Трансформатор напряжения (ТН, ТВ): принципиальные схемы и принцип работы

Устройство выбирается в соответствии со следующими критериями:

Измерительный трансформатор напряжения.

Трансформатор напряжения используется для снижения первичного напряжения до значений, пригодных для измерительных приборов и реле, а также для отделения измерительных цепей от высоковольтных первичных цепей. Он используется в цепях переменного тока с частотой 50 или 60 Гц и номинальным напряжением от 0,22 до 750 кВ.

трансформатор напряжения

Высоковольтный ТН (слева) и низковольтный ТН (справа)

Трансформаторы напряжения являются наиболее важными компонентами в высоковольтных цепях. Эти устройства предназначены для понижения высокого напряжения, после чего пониженное напряжение может питать цепи учета, релейной защиты, автоматики и учета и другие компоненты. Поэтому трансформаторы напряжения могут измерять напряжение в высоковольтных сетях и питать катушки реле пониженного напряжения, счетчиков, ваттметров, фазометров, а также устройств контроля изоляции сети.

В каком режиме работает трансформатор тока?

Трансформатор тока может работать в нескольких режимах. Одним из них является режим холостого хода, при котором вторичная обмотка разомкнута. Ток, потребляемый в первичной цепи, минимален, поэтому его называют током холостого хода. Магнитное поле в цепи холостого хода создается вокруг первичной обмотки. Этот режим считается абсолютно безвредным для трансформатора.

Как работают трансформаторы тока

Это основной режим нагрузки, при котором трансформатор переходит из состояния холостого хода в состояние нагрузки. Во вторичной обмотке начинает протекать ток, создавая магнитный поток, противоположный магнитному полю в первичной обмотке. В первый момент времени величина этого магнитного потока уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции в первичной обмотке.

Поскольку внешнее напряжение, приложенное к генератору, не меняется, это приводит к электрическому дисбалансу между приложенным напряжением и самоиндуцированной ЭДС, и ток в первичной обмотке увеличивается. Соответственно увеличивается магнитный поток и электродвижущая сила самоиндукции. Однако первичный ток будет выше, чем в режиме холостого хода. Таким образом, сумма магнитных потоков первичной и вторичной обмоток в режиме нагрузки равна магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Во время работы под нагрузкой, когда возникает вторичный ток, первичный ток увеличивается. Это вызывает падение напряжения на вторичной обмотке и его снижение. При снижении нагрузки и уменьшении вторичного тока размагничивающее действие вторичной обмотки также уменьшается. Происходит увеличение магнитного потока в сердечнике и соответствующее увеличение ЭДС самоиндукции. Этот процесс восстановления электрического равновесия продолжается до тех пор, пока оно полностью не восстановится.

Режим короткого замыкания также считается одним из основных режимов, при котором вторичная цепь будет иметь практически нулевое сопротивление. Ток во вторичной цепи достигает максимального значения, и магнитное поле во вторичной обмотке также максимальное. В то же время магнитное поле в первичной обмотке уменьшается и становится минимальным. Следовательно, индуктивное сопротивление в этой обмотке также уменьшится. В то же время ток, потребляемый в первичной цепи, увеличивается. В такой ситуации возникает состояние короткого замыкания, которое опасно не только для самого трансформатора, но и для всей цепи. Защита от короткого замыкания обеспечивается путем установки предохранителей в первичной или вторичной цепи.

Особенности работы трансформатора тока в различных условиях:

  • Режим работы близок к короткому замыканию, так как сопротивление нагрузки, подключенной к вторичной обмотке, имеет минимальное значение. Фактически, трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания.
  • Трансформатор тока существенно отличается от других трансформаторов по принципу работы. Если нагрузка в обычном трансформаторе изменяется, магнитный поток в сердечнике не меняется, пока напряжение подается непрерывно.

Угловая ошибка варьируется в пределах 10. 120 угл. мин.

63-64 Как определяется погрешность трансформатора? Как определяется угловая погрешность трансформаторов?

Фактический коэффициент трансформации немного отличается от номинального. Эта разница обусловлена Ошибка преобразованияСинфазная составляющая и квадратурная составляющая составляют ошибку преобразования. Первый представляет собой разность величин, а второй — разность фаз вторичного тока по отношению к номинальному току.

Трансформатор тока имеет :

Фактически, из-за наличия тока холостого хода в данном трансформаторе и между векторами этих токов существует угол, отличный от 180° (рис. 3.34, в). Это приводит к относительной погрешности тока

и угловая ошибка, измеряемая углом δiмежду векторами и.Ошибка δi считается положительным, если вектор — превышает вектор.

