Токовый трансформатор принцип работы

Содержание

Трансформаторы тока (ТТ), принцип работы и область применения

Токовый трансформатор принцип работы

Функционирующие энергетические системы требуют постоянного контроля и различных коммутирующих действий. И для того, чтобы преобразовывать высоковольтные электрические величины в пропорционально измененные аналоги и используются трансформаторы. В частности для уменьшения первичного тока до приемлемых величин для измерительных и защитных приборов используются трансформаторы тока. О них и пойдет речь в приведенном материале.

Как функционирует трансформатор тока

Работа трансформатора тока (ТТ) основана на законе об электромагнитной индукции, который работает в электрических и магнитных полях. Они подвержены изменениям по форме гармоник синусоидальных величин переменного характера.

В трансформаторе тока происходит трансформация первичного вектора тока во вторичное значение с полным соблюдением пропорциональности и с сохранением угла.

yandex.ru

По выше представленной схеме можно понять процессы, идущие в работающем в трансформаторе тока. И они выглядят так:

По силовой обмотке 1 проходит ток I1, при этом преодолевается сопротивление обмотки Z1. Благодаря этому процессу вокруг катушки образовывается магнитный поток Ф1, который улавливается магнитопроводом, размещенным под прямым углом к направлению вектора I1. Благодаря именно подобному размещению обеспечиваются наименьшие потери электрической энергии при трансформации ее в магнитную.

Сформированный магнитный поток Ф1 пронизывает не только силовую катушку 1, но также и пронизывает вторичную обмотку 2. В результате этого во вторичной катушке наводится ЭДС E2, под влиянием оной в 2 формируется I2, уже преодолевающий сопротивление катушки Z2 и сопротивление нагрузки Zн. В результате данного процесса на выводах вторичной обмотки формируется падение напряжения U2.

При этом магнитный поток Ф2 уменьшает магнитный поток Ф1, а Ф трансформатора тока формируется геометрическим сложением двух векторов Ф1 и Ф2.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока задается соотношением векторов I1/I2. И данное значение закладывается при разработке (производстве) изделий. По причине того, что в работающем ТТ протекающий ток постоянно меняется, данный коэффициент указывается в номинальной форме, например 600/5. Это Указывает на то, что данный ТТ рассчитан максимум на 600 Ампер и если такой ток будет в первичке, то ток во вторичке будет равен 5 Ампер.

Так же при проектировании закладывается еще очень важный параметр – класс точности, которым характеризуется величина отклонения реальных значений ТТ от расчетных.

Опасные факторы при работе ТТ

Так как магнитопровод ТТ реализован из электротехнической стали, обладающей отличной токовой проводимостью и он связывает магнитным путем две изолированные обмотки, в процессе работы есть вероятность повреждения изолирующего слоя, в результате чего вторичка может оказаться под высоким потенциалом.

Поэтому чтобы избежать электротравм среди обслуживающего персонала и сохранению работоспособности подключенного оборудования, один из выводов вторичной обмотки в обязательном порядке заземляется.

Выводы вторичной обмотки маркируются «И1» и «И2», а первичной обмотки «Л1» и «Л2». Если трансформатор включен в работу, то вторичные обмотки обязаны быть нагружены (подключены), в противном случае устанавливается закоротка.

Это необходимо выполнить потому, что при работе по первичной обмотке протекает ток, обладающий определенной мощностью (S=U*I). Она так же проходит процедуру трансформации во вторичные значения. И если токовые цепи вторичной обмотки разорваны, то значение тока стремится к нулевому значению, а вот напряжение наоборот резко увеличивается и на разомкнутой вторичке образуется высокое напряжение . А это крайне опасно!

Важно. Именно поэтому все токовые цепи должны быть собраны, а на неиспользуемых кернах должны быть установлены закоротки.

Модификации ТТ

Промышленность выпускает огромное количество вариаций трансформаторов тока, разнообразных размеров и классов точности. Но в энергетике получили широкое распространение комбинированные трансформаторы тока, где в одном изделии совмещены два керна: измерительный (0,5 R) и Релейный (защитный 10R)

По назначению трансформаторы тока подразделяются на:

1. Промежуточные. Предназначены для повторного преобразования величины.

