Трансформаторы тока для электросчетчиков: расчет по нагрузке и назначение

Разновидности трансформаторов тока

При выборе трансформатора нужно учитывать его место расположение (закрытые или открытые распределительные установки, встраиваемые системы), а также конструктивные особенности исполнения (проходные, шинные, опорные, разъемные).

Проходной трансформатор тока

Проходной трансформатор тока устанавливают в комплексных РУ и используют в качестве проходного изолятора. Опорные используют для установки на ровной поверхности.

Шинный трансформатор тока

Шинный трансформатор тока устанавливается непосредственно на токоведущие части. В роли первичной обмотки трансформатора выступает участок шины.

Встроенные трансформатор тока

Встроенные трансформатор тока как элемент конструкции, устанавливаются в силовые трансформаторы, масляные выключатели и пр.

Разъемные трансформатор тока

Разъемные трансформатор тока выполнены разборными для быстрой установки на жилы кабеля, без физического вмешательства в целостность электрических сетей.

Кроме того, разделение также проходит по типу используемой изоляции:

литая;
пластмассовый корпус;
твердая;
вязкая компаудная;
маслонаполненная;
газонаполненная;
смешанная масло-бумажная.

И различают по спецификации и сфере применения:

коммерческий учет и измерения;
защита систем электроснабжения;
измерения текущих параметров;
контроль и фиксация действующих значений;

Также различаются трансформаторы по напряжению: для электроустановок до 1000 Вольт и выше

Номинальное напряжение трансформатора тока

Одним из основных параметров, относящихся к трансформаторам тока для электрических счётчиков, является уровень номинального напряжения, который указывается в паспорте на прибор. Номинальные значения напряжения варьируется от 0.66кВт до 1150кВт:

0,66 кВт;
6.0 кВт;
10 кВт;
15 кВт;
20 кВт;
24 кВт;
27 кВт;
35 кВт;
110 кВт;
150 кВт;
220 кВт;
330 кВт;
500 кВт;
750 кВт;
1150 кВт.

Номинальные значения уровня первичного тока на электрической цепи обозначают токовые показатели на первичной трансформаторной обмотке.

Параметры вторичного номинального тока — это стандартные показатели на обмотке вторичного типа. Определение таких токовых потоков осуществляется по номинальным значениям мощности и напряжения.

При этом первичный тип обмотки подключается к источнику электрической энергии, а замыкание вторичной обмотки приходится на устройства измерительного или защитного типа, с низкими показателями внутреннего сопротивления.

Действующие параметры номинального или линейного напряжения, в условиях которых сохраняется работоспособность измерительного токового трансформатора, обязательно указываются в сопроводительной документации и отражены в таблице для прибора.

Расчет тока трехфазного КЗ

1.1. Определяем максимальный рабочий ток для трансформаторов 10,5/0,4 кВ:

1.2. Определяем полное сопротивление двухобмоточных трансформаторов 10,5/0,4 кВ по выражению 25 :

где:

Uном. – номинальное напряжение трансформатора, кВ;
Sном. – номинальная мощность трансформатора, кВА;

Еще в технической литературе вы можете встретить, вот такую формулу по определению полного сопротивления трансформатора.

Как мы видим результаты совпадают.

1.3. Определяем сопротивление системы в максимальном режиме по выражению 3 :

1.4. Определяем сопротивление кабельных линий с учетом длины, по формулам представленным в :

1.5. Рассчитаем ток трехфазного КЗ в точке подключения трансформаторов (точка К2), ближних к источнику питания (в конце кабельной линии КЛ-1):

1.6. Рассчитаем ток трехфазного КЗ в точке К3 в конце кабельной линии КЛ-2:

Причины для установки токовых трансформаторов

Трансформатор тока РТП-58

Устройство предназначено для преобразования значения первичного тока в безопасное для сети. Трансформаторы также используются в следующих целях:

дифференциация низковольтной аппаратуры учета и реле, закидываемых во вторичную обмотку, при наличии высокого первичного напряжения в сети;
повышение или понижение показателей напряжения;
измерение состояния электрической сети и параметров переменного тока;
обеспечить безопасность ремонтно-диагностических работ;
быстрое срабатывание релейной защиты при коротком замыкании;
измерение затрат на электроэнергию – с ними обычно совмещается счетчик электроэнергии.