Угловая ошибка варьируется в пределах 10. 120 угл. мин.

Трансформатор напряжения имеет :

Поскольку сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключенных к трансформатору напряжения, велики, трансформатор напряжения работает практически без нагрузки. В этом режиме можно с достаточно высокой точностью предположить, что Ul = U2=U2k.

В действительности, ток холостого хода I0 (а также небольшой ток нагрузки) вызывает падение напряжения на трансформаторе, как видно из векторной диаграммы (рис. 3.33), б), и между векторами этих напряжений существует определенный сдвиг фаз δu. Это приводит к некоторым ошибкам в измерениях.

В трансформаторах напряжения различают два типа ошибок:

(a) относительная погрешность напряжения

b) угловая погрешность δuв качестве своего значения угол между векторами и —. Это влияет на измерения, выполняемые ваттметрами, счетчиками, фазометрами и другими приборами, показания которых зависят не только от тока и напряжения, но и от фазового угла между ними. Угловая ошибка считается положительной, если вектор превышает вектор. Их угловая ошибка составляет 20. 40 угловых минут.

Измерительные трансформаторы в основном используются для подключения электрических измерительных приборов в высоковольтных цепях переменного тока.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) фактически является условием максимального КПД [2, с.308] (см. «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).

Все о власти

Трансформатор, как и любое электромагнитное устройство, имеет несколько установившихся режимов, в которых он может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

  1. Режим работы;
  2. Номинальный режим;
  3. Оптимальный режим;
  4. Работа в режиме холостого хода;
  5. Режим короткого замыкания;

Режим работы

Этот режим характеризуется следующими особенностями:

  • Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему.);
  • _1 ≤ ≤ ≤ ∆dot_1nom>).

Большинство трансформаторов работают в рабочем режиме. Силовые трансформаторы, например, работают с напряжением и током обмотки, которые отличаются от номинальных значений. Это связано с переменным характером их нагрузки.

Измерительные трансформаторы, импульсные трансформаторы, сварочные трансформаторы, разделительные трансформаторы, выпрямители, повышающие трансформаторы и другие трансформаторы также обычно работают в рабочем режиме, просто потому, что напряжение сети, к которой они подключены, отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характеристики режима:

  • Первичное напряжение равно номинальному напряжению ∆dot._1 = \dot);
  • Первичный ток, равный номинальному току ▼._1 = \dot).

Номинальный режим работы — это особый случай рабочего режима. Все трансформаторы могут работать в этом режиме, но обычно с большими потерями, чем в рабочем режиме, и, следовательно, с меньшим КПД. По этой причине трансформатор не используется в работе.

Оптимальный режим работы

Этот режим характеризуется условием:

Где \(P_<хх>\¯ — потери без нагрузки;
\(P_<кз>\ — потери при коротком замыкании;
\(k_<нг>\¯ — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

Где P_2 — вторичный ток нагрузки;
\P_<2nom> — номинальный вторичный ток.

В оптимальном режиме трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по сути является условием максимального КПД [2, с.308] (см. «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).

Режим ожидания

Характеристики этого режима:

  • Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением, значительно превышающим номинальное сопротивление нагрузочной обмотки трансформатора (1);
  • Напряжение ∆(¯x._<1x>= \dot<1nom> ∆n);
  • Ток вторичной обмотки \(\dot).2 ≈ 0°) (для трехфазного трансформатора ≈ 0°) (для трехфазного трансформатора ≈ 0°) (для трехфазного трансформатора ≈ 0°)_ <2f>≈ ≈ 0°._ <2л>≈ 0\).

На рисунке 1 показана схема эксперимента холостого хода однофазного трансформатора, а на рисунке 2 — трехфазного двухобмоточного трансформатора.

Рисунок 1 — Схема отвода холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 — Схема отвода холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По сути, в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода — это рабочий режим для трансформаторов напряжения. Его также можно использовать для определения тока \(i_x), мощности \(ΔQ_x) при холостом ходе и других параметров [2, с. 291][3, с. 207] (см. «Эксперимент с трансформатором холостого хода»).

    Примечание:
  1. Под номинальным сопротивлением нагрузки обмотки понимается значение ∆R_<нном>\который является отношением номинального напряжения обмотки ∆U_.<ном>\ до номинального тока обмотки ∆(I_).<ном>\)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

  • Вторичная обмотка коротко замкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением, значительно меньшим, чем внутреннее сопротивление трансформатора;
  • Напряжение ∆t(\) подается на первичную обмотку таким образом, чтобы ток первичной обмотки был равен ее номинальному току \._1 = \dot_<1nom>)
  • Вторичное напряжение \n(\n.)_2 = 0°) (для трехфазного трансформатора \(\.)_ <2f>= \dot_ <2л>= 0\).