2. Защитные. Подключаются к токовым цепям защит.

3. Лабораторные. Обладающие повышенным классом точности и служащие в качестве проверочных устройств.

4. Измерительные. Служат для передачи соразмерно измененного тока на счетчики, контролирующие потребленную (отпущенную) электроэнергию.

Также трансформаторы тока бывают:

— Наружной установки, предназначенные для монтажа на ОРУ (открытая распределительная установка);

— Для закрытых установок, устанавливаемые в ячейках ЗРУ (закрытая распределительная установка);

— Встраиваемые непосредственно в оборудование. Например, в счетчиках прямого включения есть свои мини ТТ;

yandex.ru

Как проверяют ТТ

Самой главной возможной неисправностью работающего трансформатора тока, является пробой изоляции. Поэтому рабочие ТТ подвергаются периодической проверке Такими службами как:

Служба изоляции и Релейная служба.

При этом Служба изоляции производит проверку ТТ повышенным напряжением, а релейная служба проверяет ВАХ (Вольт –Амперная Характеристика), проверяет коэффициент трансформации. И если испытания показали, что ТТ неисправен, то он бракуется и меняется на новое того же номинала. В противном случае составляется протокол проверки:

Заключение

Широта использования этого изделия говорит о том, что трансформаторы тока являются неотъемлемой и, несомненно, важной частью всей энергетической системы. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/energofiksik/transformatory-toka-tt-princip-raboty-i-oblast-primeneniia-5be44d997b5cd300aa34523e

Токовый трансформатор принцип работы — Все об электричестве

Токовый трансформатор принцип работы

Трансформатор — незаменимое устройство в электротехнике.

Без него энергосистема в ее нынешнем виде не могла бы существовать.

Присутствуют эти элементы и во многих электроприборах.

Желающим познакомиться с ними поближе предлагается данная статья, тема которой — трансформатор: принцип работы и виды приборов, а также их назначение.

Что такое трансформатор

Так называют устройство, изменяющее величину переменного электрического напряжения. Существуют разновидности, способные менять и его частоту.

Таким аппаратами оснащают многие приборы, также они применяются в самостоятельном виде.

Например, установки, повышающие напряжение для передачи тока по электромагистралям.

Генерируемое электростанцией напряжение они поднимают до 35 – 750 кВ, что дает двойную выгоду:

  • уменьшаются потери в проводах;
  • требуются провода меньшего сечения.

В городских электросетях напряжение снова уменьшается до величины в 6,1 кВ, опять же с использованием трансформатора. В распределительных сетях, раздающих электричество потребителям, напряжение понижают до 0,4 кВ (это привычные нам 380/220 В).

Принцип работы

Работа трансформаторного устройства основана на явлении электромагнитной индукции, состоящей в следующем: при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем возникает ЭДС (электродвижущая сила). Проводник в трансформаторе присутствует в форме катушки или обмотки, и общая ЭДС равна сумме ЭДС каждого витка.

Для нормальной работы требуется исключить электрический контакт между витками, потому используют провод в изолирующей оболочке. Эту катушку называют вторичной.

Магнитное поле, необходимое для генерации во вторичной катушке ЭДС, создается другой катушкой. Она подключается к источнику тока и называется первичной. Работа первичной катушки основана на том факте, что при протекании через проводник тока, вокруг него формируется электромагнитное поле, а если он смотан в катушку, оно усиливается.

Как работает трансформатор

При протекании через катушку постоянного тока параметры электромагнитного поля не меняются и оно неспособно вызвать ЭДС во вторичной катушке. Поэтому трансформаторы работают только с переменным напряжением.

На характер преобразования напряжения влияет соотношение количества витков в обмотках – первичной и вторичной. Его обозначают «Кт» – коэффициент трансформации. Действует закон:

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

где,

  • W1 и W2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках;
  • U1 и U2 — напряжение на их выводах.

Следовательно, если в первичной катушке витков больше, то напряжение на выводах вторичной ниже. Такой аппарат называют понижающим, Кт у него больше единицы. Если витков больше во вторичной катушке — трансформатор напряжение повышает и называется повышающим. Его Кт меньше единицы.

