Что такое трансформатор тока

Трансформатор тока: принцип работы и использование

Работа трансформатора тока (ТТ) основана на законе электромагнитной индукции, действующим в электрических и магнитных полях, изменяющихся по форме гармоник переменных синусоидальных величин.

ТТ применяются для измерения тока в приборах электроэнергетических систем. Они обеспечивают безопасность процедуры, так как позволяют изолировать первичную цепь с высоким напряжением от измерительной цепи. Кроме этого, трансформаторы позволяют выполнить моделирование определенных процессов и обеспечивают защиту электроустановок.

Статьи

Назначение и применение

Трансформаторы – электротехнические устройства, широко применяемые как в производственной, так и в бытовой сфере. При этом различают категории трансформаторов напряжения и трансформаторов тока.

Установка трансформатора тока осуществляется с целью преобразования значений переменного тока с высоких на первичной обмотке до малых на вторичной, что обеспечивает удобство и безопасность эксплуатации. Их используют при подключении приборов учета расхода электроэнергии (электросчетчиков) и других электроизмерительных приборов, а также устройств, обеспечивающих релейную защиту различных систем электроэнергетики.

Устройство и правильное подключение

Важнейшими конструкционными элементами трансформатора являются первичная и вторичная обмотки, а также магнитопровод, заключенные в единый корпус. При этом первичная обмотка выполняется обычно в один виток (обмотка более точных устройств имеет два витка), или представляет собой проходящую сквозь специальное окно силовую шину (трансформатор шинного исполнения).

Первичная обмотка подключается к источнику тока, вторичная – непосредственно к измерительным приборам и другим потребителям, характеризуемым малым значениям внутреннего сопротивления.

С целью предотвратить неверное подключение и, как следствие, последующую неисправность трансформатора тока либо подключаемых устройств, выводы трансформаторов маркируются буквенными и цифровыми обозначениями, как это показано на нижеприведенной схеме. Начало и конец первичной обмотки обозначают как Л1 и Л2 (линия), а начало и конец вторичной обмотки — как И1 и И2 (измерение). Обмотку напряжения необходимо подключать к проводам «фаза» и «ноль». С этой целью между выводами Л1 и И1 устанавливают специальную перемычку, а нулевой провод подсоединяют к третьему зажиму.

Трансформатора тока (общая схема)

В высоковольтных трансформаторах тока напряжением 6-10 кВ и более устанавливается несколько групп вторичных обмоток, к одной из которых подключают устройство защиты, а к прочим, более точным, – приборы учета или измерения.

Вторичные обмотки трансформаторов тока при установке в три фазы соединяют по методу «Звезды» (рис.1), при двухфазной установке – по схеме «Неполной звезды» (рис.2).

Чаще всего используются трансформаторы с номинальными значениями первичного тока от 50 до 2000 А. Показатель вторичного тока в большинстве случаев составляет 5А.

Меры профилактики

Правильное подключение трансформатора тока – залог нормальной работы оборудования.

Электромонтаж цепей тока и напряжения должен производиться сообразно Правилам Устройства Электроустановок. Согласно нормативным документам, сечение медного провода в токовых цепях должно быть не менее 2,5 кв. мм, в цепях напряжения — не менее 1,5 кв.мм.

Вторичные цепи трансформаторов тока должны в обязательном порядке быть заземлены. Это обеспечивает как сохранность самих приборов, так и безопасность людей.

Особенности эксплуатации

Каждый из трансформаторов тока должен обязательно подвергаться периодическим поверкам госповерителя и иметь на корпусе пломбу с соответствующим клеймом, а также отметку в техническом паспорте. Необходимо помнить об этом при установке нового трансформатора, следя за тем, чтобы на момент монтажа дата последующей госповерки не была просрочена. Поверка должна производиться регулярно, с интервалом в четыре-пять лет, в зависимости от марки трансформатора и его типа.