Схема эксперимента по короткому замыканию показана на рисунке 3 для однофазного трансформатора и на рисунке 4 для трехфазного трансформатора с двойными обмотками.

Рисунок 3 — Схема эксперимента по короткому замыканию для однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 — Схема эксперимента по короткому замыканию для трехфазного двухобмоточного трансформатора

Испытание на короткое замыкание является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов и в то же время режимом отказа для остальных трансформаторов. Он также используется для определения напряжения короткого замыкания \(u_kz), мощности \(ΔP_kz) и других параметров трансформатора [2, с. 294][3, с. 209] (см. «Эксперимент по короткому замыканию трансформатора»).

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления возникает вопрос их измерения и контроля. Именно здесь в игру вступают измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от опасных цепей и снижают измеряемое значение до уровня, необходимого для измерения.

В чем разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения?

Трансформатор тока и трансформатор напряжения

По определению, эти устройства предназначены для работы с различными электрическими величинами в качестве фундаментальных величин, поэтому схемы подключения будут отличаться. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает и даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не протекает электрический ток. Трансформатор напряжения питается от источника напряжения и, наоборот, не может долго работать с токовыми нагрузками.

В приведенном ниже примере ваттметр подключен к высоковольтной сети через ITT и ITN (схемы подключения счетчиков аналогичны схемам подключения ваттметров, читайте статью: Подключение ваттметра через трансформаторы подробнее)

Трансформаторы напряжения и тока

Измерительный трансформатор — Это трансформатор, предназначенный для расширения диапазона измерений измерительных приборов (амперметров, вольтметров, ваттметров и т.д.).

Для измерения больших напряжений (более 1000 В) и токов (более 100 ампер) непрактично создавать приборы для измерения таких больших величин. Это нерентабельно, а инструменты будут слишком громоздкими. Не говоря уже об опасности работы непосредственно с такими высокими напряжениями и токами.

Поэтому, как правило, при напряжении свыше 1000 В и токе свыше 100 Ампер перед измерительными приборами устанавливаются соответствующие трансформаторы для снижения контролируемых электрических параметров до значения, пригодного для измерения: метров трансформаторы напряжения (далее — ТН) — для измерения напряжения, измерение трансформаторы тока (далее ТТ) — для измерения тока.

При использовании измерительных трансформаторов (далее — ТТ) измерительное устройство подключается к сети не напрямую, а косвенно (опосредованно) через ТТ, который уменьшает измеряемый параметр до приемлемого для измерительного устройства значения (обычно в несколько десятков раз).

Для того чтобы снять показания со счетчика, подключенного к измерительному прибору, необходимо знать, во сколько раз измеряемый параметр был уменьшен измерительным прибором, а для этого необходимо знать так называемую коэффициент трансформации IT Отношение входного (первичного) тока или напряжения к выходному (вторичному) напряжению, которое является основным параметром для ТТ и указывается на их корпусах и в технических паспортах.

Зная коэффициент трансформации IT, достаточно умножить на него показания счетчика, чтобы определить точное значение измеряемого параметра сети. Чтобы проиллюстрировать этот момент, рассмотрим следующий пример:

Измерение трансформатора тока

У нас есть цепь с током 80 ампер, и нам нужно постоянно контролировать ток в ней, а имеющийся амперметр имеет номинал тока 5 ампер, соответственно, подключить его к цепи с током 80 ампер невозможно. Здесь CTI, очевидно, 100/5, где 100 — номинальный ток первичной цепи, а 5 — номинальный ток первичной цепи, поэтому коэффициент трансформации равен Кт=100/5=20.

Поэтому для определения тока, протекающего в сети в нашем случае, показания амперметра необходимо умножить на коэффициент трансформации CTI, через который он подключен (Kt=20 в нашем случае), поэтому если амперметр показывает 4 Ампера, ток в сети составляет 80 Ампер (4х20), если 1,5 Ампера, то 30 Ампер (1,5х20) и т.д.

Аналогичным образом можно измерить напряжение, используя трансформатор напряжения и вольтметр.

Некоторые приборы, такие как ваттметры и счетчики энергии, установленные в электрических системах с напряжением выше 1000 В, подключаются к сети через ITT в сочетании с ITN.