Большой силовой трансформатор

Если пренебречь потерями (идеальный трансформатор), то из закона сохранения энергии следует:

P1 = P2,

где Р1 и Р2 — мощность тока в обмотках.

Поскольку P = U * I, получим:

  • U1 * I1 = U2 * I2;
  • I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Кт.

Это означает:

  • в первичной катушке понижающего устройства (Кт > 1) протекает ток меньшей силы, чем в цепи вторичной;
  • с повышающими трансформаторами (Кт < 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Данное обстоятельство учитывают при подборе сечения проводов для обмоток аппаратов.

Конструкция

Трансформаторные обмотки надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или иной магнитомягкой стали. Он служит проводником электромагнитного поля от первичной катушки ко вторичной.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — они называются вихревыми. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последний, с целью свести данное явление к минимуму, набирают из множества изолированных друг от друга пластин.

Читайте также  Принцип работы беспроводной зарядки для телефона

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

  • рядом;
  • наматывают одну поверх другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливают из фольги толщиной 20 – 30 мкм. Ее поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

Конструкция трансформатора

На практике добиться соотношения Р1 = Р2 невозможно из-за потерь трех видов:

  1. рассеивание магнитного поля;
  2. нагрев проводов и магнитопровода;
  3. гистерезис.

Потери на гистерезис — это затраты энергии на перемагничивание магнитопровода. Направление силовых линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз приходится преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

Итак, в реальности величины Р1 и Р2 отличаются и соотношение Р2 / Р1 называют КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

  • холостого хода;
  • короткозамкнутый;
  • с нагрузкой.

В некоторых разновидностях трансформаторов, работающих с напряжением высокой частоты, магнитопровод отсутствует.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а цепь вторичной разомкнута. При таком подключении в катушке течет ток холостого хода, в основном представляющий реактивный ток намагничивания.

Такой режим позволяет определить:

  • КПД устройства;
  • коэффициент трансформации;
  • потери в магнитопроводе (на языке профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

Выводы вторичной обмотки замыкают без нагрузки (накоротко), так что ток в цепи ограничивается лишь ее сопротивлением. На контакты первичной подают такое напряжение, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального.

Такое подключение позволяет определить потери на нагрев обмоток (потери в меди). Это необходимо при реализации схем с применением вместо реального трансформатора активного сопротивления.

Режим с нагрузкой

В этом состоянии к выводам вторичной обмотки подключен потребитель.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

  1. естественное: для маломощных моделей;
  2. принудительное воздушное (обдув вентилятором): модели средней мощности;
  3. мощные трансформаторы охлаждаются при помощи жидкости (в основном используют масло).

Прибор с масляным охлаждением

Виды трансформаторов

Аппараты классифицируются по назначению, типу магнитопровода и мощности.

Силовые трансформаторы

Наиболее многочисленная группа. К ней относятся все трансформаторы, работающие в энергосети.

Автотрансформатор

У этой разновидности между первичной и вторичной обмотками имеется электрический контакт. При намотке провода делают несколько выводов — при переключении между ними задействуется разное число витков, отчего меняется коэффициент трансформации.

Достоинства автотрансформатора:

  • Повышенный КПД. Объясняется тем, что преобразованию подвергается только часть мощности. Это особенно важно при незначительной разнице между напряжением на входе и выходе.
  • Низкая стоимость. Это обусловлено меньшим расходом стали и меди (автотрансформатор имеет компактные размеры).

Эти устройства выгодно применять в сетях напряжением 110 кВ и более с эффективным заземлением при Кт не выше 3-4.

Трансформатор тока

Используется для снижения силы тока в подключенной к источнику питания первичной обмотке. Устройство находит применение в защитных, измерительных, сигнальных и управляющих системах. Преимущество в сравнении с шунтовыми схемами измерения, состоит в наличии гальванической развязки (отсутствие электроконтакта между обмотками).

Первичная катушка включается в цепь переменного тока – исследуемую или контролируемую –  с нагрузкой последовательно. К выводам вторичной обмотки подключают исполнительное индикаторное устройство, к примеру, реле, или прибор измерения.