Для измерения необходимо будет подключить ТТ в обрыв провода и подключить к вторичному знаку вольтметр или амперметр, совмещенный с резистором.

Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?

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.

Полезные советы Схемы для подключения Принципы работы устройств Главные понятия Счетчики от Энергомера Меры предосторожности Лампы накаливания Видеоинструкции для мастера Проверка мультиметром

Причины для установки токовых трансформаторов

Трансформатор тока РТП-58

Устройство предназначено для трансформации первичного значения тока до безопасного для сети. Трансформаторы также эксплуатируются с целью:

разграничения низковольтной учетной аппаратуры и реле, подкинутых на вторичную обмотку, если в сети первичное высокое напряжение;
повышения или понижения показателей напряжения;
замера состояния электросети и параметров переменного тока;
обеспечения безопасности ремонтных и диагностических работ;
быстрой активации релейной защиты при коротких замыканиях;
учета энергозатрат – с ними обычно совмещен электросчетчик.

Для измерения понадобится подключить ТТ в разрыв провода, а на вторичную отметку подсоединить вольтметр или амперметр, совмещенный с резистором.

Ключевые параметры измерительных трансформаторов

Принцип действия трансформатора тока

Номинальное напряжение определяет цепи, в которых трансформатор может функционировать. Существуют две большие группы: до 1кВ и выше. В быту распространены преобразователи класса 0,66 кВ.

Коэффициент трансформации — отношение номинального первичного и вторичного токов. На входе значения варьируются в зависимости от параметров питающей сети: 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000. На выходе оно унифицировано под шкалу измерительных приборов 1, 2, 5. Маркировка с обозначением выглядит как дробь (50/5, 100/5, 200/5 и т. д.).

Класс точности указывает на максимальную допустимую погрешность в учёте энергии в процентах. Наиболее точные приборы используются в коммерческих целях:

0,2s;
0,5s.

В измерительных цепях разной направленности:

0,1;
0,2;
0,5;
1;
3.

Релейная защита: 10Р.

Если количество обмоток больше одной, для каждой класс точности определяется отдельно. До 1000 В принято соединять простые ТТ последовательно, а выше 1000 В это накладно, поэтому устанавливается один преобразователь с несколькими обмотками. Например, первая может быть на цепь защиты — 10Р, вторая 0,5, третья — 0,5s.

Ключевые параметры измерительных трансформаторов

Расчет номинальной мощности трансформатора

Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения

Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.

Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.

Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.

В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.

Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.

Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции

Расчет силового трансформатора: по мощности, нагрузке, формулы
Другие критерии оптимизации, кроме надежности, как-то: экономия меди, минимальные габариты или вес, высокая удельная мощность, удобство намотки, минимизация стоимости, ограниченный срок службы (чтобы новые покупали чаще, взамен сгоревших) я не считаю приемлемыми в инженерной практике.

Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Выбор и расчет мощности силовых трансформаторов Прежде, чем приступить к расчетам трансформатора, которых может быть великое множество, необходимо договориться о критериях его качества, что непременно отразится на построении расчетных формул. Спрашивайте, я на связи!

Разновидности трансформаторов тока

Выбирать прибор, подходящий под напряжение сети или конкретные работы, необходимо на основании классификации по разным признакам.

Назначение

Существуют такие трансформаторы:

измерительные – замеряют параметры цепи,
защитные – предотвращают перегрузки, выход оборудования из строя,
промежуточные – подключаются в цепь с релейной защитой, выравнивают токи в схемах дифзащиты,
лабораторные – отличаются высокой точностью.

Тип монтажа

Для частного дома и квартиры можно подобрать аппарат, монтируемый внутри или снаружи помещения. Некоторые модификации встраиваются в оборудование, а также надеваются на проходную изоляцию. Для измерения и лабораторных тестов используются переносные модели.

Конструкция первичной обмотки

Существуют шинные, одновитковые (со стержнем) и многовитковые (с катушкой, обмоткой петлевого типа и «восьмеркой») устройства.

