Измерительные трансформа́торы то́ка - калассификация, параметры, изготовители

[samsony1]

Измерительный трансформа́тор то́ка — представляет собой понижающий трансформатор, предназначенный для преобразования тока большой величины до значения, удобного для измерения. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током, а ко вторичной подключаются измерительные приборы. Ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке. Число витков во вторичной обмотке берётся с таким расчётом, чтобы рабочий ток в ней равнялся 5А (или в конструкциях, встроенных в мультиметры — единицы миллиампер).

Трансформаторы тока (далее — ТТ) широко используются как для измерения электрического тока, так и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем. Помимо своего основного назначения (расширение пределов измерения приборов) трансформаторы тока защищают приборы от разрушительного действия токов короткого замыкания. Трансформаторы тока применяются также для измерений тока (даже небольшой величины) в установках высокого напряжения, часто достигающего сотен киловольт. Непосредственное измерение (без ТТ) означает опасность прикосновения к амперметру, т.е. к находящемуся под высоким напряжением проводу.

К ТТ предъявляются высокие требования по точности. ТТ выполняют с одной, двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для питания устройств РЗиА, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

источник - здесь

[samsony1]

Конструкция ТТ

В конструктивном отношении трансформаторы тока выполнены в виде сердечника, шихтованного из холоднокатанной кремнистой трансформаторной стали, на которую наматываются одна или несколько вторичных изолированных обмоток. Первичная обмотка также может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, либо в виде шины. В некоторых конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка; первичная обмотка выполняется потребителем путём пропускания провода через специальное окно. Обмотки и сердечник заключаются в корпус для изоляции и предохранения обмоток. В некоторых современных конструкциях ТТ сердечник выполняется из нанокристаллических (аморфных) сплавов для расширения диапазона, в котором трансформатор работает в классе точности.

Вторичные обмотки ТТ (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала, указанного в паспорте ТТ, по модулю полного сопротивления Z или коэффициента мощности cos φ (обычно cos φ = 0,8 индукт.) приводит к возрастанию погрешности преобразования. Обмотка амперметра имеет весьма малое сопротивление, и, следовательно, трансформатор тока работает в условиях, близких к короткому замыканию. Значительное увеличение сопротивления или полное размыкание цепи нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, способное пробить изоляцию трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя. Полностью разомкнутая вторичная обмотка ТТ не создаёт компенсирующего магнитного потока в сердечнике, что приводит к перегреву магнитопровода, изоляции, её последующего старения и возможному пробою. При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой, имеет очень высокое значение; трансформатор сильно гудит а потери в магнитопроводе нагревают его.

Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих — синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального (то есть погрешность отрицательная) у всех ТТ. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

источник - здесь

[samsony1]

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению:

 - измерительные;
 - защитные;
 - промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.);
 - лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).
2. По роду установки:

 - для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
 - для внутренней установки;
 - встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;
 - накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);
 - переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).
3. По конструкции первичной обмотки:

 - многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с т. н. «восьмёрочной обмоткой»);
 - одновитковые (стержневые);
 - шинные.
4. По способу установки:

 - проходные;
 - опорные.
5. По выполнению изоляции:

 - с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);
 - с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
 - газонаполненные (элегаз);
 - с заливкой компаундом.
6. По числу ступеней трансформации:

 - одноступенчатые;
 - двухступенчатые (каскадные).
7. По рабочему напряжению:

 - на номинальное напряжение свыше 1000 В;
 - на номинальное напряжение до 1000 В.
8. Специальные трансформаторы тока:

 - нулевой последовательности;
 - пояс Роговского.