Трансформатор тока

Допустимое сопротивление в цепи вторичной катушки ограничено мизерными значениями — почти короткое замыкание. У большинства токовых трансформаторов величина номинального тока в этой катушке составляет 1 или 5 А. При размыкании цепи в ней формируется высокое напряжение, способное пробить изоляцию и повредить подключенные приборы.

Импульсный трансформатор

Работает с короткими импульсами, продолжительность которых измеряется десятками микросекунд. Форма импульса практически не искажается. В основном используются в видеосистемах.

Сварочный трансформатор

Данное устройство:

  • понижает напряжение;
  • рассчитано на номинальный ток в цепи вторичной обмотки до тысяч ампер.

Регулировать сварочный ток можно изменением числа витков обмоток, задействованных в процессе (они имеют по нескольку выводов). При этом изменяется величина индуктивного сопротивления или вторичное напряжение холостого хода. Посредством дополнительных выводов обмотки разбиты на секции, потому регулировка сварочного тока осуществляется ступенчато.

Габариты трансформатора во многом зависят от частоты переменного тока. Чем она выше, тем более компактным получится устройство.

Сварочный трансформатор ТДМ 70-460

На этом принципе основано устройство современных инверторных сварочных аппаратов. В них переменный ток перед подачей на трансформатор подвергается обработке:

  • выпрямляется посредством диодного моста;
  • в инверторе — управляемом микропроцессором электронном узле с быстро переключающимися ключевыми транзисторами — снова становится переменным, но уже с частотой 60 – 80 кГц.

Потому эти сварочные аппараты такие легкие и небольшие.

Также устроены блоки питания импульсного типа, например, в ПК.

Разделительный трансформатор

В этом устройстве обязательно присутствует гальваническая развязка (нет электрического контакта между первичной и вторичной обмотками), а Кт равен единице. То есть разделительный трансформатор напряжение оставляет неизменным. Он необходим для повышения безопасности подключения.

Источник: https://contur-sb.com/tokovyy-transformator-printsip-raboty/

Трансформатор тока — принцип работы, назначение и устройство

Токовый трансформатор принцип работы

При необходимости контроля над токами, протекающими в электрической сети, применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения. Подключенные специальным образом подобные устройства снижают измеряемые параметры электрической цепи до величин, подходящих для их измерения. Таким образом, происходит разделение сильноточной цепи от цепи слаботочной. Это необходимо для того, чтобы измерительная или иная аппаратура, в которую включена вторичная обмотка трансформаторов, не вышла из строя.

Индуктивные связи в трансформаторах тока (ТТ)

Согласно основному закону электромагнитной индукции, который обосновал Фарадей, все трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) работают по принципу взаимной индукции. Если расположить на одном замкнутом магнитном сердечнике две обмотки и подключить одну из них к источнику переменного тока, то изменяемый магнитный поток вызовет возникновение электродвижущей силы (ЭДС).

Важно! Такую ЭДС называют индуцируемой. Во второй (вторичной) обмотке устройства в результате взаимодействия магнитных полей также индуцируется ЭДС, и начнёт протекать электрический ток.

Особенности трансформации энергии для ТТ

Что такое диод — принцип работы и устройство

Чтобы понять, для чего нужны трансформаторы тока, и отличие их от трансформаторов напряжения (ТН), можно рассмотреть их конструкцию. Присутствие в электрических схемах подобных устройств связано с необходимостью трансформировать: понизить или повысить напряжение или ток. Переменное электричество, вырабатываемое генераторами на электростанциях, перед передачей по сетям энергосистемы предварительно подвергается трансформации.

Как работает устройство

Когда стало понятно, что из себя представляет трансформация, пришло время рассмотреть подробнее принцип действия трансформатора тока.

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

На замкнутый сердечник (магнитопровод), собранный из пластин, надеты две обмотки. Первая катушка включена последовательно в силовую цепь нагрузки. Вторичная катушка своими выводами подключена к измерителям. Сердечник собран из пластин кремнистой стали холодного качения.

К сведению. Учёт электроэнергии выполнен именно таким способом. В однофазные и трёхфазные цепи включены трансформаторы тока, которые позволяют снимать показания по каждой фазе, подавая данные на счётчик.