Например, на схеме ниже показано, как подключить ваттметр к высоковольтной сети через BPT и CTI (схемы подключения счетчиков аналогичны схемам подключения ваттметров, подробнее см. статью: Подключение счетчика через трансформаторы)

Измерение мощности с помощью трансформаторов напряжения

Чтобы определить мощность в контролируемой сети, умножьте показания ваттметра на общий коэффициент трансформации, который является произведением коэффициентов трансформации ITN (Kn) и ITT (Kt), как видно из диаграммы в нашем случае общий коэффициент трансформации равен 400.

Таким же образом определяется потребление электроэнергии счетчиками, подключенными к IT-сети. Обратите внимание, что в некоторых случаях шкала счетчика может быть откалибрована по коэффициенту трансформации ITI, т.е. они имеют коэффициент трансформации ITI, по которому они должны быть подключены, а в некоторых электронных счетчиках, таких как электронные счетчики, коэффициент трансформации может быть установлен в настройках, такие устройства показывают измеренное значение уже с учетом коэффициента трансформации, поэтому для его преобразования не требуется никаких дополнительных действий.

Типы приборных трансформаторов и их маркировка

Как уже упоминалось выше, существует два типа ТТ: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, которые выпускаются в различных исполнениях в зависимости от места и способа установки и других особенностей.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения можно разделить на следующие основные типы:

  1. Структурное проектирование: O — однофазный, T — трехфазный, 3 — защищенный, B — водонепроницаемый, A — антирезонансный, P — со встроенным предохранителем, D — герметичный, 3 — заземленный, DE — с емкостным делителем;
  2. Тип охлаждения: Воздушное охлаждение, масляное охлаждение;
  3. По типу изоляции: Л — литье, В — воздушно-бумажная, К — битумная масса, Ф — фарфоровая шина, М — масло, Г — газ, П — полимер;
  4. В зависимости от количества катушек: с двумя обмотками, с тремя обмотками;
  5. В соответствии с классом точности: В соответствии с допустимыми значениями погрешности;
  6. В зависимости от количества шагов преобразованияОдноступенчатые, многоступенчатые (каскадные).

Номинальные параметры трансформаторов следующие:

Маркировка трансформаторов напряжения

Буквы после цифр — климатическое исполнение: U — умеренный климат; цифра 3 — для эксплуатации в помещении с естественной вентиляцией.

Для работы на открытом воздухе устройства с цифрой 1 после букв U или XP — холодный климат, а в помещениях со свободным доступом наружного воздуха — с цифрой 2.

Примеры некоторых типов трансформаторов тока:

Основные типы трансформаторов напряжения

Трансформаторы тока

В зависимости от конструкции и используемой изоляции трансформаторы тока могут быть следующих типов:

  1. Что касается строительства: O — опорный, P — сквозной, W — рельсовый, B — встроенный, P — съемный, электрические измерительные зажимы;
  2. Что касается типа изоляции: L — литая изоляция, F — фарфоровая оболочка, M — масло, G — газ, T — твердая изоляция (кроме фарфоровой и литой), P — в пластмассовом (полимерном) корпусе, бескаркасные;
  3. В зависимости от количества вторичных обмоток: с одной вторичной обмоткой, с несколькими вторичными обмотками;
  4. В зависимости от назначения вторичной обмотки Для учета, для защиты, для учета и защиты;
  5. В зависимости от количества коэффициентов трансформации С одним коэффициентом трансформации, с несколькими коэффициентами трансформации;
  6. В зависимости от количества шагов трансформации.Одноступенчатые, многоступенчатые (каскадные).

ИТТ обозначается следующим образом:

Расшифровка маркировки трансформаторов тока

Они часто маркируются буквой «S» после класса точности, например: TOP-0.66-1-5-.0,5S 300/5, как вы можете видеть, этот трансформатор имеет класс точности 0.5S, 0.5 означает, что погрешность этого трансформатора составляет всего полпроцента, но это номинальная погрешность, фактическая погрешность может быть выше в зависимости от нагрузки ТТ, например, если ток, протекающий через ТТ, слишком мал, его погрешность будет выше 0.5, что, конечно, не очень хорошо, S на этикетке ТТ означает, что он находится в пределах своего номинального класса точности при более низких нагрузках по сравнению с обычными ТТ.

На рисунке ниже показаны некоторые типы трансформаторов тока:

Основные типы трансформаторов тока

Конструкция и работа трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы, как и другие трансформаторы, работают по принципу электромагнитной индукции, общий принцип которой можно найти в этой статье.