Тип изоляции

Бывают следующие преобразователи:

сухая изоляция – на основе литой эпоксидки, фарфора или бакелита,
бумажно-масляная – стандартная или конденсаторная,
газонаполненные – внутри находится неорганический элегаз с высоким пробивным напряжением,
компаундные – внутри находится заливка из термоактивной и термопластичной смолой.

В зависимости от количества ступеней трансформации можно подобрать одноступенчатые и каскадные модели. Вся линейка имеет рабочее напряжение более 1000 В.

Класс точности

Класс точности токового трансформатора прописан в ГОСТ 7746-2001 и зависит от его назначения, а также параметров первичного тока и вторичной нагрузки:

В условиях малого сопротивления происходит почти полное шунтирование намагниченной ветви. Прибор работает с большой погрешностью.
При повышении сопротивления также увеличивается погрешность. Причина – функционирование устройства на участке насыщения.
При минимальном номинале первичного тока трансформатор работает в нижней части намагниченной кривой, при максимальном – на участке насыщения.

Точный подбор трансформатора по классу точности можно произвести на основе таблицы.

Класс точности	Номинал первичного тока в %	Предел вторичной нагрузки в %
0,1	5, 20, 100-200	25-100
0,2
0,2 S	1,5, 20, 100, 120
0,5	5, 20, 100, 120
0,5 S	1, 5, 20, 100, 120
1	5, 20, 100-120
3	50-120	50-100
5
10

Для устройств защиты класс точности также определяется по таблице.

Класс точности	Предельная погрешность	Процент предельной вторичной нагрузки
тепловая	угловая
мин	ср
5Р	±1	±60	±1,8	5
10Р	±3	Норма отсутствует	10

Расчет броневого трансформатора

Распространен вид трансформаторов, используемый практически во всех устройствах от зарядных аппаратов для шуруповертов, заканчивая боками питания магнитофонов. В процессе эксплуатации всех этих устройств часто возникают поломки в питателе, связанные со сгоревшим намоточным изделием. Тогда для его восстановления потребуется перемотка, но это проблемы не решает.

Часто требуется увеличить мощность источника, тогда как рассчитать трансформатор, чтобы его железо не перегревалось? Потребуется выбрать железо больших размеров и использовать более толстый провод. Такой ход поможет сохранить работоспособность устройства и даже улучшить характеристики, сделав его стабильнее и устойчивее при скачках напряжений в сети.

К сожалению, не все производители учитывают этот фактор, а ведь наша сеть неустойчива и регулярно в ней наблюдаются помехи в виде высоковольтных игольчатых импульсов. Также возникают ситуации, когда наблюдается просадка сети до 170 В, что характерно в зимний период. Тогда необходимо предусмотреть запас по напряжению как минимум на 40−45%, увеличив мощность и компенсационного стабилизатора. Часто такие ситуации наблюдаются в частном секторе.

Вернемся к расчету Ш-образного трансформатора на ШП-сердечнике. Принцип будет одинаков и с сердечником типа ПЛ при условии размещения обмотки на средней части. Для чего потребуется выполнить следующие шаги:

