Типы магнитопроводов
Основой трансформатора переменного тока является магнитопровод, который должен обладать определенными магнитными свойствами. В трансформаторах используется сталь особого состава и со специфической обработкой (трансформаторное железо). В процессе работы трансформатора в магнитопроводе образуются вихревые токи, которые нагревают сердечник и ведут к снижению КПД трансформатора. Для снижения вихревых токов сердечник выполняют не монолитным, а собранным из тонких стальных пластин или лент, покрытых непроводящим оксидным слоем.
По типу используемого металла сердечники разделяют на:
- Пластинчатые;
- Ленточные.
Первый тип сердечников собирается в виде пакета из отдельных пластин соответствующей формы, а второй – наматывается из ленты. В дальнейшем ленточный сердечник может быть разрезан на отдельные сегменты для удобства намотки провода.
По типу магнитопровода различают сердечники:
- Броневые;
- Стержневые.
Каждый из перечисленных типов может различаться формой пластин или сегментов:
- Броневый;
- Ш образный;
- Кольцевой.
Форма и тип сердечника в теории не влияют на методику расчета, но на практике это следует учитывать при определении КПД и количества витков обмоток.
Кольцевой (тороидальный) сердечник отличается наилучшими свойствами. Трансформатор, выполненный на таком магнитопроводе, будет иметь максимальный КПД и минимальный ток холостого хода. Это оправдывает самую большую трудоемкость выполнения обмоток, поскольку в домашних условиях эта работа выполняется исключительно вручную, без использования намоточного станка.
Правила выбора
При выборе трансформатора его напряжение не должно быть меньшим, чем номинальное напряжение счетчика.
U ном ≥ U уст
Аналогично поступаем при выборе ТТ по току, который должен быть равен или больше максимального тока контролируемой установки. С учетом аварийных режимов работы.
I ном ≥ I макс.уст
В ПУЭ описаны правила и нормативные требования к устройствам коммерческого учета счетчиками, а также уделено не мало внимания трансформаторам тока и нормам расчетных мощностей. Детально ознакомится можно в пункте ПУЭ 1.5.1.
Помимо этого существуют следующие правила выбора трансформатора тока для счетчика:
- Длина и сечение проводников от ТТ к узлу учета должны обеспечивать минимальную потерю напряжения (не более 0.25% для класса точности 0.5 и 0.5% для трансформаторов точностью 1.0). Для счетчиков, используемых для технического учета, допускается падение напряжения 1.5% от номинального.
- Для систем АИИС КУЭ трансформаторы должны иметь высокий класс точности. Для установки в такие системы используют ТТ класса S 0.5S и 0.2S, позволяя увеличить точность учета при минимальных первичных токах.
- Для коммерческого учета нужно выбрать класс точности ТТ не более 0.5. При использовании счетчика точностью 2.0 и для технического учета, допускается применение трансформатора класса 1.0.
- Выбор ТТ с завышенной трансформацией допускается, если при максимуме тока нагрузки, ток в трансформаторе не меньше 40% от I ном электросчетчика.
- При расчете количества потребленной энергии необходимо учитывать коэффициент преобразования.
- Расчет мощности ТТ производится в зависимости от сечения проводника и расчетной мощности.
Пример расчета:
По таблице ниже, согласно получившимся расчетным параметрам выбираем ближайший ТТ:
При заключении договора с энергоснабжающей организацией, в случае когда для производства учета необходима установка трансформаторов тока, для организации узла учета, выдаются технические условия, в которых указано модель узла учета а также тип ТТ, номинал автоматических выключателей место их установки для конкретной организации. В результате самостоятельные расчеты ТТ производить не нужно.
Напоследок советуем читателям https://samelectrik.ru просмотреть полезное видео по теме:
Надеемся, теперь вам стало понятно, как выбрать трансформаторы тока для счетчиков и какие варианты исполнения ТТ бывают. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Наверняка вы не знаете:
- Как установить счетчик электроэнергии
- Как выбрать кабель для электропроводки
- Схема подключения испытательной коробки
Трансформатор тока
Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.
Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.
Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.
В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.
СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.
Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60
ватт
Где:Р_2
– мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт
;
U
_2
– напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт
;
I
_2
– ток во вторичной цепи, в нагрузке.
КПД трансформатора мощностью до 100 ватт
обычно равно не более η = 0,8
.КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:
Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт
.
Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1
, мощности потребляемой от сети 220
вольт,
зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S
.
Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.
Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:
S = 1,2 · √P_1.
Где:S
– площадь в квадратных сантиметрах,P
_1 – мощность первичной сети в ваттах.
S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².
По значению S
определяется число витков w
на один вольт по формуле:
w = 50/S
В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.
w = 50/10,4 = 4,8
витка на 1 вольт.
Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.
Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:
W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.
Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:
W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков
,
округляем до 173 витка
.
В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.
Величина тока в первичной обмотке трансформатора:
I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера
.
Ток во вторичной обмотке трансформатора:
I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.
Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,для медного провода,
принимается 2 А/мм² .
При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I
.
Для первичной обмотки диаметр провода будет:
d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм
.
Диаметр провода для вторичной обмотки:
d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.
ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА,
то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.
Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:
s = 0,8 · d².
где
: d – диаметр провода
.
Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1
мм.
Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1
мм. равна:
s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм²
.
Округлим до 1,0
мм².
Изтаблицывыбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².
Например, это два провода диаметром по 0,8 мм
. и площадью по0,5 мм²
.
Или два провода: – первый диаметром 1,0 мм
. и площадью сечения 0,79 мм²
,– второй диаметром 0,5 мм
. и площадью сечения 0,196 мм²
.что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².
Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.
Смотрите статьи:– «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».– «Как изготовить каркас для Ш – образного сердечника».
Электрический аппарат – трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое – исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.
Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.
Определение вторичных токов нагрузки в цепях трансформаторов напряжения
В соответствии с токораспределением, приведенным на рис.1 (а) İав = İо + İса, отсюда İа = İав – İса. Если бы ток İав был равен по величине току İса, то векторная разность этих токов была бы равна √3 İса (см. рис.1). Прибавив к вектору √3 İса разницу в величинах токов İав и İса (см. рис. 1 г), получим некоторый вектор İa, величина которого определяется по выражению: İa = √3 İса + (İав — İса) (2)
Приняв İa = Iа, можно приближенно по выражению (2) определить величину тока Iа. Аналогично можно определить тока Iв и Iс.
Заменяя в выражении (2) Iа на Iф – ток в любой фазе, Iав на Iмакс – больший на двух токов междуфазных нагрузок -, Iса на Iмин – меньший из этих двух токов -, получим общее выражение для определения тока нагрузки любой фазы трансформатора. Iф = √3 Iмин + (Iмакс. – Iмин.) = Iмакс. + 1,73*Iмин – Iмин или Iф = Iмакс. + 0,73*Iмин. (3)
Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью
Простой измерительный аппарат предназначен для понижения номиналов напряжения, которое подается на измерители и защитные реле, подключенные к сети 6-10 кВ. Трансформатор исправно работает только в условиях заземления нейтрали.
При феррорезонансных реакциях (обрыв фазы ЛЭП, прикосновение ветвями, стекание капель росы по проводам, некорректная коммутация) существуют риски поломок трансформаторов напряжения. Частота сбоев составляет 17 и 25 Гц. В этих условиях через первичную обмотку протекает сверхток и она перегорает.
Если используется схема «Звезда-Звезда», в условиях повышения напряжения повышается индукция магнитопровода. Прибор перегорает. Предотвратить этот процесс можно при помощи:
- уменьшения показателей рабочей индукции,
- подключения в сети устройств, демпфирующих сопротивление,
- создания трехфазного устройства с общей магнитной пятистержневой системой,
- эксплуатации аппаратов, подключенный в сеть при размыкании треугольника,
- заземления нейтрали посредством реактора-токоограничителя.