источник - здесь

[samsony1]

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации ТТ определяет номинал измерения тока и означает, при каком первичном токе во вторичной цепи будет протекать определённый стандартный ток (чаще всего это 5 А, редко 1 А). Первичные токи трансформаторов тока определяются из ряда стандартизированных номинальных токов. Коэффициент трансформации трансформатора тока обычно записывается в виде отношения номинального первичного тока к номинальному вторичному в виде дроби, например: 75/5 (при протекании в первичной обмотке тока 75 А — 5А во вторичной обмотке, замкнутой на измерительные элементы) или 1000/1 (при протекании в первичной цепи 1000 А, во вторичных цепях будет протекать ток 1 А. Иногда ТТ могут иметь переменный коэффициент трансформации, что возможно пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединение (например, такое решение применяется в трансформаторах тока ТФЗМ-110) либо наличием отводов на первичной или вторичной обмотках (последнее применяется в лабораторных трансформаторах тока типа УТТ) или же изменением количества витков первичного провода, пропускаемого в окно трансформаторов тока без собственной первичной обмотки (трансформаторы тока УТТ).

источник - здесь

[samsony1]

Класс точности ТТ

Для определения класса точности ТТ вводятся понятия:

 - погрешности по току {\displaystyle \Delta I=I_{2}-I_{1}^{'}}{\displaystyle \Delta I=I_{2}-I_{1}^{'}}, где {\displaystyle I_{2}}I_{2} — действительный вторичный ток, {\displaystyle I_{1}^{'}=I_{1}/n}{\displaystyle I_{1}^{'}=I_{1}/n} — приведённый первичный ток, {\displaystyle I_{1}}I_1 — первичный ток, {\displaystyle n}n —
 - коэффициент трансформатора тока;
 - погрешности по углу {\displaystyle \delta =\alpha _{1}-\alpha _{2}}{\displaystyle \delta =\alpha _{1}-\alpha _{2}}, где {\displaystyle \alpha _{1}}\alpha _{1} —
теоретический угол сдвига фаз между первичным и вторичным токами {\displaystyle \alpha _{1}}\alpha _{1} = 180°, {\displaystyle \alpha _{2}}\alpha_2 — действительный
 - угол между первичным и вторичным током;
относительной полной погрешности {\displaystyle \varepsilon \%=(|I_{1}^{'}-I_{2}|)/|I_{1}^{'}|}{\displaystyle \varepsilon \%=(|I_{1}^{'}-I_{2}|)/|I_{1}^{'}|}, где {\displaystyle |I_{1}^{'}|}{\displaystyle |I_{1}^{'}|} — модуль комплексного приведённого тока.

Погрешности по току и углу объясняются действием тока намагничивания. Для промышленных трансформаторов тока устанавливаются следующие классы точности: 0,1; 0,5; 1; 3, 10Р. Согласно ГОСТ 7746-2001 класс точности соответствует погрешности по току ΔI, погрешность по углу равна: ±40′ (класс 0,5); ±80′ (класс 1), для классов 3 и 10Р угол не нормируется. При этом трансформатор тока может быть в классе точности только при сопротивлении во вторичной цепи не более установленного и тока в первичной цепи от 0,05 до 1,2 номинального тока трансформатора. Добавление после обозначения класса точности трансформаторов тока литеры S (например 0,5 S) означает, что трансформатор будет находиться в классе точности от 0,01 до 1,2 номинального тока. Класс 10Р (по старому ГОСТ Д) предназначен для питания цепей защиты и нормируется по относительной полной погрешности, которая не должна превышать 10 % при максимальном токе КЗ и заданном сопротивлении вторичной цепи. Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в классе точности при протекании по первичной обмотке тока 0,2—200 % номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.

источник - здесь

[samsony1]

Отечественные трансформаторы тока имеют следующее обозначения:

 - первая буква в обозначении «Т» — трансформатор тока;
 - вторая буква — разновидность конструкции: «П» — проходной, «О» — опорный, «Ш» — шинный, «Ф» — в фарфоровой покрышке;
 - третья буква —материал изоляции: «М» — масляная, «Л» — литая изоляция, «Г» — газовая (элегаз).

Далее через тире пишется класс изоляции трансформатора тока, климатическое исполнение и категория установки. Например: ТПЛ-10УХЛ4 100/5А: «трансформатор тока проходной с литой изоляцией с классом изоляции 10 кВ, для умеренного и холодного климата, категории 4 с коэффициентом трансформации 100/5» (читается как «сто на пять»).

