Схема трансформатора тока

Все о трансформаторах тока. Классификация, конструкция, принцип действия

Трансформаторами тока (ТТ) принято называть электротехнические устройства, предназначенные для трансформирования величин токов до величин требуемых для подключения приборов измерения, устройств РЗиА.

Установка в силовых электроустановках трансформаторов низкой мощности позволяет также обезопасить производство работ, поскольку их использование разделяет цепи высокого / низкого напряжения, упрощает конструктивное исполнение дорогостоящих измерительных приборов, реле.

Конструкция и принцип действия трансформатора тока

Трансформаторы тока конструктивно состоят из:

• замкнутого магнитопровода;
• 2-х обмоток (первичной, вторичной).

Первичная обмотка включается последовательно, таким образом, сквозь нее протекает полный ток нагрузки. А вторичная — замыкается на нагрузку (защитные реле, расчетные счетчики и пр.), что позволяет создавать прохождение по ней тока, величина которого пропорциональна величине тока первичной обмотки.

Поскольку сопротивление измерительных устройств незначительно, то принято считать, что все трансформаторы тока работают в режиме близком к КЗ.

Это означает, что геометрическая сумма магнитных потоков равна разности потоков, генерируемых обеими обмотками.

Традиционно трансформаторы тока выпускают с несколькими группами вторичных обмоток, одна из которых предназначена для подключения аппаратов защиты, другие – для включения приборов контроля, диагностики и учета.

К этим обмоткам в обязательном порядке должна быть подключена нагрузка.

Ее сопротивление строго регламентируется, так как даже незначительное отклонение от нормируемой величины может привести к увеличению погрешности и как следствие снижению качества измерения, неселективной работе РЗ.

Интересное видео о трансформаторах тока смотрите ниже:

Погрешность ТТ определяется в зависимости от:

• сечения магнитопровода;
• проницаемости используемого для производства магнитопровода материала;
• величины магнитного пути.

Значительное возрастание сопротивления нагрузки во вторичной цепи генерирует повышенное напряжение во вторичной цепи, что приводит к пробою изоляции и, как следствие, выходу из строй трансформатора.

Предельное значение сопротивление нагрузки указывается в справочных материалах.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока принято классифицировать по следующим признакам:

1. В зависимости от назначения их разделяют на:
   1. защитные;
   2. измерительные;
   3. промежуточные, используемые для подключения устройств измерения в токовые цепи, выравнивания токов в системах диф. защит и т. п.);
   4. лабораторные.
2. По типу установки разделяют устройства:
   1. наружной установки (размещаемые в ОРУ);
   2. внутренней установки (размещаемые в ЗРУ);
   3. встроенные в электрические машины, коммутационные аппараты: генераторы, трансформаторы, аппараты и пр.;
   4. накладные — устанавливаемые сверху на проходные изоляторы;
   5. переносные (для лабораторных испытаний и диагностических измерений).
3. Исходя из конструктивного исполнения первичной обмотки ТТ разделяют на:
   1. многовитковые (катушечные, с обмоткой в виде петли или восьмерки);
   2. одновитковые;
   3. шинные.
4. По способу исполнения изоляции ТТ разбивают на устройства:
   1. с сухой изоляцией (из фарфора, литой изоляции из эпоксида, бекелита и т. п.);
   2. с бумажно-масляной либо конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
   3. имеющие заливку из компаунда.
5. По количеству ступеней трансформации ТТ бывают:
   1. одноступенчатые;
   2. двухступенчатые (каскадные).
6. Исходя из номинального напряжения различают:
   1. ТТ с номинальным напряжением — выше 1 кВ;
   2. ТТ с напряжением – до 1 кВ.

Ещё одно интересное видео о схемах включения трансформаторов тока:

Трансформаторы тока разных производителей

Рассмотрим несколько трансформаторов тока разных производителей:

Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01

Производитель ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов», предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.

Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.

Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.

Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений и имеют:

• класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93;
• уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.

Варианты исполнения трансформатора: «Б» — оснащён изолирующими барьерами.

Расположение вторичных выводов:

• «А» — параллельно установочной поверхности;
• «В» — перпендикулярно установочной поверхности;
• «С» — из гибкого провода, параллельно установочной поверхности;
• «D» — из гибкого провода, перпендикулярно установочной поверхности.