Проектирование трансформаторов напряжения

Конструкция и принцип работы ТТ аналогичны обычному силовому трансформатору. Они также содержат две обмотки изолированного медного провода, хотя их может быть и больше, расположенные на общем замкнутом магнитопроводе из листовой стали. Изоляция трансформатора напряжения заливается эпоксидным компаундом, который образует монолитный блок высокой электрической прочности.

Основные конструкции трансформаторов напряжения

Конструкция трансформатора тока

Простейшим трансформатором тока является двухобмоточный трансформатор. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков W1 и одну вторичную обмотку с числом витков W2. Обмотки расположены на общем магнитопроводе, поэтому между ними существует электромагнитная (индуктивная) связь. Вторичная обмотка может быть измерительной, другая может использоваться в цепях безопасности. Первичная обмотка в этом случае является общей для всех вторичных обмоток. Трансформаторы тока часто изготавливаются с двумя или более сердечниками, на которых размещаются обмотки, они называются сердечниками.

Первичная обмотка W1 может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, и содержать 1-3 витка провода большого калибра, рассчитанного на большие измерительные токи I1. Он также может быть в виде рельса, встроенного в магнитный сердечник. Другие конструкции вообще не имеют встроенной первичной обмотки, а используют шину (провод) в распределительном устройстве, на которой установлен CTI, в качестве первичной обмотки. Вторичная обмотка W2 может иметь до нескольких сотен витков, поэтому вторичный ток I2 во много раз меньше первичного тока: I2 = I1*W1/W2

Конструкция трансформатора тока

Основные характеристики и паспортные данные ТТ

Основные характеристики трансформаторов напряжения следующие

1) Номинальное первичное напряжение U1ном, кВ

Напряжение, подаваемое на первичную обмотку VT, должно быть преобразовано. Значения напряжения приведены в документации на конкретные типы трансформаторов, а также могут быть выбраны из таблиц.

2) Номинальное вторичное напряжение U2nom, V:

Напряжение, возникающее на выводах вторичной обмотки ТН при подаче напряжения на его первичную обмотку.

Номинальные напряжения первичной обмотки вторичной обмотки

  • для однофазных переключаемых фаз и трехфазных трансформаторов TN-100V;
  • Однофазные трансформаторы, переключенные на напряжение фаза-земля -100/√3

номинальные напряжения вторичные обмотки

  • для однофазных трансформаторов, работающих в сетях с заземленным нейтральным проводом -100 В;
  • Однофазные трансформаторы на сетях с изолированной нейтралью: 100/3V.

3) Номинальный коэффициент трансформации Кн ном:

Отношение среднеквадратичного значения номинального первичного напряжения к среднеквадратичному значению номинального вторичного напряжения: Кном. = U1nom/U2nom.

4) Класс точности VT:

Класс точности любого измерительного прибора — это отклонение фактического значения от номинального. Класс точности для измерения выбирается из диапазона: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0, для защиты: 3P; 6P.

5) Номинальная мощностьS, В-А:

Значение полной мощности, указанной в техническом паспорте ТН, которую он подает во вторичную цепь при номинальном вторичном напряжении, обеспечивая соответствующий класс точности.

6) Ограничение мощностиS, В-А:

Видимая мощность, которую трансформатор напряжения может непрерывно выдавать при номинальном первичном напряжении, вне класса, и при которой нагрев всех его частей не превышает пределов, допустимых для класса нагрева данного трансформатора.

7) Номинальная частота сети ƒnom, Гц:

Номинальная частота сетевого напряжения должна быть 50 или 60 Гц (в национальных электросетях — 50 Гц).

Эта табличка или шильдик должна быть размещена на специальной металлической пластине, которая крепится к видимой части корпуса устройства и называется шильдиком или табличкой.

Измерительные трансформаторы напряжения должны соответствовать техническим условиям ГОСТ 1983-2015.

  1. Клеймо производителя;
  2. Название «измерительный трансформатор напряжения»;
  3. Тип трансформатора;
  4. Серийный номер в соответствии с системой нумерации производителя;
  5. Год производства;
  6. Количество фаз
  7. Номинальная частота, Гц;
  8. Категория установки (в данном случае для установки в помещении — UZ);
  9. Класс точности;
  10. Номинальная мощность, В-А, соответствующая классу точности;
  11. Номинальное напряжение первичной обмотки и номинальное напряжение каждой вторичной обмотки, В
  12. мощность вторичной обмотки, В-А;
  13. предельная мощность, В-А;
  14. общая масса трансформатора, кг;
  15. дополнительную информацию в соответствии с документацией на тип трансформатора.