При прохождении переменного электричества по виткам первой (основной) обмотки вокруг неё образуется переменный магнитный поток Ф1. Поток Ф1, пронизывая все обмотки трансформатора, индуцирует в них ЭДС (Е). В этом случае возникают Е1 и Е2. При подключении в цепь вторичной обмотки любой нагрузки через неё начнётся движение электричества.

Особенности конструкции

Из чего состоят такие трансформаторы? Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения? На эти вопросы можно найти ответы в описании особенностей конструкций. Трансформаторы тока, назначение и принцип действия их, подразумевают постоянство некоторых условий:

  • всякий ТТ должен иметь на своём магнитопроводе больше одной обмотки;
  • обмотки, являющиеся вторичными, непременно подключаются к нагрузке (Rн);
  • сопротивление Rн не должно содержать отклонений от заявленных в документах ТТ;
  • первичная обмотка изготавливается как шина, проходящая через сердечник или в форме катушки.

Новые счетчики электроэнергии: принцип работы и преимущества

Отсутствие нагрузки по вторичной обмотке не обеспечивает возникновение в сердечнике магнитного потока Ф2, который обладает компенсирующим свойством. Это приводит к повышению температуры сердечника и его расплавлению. Нагрев происходит от того, что Ф1 приобретает слишком высокое значение.

Отклонение сопротивления Rн влияет на погрешность измерений и ухудшает их. В случае превышения сопротивления во вторичной обмотке повышается напряжение U2, и изоляция ТТ может не выдержать. Произойдёт пробой, и прибор выйдет из строя.

Информация. Трансформаторы напряжения (ТН) отличаются от ТТ по способу применения и схеме включения. Они присоединяются параллельно и определены для повышения или понижения напряжения, развязки силовой схемы от схемы управления и контроля. Основной регламент работы ТН близок к режиму холостого хода (х.х.). Это обусловлено тем, что параллельно включенные элементы схемы управления потребляют малый ток, а их Rн большое.

Классическое устройство ТТ

Схемы подключения измерительных ТТ

Монтаж трансформаторов тока выполняют по определённой схеме. Это зависит от напряжения измеряемой сети, а именно:

  • в 3-х фазных сетях с Uн до 1000 В ТТ встраиваются в цепь каждой фазы;
  • в 3-х фазных сетях с Uн 6-10 кВ установка осуществляется на две фазы (А и С).

В первом варианте, в электроустановках (ЭУ), где нейтраль глухозаземлена, концы вторичных обмоток ТТ замыкаются между собой по схеме «звезда».

Во втором случае, в ЭУ с изолированной нейтралью, они присоединяются по схеме «неполная звезда».

Классификация трансформаторов тока

Принцип работы трансформатора тока, а также способы подключения и назначения позволяют провести их разделение по следующим различиям:

  • назначению;
  • типу установки;
  • способу размещения;
  • выполнению первичной обмотки;
  • типу изоляции;
  • рабочему напряжению;
  • количеству ступеней трансформации.

Кроме того, есть другие качества, позволяющие произвести классификацию ТТ. Одна из отличительных черт – специфика конструкции.

По конструктивным особенностям ТТ различаются на:

  • одновитковые;
  • многовитковые;
  • оптико-электронные.
Читайте также  Принцип работы Wifi камеры

У каждого из этих видов есть типы моделей, которые желательно рассмотреть отдельно.

ТТ катушечного типа

Это одни из несложных трансформаторов тока. Они относятся к ранним ТТ, построенным и продвигавшимся на структуре, где за основу взят силовой трансформатор. Обе обмотки (первая и вторая) набраны на каркас с изоляционными свойствами. Каждая из них представляет собой катушку. Отсюда происходит название. Кроме того, что они компактны и дёшевы в изготовлении, можно выделить недостаток: низкое разрядное напряжение из-за слабой изоляции катушек.

Такая конструкция позволяет использовать их только на напряжение до 3 кВ. Чтобы повысить величину Uразр., приходится увеличивать окно сердечника и отделять первичную обмотку от внутренней поверхности пластин. В образовавшийся в результате этого зазор вставляется изоляционная прокладка, имеющая п-образный вид.