Требования к надежности

Для трансформаторов установлены следующие показатели надежности:

• средняя наработка до отказа – 2´105 ч.;
• полный срок службы – 30 лет.

Пример условного обозначения опорного трансформатора тока с литой изоляцией

ТОЛ-НТЗ-10-01АБ-0,5SFs5/10Р10–5/15-300/5 31,5 кА УХЛ2

• 10 — номинальное напряжение;
• «0» — конструктивный вариант исполнения;
• «1» — исполнение по длине корпуса;
• «А» — вторичные выводы расположенные параллельно установочной поверхности;
• «Б» — изолирующие барьеры;
• 0,5S — класс точности измерительной вторичной обмотки;
• (Fs)5 — коэффициент безопасности приборов вторичной обмотки для измерения;
• 10Р — класс точности защитной вторичной обмотки;
• 10 — номинальная предельная кратность вторичной обмотки для защиты;
• 5 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для измерения;
• 15 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для защиты;
• 300 — номинальный первичный ток;
• 5 — номинальный вторичный ток;
• 31,5 — односекундный ток термической стойкости;
• «УХЛ» — климатическое исполнение;
• 2 – категория размещения ГОСТ 15150-69 при его заказе и в документации другого изделия.

Опорные трансформаторы тока TОП-0,66

Трансформаторы предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам в установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц с номинальным напряжением до 0,66 кВ включительно. Испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты — 3 кВ.

Трансформаторы класса точности 0,2; 0,5; 0,2S и 0,5S применяются в схемах учета для расчета с потребителями, класса точности 1,0 — в схемах измерения.

Корпус трансформаторов выполнен из самозатухающих трудногорючих материалов. Трансформаторы изготавливаются в исполнении «У» или «Т» категории 3 по ГОСТ 15150, предназначены для работы в следующих условиях:

• высота над уровнем моря не более 1000 м;
• температура окружающей среды: при эксплуатации — от минус 45°С до плюс 50°С, при транспортировании и хранении — от минус 50°С до плюс 50°С;
• окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, химически активных газов и паров в концентрациях, разрушающих покрытия металлов и изоляцию;
• рабочее положение — любое.

Первичная шина трансформаторов ТОП-0,66 и ТШП-0,66 медная, покрытая оловом. Трансформаторы ТШП-0,66 могут комплектоваться медными шинами, покрытыми оловом.

Проходные шинные трансформаторы тока для внутренней установки BB, BBO

Изготовитель — Фирма ООО «ABB»

Проходные шинные трансформаторы тока BB и BBO изготовлены в корпусе из эпоксидного компаунда и предназначены для установки в РУ напряжением до 24 кВ (25 кВ).

Трансформатор тока без первичного проводника, но с собственной первичной изоляцией может использоваться в качестве втулки.

Трансформаторы спроектированы и изготовлены согласно следующим стандартам:

• МЭК, VDE, ANSI, BS, ГОСТ и CSN.
• Максимальное напряжение — 3.6 кВ — 25 кВ
• Первичный ток — 600 A – 5000 A
• Сухой трансформатор с изоляцией из эпоксидного компаунда для внутренней установки
• Предназначены для измерения и защиты, могут иметь до трех вторичных обмоток
• Исполнения с возможностью переключения коэффициента трансформации на стороне первичной или вторичной обмоток.

Схема подключения трансформатора тока – варианты монтажа

Токовые трансформаторы являются важными защитным устройством релейного типа.

Схема подключения трансформатора тока предполагает использование первичной и вторичной обмотки с учетом коэффициента относительной погрешности.

В статье подробно о монтаже счетчика через трансформатор тока.

Схема подключения счетчика через трансформаторы тока

Установка электрического счетчика осуществляется в соответствии с основными правилами и требованиями, предъявляемыми к схеме подключения прибора. Счетчик устанавливается при температурном режиме не ниже 5 о С.

Приборы энергоучета, наряду с любой другой электроникой, крайне тяжело переносят низкотемпературное воздействие. Установка электрического счетчика на улице потребует сооружения специального герметичного утепленного шкафа. Прибор учета фиксируется на высоте не более 100-170 см, что облегчает эксплуатацию и его обслуживание.