Определить площадь поперечного сечения средней части сердечника. Она выражается буквой S сеч. и находится из произведения ее сторон. Взяв линейку, измеряем параметры сечения, перемножаем и получаем значение в квадратных сантиметрах.
На следующем этапе решается вопрос, как рассчитать мощность трансформатора. Это расчетная величина, которую можно определить, возведя S сеч. в квадрат. Значение будет измеряться в Вт и обозначаться буквой «P».
При расчете мощности сердечника необходимо учитывать тип использованных пластин. Например, если были применены для набора Ш-20, то общая толщина сердечника должна быть 30 мм при мощности в 36 Вт. Если для трансформатора были использованы пластины Ш-30, то толщина набора будет достаточно в 20 мм, а при использовании Ш-24 — 25 мм. Существуют справочные таблицы, в которых можно найти мощность трансформатора по сечению магнитопровода для конкретной ситуации. Для обеспечения наилучшей стабильности работы источников питания следует использовать железо с избытком мощности как минимум на 25%. То есть, если ранее была расчетная мощность равна 6 Вт, то для надежности работы и исключения насыщения сердечника следует брать в расчет как минимум 8 Вт. Это обязательное условие. Если использовать магнитопровод с меньшей площадью сечения сердечника, то трансформатор быстро выйдет из строя, потому что железо окажется в насыщении, что приведет к увеличению токов в обмотках.
На следующем этапе необходимо определиться с количеством обмоток. Для современных транзисторных устройств достаточно будет всего одной или сдвоенной со средней точкой. Поэтому рассмотрим пример расчета именно такого трансформатора. Для этого потребуется воспользоваться понятием «вольт на виток». Значение определяется следующим образом: W /В=(50÷70) / S сеч. Формула справедлива только для сердечников типа ШП и П. Л. При расчете первичной и вторичной обмоток потребуется взять произведение полученного отношения и входного напряжения: W1 = W / B∙U1, W2 = 1,2 ∙ W /B∙U2.
Выполняется расчет и выбор диаметра провода. Он выбирается исходя из хорошего теплоотвода и изоляции, для чего рекомендуется применять ПЭЛ или ПЭВ, покрытые лаком. Определить его размер можно по формуле: d =0,7∙√ I. Величина выражается в мм. Провод выбирается с небольшим запасом до 4−6%.

Все программы расчета трансформаторов позволяют находить параметры изделий в любом порядке. Они используют стандартные алгоритмы, по которым выводятся значения. При необходимости можно создать собственный калькулятор с помощью таблиц Excel. Подобным образом работает и калькулятор расчета трансформатора на стержневом сердечнике.

Расчет мощности

Для выбора Т в качестве источника питания следует рассчитать допустимую мощность потребителя или группы потребителей. Существует 2 варианта побора Т: выбор по таблице и осуществление расчета. Узнать мощность трансформатора достаточно просто, необходимо воспользоваться формулой определения мощности: P = U * I. Наиболее точный вариант — выполнение расчета Т в качестве источника питания.

В наличии есть Т, полная мощность которого равна 180 ВА. Необходимо выяснить возможность его применения в качестве источника питания мощностью 160 ВА. Этот метод позволяет осуществить выбор трансформатора по мощности по таблице.

Коэффициент загрузки Т: kз = Sр/Sтр. Sр — полная расчетная мощность: Sp = P/cosф = 180/0,8 = 225 ВА. Коэффициент cosф принимается равным 0,8. Мощность силового Т Sтр = 160 ВА. Исходя из этого, kз = 225/160 = 1,4 (>1). Если взять Т мощностью 250 ВА, то kз = 225/250 = 0,9 (<1).

Максимально допустимые нагрузки при температуре 30 градусов следует выбрать из таблицы 1.

Таблица 1 – Допустимые максимальные нагрузки Т в летний период при температуре 30 градусов:

Коэффициент К1 рассчитывается следующим образом: К1 = 146,25/160 = 0,91 (начальная нагрузка Т). По таблице при К1 = 0,9 при Sтр = 160 ВА Т проработает 0,5 часов. Этот вариант недопустим. Следовательно, необходимо выбрать Т с запасом мощности – 250 ВА.

Самостоятельный расчет

Для изготовления Т необходимой мощности следует выполнить расчет самостоятельно. Если известно U и максимальный I, который должна генерировать КВО, то P вторичной цепи рассчитывается по следующей формуле: P2 = U2 * I2. При коэффициенте полезного действия (КПД=0,8) Т мощность КПО вычисляется следующим способом: P1 = P2/0,8 = 1,25 * P2.

Передача мощности с одной обмотки на другую осуществляется при помощи Ф в магнитопроводе, следовательно, от P1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, который равен квадратному корню из P1 (в ваттах): S = sqrt (P1) (сантиметры квадратные). Исходя из значения S, определяется количество витков w на 1 В: w = 50/S. Число витков обмоток вычисляется по формулам: w1 = w * U1 и w2 = w * U2 + (w * U2 * 0,1).

Ток первичной обмотки рассчитывается по формуле: I1 = P1/U1. Диаметры (d) провода обмоток определяются по значениям токов, а допустимая плотность тока для Т равна 2 А/кв.мм: d = 0,8 * sqrt (I). Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле: S = 3,1416 * d * d/4.