Проходной трансформатор

Устройства распределения (РУ), напряжением от 6 до 35 кВ, подразумевают установку подобных трансформаторов тока. Это многовитковый ТТ, где за базу взята пара проходных изоляторов, соединённых между собой посередине. Такая сборка позволяет проходить через стены и использовать их в закрытых РУ. При этом отпадает необходимость специально задействовать проходной изолятор.

Обмотка, служащая первичной, прокладывается через пустоту, расположенную внутри. Количество витков берётся из расчёта нужных «ампер-витков» для соответствующего класса точности. Под фланцем, который заземлён, помещены втулки. В их средине закреплены магнитопроводы вторичных обмоток, закрытых кожухом.

Внимание! Расположение обмоточного вывода для первичной обмотки приходится на верхнюю плоскость, относительно заземлённого фланца.

Проходной высоковольтный ТТ

Стержневое устройство

Данный тип устройства предназначен для работы с U = 10-20 кВ и Iн = 600 и 1500 А. Такой ТТ относится к проходным одновитковым трансформаторам, имеющим фарфоровую изоляцию. У него токоведущий стержень, пронзающий фарфоровый изолятор, служит первичной обмоткой.

Стержневой трансформатор тока

Шинный прибор

Следующая конструкция предназначена для установки в комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Они реализовывают передачу информации об измерениях на контрольно-измерительные приборы (КИП). Сигналы от аналогичных ТТ передаются также на схемы защиты и управления.

Шинный ТТ типа ТШЛ-0,66-1

Преимущества и недостатки

У каждого из перечисленных устройств есть свои плюсы и минусы. Рассматривать их предпочтительнее на разделении: одновитковые и многовитковые модели.

К плюсам одновитковых ТТ можно отнести:

  • простоту устройства;
  • низкую стоимость;
  • малые габариты;
  • устойчивость к токам КЗ (короткого замыкания).

Сюда же можно добавить то, что, изменяя сечение токовода (стержня), добиваются изменения термической устойчивости.

Минусом у таких моделей является невысокая точность при маленьких измеряемых токах.

Что касается многовитковых моделей, то явным положительным моментом является наличие некоторого количества витков в первичной обмотке. Это позволило значительно повысить класс точности измерений. К отрицательным характеристикам относятся:

  • сложность конструкции;
  • удорожание;
  • подверженность первичной обмотки межвитковым перенапряжениям.

При этом сюда же можно отнести низкую устойчивость к токам КЗ.

Параметры трансформаторов тока

Зная, по определению, что эти детали служат для измерений и защитных функций, можно догадаться, что основными их характеристиками будут: KI и класс точности.

Коэффициент трансформации KI

Трансформаторные узлы только выполняют масштабирование параметров электроэнергии, сами её не производят. Для определения величины масштабирования используют коэффициент трансформации.

Отношение между величиной тока (I) или напряжения (U), поданной на вход и снятой на выходе, носит название коэффициента трансформации (Ктр).

В случае преобразования тока речь ведут о:

КI = I2/I1,

где:

  • КI – коэффициент трансформации ТТ;
  • I1 – ток на входе;
  • I2 – ток на выходе.

Для ТТ выполняется пропорциональное отношение между первичным и вторичным токами. Это следует из выражений:

  • I1 =I2 / KI;
  • I2 = I1 * KI.

Уточнение. Номинальный Ктр ТТ отображают в виде дробного выражения. В числителе ставится номинальная величина тока, протекающего в первичной катушке, в знаменателе – величина номинального тока во вторичной электрообмотке. Он всегда больше единицы.

Таким образом, номинал измеряемого тока отображает КI ном. Указанные паспортные данные детали (КI = 65/5) обозначают то, что при пропускании через первичную катушку 65 А во вторичной катушке будет проходить ток в 5 А.

Указание значений на шильдике детали

При использовании ТТ выполняют снижение тока во вторичной цепи, что даёт возможность обеспечить безопасность эксплуатации. Во вторичную цепь включается не только измерительная аппаратура, фиксирующая значение тока, но и системы защиты или автоматического переключения. В этом случае КI < 1.

Для значений напряжения формула коэффициента иная:

KU = U2/U1.

