Где применяется измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор тока. Что это и зачем он нужен?

Одновременно с входом в нашу жизнь электричества остро встали некоторые вопросы, тесно связанные с его эксплуатацией. Одним из них стал вопрос организации токовой защиты цепи. Появилась необходимость в разделении силовых цепей и цепей защиты, а также в создании и организации сложных защит, которые невозможно собрать, используя аппараты только в силовых цепях.

Дело в том, что защита электропроводки в обычных квартирах сводится к применению автоматических выключателей или предохранителей, а защита от поражения электрическим током — к применению УЗО или АВДТ. Вышеперечисленные аппараты встраиваются непосредственно в защищаемую цепь и, как правило, не имеют дистанционных органов управления.

В сетях с более высокими мощностями и токами, где уже требуется релейная защита, работающая по определенным алгоритмам, (например, АПВ — автоматическое повторное включение) требуется организовать питание целого ряда устройств и реле цепей защиты. Для этого применяется трансформатор тока — электротехническое устройство, предназначенное для уменьшения первичного тока (тока измеряемой рабочей цепи) до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, находящихся во вторничной цепи. К нему подключаются следующие устройства: амперметры, преобразователи тока, обмотки токовых реле, счетчиков, ваттметров и другие.

Технические характеристики и режим работы

Основным параметром трансформатора тока является его коэффициент трансформации, то есть кратность первичного тока ко вторичному. Ряд первичных токов включает следующие значения: 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000 (А).

С целью унификации и стандартизации всего выпускаемого измерительного и защитного оборудования существует стандартная величина вторичного тока — это 5 А. Соответственно, коэффициент трансформации определяется так: Kт= 400/5= 80.

Трансформатор тока работает в режиме близкому к короткому замыканию, т.к. сумма сопротивлений последовательно подключенных приборов защиты не превышает несколько десятых долей Ом.

Не менее важной задачей, которую как раз и решает трансформатор тока (ТТ) является отделение вторичных цепей измерения и защиты от силовых цепей высокого напряжения и, следовательно, обеспечение безопасности работы с устройствами измерения и защиты.

Применение

Кроме основных задач, описанных выше, трансформаторы тока применяются при косвенном подключении счетчиков электрической энергии. Это обусловлено тем, что счетчики при прямом включении в сеть с большими рабочими токами выйдут из строя. Поэтому возникает необходимость в снижении измеряемых рабочих токов до приемлемых величин, например, до стандартных 5 Ампер.

Современный рынок предлагает решения совместимые как с проводами, так и с шинами.

Важное замечание

Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока не допускается при протекании рабочих токов в первичной обмотке. При разомкнутой вторичной цепи ТТ ЭДС может достигать 1000 В и более, что крайне опасно для обслуживающего персонала. Поэтому при замене аппарата, включенного в цепь трансформатора тока, необходимо сначала замкнуть накоротко (шунтировать) измерительную обмотку ТТ, а затем производить отключение вышедшего из строя прибора. Поэтому измерительную (вторичную) обмотку трансформатора тока необходимо заземлить для исключения появления высокого напряжения на выводах И1 И2.

Трансформаторы тока выполняют не только важные задачи отделения защитных цепей от силовых и унификации оборудования, но и применяются при подключении счетчиков электроэнергии в сетях с большими рабочими токами, где прямое включение невозможно.

Измерительные трансформаторы

Электрическое оборудование нуждается в постоянном контроле — особенно на крупных производствах. Для отслеживания состояния электрооборудования в промышленных компаниях и нужны измерительные трансформаторы. Они помогают регулировать потребление электричества. Общая классификация делит эти устройства на 2 типа – трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Зачем нужны трансформаторы?

Если в оборудовании до 1000 В напряжение измеряют путем подключения вольтметров, то в сетях мощностью выше 6 кВ это недопустимо. Тому есть 2 причины:

Чтобы измерить высокую силу тока, ее нужно предварительно понизить до параметра, который будет восприниматься рамкой стрелочного прибора или электронными преобразователями. Резистивные измерители с задачей справиться не смогут, а уменьшающий трансформатор будет неудобно использовать из-за его громоздкости.
Обмотка проводников должна выдержать среднюю нагрузку электрооборудования. Также необходимо соблюдение промежутков между фазами ПУЭ. Без трансформаторов выполнение этих условий невозможно.

Силу тока перед измерением нужно понижать. Трансформаторы напряжения и тока здесь отлично помогут.

Конструкции и виды трансформаторов

Трансформаторы тока и напряжения выполняют одну функцию, но имеют конструктивные различия.