источник - здесь

[samsony1]

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Сфера применения преобразующих устройств типа ТТ тесно связана с их основными параметрами и техническими решениями конструкции. В соответствии с ГОСТ 7746-2015 (общие техусловия), различают следующие ключевые параметры.

Номинальное напряжение.
Показатель рабочей величины напряжения в измеряемой электросети.

Номинальный ток.
Различают два типа этого показателя для первичной и вторичной цепи. Они протекают соответственно по первичной и вторичной обмотке устройства. При этом, номинальный рабочий электроток является константой и равен 1 или 5 А.

Вторичная нагрузка.
Показатель суммарного сопротивления всех устройств внешней цепи, подключенной к вторичной обмотке: счетчики электроэнергии, амперметры, устройства релейной защиты, таковые преобразователь. Параметр измеряется в омах (Ом).

Коэффициент трансформации.
Соотношение показателей первичного и вторичного тока. Данный параметр принято разделять на номинальный и реальный (действительный).

Электродинамическая стойкость.
Выражается в виде максимального показателя амплитуды электрического тока при коротком замыкании за единицу времени (как правило, за одну секунду). Обмотки трансформатора тока должны выдерживать указанное значение без пробоев или каких-либо других повреждений.

Показатели электродинамической стойкости не касаются разъёмных, встроенных или шинных ТТ.

Термостойкость.
Максимальное значение силы тока при коротком замыкании за единицу времени (1 сек), при котором нагрев токоведущих частей трансформатора не превышает критических температур и не вызывает повреждений.

источник - здесь

[samsony1]

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Современные производители предлагают широкую номенклатуру трансформаторов. Чтобы облегчить выбор была разработана система классификации ТТ по нескольким параметрам.

По назначению.
измерительные – комплектуются приборами учета, подключенными к вторичной обмотке;
защитные – в состав входят разнообразные реле;
промежуточные – основная задача, это преобразование параметров тока первичной электросети и приведение этих значений к величинам пригодным для функционирования внешних потребляющих устройств;
многоступенчатые – имеют несколько вторичных обмоток, чем обеспечивают более широкие возможности трансформации;
лабораторные – повторяют принципиальную конструкцию многоступенчатых, но обеспечивают более высокий класс точности.

ПО МЕСТУ УСТАНОВКИ

Наружные.
Их установка регламентируется стандартами категорий размещения для электрооборудования ГОСТ 15150-69. В зависимости от модели допускается установка, как на открытом воздухе, так и в распределительном щитке открытого типа (ОРУ).

Внутренние.
Допускается установка только в закрытом помещении (специализированном или с дополнительно обустроенной вентиляцией по ГОСТ 15150-69) в ЗРУ или КРУ (закрытое или комплектное).

Встроенные.
Являются частью конструкции другого электрооборудования. Как правило, для обеспечения дифференциальной защиты общего устройства.

Переносные.
Оборудование для измерений и испытаний электросетей и других электрических устройств. К примеру, лабораторные и измерительные трансформаторы тока.

Специальные.
Используются в качестве электрооборудования на транспорте (морские суда и электровозы) или на производстве (высокочастотные электропечи).

ПО СПОСОБУ УСТАНОВКИ, ТИПУ ОБМОТОК

Проходные.
Такие устройства имеют специфическую конструкцию, позволяющую устанавливать их в стенных проемах или на металлических основаниях. Как правило, такие ТТ используются на старых трансформаторных подстанциях, выполняет функцию проходного изолятора.

Специфика их конструкции состоит в расположении контактов первичной обмотки, один вывод расположен сверху другой снизу.

Опорные.
Монтируются на ровном опорном основании. Отличительной особенностью конструкции является наличие контактов первичной обмотки в верхней части устройства либо по бокам корпуса.

По способу трансформации:
одноступенчатые - один коэффициент;
многоступенчатые – несколько коэффициентов.

источник - здесь