Основные характеристики трансформаторов тока следующие:

1) Номинальное напряжение Uноминальное напряжение, кВ:

Выбирается из стандартного диапазона напряжений: 0,66; 3; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750. Без учета встроенных трансформаторов.

2) Номинальный первичный ток I1nom, A:

Ток, протекающий в первичной обмотке преобразуемого ТТ. Диапазон тока от 1А до 40кА.

3) Номинальный вторичный ток I2nom, A:

Ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора тока. Обычно это 5A, но может быть 2A и 1A. Обратите внимание, что ток 1А допускается только для трансформаторов тока с первичным током до 4000А. Также при больших расстояниях измерения для уменьшения номинальной нагрузки. Трансформаторы тока с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А могут быть изготовлены на заказ.

4) Номинальный коэффициент трансформации Ктн:

Отношение эффективного значения номинального первичного тока к эффективному значению номинального вторичного тока в режиме холостого хода, определяемое по формуле: Ктном. = I1nom/I2nom.

5) Номинальная вторичная нагрузка S2nom, V-A:

Значение вторичной нагрузки, указанное на заводской табличке ТТ, при котором гарантируется номинальный класс. Определяется характером нагрузки с коэффициентом мощности cosφ.

6) Класс точности:

Обобщенная характеристика КТ, определяемая конкретными пределами допуска при конкретных условиях эксплуатации.

Для трансформаторов тока классы точности следующие: 0,1; 0,2; 0,2С; 0,5; 0,5С; 1,0; 3,0; 5П; 10П.

7) Номинальная частота сети ƒnom, Гц:

Номинальная частота сетевого напряжения, при которой должен работать ТТ, должна быть 50 или 60 Гц.

Как и в случае с трансформаторами напряжения, каждый трансформатор тока должен иметь паспортную табличку, на которой указаны технические параметры ТТ.

Измерительные трансформаторы тока по своим техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 7746-2015.

Рассмотрим символы на такой пластине:

Этикетка трансформатора тока

  1. товарный знак производителя;
  2. Название «трансформатор тока»;
  3. Тип трансформатора и климатическое исполнение;
  4. Серийный номер в соответствии с системой нумерации производителя
  5. Номинальное напряжение, кВ (кроме встроенных трансформаторов)
  6. Номинальный коэффициент трансформации обмотки
  7. Номинальная частота, Гц;
  8. Номера вторичных обмоток;
  9. Номинальная вторичная нагрузка, В-А;
  10. класс точности вторичной обмотки
  11. год выпуска;
  12. вес трансформатора;
  13. обозначение документа для трансформатора данного типа.

Особенности приборных трансформаторов

Трансформаторы тока

Особенностью эксплуатации трансформаторов тока является необходимость короткого замыкания вторичной обмотки с помощью измерительных приборов и реле или с помощью шунтов (короткозамыкателей) при отсутствии измерительных приборов. Другими словами ITT всегда должен быть замкнут накоротко..

Выход из строя вторичной обмотки представляет собой серьезную опасность. В этом случае в катушке генерируется очень высокий магнитный поток, который не будет уравновешен размагничивающим действием вторичной обмотки. Это приводит к наличию десятков тысяч вольт в открытой вторичной обмотке, что может быть опасно для изоляции оборудования и обслуживающего персонала. Поэтому вторичная обмотка ТТ всегда должна быть заземлена и закорочена подключенным к ней измерительным прибором, а если ее необходимо снять (например, для замены), необходимо установить шунт, который закорачивает выводы вторичной обмотки ТТ и снимается только после установки и подключения измерительного прибора.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения, в отличие от трансформаторов тока, работают почти без нагрузки, поскольку параллельное сопротивление катушек прибора и реле велико, а потребляемый ток мал.

Для обеспечения нормальной работы CTI должен быть защищен от токов короткого замыкания со стороны нагрузки, так как они вызывают перегрев и повреждение изоляции обмоток, а также приводят к короткому замыканию в самом трансформаторе. Для этого во всех незаземленных проводах должны быть установлены автоматические выключатели или предохранители.

При подключении измерительных приборов и устройств безопасности к IDS помните, что включение большого количества электрических устройств приводит к увеличению значения вторичного тока и увеличению погрешности измерений.

ВАЖНО! Все вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения должны быть постоянно заземлены для обеспечения безопасности работ, проводимых в цепях измерительного оборудования и устройств релейной защиты.