Устройства напряжения

Независимо от того, для какой силы тока предусмотрена первичная обмотка, вторичная катушка всегда имеет одно напряжение – 100 В. Для счетчика электроэнергии не имеет значения, с какими устройствами «сотрудничать» – 6 кВ, 10 кВ или другими.

Поэтому если для него подходят измерительные трансформаторы напряжения (ТН), в технических характеристиках счетчика указывается 3×100. Это значит, что к одному устройству должно подключаться сразу 3 фазы.

Устройства измерения напряжения по конструкции могут быть 2 видов:

Компонент для преобразования одной фазы помещен в отдельный корпус. Если устройство трехфазное, подключают сразу 3 элемента.
В одном корпусе находится элемент для работы сразу с 3 фазами. Первичные обмотки всех компонентов трехфазного устройства соединены в виде звезды.

Для защиты первичных обмоток служат предохранители. Вторичные обмотки раньше защищались аналогично, сейчас предохранители заменили автоматическими выключателями.

У устройств напряжения несколько вторичных обмоток:

для учетных приборов (точность 0.5);
для измерительных элементов (точность 0.5);
для компонентов релейной защиты (класс 10P);
для рассоединенного треугольника (класс 10P).

Класс точности нужен для фиксации измерений. Но здесь важно учитывать, что измерительная обмотка будет работать в указанном классе точности, если нагрузка на нее не превышена. Поэтому на приборе обязательно прописывается допустимая мощность.

Устройства тока

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) тоже оборудованы первичной и вторичной обмотками. Однако есть некоторые отличия:

первичный слой может иметь одну или несколько закруток, но чаще всего он выглядит, как шина, которая проходит через весь корпус;
у ТТ до 1000 В только одна вторичная катушка, у высоковольтных – минимум две.

Заявленный ток на второй обмотке всегда будет равен 5 А независимо от напряжения, для которого подготовлена первичная катушка. В остальном по принципу работы ТТ аналогичен ТН.

Технические характеристики трансформаторов тока

Наиболее важны следующие характеристики устройств:

Номинальное напряжение. Оно прописывается в киловольтах в техпаспорте оборудования. Цифра может иметь разброс от 0,66 до 1150 кВ.
Заявленный ток на первичной катушке (l1). Зависит от конкретной категории устройства. Допускается разброс от 1,0 до 40000,0 А.
Ток вторичной обмотки (l2). Встречаются значения 1,0 А или 5,0 А. На заказ могут производиться приборы на 2,0 А или 2,5 А.

Еще одним важным значением считают коэффициент трансформации (КТ). Он характеризует взаимоотношения между первичным и вторичным токами. Рассчитывается по формуле КТ=L1/L2. Вычисляемый таким образом коэффициент считается действительным.

Принцип действия трансформаторов

В основе работы трансформаторов лежит закон электромагнитной индукции. Пошаговая расшифровка принципа работы такова:

Из внешней электросети ток отправляется на силовую первичную катушку, где работает с ее сопротивлением. В результате вокруг обмотки возникает магнитный ток.
Это поле улавливается магнитопроводом. Магнитный поток размещается перпендикулярно направлению тока, поэтому потери силы тока во время трансформации минимальны.
Затем начинается пересечение вторичной обмотки, в ходе которого магнитный поток активирует функции, движущие электроток.

Под воздействием электродвижущей силы возникает ток, которому приходится преодолевать полное сопротивление катушки и итогового напряжения. При выходе из вторичной обмотки нагрузка падает.

Варианты маркировки

На корпусе каждого трансформатора есть маркировка с техническими данными. Встречаются такие маркировки:

ТДТН-1600/110. Уменьшающее устройство с трехфазным действием. Снабжено принудительным масляным охлаждением и компонентом РПН. Заявленная мощность – 1600, показатели на обмотке – 110 кВ.
ТМ-100/10. Трансформатор с двойной обмоткой. Предназначен для работы с трехфазной сетью. Процесс охлаждения естественный, работает на масле. Нагрузка меняется посредством ПБВ узла. Допустимая сила – 100 кВА, класс обмотки – 10 кВ.
АТДЦТН-120000/500/110-85. Автотрансформатор для сети с 3 фазами, оснащенный 3 катушками. Искусственная система масляной циркуляции. Есть устройство РПН. Мощность 25 МВА, производительность обмотки – 35 кВ. Используется на электростанциях.
ТРДНС-25000/35-80. Оборудование для подключения к трехфазной электросети. Имеет 2 расщепленные обмотки. Охлаждается путем циркулирования масляной жидкости. Мощность 25 МВА. Класс напряжения – 35 кВ. Конструкция была изготовлена в 1980 году.