Примеры реальных расчетов
В качестве примера можно выбрать питающую подстанцию жилого района. Нагрузка подстанции является III категории, поэтому коэффициент загрузки допустимо выбирать из большего значения – 0.9-0.95.
Характер потребления тока бытового сектора зависит от времени суток и сезона, но с учетом высокого коэффициента загрузки допустимо учитывать среднее значение потребляемой мощности. Для повышения надежности работы в период максимального потребления рекомендуется использование маслонаполненных трансформаторов, которые отличаются большой перегрузочной способностью в течение длительного периода времени (30% перегрузки в течение 2-х часов).
Класс точности
При правильном выборе токового трансформаторного устройства у потребителя появляется реальная возможность подключать измерительные и защитные приборы к высоковольтным электрическим линиям. Уровень класса точности – одна из наиважнейших характеристик, указывающих на измерительную погрешность, которая не должна быть выше, чем параметры по нормативным документам.
Класс точности определяется несколькими основными факторами, включая погрешности по току и углу, а также показатели относительной полной погрешности. Первые два понятия всегда характеризуются током намагничивания.
Принцип работы трансформатора тока
В приборах промышленного назначения используется несколько классов точности:
- 0.1
- 0.5
- 1.0
- 3.0
- 10Р
В соответствии с действующим на сегодняшний день в нашей стране ГОСТом, класс точности должен быть ориентирован на токовые погрешности, поэтому для показателей в ±40′ предполагается класс 0.5, а для ±80′ – класс 1.0. Следует отметить, что классы 3.0 и 10Р по существующим правилам не нормируются.
Наличие в маркировке буквенного обозначения «S» свидетельствует о классе точности в пределах 0.01-1.2. Класс 10Р используется в защитных цепях, а нормирование осуществляется в соответствии с относительной полной погрешностью не более десяти процентов. Допускается применение приборов с классом точности 1.0, но только если электрический счетчик обладает классом точности в две единицы.
Измерительно-информационная система, представленная устройствами, выполняющими приём, обработку и передачу данных, а также приборами учёта, способна формировать корректные показатели только при высокой точности токовых трансформаторов.
Для учёта в коммерческой сфере уровень класса точности должен составлять 0.5S, а для учёта технического – 1.0S.
Как измерить диаметр провода
Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.
Провод сначала лучше прогреть на пламени спички и лишь потом скальпелем удалить ослабленную изоляцию. Если этого не сделать, то вместе с изоляцией можно удалить и часть меди, что снизит точность измерения особенно для тонкого провода.
Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке. Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.
Пример.
Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.
39 / 100 = 0,39 мм
По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.
Таблица данных обмоточных проводов.
