использование клеммника позволяет проводить замену и обслуживание счетчика без отключения электроэнергии, поступающей к потребителям.

Необходимые сведения

Для изготовления намоточного изделия необходимо руководствоваться множеством сведений. От этого напрямую будет зависеть качество, срок службы готового блока питания. Следует грамотно подойти к процессу расчета, учесть такие показатели, как магнитную индуктивность, КПД и плотность тока. Иначе изделие получится ненадежным и скоро выйдет из строя. К основным характеристикам следует отнести:

1. Входное напряжение сети. Оно зависит от источника, к которому будет подключен трансформатор. Стандартными являются: 110 В, 220 В, 380 В, 660 В. На практике оно может быть любым, что зависит от характеристик промежуточных цепей.
2. Выходное напряжение трансформатора — величина, требуемая для обеспечения стабильной работы потребителя. Часто требуется изготовить изделие с несколькими номиналами или с регулируемым напряжением. Тогда необходимо учитывать максимальную его величину.
3. Ток в нагрузке. При фиксированном значении рассчитываются жесткие характеристики устройства, но часто требуется обеспечить регулируемую величину, тогда потребуется учесть максимальную его величину.
4. Частота сети. У нас применяется европейский стандарт, то есть 50 Гц.
5. Мощность нагрузки. Это не основной параметр, потому что ее можно определить по напряжению и току.
6. Количество выходных обмоток. В некоторых электронных приборах используются блоки питания с несколькими выходными напряжениями. Для изготовления силовой электроники используется в основном один номинал, например, для сварочных трансформаторов.

Также потребуется учесть тип сердечника, потому что от его конструкции напрямую зависит принцип расчета показателей изделия. Существует много разновидностей как конструкций, так и материалов. Если учитывать последние нет смысла из-за незначительных погрешностей, то форма и размеры имеют большое значение. Поэтому необходимы разные алгоритмы расчета, что зависит от этого критерия. Начнем с самого простого и распространенного.

Не всегда требуется расчет вести с требуемых данных. Нередко в наличии есть какое-то железо, тогда потребуется определить мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Программы онлайн, имеющиеся в интернете, позволяют определять параметры любым порядком.

Причины для установки токовых трансформаторов

Трансформатор тока РТП-58

Устройство предназначено для преобразования значения первичного тока в безопасное для сети. Трансформаторы также используются в следующих целях:

• дифференциация низковольтной аппаратуры учета и реле, закидываемых во вторичную обмотку, при наличии высокого первичного напряжения в сети;
• повышение или понижение показателей напряжения;
• измерение состояния электрической сети и параметров переменного тока;
• обеспечить безопасность ремонтно-диагностических работ;
• быстрое срабатывание релейной защиты при коротком замыкании;
• измерение затрат на электроэнергию – с ними обычно совмещается счетчик электроэнергии.

Для измерения необходимо будет подключить ТТ в обрыв провода и подключить к вторичному знаку вольтметр или амперметр, совмещенный с резистором.

Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью

Простое измерительное устройство предназначено для понижения значений напряжения, которое подается на счетчики и реле защиты, подключенные к сети 6-10 кВ. Трансформатор работает правильно только тогда, когда нейтраль заземлена.

В случае феррорезонансных реакций (пропадание фазы ЛЭП, контакт с ответвлениями, капание капель росы по проводам, неправильное переключение) существует риск повреждения трансформаторов напряжения. Частота отказов составляет 17 и 25. В этих условиях сверхток проходит через первичную обмотку и сгорает.

При использовании цепи «Звезда-Звезда» индукция магнитопровода увеличивается с увеличением напряжения. Устройство сгорает. Вы можете предотвратить этот процесс с помощью:

• снижение индукционных показателей;
• объединение в сеть устройств демпфирования сопротивления;
• создание трехфазного устройства с общей пятистержневой магнитной системой;
• работа подключенных к сети устройств при открытии треугольника;
• заземление нейтрали с помощью токоограничивающего реактора.

Как подключить электросчетчик через трансформаторы тока?

Схем такого подключения существует несколько. Разберем все эти схемы применительно к трехфазному варианту включения. Для чего нужны электросчетчики? Вообще счетчики нужны для того, чтобы учитывать электрическую энергию, потребленную в трех- и четырехпроводных сетях с частотой тока, равной 50 герц.Счетчики трехфазного типа бывают следующих видов:

• 3*57.7/100 В;
• 3*230/400 В.