Схемы подключения трансформаторов тока

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении. В зависимости от типа необходимой информации они могут быть подключены в различном порядке, как показано на схеме ниже.

Схемы подключения трансформаторов тока

Рисунок «а» показана схема подключения трансформатора напряжения AB с одной фазы на другую. Эта схема используется, когда для защиты или измерения требуется только одно напряжение между фазами.

Рисунок «b» показывает соединение двух ИТН в открытый треугольник или в неполную звезду. Эта схема используется, когда для защиты или измерения требуется два или три фазных напряжения.

Рисунок «в» показывает подключение трех однофазных или одного трехфазного ITN по схеме «звезда». Такое расположение используется, когда для защиты и измерения требуются фазные напряжения или как фазные, так и междуфазные напряжения.

Рисунок «d» схема соединения «дельта-звезда» для трех ИТН. В этом случае на вторичной обмотке возникнет перенапряжение U2 173 В. Эта схема может использоваться для питания корректоров напряжения для устройств автоматического управления.

На рисунке «е» На схеме показано соединение открытым треугольником — для суммы фазных напряжений. В этой схеме первичные обмотки соединены звездой, а вторичные обмотки соединены последовательно, образуя разомкнутый треугольник. Это соединение используется для создания напряжения нейтрали (3Uo), необходимого для включения реле напряжения и питания устройства защиты от замыкания на землю.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока являются однофазными устройствами и могут быть установлены на одной, двух или трех фазах измеряемой сети.

В трехфазных сетях вторичные обмотки трансформаторов тока объединяются в различные цепи для подключения измерительных приборов и реле. Наиболее распространенные из них показаны ниже.

Схемы подключения трансформаторов тока

На рисунке «а» схема соединения «полная звезда», которая используется, когда необходимо контролировать ток во всех трех фазах электрической сети и включать защиту от всех видов однофазных и межфазных замыканий.

На рисунке «b» Схема соединения треугольником используется для получения большого тока во вторичной цепи или для сдвига фазы вторичного тока на 30 или 330 по отношению к первичному. Он также используется для получения дифференциальных фазных токов, например, для включения дифференциальной защиты трансформатора.

На рисунке «в» Схема частичного соединения звездой, используемая для срабатывания защиты от межфазного короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью.

На рисунке «d» Схема дельта без частичной дельты «восьмерка», которая используется для активации защиты от межфазного короткого замыкания. Этот ток равен разности токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы.

На рисунке «е» схема подключения суммы трех фазных токов (фильтр тока нулевой последовательности), используемая для активации защиты от замыкания на землю.

На рисунке «е» это последовательное соединение двух ITT, установленных на одной фазе. При таком соединении вторичных обмоток и при том же коэффициенте трансформации ток будет таким же, как при включении только одного из трансформаторов, когда нагрузка равномерно распределена между ними. Эта схема используется при применении ITT с низким энергопотреблением.

В диаграмме «g» это схема параллельного соединения вторичных обмоток ТТ, установленных на одной фазе. Это уменьшает коэффициент трансформации путем суммирования токов вторичных обмоток при заданном токе сети. Коэффициент трансформации в этой схеме вдвое меньше, чем у одиночного трансформатора тока. Например, чтобы получить коэффициент трансформации 150/5, два стандартных трансформатора тока с коэффициентом трансформации 300/5 соединяются параллельно.

ПРИМЕЧАНИЕ: Такие счетчики, как счетчики электроэнергии и ваттметры, могут быть подключены одновременно к CTI и CTI, схемы подключения счетчиков через CTI можно найти здесь: https://elektroshkola.ru/uchet-elektroenergii/podklyuchenie-schetchika-cherez-transformatory/

Выбор ИТН для подключения счетчиков и приборов учета

В качестве примера приведем выбор подходящих измерительных трансформаторов для подключения счетчиков электроэнергии.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения следует использовать, когда необходимо подключить счетчики электроэнергии, а также другие измерительные приборы и реле в высоковольтной установке (выше 1000 В). Они выбираются в зависимости от номинального напряжения, класса точности, вторичной нагрузки, а также сечения и длины проводов и кабелей.

Номинальное напряжение первичной обмотки (U1ном.), должно быть равно номинальному напряжению сети (Uc.ном.): U1ном.=Uc.ном.

Класс точности Для подключения расчетных счетчиков электроэнергии он должен быть не более 0,5, для технических измерений — не более 1,0 (ПУЭ п. 1.5.16).