Принадлежность трансформатора к определенному классу предопределяет применение методики и установочного инструментария. Вместе с тем первичная установка или замена трансформатора тока регламентированы обязательными условиями работ, которые предусматривают соблюдение той или иной схемы подключения. Такие схемы могут различаться в зависимости от требований организации, на которую производителем и поставщиком возложены вопросы компетенции в сфере генерации и доставки электроэнергии потребителям. В частности, ряд определенных различий имеют схемы подключения от Ленэнерго и Сбытовой компании.

Петербургская сбытовая компания

Самый простой и одновременно наиболее надежный вариант установки трансформатора в бытовых условиях — вызов электрика на дом. Это позволит, не нарушая нормативные требования, квалифицированно и в точном соответствии со всеми предписаниями выполнить весь комплекс монтажных и электротехнических работ.

Компания ЭлектроТехников предлагает Вам любые электромонтажные работы начиная с установки осветительных систем и заканчивая работами по автоматизации технических процессов:

Замена эл. счетчика

Ремонт проводки ( замена проводки )

Установка эл. щита ( установка распределительного щита )

Установка розеток ( перенос розеток )

Проводка в квартирах ( проводка в коттеджах )

Трансформатор напряжения

Номенклатура изделий ТН очень разнообразна. Существует много позиций 5-ти типов изделий, отличающихся по своему назначению.

Силовой

В бытовой технике наиболее широко применяется силовой вид устройств, предназначенных для питания от сети 220В 50Гц. Это классические устройства, состоящие из W₁ и одной или нескольких обмоток W₂ на железном сердечнике. В зависимости от конфигурации магнитопровода бывают стержневые, кольцевые и тороидальные силовые ТН.

Измерительный

Этот аппарат аналогичен по принципу исполнения силовому, только рассчитан на подключение измерительных приборов, реле защиты и автоматики. Он позволяет использовать стандартные измерительные приборы для замеров высокого напряжения без вмешательства в конструктив.

Согласующий

Тип СТ согласовывает импеданс источника сигнала с импедансом нагружаемого каскада. Изделия подобного типа служат для согласования различных узлов в широком диапазоне частот (НЧ, СВЧ).

Лабораторный

Эти устройства задействуются для проведения различных экспериментов, отладки РЭА, активно используются в радиолюбительстве. Они представляют ступенчатые регуляторы U. В отличие от ЛАТРа, достойной альтернативой которому является, устройство имеет гальваническую развязку от сети 220В, 50 В.

Высоковольтный

Представляет однофазное и трехфазное электромагнитное устройство в открытом или литом блочном исполнении. Обычно номинальная мощность устройства ≤ 600 кВА, входное U₁ не превышает 20 кВ, а выходное U₂ ≤ 15 кВ.

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.

Назначение и принцип действия трансформаторов тока

Трансформаторы тока преобразуют первичный ток во вторичный ток меньшей величины в процессе гальванического разделения цепи. Они служат для включения амперметров и токовых катушек приборов измерения, отличающихся очень малым сопротивлением.

Трансформаторы тока постоянно работают в режиме короткого замыкания. Вторичная цепь защищается от сильных токов за счет эффекта насыщения стального сердечника.

Применяются ТТ там, где затруднительно произвести замеры токовых величин напрямую.

С использованием измерительных трансформаторов выполняют учет потребления электроэнергии.

О измерительных трансформаторах напряжения иы вкратце узнали. За более подробной информацией обращайтесь к менеджеру компании «КубаньЭлектрощит» Задавайте вопросы на сайте. Мы ответим в самые короткие сроки.

Классификация трансформаторов тока

Типы измерительных трансформаторов тока подразделяют на следующие классы:

по функциональности: на измерительные и защитные;

по току: постоянного и переменного тока;

по коэффициенту трансформации: одно и многодиапазонные;

по способу монтажа: внутреннего и наружного размещения, встроенные, накладные;

по напряжению: низкого и среднего;

по типу изготовления и диэлектрическому материалу: газо- и маслонаполненные, сухие.