| Диаметр без изоляции, мм | Сечение меди, мм² | Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом | Допустимая нагрузка при плотности тока 2А/мм² | Диаметр с изоляцией, мм | Вес 100м с изоляцией, гр |
| 0,03 | 0,0007 | 24,704 | 0,0014 | 0,045 | 0,8 |
| 0,04 | 0,0013 | 13,92 | 0,0026 | 0,055 | 1,3 |
| 0,05 | 0,002 | 9,29 | 0,004 | 0,065 | 1,9 |
| 0,06 | 0,0028 | 6,44 | 0,0057 | 0,075 | 2,7 |
| 0,07 | 0,0039 | 4,73 | 0,0077 | 0,085 | 3,6 |
| 0,08 | 0,005 | 3,63 | 0,0101 | 0,095 | 4,7 |
| 0,09 | 0,0064 | 2,86 | 0,0127 | 0,105 | 5,9 |
| 0,1 | 0,0079 | 2,23 | 0,0157 | 0,12 | 7,3 |
| 0,11 | 0,0095 | 1,85 | 0,019 | 0,13 | 8,8 |
| 0,12 | 0,0113 | 1,55 | 0,0226 | 0,14 | 10,4 |
| 0,13 | 0,0133 | 1,32 | 0,0266 | 0,15 | 12,2 |
| 0,14 | 0,0154 | 1,14 | 0,0308 | 0,16 | 14,1 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,99 | 0,0354 | 0,17 | 16,2 |
| 0,16 | 0,0201 | 0,873 | 0,0402 | 0,18 | 18,4 |
| 0,17 | 0,0227 | 0,773 | 0,0454 | 0,19 | 20,8 |
| 0,18 | 0,0255 | 0,688 | 0,051 | 0,2 | 23,3 |
| 0,19 | 0,0284 | 0,618 | 0,0568 | 0,21 | 25,9 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,558 | 0,0628 | 0,225 | 28,7 |
| 0,21 | 0,0346 | 0,507 | 0,0692 | 0,235 | 31,6 |
| 0,23 | 0,0416 | 0,423 | 0,0832 | 0,255 | 37,8 |
| 0,25 | 0,0491 | 0,357 | 0,0982 | 0,275 | 44,6 |
| 0,27 | 0,0573 | 0,306 | 0,115 | 0,31 | 52,2 |
| 0,29 | 0,0661 | 0,2бб | 0,132 | 0,33 | 60,1 |
| 0,31 | 0,0755 | 0,233 | 0,151 | 0,35 | 68,9 |
| 0,33 | 0,0855 | 0,205 | 0,171 | 0,37 | 78 |
| 0,35 | 0,0962 | 0,182 | 0,192 | 0,39 | 87,6 |
| 0,38 | 0,1134 | 0,155 | 0,226 | 0,42 | 103 |
| 0,41 | 0,132 | 0,133 | 0,264 | 0,45 | 120 |
| 0,44 | 0,1521 | 0,115 | 0,304 | 0,49 | 138 |
| 0,47 | 0,1735 | 0,101 | 0,346 | 0,52 | 157 |
| 0,49 | 0,1885 | 0,0931 | 0,378 | 0,54 | 171 |
| 0,51 | 0,2043 | 0,0859 | 0,408 | 0,56 | 185 |
| 0,53 | 0,2206 | 0,0795 | 0,441 | 0,58 | 200 |
| 0,55 | 0,2376 | 0,0737 | 0,476 | 0,6 | 216 |
| 0,57 | 0,2552 | 0,0687 | 0,51 | 0,62 | 230 |
| 0,59 | 0,2734 | 0,0641 | 0,547 | 0,64 | 248 |
| 0,62 | 0,3019 | 0,058 | 0,604 | 0,67 | 273 |
| 0,64 | 0,3217 | 0,0545 | 0,644 | 0,69 | 291 |
| 0,67 | 0,3526 | 0,0497 | 0,705 | 0,72 | 319 |
| 0,69 | 0,3739 | 0,0469 | 0,748 | 0,74 | 338 |
| 0,72 | 0,4072 | 0,043 | 0,814 | 0,78 | 367 |
| 0,74 | 0,4301 | 0,0407 | 0,86 | 0,8 | 390 |
| 0,77 | 0,4657 | 0,0376 | 0,93 | 0,83 | 421 |
| 0,8 | 0,5027 | 0,0348 | 1,005 | 0,86 | 455 |
| 0,83 | 0,5411 | 0,0324 | 1,082 | 0,89 | 489 |
| 0.86 | 0,5809 | 0,0301 | 1,16 | 0,92 | 525 |
| 0,9 | 0,6362 | 0,0275 | 1,27 | 0,96 | 574 |
| 0,93 | 0,6793 | 0,0258 | 1,36 | 0,99 | 613 |
| 0,96 | 0,7238 | 0,0242 | 1,45 | 1,02 | 653 |
| 1 | 0,7854 | 0,0224 | 1,57 | 1,07 | 710 |
| 1,04 | 0,8495 | 0,0206 | 1,7 | 1,12 | 764 |
| 1,08 | 0,9161 | 0,0191 | 1,83 | 1,16 | 827 |