Схема подключения счетчиков МЕРКУРИЙ

Подключение однофазного прибора

При монтаже однофазного прибора учета, особое внимание необходимо уделить порядку подключения кабелей на клеммные элементы:

• на первую клемму производится подсоединение фазного провода. Вводимый кабель чаще всего обладает белым, коричневым или черным окрашиванием;
• на вторую клемму осуществляется подключение фазного провода, испытывающего силовую нагрузку. Такой кабель обычно бывает белого, коричневого или черного цвета;
• на третью клемму выполняется подсоединение электропровода «ноль». Этот вводной кабель имеет голубую или синевато-голубую маркировку;
• на четвертую клемму производится подключение нулевого провода, имеющего голубое или синевато-голубое окрашивание.

Подключение однофазного прибора

Обеспечивать защиту на заземление для устанавливаемого и подключаемого электрического прибора учета не потребуется.

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

Трёхфазные устройства учета электроэнергии комплектуются, как правило, DIN-рейкой, двумя видами панелей, которые прикрывают подключаемые клеммы, а также руководство и пломбы. Технология самостоятельной установки:

• монтаж на DIN-рейке электрического щита вводного автомата и трехфазного счетчика электроэнергии;
• спуск фиксаторов на оборотной стороне трёхфазного прибора энергоучета, с последующей установкой и поднятием фиксаторов;
• подсоединение вводного автомата с необходимыми вводными клеммами на электросчетчике, в соответствии со схемой подключения.

Схема монтажа трехфазного счетчика

Удобным является использование токопроводящих жил из медных проводов, сечение которых не меньше, чем стандартные размеры вводного кабеля.

Соединение обмоток реле и трансформаторов тока

Принцип воздействия токового трансформатора не имеет существенных отличий от подобных характеристик стандартного силового прибора. Особенностью первичной трансформаторной обмотки является последовательное включение в измеряемую электрическую цепь. Кроме всего прочего, обязательно присутствует замыкание на вторичную обмотку на разные, подключенные друг за другом приборы.

В полную звезду

В условиях стандартного симметричного уровня токового протекания, трансформатор устанавливается на всех фазах. В этом случае вторичная трансформаторная и релейная обмотка объединяются в звезду, а связка их нулевых точек выполняется посредством одной жилы «ноль», а зажимы на обмотках подсоединяются.

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Таким образом, трехфазное короткое замыкание характеризуется протеканием токов в обратном кабеле в условиях двух реле. Для двухфазного короткого замыкания, протекание тока отмечается в единственном или сразу в паре реле, согласно фазовому повреждению.

В неполную звезду

Особенностью двухфазной двухрелейной схемы подсоединения с образованием неполной звезды. К достоинствам такой схемы можно отнести реагирование на любой вид короткого замыкания, кроме земли фазы, а также вероятность применения данной схемы на междуфазных защитах.

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

Таким образом, в условиях различных типов короткого замыкания, токовые величины в реле, а также уровень его чувствительности, будут разнообразными.

Недостаток подсоединения в неполную звезду представлен слишком низким коэффициентом чувствительности, по сравнению со схемой полной звезды.

Проверка трансформатора на работоспособность требуется, если имеются подозрения на его неисправность. Как проверить трансформатор мультиметром – инструкцию вы найдете в статье.

Как правильно установить заземление на даче, расскажем тут.

Как правильно выбрать провод заземления и какие марки наиболее популярны, читайте далее.

Подсоединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

Такой вариант находит широкое применение в защите от замыкания «земля».

В условиях нагрузки трехфазного и двухфазного короткого замыкания показатели IN=0.

Тем не менее, при наличии погрешности токовых трансформаторов, в реле наблюдается проявление небаланса или Iнб.

Подсоединение трансформаторов тока

В процессе выполнения последовательного подключения вторичной обмотки в условиях параллельного подсоединения, позволяет уменьшать трансформирующий коэффициент и увеличивать уровень тока на вторичной цепи. Первичные обмотки подсоединяются исключительно в последовательности, а вторичные — в любом положении.

Последовательное подсоединение

При варианте последовательного подключения токовых трансформаторов, обеспечивается повышение нагрузочных показателей. В этом случае применяются трансформаторы, имеющие идентичные показатели kТ.