Рис. №4. Внешний вид трансформатора тока ТОЛ-СЭЩ-20

Рис. №5. Опорный трансформатор тока ТОЛ-СЭЩ-10, внешний вид

Измерительные подключают напрямую к считывающему, записывающему и вычисляющему измерительному оборудованию. Также их подключают к защите от сверхтоков. Разделяются на однопроводниковые ТТ и трансформаторы с первичной обмоткой. Однопроводниковый трансформатор – это устройство с проемом для первичной цепи, он устанавливается на первичный проводник.

Мощность трансформаторов тока зависит от коэффициента трансформации и поперечного сечения сердечника.

При низком токе первичной обмотки применяется трансформатор тока с высокой пропускной способностью. Для того чтобы получить трансформатор тока с первичной обмоткой через однопроводниковый трансформатор несколько раз пропускают первичный проводник.

Маркировка клемм первичной обмотки: Р1 (К) и Р2 (L), вторичной S1 (k) S2 (i). Полярность соответствует направлению прохождению тока.

Трансформатор постоянного тока

Трансформатор для измерения постоянного тока работает по принципу магнитного усилителя и включает в свою конструкцию ферромагнитный сердечник и две обмотки постоянного и переменного тока.

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

• Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
• Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
• Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
• Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

Трансформаторы тока. Виды и устройство. Назначение и работа

В системе обеспечения электрической энергией трансформаторы выполняют различные функции. Конструкции классического вида применяются для изменения определенных свойств тока до значений, наиболее подходящих для осуществления измерений. Существуют и другие виды трансформаторов, которые выполняют задачи по корректировке свойств напряжения до значений, подходящих наилучшим образом для последующего распределения и передачи электроэнергии. Трансформаторы тока согласно своему назначению имеют особенности конструкции, и перечень основных и вспомогательных функций.

Назначение

Основной задачей такого трансформатора является преобразование тока. Он корректирует свойства тока с помощью первичной обмотки, подключенной в цепь по последовательной схеме. Вторичная обмотка измеряет измененный ток. Для такой задачи установлены реле, измерительные приборы, защита, регуляторы.

По сути дела, трансформаторы тока – это измерительные трансформаторы, которые не только измеряют, но и осуществляют учет с помощью приборов. Запись и сохранение рабочих параметров тока нужно для рационального применения электроэнергии при ее транспортировке. Это одна из функций трансформатора тока. Модели конструкций бывают преобразующего типа и силовые варианты исполнений.

Устройство

Обычно все варианты исполнений трансформаторов подобного вида снабжены магнитопроводами с вторичной обмоткой, которая при эксплуатации нагружена определенными значениями параметров сопротивления. Выполнение показателей нагрузки важно для дальнейшей точности измерений. Разомкнутая цепь обмотки не способна создавать компенсации потоков в сердечнике. Это дает возможность чрезмерному нагреву магнитопровода, и даже его сгоранию.

С другой стороны, магнитный поток, образуемый первичной обмоткой, имеет отличие в виде повышенных эксплуатационных характеристик, что также приводит к перегреву магнитопровода. Сердечник трансформатора тока изготавливают из нанокристаллических аморфных сплавов. Это вызвано тем, что трансформатор может работать с более широким интервалом эксплуатационных величин, которые зависят от класса точности.

Отличие от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Виды

Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

• Сухие.
• Тороидальные.
• Высоковольтные (масляные, газовые).

У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Принцип работы и применение

При эксплуатации в цепях с большим током появляется необходимость использовать небольшие устройства, которые бы помогали контролировать нужные параметры тока бесконтактным методом. Для таких задач широко применяются токовые трансформаторы. Они измеряют ток, а также выполняют много вспомогательных функций.

Такие трансформаторы производятся в значительном количестве и имеют разные формы и модели исполнения. Отличительными параметрами этих устройств является интервал измерения, класс защиты устройства и его конструкция.

В настоящее время новые трансформаторы тока работают по простому методу, который был известен в то время, когда появилось электричество. При действии с нагрузкой в проводе образуется электромагнитное поле, улавливающееся чувствительным прибором (трансформатором тока). Чем сильнее это поле, тем больший ток проходит в проводе. Нужно только рассчитать коэффициент усиления прибора и передать сигнал в управляющую цепь, либо в цепь контроля.