| 1,12 | 0,9852 | 0,0178 | 1,97 | 1,2 | 886 |
| 1,16 | 1,057 | 0,0166 | 2,114 | 1,24 | 953 |
| 1,2 | 1,131 | 0,0155 | 2,26 | 1,28 | 1020 |
| 1,25 | 1,227 | 0,0143 | 2,45 | 1,33 | 1110 |
| 1,3 | 1,327 | 0,0132 | 2,654 | 1,38 | 1190 |
| 1,35 | 1,431 | 0,0123 | 2,86 | 1,43 | 1290 |
| 1,4 | 1,539 | 0,0113 | 3,078 | 1,48 | 1390 |
| 1,45 | 1,651 | 0,0106 | 3,3 | 1,53 | 1490 |
| 1,5 | 1,767 | 0,0098 | 3,534 | 1,58 | 1590 |
| 1,56 | 1,911 | 0,0092 | 3,822 | 1,64 | 1720 |
| 1,62 | 2,061 | 0,0085 | 4,122 | 1,71 | 1850 |
| 1,68 | 2,217 | 0,0079 | 4,433 | 1,77 | 1990 |
| 1,74 | 2,378 | 0,0074 | 4,756 | 1,83 | 2140 |
| 1,81 | 2,573 | 0,0068 | 5,146 | 1,9 | 2310 |
| 1,88 | 2,777 | 0,0063 | 5,555 | 1,97 | 2490 |
| 1,95 | 2,987 | 0,0059 | 5,98 | 2,04 | 2680 |
| 2,02 | 3,205 | 0,0055 | 6,409 | 2,12 | 2890 |
| 2,1 | 3,464 | 0,0051 | 6,92 | 2,2 | 3110 |
| 2,26 | 4,012 | 0,0044 | 8,023 | 2,36 | 3620 |
| 2,44 | 4,676 | 0,0037 | 9,352 | 2,54 | 4220 |
Советуем изучить Указатель напряжения, разновидности, функции, инструкции по использованию
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.
Особенности выбора
В процессе выбора трансформатора тока необходимо руководствоваться базовыми параметрами:
- Номинал сетевого напряжения. Номинальный показатель должен превышать или быть равным рабочему напряжению.
- Ток первичной и вторичной обмотки. Первый показатель зависит от коэффициента трансформации, второй – зависит от того, какой счетчик.
- Коэффициент преобразования. Подбирается по нагрузке в аварийных случаях, но ПУЭ устанавливают необходимость монтажа устройств с коэффициентом, большим, чем номинальный.
- Класс точности. Зависит от целевого использования счетчика. На коммерческом предприятии оправданы приборы 0,5S, в частном доме – 1S.
Конструктивное исполнение определяется типом счетчика. Для моделей до 18 кВ подойдет однофазный или трехфазный аппарат. Если значение больше 18 кВ, используется трансформатор на одну фазу.
Подбор токового трансформатора для организации релейной защиты
Релейный токовый трансформатор отличается классом точности 10Р и 5Р. В ПУЭ установлено, что его погрешность не должна быть более 10 % по току и 7 градусов по углу. При превышении погрешности устанавливается дополнительное оборудование.
В нормальных условиях трансформаторное реле определяет тип поломки (низкое напряжение, повышенный/пониженный ток или частота). После измерения параметров и обнаружения отклонений активируется защита – сеть обесточивается.
Нюансы выбора устройств для цепи учета
К цепи учета для корректности замеров можно подключать приборы с классом точности не более 0,5(S). При наличии колебаний и аварий графики протекания тока и напряжения бывают некорректными. Несоблюдение класса точности может привести к завышению показателей счетчика.