Соединение обмоток трансформатора последовательно

При протекающем через прибор одинаковом токе, величина поделится на коэффициент два, а уровень нагрузки снизится в пару раз. Применение такой схемы актуально при подсоединении Y/D с целью обеспечения защиты дифференциального типа.

Если устройству требуется напряжение в 12 Вольт, необходимо подключать его через трансформатор. Трансформатор 220 на 12 Вольт – назначение и принцип действия рассмотрим подробно.

Об особенностях использования и монтажа шины заземления вы узнаете из этой информации.

Параллельное подсоединение

При использовании токовых трансформаторов, обладающих одинаковым уровнем kТ, отмечается появление результативного трансформирующего коэффициента, сниженного в пару раз.

Таким образом, при последовательном подсоединении вторичных обмоток обеспечивается повышение уровня выходного напряжения и показателей мощности в условиях сохранения номинальных значений выходного тока.

Если обмотка вторичного типа на каждом трансформаторе предполагает напряжение на выход 6,0 В при номинальных токовых показателях 1,0 А, то последовательное подсоединение позволяет сохранить номинал, а уровень мощности повышается в два раза.

Параллельное подключение вторичной обмотки в таком варианте помогает обеспечивать показатели напряжения на выходе 6,0 В, а также уровень тока — в два раза выше.

Видео на тему

Схемы соединения трансформаторов тока

Для подключения реле и измерительных приборов вторичные обмотки ТТ соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 2.5.

На рис. 2.5, адана основная схема соединения в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ; на рис. 2.5,б– схема соединения в неполную звезду, используемая главным образом для включения защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными нулевыми точками; на рис. 2.5,в– схема соединения в треугольник, используемая для получения разности фазных токов (например, для включения дифференциальной защиты трансформаторов); на рис. 2.5,г– схема соединения на разность токов двух фаз. Эта схема используется для включения защиты от междуфазных КЗ, так же как схема на рис. 2.5,бна рис. 2.5,д– схема соединения на сумму токов всех трёх фаз (фильтр токов нулевой последовательности), используемая для включения защиты от однофазных КЗ и замыканий на землю.

На рис. 2.5, едана схема последовательного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе. При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т.е. на каждом из них уменьшается в 2 раза. Происходит это потому, что ток в цепи, равный, остаётся неизменным, а напряжение, приходящееся на каждый ТТ, составляет половину общего.

Рис. 2.5. Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока

Рассмотренная схема применяется при использовании маломощных ТТ (например, встроенных во вводы выключателей и трансформаторов).

На рис. 2.5, ждана схема параллельного соединения двух ТТ, установленных на одной фазе. Коэффициент трансформации этой схемы в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного ТТ.

Схема параллельного соединения используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации. Например, для получения коэффициента трансформации 37,5/5 А соединяют параллельно два стандартных ТТ с коэффициентом трансформации 75/5 А.

Выбор трансформаторов тока

Исходные данные. Все трансформаторы тока выбираются, как и другие аппараты, по номинальному току и напряжению установки и проверяются на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ. Кроме того, ТТ, используемые в цепях релейной защиты, проверяются на значение погрешности, которая, как указывалось выше, не должна превышать 10% по току и 7° по углу. Для проверки по этому условию в информационных материалах заводов – поставщиков ТТ и в другой справочной литературе даются характеристики и параметры ТТ:

1. Кривые зависимости 10%-ной кратности от сопротивления нагрузки, подключённой к вторичной обмотке ТТ. Десятипроцентной кратностьюназывается отношение, т.е. кратность, первичного тока, проходящего через ТТ, к его номинальному току, при которой токовая погрешность ТТ составляет 10% при заданной нагрузке. Угловая погрешность при этом достигает 7° (рис. 2.4).

Таким образом, зная кратность первичного тока, проходящего через ТТ, можно по кривым 10%-ной кратности для данного типа ТТ определить допустимую нагрузку , при которой погрешность ТТ не будет превышать 10%. И, наоборот, зная действительное значение нагрузки, которая подключена (или должна быть подключена) к вторичной обмотке ТТ, можно по кривым 10%-ной кратности определить допустимую кратность первичного токапри которой токовая погрешность ТТ также не будет превышать 10%.