Трансформаторы выполняют функцию рамки на силовом проводе и реагируют на значение сети питания. Современные измерительные трансформаторы выполнены из большого числа витков, имеют хороший коэффициент трансформации. Во время настройки устройства определяют вольтамперные свойства для расчета точки перегиба кривой. Это нужно для выяснения участка графика с интервалом устойчивости функции трансформатора, который также имеет свой коэффициент усиления.

Кроме задач измерения, измеритель дает возможность разделить цепи управления и силовые цепи, что является важным с точки зрения безопасности. Применяя современные трансформаторы тока, получают сигнал небольшой мощности, не опасный для человека и удобный в работе.

В качестве нагрузки такого устройства может быть любой прибор измерения, который может работать с ним. При большом расстоянии оказывает влияние внутреннее сопротивление линии. В этом случае прибор калибруют. Также, сигнал можно передавать в цепь защиты и управления на основе электронных приборов.

С помощью них производят аварийное отключение линий. Приборы производят контроль сети, определяют нужные параметры. При проектировании встает задача по подбору прибора для измерения и контроля. Трансформаторы выбирают по средним параметрам сети и конструкции прибора измерения. Чаще всего мощные установки комплектуются своими измерительными устройствами.

На современном производстве широко применяются измерительные трансформаторы. Также они нашли применение и в обыденной жизни. Чувствительные приборы осуществляют защиту дорогостоящего оборудования, создают безопасные условия для человека. Они работают в электроцепях, создавая контроль над эксплуатационными параметрами.

Коэффициент трансформации

Этот коэффициент служит для оценки эффективности функционирования трансформатора. Его значение по номиналу дается в инструкции к прибору. Коэффициент означает отношение тока в первичной обмотке к току вторичной обмотки. Это значение может сильно меняться от числа секций и витков.

Нужно учитывать, что этот показатель не всегда совпадает с фактической величиной. Есть отклонение, определяемое условиями работы прибора. Назначение и метод работы определяют значения погрешности. Но этот фактор также не может быть причиной отказа от контроля коэффициента трансформации. Имея значение погрешности, оператор сглаживает ее аппаратурой специального назначения.

Установка

Простые трансформаторы тока, работающие на шинах, устанавливаются очень просто, и не требуют инструмента или техники. Прибор ставится одним мастером при помощи крепежных зажимов. Стационарные требуют оборудования фундамента, монтажа несущих стоек. Каркас крепится сваркой. К этому каркасу монтируется аппаратура. Комплект оснащения зависит назначение устройства и его особенности.

Подключение

Чтобы облегчить процесс соединения проводов с устройством, изготовители маркируют комплектующие детали цифровым и буквенным обозначением. С помощью такой маркировки операторы, которые обслуживают устройство, могут легко сделать соединение элементов.

Способ подключения взаимосвязан с устройством, принципом работы и назначением прибора. Также оказывает влияние и схема обслуживаемой сети. Трехфазные линии с нейтралью предполагают установку прибора только на двух фазах. Эта особенность вызвана тем, что электрические сети на напряжение 6-35 киловольт не оснащены нулевым проводом.

Контроль

Это мероприятие состоит из разных операций: визуальный осмотр, дается оценка всей конструкции, проверяется маркировка, паспортные данные и т.д. Далее, осуществляется размагничивание трансформатора с помощью медленного повышения тока на первичной обмотке. Далее, величину тока уменьшают.

Затем готовят главные мероприятия по измерению параметров. Поверка основывается на оценке правильности полярности клемм катушек по нормам, также определяют погрешность с дальнейшей сверкой с паспортными данными.

Безопасность

Основные опасности при функционировании измерительных трансформаторов обусловлены качеством намотки катушек. Необходимо учитывать, что под витками действует основа из металла, которая в открытом виде создает опасность и угрозу для обслуживающего персонала.

Поэтому создается график обслуживания, по которому проводится периодическая проверка устройства. Персонал обязан следить за состоянием обмоток катушек. Перед проведением проверки трансформатор отключается и подключаются шунтирующие закоротки и заземление обмотки.