В п. 1.5.17 ПУЭ установлено, что при завышенном коэффициенте трансформатор для цепи учета должен иметь вторичный ток:
- при максимальной нагрузке – не более 40 %,
- при минимальной нагрузке – не более 5 %,
- класс точности – от 25 до 100 % от номинала.
Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току
Табличный подбор оборудования целесообразно производить после уточнения технических параметров аппарата. Если они известны, стоит выбрать ТТ по таблице, где указана мощность, нагрузка и трансформационный коэффициент.
| Максимальная мощность при расчете, кВА | Сеть 380 В | |
| Нагрузка, А | Коэффициент трансформации, А | |
| 10 | 16 | 20/5 |
| 15 | 23 | 30/5 |
| 20 | 30 | 30/5 |
| 25 | 38 | 40/5 |
| 35 | 53 | 50/5 или 75/5 |
| 40 | 61 | 75/5 |
| 50 | 77 | 75/5 или 100/5 |
Для сети с напряжением 1,5 кВ применяется аналогичная таблица.
| Максимальная мощность при расчете, кВА | Сеть 1,5 кВ | |
| Нагрузка, А | Коэффициент трансформации, А | |
| 100 | 6 | 10/5 |
| 160 | 9 | 10/5 |
| 180 | 10 | 10/5 или 15/5 |
| 240 | 13 | 15/5 |
Конструкция и принцип работы
Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.
Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.
Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:
- магнитопровод (сердечник);
- обмотки;
- каркас для расположения обмоток;
- изолятор;
- различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).
Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.
Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.
По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:
- Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
- Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
- Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
- Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
- Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.
К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.
В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.
Трансформаторы тока ТОЛ-10.
Опорные трансформаторы тока ТОЛ-10 ТУ16 — 2011 ОГГ.671 210.001 ТУ взамен ТУ16 — 2004 ОГГ.671 213.013 ТУ.
Трансформаторы тока ТОЛ-10 устанавливаются в комплектные распределительные устройства (КРУ).
Трансформаторы тока изготавливаются в климатическом исполнении «УХЛ» категории размещения 2.1 по ГОСТ 15150. Трансформаторы тока ТОЛ-10-М изготавливаются в в климатическом исполнении «УХЛ» категория размещения 2 по ГОСТ 15150. Трансформаторы предназначены для эксплуатации в следующих условиях:
- высота установки над уровнем моря — не более 1000 м;
- верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации минус 60 °С;
- относительная влажность, давление воздуха согласно ГОСТ 15543.1;
- окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию (атмосфера типа II по ГОСТ 15150);
- рабочее положение трансформаторов в пространстве — любое;
- трансформаторы предназначены для эксплуатации в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений при обычных мерах грозозащиты, и имеют нормальную изоляцию уровня «б» по ГОСТ 1516.3 класса нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865 и класса воспламеняемости FH (ПГ) по ГОСТ 28779;
- трансформаторы соответствуют группе условий эксплуатации М6 по ГОСТ 17516.1;
- трансформаторы сейсмостойкости при воздействии землетрясений интенсивностью 8 баллов по MSK-64 при уровне установки над нулевой отметкой до 70 м;
- трансформаторы, предназначенные для поставки на АС, соответствуют классу безопасности ЗН по НП-001-97 и II категории сейсмостойкости по НП-031-01;
- трансформаторы соответствуют требованиями устойчивости к электромагнитным помехам при воздействии магнитного поля промышленной частоты по ГОСТ Р 50648, установленным для группы исполнения IV по ГОСТ Р 50746;
- трансформаторы удовлетворяют нормам индустриальных радиопомех, установленным в ГОСТ Р 51318.11, класс А, группа 1.
Тороидальный трансформатор, как сделать своими руками?
Первое, что приходит в голову – взять готовый тор от сломанной бытовой техники, и попробовать изменить параметры вторичной обмотки под ваши расчеты. Как перемотать трансформатор своими руками, знают все радиолюбители.