Вторичная нагрузкамощность оборудования и реле, подключенных к устройству РПН. Нагрузка на вторичные обмотки измерительных трансформаторов (S2nagr), к которым подключены счетчики, не должна превышать номинал внутреннего трансформатора напряжения (S2nom.): S2nom.>S2nagr. Это гарантирует, что BTC работают в пределах заданного класса точности.

Не рекомендуется подключать счетчики электроэнергии к трехфазным трансформаторам напряжения, так как они имеют несимметричную магнитную систему и поэтому генерируют более высокую погрешность.

Трансформаторы тока

В цепях распределительных устройств выше 1 кВ и 0,4 кВ с токами нагрузки более 100 А измерительное оборудование обычно подключается с помощью трансформаторов тока.

Вот пример выбора ITT для подключения счетчика электроэнергии для офисного здания.

Напряжение сети — 0,4 кВ

Максимальная потребляемая мощность (днем) — 75 кВт (120A)

Минимальная потребляемая мощность (ночью) — 22,5 кВт (36 А).

  1. Номинальное напряжение трансформатора тока.

Номинальное напряжение ТТ должно быть как минимум равно максимальному напряжению установки, в которой будет использоваться ТТ. Выбирается из стандартного диапазона по ГОСТ 7746-2015, в кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

В нашем случае измерительный трансформатор должен иметь напряжение 0,66 кВ.

  1. Номинальный ток вторичной обмотки.

Выбирается исходя из номинального (эталонного) тока измерителя, обычно 5А.

  1. Класс точности.

Класс точности ITT определяется в соответствии с назначением счетчика электроэнергии. Для коммерческих измерений в сетях 0,4 кВ класс точности должен быть 0,5S.

  1. Первичный ток.

Это самый важный параметр для КТ. Номинальный ток первичной обмотки ТТ должен быть больше максимального тока питания для установки, в которой используется ТТ. Он должен быть выбран из следующего ряда в соответствии с ГОСТ 7746-2015, в А: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000.

Номинальный первичный ток ITT должен быть больше максимального рабочего тока линии (I1max, в нашем случае 120 Ампер).

Мы выбираем следующий по высоте в стандартном диапазоне -. 150А.

Этот ток определяет коэффициент пересчета (Кт) нашего измерительного трансформатора, который выражается как отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току:

Кт = I1/I2Кт=150/5=30

Поэтому нам нужен трансформатор тока 0,66кВ, 150/5, Кт=30, 0,5S

Согласно пункту 1.5.17 PEL, при максимальной нагрузке фидера ток во вторичной обмотке трансформатора тока должен составлять не менее 40% от номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5%.

  • Убедитесь, что выбранный ИТТ соответствует этому условию:
  • Определите ток во вторичной обмотке при максимальной нагрузке:

I2max = I1max./Kt = 120A/30 = 4A.

  • Определите вторичный ток при минимальной нагрузке:

I2min = I1min./Kt = 36A/30 = 1,2A.

  • Определите значение максимального полученного вторичного тока (I2max.=4A) в процентах от номинального тока счетчика (5A):

I2max. в % = (I2max.×100)/Iном.метр = (4A×100)/5A = 80%.

  • Определите значение полученного минимального вторичного тока (I2мин.=1,2А) в процентах от номинального тока счетчика (5А):

I2мин.% = (I2мин.×100)/Ином.метр = (1.2A×100)/5A = 24%.

  • Мы проверяем при условиях, указанных в пункте 1.5.17 ПУЭ:

80% > 40% и 24% > 5% — условия выполняются.

Таким образом, ИТТ является правильным.

ПРИМЕЧАНИЕ: Расчет и проверку трансформаторов тока можно выполнить с помощью нашего онлайн-калькулятора.

Требования к учету вторичных цепей трансформаторов

Согласно п. 1.5.19 Правил сечение и длина кабелей и проводов в цепях напряжения измерительного оборудования должны выбираться таким образом, чтобы потери напряжения в этих цепях не превышали 0,25% номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5% при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до измерительного оборудования не должны превышать 1,5% номинального напряжения.

В целях обеспечения механической прочности сечение проводов и кабелей должно быть не менее 1,5 мм2 для медных проводов и не менее 2,5 мм2 для алюминиевых проводов. Для токовых цепей — 2,5 мм2 для меди и 4 мм2 для алюминия (EUL 3.4.4).

Была ли эта статья полезной? А может быть, у вас все еще есть вопросы? Пишите в комментариях!

Вы не нашли статью по интересующей вас теме тему, связанную с электротехникой? Пишите нам сюда. Мы ответим на ваши вопросы.

Сохранить статью?
Услуги электромонтажа в Москве