К источнику электроэнергии такие счетчики необходимо подключать с использованием измерительных трансформаторов тока, рассчитанных на вторичный ток 5 А и трансформаторов напряжения со вторичным напряжением 100 В.

Рассматриваемые тут схемы применимы к любым типам счетчиков (и к аппаратам индукционного типа, и к электронным).

Первое, что необходимо помнить, выполняя подключение, это то, что при подключении необходимо соблюдение полярности подключения обмоток (Л1, Л2 – первичная; И1, И2 – вторичная) у трансформаторов тока. Полярность обмоток трансформаторов напряжения, так же, подлежит обязательной перепроверке. Сами трансформаторы, тоже нужно выбирать правильно.

О принципах подключения с использованием трансформаторов тока

Начнем рассматривать схемы подключения со счетчиков, имеющих полукосвенное включение. Таких схем существует несколько.

Десятипроводная

В этой схеме разделены цепи питания по току и напряжению, что придает немалый плюс из соображения электрической безопасности.

https://youtube.com/watch?v=HA518GQmHBs

Отрицательная сторона этой схемы – проводов для подключения надо много.

Теперь разберем назначение имеющихся зажимов:

1. Зажим входного провода для фазы А;
2. Зажим входного провода измерительной обмотки фазы А;
3. Зажим выходного провода для фазы А;
4. Зажим входного провода фазы В;
5. Зажим входного провода измерительной обмотки фазы В;
6. Зажим выходного провода для фазы В;
7. Зажим входного провода для фазы С;
8. Зажим входного провода измерительной обмотки фазы С;
9. Зажим выходного провода для фазы С;
10. Зажим входного нулевого провода;
11. Зажим нулевого провода.

Контакты трансформаторов тока:

• Л1 – контакт входа фазной (силовой) линии;
• Л2 – контакт выхода фазной линии (нагрузки);
• И1 – контакт входа обмотки измерения;
• И2 – контакт выхода обмотки измерения.

Вот описание схемы такого подключения.

Токовые трансформаторы подключать нужно в разрыв фазных проводов клеммами Л1 и Л2.

Фаза А подключается к клемме Л1 трансформатора тока ТТ1, туда же подключается клемма 2 счетчика. Клемма 1 подключается к контакту И1 ТТ1.

Контакты И2 трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 нужно соединить вместе, в эту же точку подключают контакты 6 и 10 счетчика, после чего все это требуется соединить с нейтралью.

Контакты Л2 всех ТТ подключаются к нагрузке. Теперь рассмотрим подключение остальных контактов:

• Контакт 3 счетчика подключаем на И2 ТТ1;
• Контакт 4 счетчика – И1 ТТ2;
• Контакт 5 счетчика – вход фазы В и клемма Л1 ТТ2;
• Контакт 7 счетчика – клемма И1 ТТ3;
• Контакт 8 счетчика – вход фазы С и клемма Л1 ТТ3;
• Контакт 9 счетчика – клемма И2 ТТ3.

Подключение токовых трансформаторов по схеме «звезда»

В такой схеме нужно меньшее число проводов, чтобы выполнить подключение. В этой схеме клеммы И2 всех токовых трансформаторов, соединяясь вместе, подключаются к клемме 11 счетчика. Контакты 3, 6, 9 и 10, соединившись вместе, подключаем на нулевой провод. Остальные клеммы подключаем так же, как и в предыдущем варианте.

Схема подключения с применением испытательной клеммной коробки

Существует специальное требование для выполнения подключения электросчетчиков через трансформаторы (ПУЭ, гл1.5, п1.5.23), говорящее о том, что это подключение необходимо выполнять с применением испытательного блока (коробки).

Присутствие такой коробки (блока) дает возможность производить замыкание вторичных обмоток токовых трансформаторов, подключить эталонный (образцовый) счетчик без отключения нагрузки и выполнять смену счетчиков, производя отключение всех цепей в испытательной коробке.

Без внимания оставим только одну схему – семипроводную (иначе называемую схемой, имеющей совмещенные цепи напряжения и тока). Не рассматриваем ее по той причине, что такая схема устарела.

Существенным ее минусом считается то, что у нее имеется связь гальванического типа между входными и выходными цепями, а это является источником немалой опасности для тех, кто будет обслуживать электросчетчики.

Вот мы и рассмотрели все существующие схемы подключения электросчетчиков с применением трансформаторов тока. Какой из них использовать, индивидуальное дело каждого. Единственное, что необходимо учитывать при этом, так это индивидуальные особенности места необходимой установки прибора и не забывать про требования специальных правил ПУЭ.