Но тороидальный сердечник не разбирается, если пропускать через «бублик» пару тысяч (или даже сотен) витков, на перемотку уйдут месяцы. Да и вероятность повредить оболочку проволоки при таком способе довольно высока.
Важно! Намоточная медная проволока имеет защитное лаковое покрытие. Иногда тряпичное, для мощных обмоток
Дополнительная изоляция увеличивает сечение, соответственно объем обмотки вырастает втрое. Поэтому при наматывании, витки укладываются без продольного перемещения (протяжки), чтобы не повреждать изоляцию.
Чтобы не задаваться вопросами типа: «Что можно сделать из трансформатора от микроволновки?» (из него делают споттеры для точечной сварки), логичнее будет подбирать трансформатор под конкретную задачу, а не наоборот.
Если ваш электроприбор компактный, ищите тороидальный преобразователь. Кстати, в микроволновых печах применяются бронированные трансформаторы, достаточно крупного размера.
Имея представление о характеристиках собираемого блока питания, вы должны знать, как рассчитать мощность трансформатора. Получив эту важную характеристику, начинаете поиски донора. Если приобретенный трансформатор имеет заводскую этикетку, или еще лучше, паспорт изделия – вы пользуетесь этой информацией. А если у вас в руках безымянное изделие? 
Первый вопрос, который возникнет: «Как определить выводы трансформатора?» Необходимо произвести замеры сопротивления между контактами с помощью мультиметра. Надо найти первичную обмотку. Как правило, контакты первички не соединены с вторичными обмотками.
То есть, если прозвонка показала гарантировано обособленную обмотку, это первичка. По результатам замеров рисуем схему, и приступаем к определению коэффициентов понижения напряжения.
Важно! Вы должны точно быть уверенными в том, что перед вами именно трансформатор напряжения на 220 вольт, а не дроссель или прибор, рассчитанный на иное входное напряжение. На контакты первичной обмотки подводим напряжение 220 вольт
Для безопасности можно ограничить ток какой-нибудь нагрузкой. Например, последовательно включить лампу накаливания мощностью 40-60 Вт. Лампа шунтируется обычным тумблером. Подключение производится через предохранитель, или бытовой удлинитель с защитным автоматом (на случай короткого замыкания). Необходимо дать поработать тору несколько минут «в холостую» с включенной лампой. Затем отключите питание, и оцените температуру устройства. Если избыточного нагрева нет – шунтируйте лампу выключателем и снова дайте время на проверку нагрева
На контакты первичной обмотки подводим напряжение 220 вольт. Для безопасности можно ограничить ток какой-нибудь нагрузкой. Например, последовательно включить лампу накаливания мощностью 40-60 Вт. Лампа шунтируется обычным тумблером. Подключение производится через предохранитель, или бытовой удлинитель с защитным автоматом (на случай короткого замыкания). 
Необходимо дать поработать тору несколько минут «в холостую» с включенной лампой. Затем отключите питание, и оцените температуру устройства. Если избыточного нагрева нет – шунтируйте лампу выключателем и снова дайте время на проверку нагрева.
После этого можно приступать к составлению диаграммы напряжения на вторичных обмотках. Произведите замеры на контактах во всех возможных комбинациях. Результаты отобразите на схеме. Получив полную картину, подайте на обмотки нагрузку, соответствующую напряжению. Лучший способ – та же лампа накаливания.
Внимание! Проверка вторичных обмоток под нагрузкой – косвенный способ, как узнать мощность трансформатора. Оценить возможности прибора можно по степени нагрева под нагрузкой
Нормальная температура – не более 45°С. То есть, сразу после отключения от сети, трансформатор можно трогать рукой без температурного дискомфорта
Оценить возможности прибора можно по степени нагрева под нагрузкой. Нормальная температура – не более 45°С. То есть, сразу после отключения от сети, трансформатор можно трогать рукой без температурного дискомфорта.