Схема подключения трансформатора

Рассмотрим схему подключения оборудования на примере однофазного устройства. Особенно внимательно нужно отнестись к порядку подключения кабелей к клеммам:

К первой клемме присоединяется фазный провод. Он может быть белым, черным или коричневым.
Ко второй клемме подключают фазный провод, который испытывает силовую нагрузку. Цвет кабеля такой же – коричневый, белый или черный.
К третьей клемме крепят нулевой электропровод. Он окрашен в голубой или синеватый цвет.
На четвертую клемму подключается провод «ноль» голубого или синего оттенка.

Такое устройство не требует обеспечения защиты на заземление. На однофазном счетчике есть дополнительные участки для подключения. Они считаются вспомогательными и служат для обеспечения большей эффективности. Также с их помощью можно организовать автоматизированный учет потребляемой электроэнергии.

Как выбрать трансформатор?

При выборе трансформатора учитывайте заявленное напряжение устройства — оно не должно быть ниже, чем в электросети. Для трехфазной электросети в 380 В подойдет ТТ с показателем от 0,66 кВ. Однако на оборудование с мощностью свыше 1000 В его ставить нельзя.

Есть и другие правила:

Сечение кабеля для подсоединения трансформатора к цепи вторичной катушки не должно вызывать превышенные потери. Например, для класса с точностью 0,5 максимально возможные растраты – 0,25%.
В системах коммерческого учета ставят оборудование с высокими разрядами точности и минимальной степенью погрешности.
Возможна установка приборов с превышенным КТ. Но только если при максимальной нагрузке напряжение составит меньше половины от теоретически возможного.

Лучше делать акцент на брендовых марках — скажем, Schneider Electric, ABB. Только тогда можно быть уверенным, что цифры из техпаспорта будут соответствовать действительности.

Трансформаторы

В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:

По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Виды трансформаторов

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

силовые
измерительные
специальные

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Виды трансформаторов

Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

тока
напряжения

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Виды трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Виды трансформаторов

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

разделительные
согласующие
высокочастотные
сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач

Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

Виды трансформаторов

Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов

Чтобы измерить высокую силу тока, ее нужно предварительно понизить до параметра, который будет восприниматься рамкой стрелочного прибора или электронными преобразователями. Резистивные измерители с задачей справиться не смогут, а уменьшающий трансформатор будет неудобно использовать из-за его громоздкости.
Обмотка проводников должна выдержать среднюю нагрузку электрооборудования. Также необходимо соблюдение промежутков между фазами ПУЭ. Без трансформаторов выполнение этих условий невозможно.

Силу тока перед измерением нужно понижать. Трансформаторы напряжения и тока здесь отлично помогут.

Эксплуатация

Эксплуатация измерительных трансформаторов должна проводиться строго в соответствии с рекомендациями и предписаниями фирмы-изготовителя. В процессе использования устройств рекомендуется регулярный профилактический осмотр с целью выявления возможных неисправностей и быстрого их устранения.

Регулярное обслуживание для трансформаторов тока предусматривает следующие мероприятия:

контроль нагрузки внешней цепи с целью недопущения перегрузок (коэффициент перегруженности линии не может быть больше 20%);
внешний осмотр состояния подводящих контактов;
проверка целостности фарфоровых изоляторов;
осмотр внешней изоляции, удаление загрязнений и влаги.

Для трансформаторов напряжения рекомендуется проводить регулярные профилактические осмотры:

состояние внешнего кожуха на предмет наличия повреждений и подтеков масла; проверка уровня масла; необходимо обращать внимание на наличие специфических тресков и посторонних шумов внутри изделия; проверка целостности фарфоровых изоляторов и сварных швов.

При обнаружении любого вида неполадок устройство обесточивается и выводится из эксплуатации.

Ремонт измерительных трансформаторов проводят специализированные организации (обычно это сертифицированные мастерские от фирм производителей оборудования).

Чтобы узнать больше о новинках в мире электротехники, увидеть современное оборудование и узнать о передовых технологиях в профильных отраслях, достаточно посетить выставку «Электро».

Широкая международная экспозиция будет принимать посетителей на территории ЦВК «Экспоцентр».

На выставке можно больше узнать больше о назначении, принципе действия измерительных трансформаторов, а также особенностях монтажа и ремонта устройств.

Проектирование, монтаж, эксплуатация, обслуживание систем электроснабженияЭлектробезопасностьСредства охраны труда