2. Кривые зависимости предельной кратности К₁₀от сопротивления нагрузки, подключённой к вторичной обмотке (для трансформаторов тока, выпущенных в соответствии с ГОСТ 7746-78 *Е). Согласно указанному ГОСТ предельной кратностьюК₁₀называется наибольшее отношение, т.е. наибольшая кратность, первичного тока, проходящего через ТТ, к его номинальному току, при которой полная погрешность ТТ (ε) при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%. При этом гарантируемая предельная кратность при номинальной вторичной нагрузкеназывается номинальной предельной кратностью.

Аналогично рассмотренному выше, можно, пользуясь кривыми предельной кратности, определить либо допустимую нагрузку по известной кратности первичного тока, либо допустимую кратность первичного тока по известной нагрузке, при которых полная погрешность ТТ не будет превышать 10%.

3. Типовые кривые намагничивания, представляющие собой зависимость максимальных значений индукции (В) в сердечнике от действующих значений напряжённости магнитного поляНпри средней длине магнитного пути; определённом сечении сердечника; номинальном значении магнитодвижущей силы (А).

(2.11)

Напряжённость магнитного поля (А/см) выражается формулой:

(2.12)

где – намагничивающий ток, А;– средняя длина магнитного пути, см.

Таким образом, эта характеристика является характеристикой железа, из которого сделан ТТ, а для конкретного трансформатора тока она пересчитывается в вольт-амперную с учётом числа витков и геометрических размеров сердечника.

Определив Впо указанной формуле, по кривой намагничивания определяютН, ток намагничивания, а затем вторичный ток ТТ:

(2.13)

Следует иметь в виду, что ГОСТ допускает 20% отклонение характеристик от типовой. Поэтому рассчитанную характеристику нужно понизить по напряжению на 20%.

Действительные характеристики намагничивания (называются ниже вольт-амперными), представляющие собой зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки ТТ от проходящего по этой обмотке тока намагничивания, т.е.. Пользуясь действительными характеристиками намагничивания, можно также определитьии оценить допустимость полученной погрешности. Эта характеристика снимается непосредственно на используемом трансформаторе тока.

Нагрузка вторичной обмотки трансформаторов тока. Нагрузка вторичной обмотки ТТ складывается из последовательно включённых сопротивлений: реле, приборов, жил контрольного кабеля, переходного сопротивления в месте контактных соединении:

(2.14)

Для упрощения расчётов производится арифметическое, а не геометрическое сложение полных и активных сопротивлений. Нагрузка вторичной обмотки ТТ зависит также от схемы их соединения и вида КЗ. Поэтому нагрузка должна определяться для наиболее загруженного ТТ с учётом схемы соединения и для такого вида КЗ, при котором получаются наихудшие результаты.

Расчётные формулы для наиболее распространенных схем соединения вторичных обмоток ТТ и при различных видах КЗ приведены в табл. 2.1.

Расчёт нагрузки в зависимости от схемы соединения ТТ

Примечания: 1. В формулы по пп. 1–4 должно подставляться наибольшее значение (для наиболее загруженной фазы). 2. Величина во всех случаях принимается равна 0,1 Ом.

Проверка трансформаторов тока по действительным характеристикам намагничивания производится в следующем порядке:

1) определяется фактическая нагрузка Z_нподключённая к вторичной обмотке с учётом формул, приведённых в табл. 2.1;

2) определяется расчётный первичный и вторичный токи КЗ которые равны максимальному току КЗ в конце защищаемой зоны (для токовых отсечек ток КЗ равен уставке отсечки);

3) определяется расчётный ток намагничивания, равный ;

4) строится наиболее низкая характеристика намагничивания проверяемых ТТ и по этой характеристике и полученному выше току намагничивания определяется соответствующее ему значение напряженияU₂;

5) определяется допустимое сопротивление нагрузки, при котором погрешность ТТ не будет превышать 10% по значению и 7° по углу, по формуле.

(2.15)

Для того чтобы погрешность трансформатора тока не превышала допустимых 10%, рассчитанная в п. 1) нагрузка на его вторичную обмотку не должна превышать значения Z_нопределённого в п. 5).