Изменения масштабирования (знак) зависит от величины К. При K>1 трансформатор повышает подводимую электрическую величину, при значении К

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/transformator-toka-princip-raboty.html

Трансформатор тока – устройство и назначение

Токовый трансформатор принцип работы

ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВИДЫ И ТИПЫ
МАРКИРОВКА
ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Обеспечение конечного пользователя электроэнергией требует преобразовании «транспортных» параметров электрического тока в потребительские. Эту задачу, совместно с функцией измерения, решает трансформатор тока (ТТ).

Существует несколько разновидностей таких устройств, классифицируемых по широкому диапазону параметров. В данной статье мы опишем основные характеристики, разновидности и область применения трансформаторов.

Принципиальная конструкция ТТ, независимо от модели, состоит из следующих элементов:

1. Шихтованный сердечник – в качестве материала изготовления может использоваться холоднокатаная электротехническая сталь или аморфные нанокристаллические сплавы. Второй вариант дороже, однако, значительно расширяет рабочий диапазон.

2. Первичная обмотка. Представляет собой один виток или вообще один прямой провод. У некоторых моделей трансформаторов может быть использована шина, пропущенная через окно магнитопровода. Подключается к электроцепи последовательно.

3. Вторичная обмотка – наматывается на сердечник и изолируется. В лабораторных и каскадных моделях ТТ допускается к использованию несколько групп вторичных обмоток. Как правило, к одной группе подключаются приборы измерения и контроля, а к другой — защитные устройства.

К рабочим контактам обязательно необходимо подключить какие-либо устройства потребления — цепь должна быть нагружена. В противном случае напряжение может возрасти до величины способной пробить изоляцию. В случае если катушку разомкнуть, возникнут наведенные некомпенсированная токи, от которых магнитопровод может выгореть.

По тому же принципу функционируют токоизмерительные клещи. Кабель играет роль первичной обмотки, смыкающиеся зубцы клещей оснащены вторичной обмоткой и выполняют функции магнитопровода.

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.

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.

Трансформаторы тока зачастую переделывают (как одно-, так и многоступенчатые), путем изменения числа витков на катушках. Однако при этом существенно снижается коэффициент точности.

По конструкции или наличию первичной обмотки ТТ можно классифицировать на:

Без первичной обмотки: встроенные, шины, разъёмные. Фактически, они состоят из магнитопровода со вторичной обмоткой. Функцию первичной обмотки выполняет стержень высоковольтного ввода электроцепи.

Одновитковые: стержневые и u-образные. Используется на подстанциях промышленных предприятий для подключения устройств учета энергии.

Многовитковые: петлевые, звеньевые. Используются в сложных многофазных сетях для контроля нескольких фаз.

По типу изоляции

Суть такой классификации состоит определении способа изоляции обмоток.

Читайте также  Электродвигатель с фазным ротором принцип работы

Согласно ГОСТ 7746-2015, при производстве трансформаторов применяются следующие типы изоляционных материалов:

  1. Твёрдые: фарфор, бакелит, полимерные материалы типа капрона или эпоксидной смолы;
  2. Вязкие — компаунды изоляционных материалов;
  3. Смешанные – бумажно-масляные изоляционные материалы;
  4. Газовые: элегаз или воздух.

Классов трансформаторов тока по напряжению бывает только два — до одного киловатта и более.

Маркировка токовых трансформаторов

Условное обозначение устройств отечественного производства осуществляется в соответствии с нормативной документацией и техническими условиями ми (ТУ).

Она имеет следующий вид:

ТNM — X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 XY12 X13 X14, где

  • Т — первая буква в обязательном порядке «Т» означает, что устройства относятся к трансформаторным;
  • N — конструкционные особенности устройства: проходной (П), опорный (О), с использованием шины в качестве первичной обмотки (Ш), с фарфоровой изоляцией корпуса (Ф);
  • M — материал изоляции обмоток: «М» — масляная (фактически, смешанная бумажно-масляная изоляция), «Л» — литая (эпоксидная смола), «Г» – газовая;
  • Х1 — значение рабочего (номинального) напряжения;
  • Х2 — вариант конструкционного исполнения. Как правило, касается расположения контактов первичной и вторичной обмоток как;
  • Х3 — габаритные размеры корпуса. Чаще всего, эта маркировка применяется для трансформаторов, устанавливаемых в силовых шкафах. Код привязывают к длине корпуса;
  • Х4 — буквенный код определяющий расположение выводов вторичной катушки относительно установочного основания. «А» — параллельно установочной поверхности, «Б» — перпендикулярно относительно установочной поверхности;
  • Х5 — наличие и тип изолирующих барьеров;
  • Х6 – значение точности при передаче данных, внешняя цепь;
  • Х7 — коэффициента безопасности для исходящих катушек (измерительные цепи);
  • Х8 – значение точности для исходящих катушек (измерительные цепи);
  • Х9 — коэффициент кратности;
  • Х10 – рабочее значение нагрузки для устройств измерения;
  • Х11 — рабочее значение нагрузки для устройств защиты;
  • Х12 — значение входящего и исходящего тока;
  • Х14 — максимальное значение силы тока при односекундном воздействии короткого замыкания на пределе термической стойкости;
  • Х15 — климатическое исполнение оборудования.

Область использования и особенности подключения

Трансформаторы тока используется для преобразования параметров электроэнергии первичных цепей высокого напряжения. Они выполняют две основные функции:

1. Приведение характеристик тока к величинам, которые могут использовать различные электроприборы: счетчики, измерительные устройства, защитные реле.

2. Физическая отделение (изоляция) исполнительных устройств, подключенных измерительным и защитным цепям, от высоковольтных кабелей линий электропередач.

Подключение счетчика через трансформатор тока

Так как подсоединять измерительные устройства к первичной цепи питания прямым включением нельзя используются ТТ, с соответствующим коэффициентом трансформации. К примеру, для выполнения учета потребления электроэнергии на линии с нагрузкой в 400А необходимо использовать трансформатор тока с рабочими показателями не менее 400/5.

Подсоединение трансформаторов осуществляется на подстанции потребителя. Первичная катушка подключается к силовым контактам фаз (А и С) так называемая «схема неполной звезды». К контактам вторичной обмотки подключается электросчетчик и амперметр. К примеру, модели САЗУ-ИТ и Э378 в щитовом исполнении.

Подключение через трансформаторы тока релейной защиты

К примеру, необходимо установить релейную защиту на первичной (входящей) электроцепи с параметрами тока: напряжение 10 кВ и нагрузкой 1 кА. При таких показателях релейная защита не может быть включена в электроцепь напрямую напрямую.

Для подключения рекомендуется использовать трансформаторы тока модель ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации 1000/5 при использовании токовых реле и ТТ — НТМИ-10с коэффициентом трансформации 1000/100 для подключения реле напряжения.

Также через этот тип трансформатора допускается подключение электросчетчика.

На отечественных предприятиях и бытовых подстанциях чаще всего встречаются проходные трансформаторы тока с двумя вторичными обмотками, которые используются для учета потребления электроэнергии и установки релейной защиты соответственно.

  *  *  *

© 2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Источник: https://video-praktik.ru/transformatory_toka.html

Трансформатор тока. Принцип действия. Расчет

Токовый трансформатор принцип работы

Принцип действия токового трансформатора. Проектирование. Формулы для расчета (10+)

Трансформатор тока. Принцип действия. Расчет

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Токовый трансформатор — измерительный прибор, предназначенный для измерения силы переменного тока. Применяются трансформаторы тока тогда, когда нужно измерить ток большой силы. Токовые клещи также работают по принципу трансформатора тока. Есть способы измерения постоянного тока с помощью токовых клещей, но тут применяется эффект магнитного усилителя. Об этом будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы не пропустить. Сейчас остановимся на измерении переменного тока.

Принцип действия измерительного трансформатора тока

Трансформатор тока — обычный трансформатор, только включенный специальным образом и со специальным числом витков в обмотках. Первичная обмотка трансформатора тока обычно состоит из одного витка, то есть просто провода, пропущенного через тороидальный сердечник трансформатора. Именно через этот провод проходит измеряемый ток.

Иногда, для повышения точности измерений, делают два витка, то есть пропускают провод через сердечник дважды. Трансформаторы тока могут выполняться не только на тороидальных сердечниках, но и на других. В любом случае провод с измеряемым проводом должен образовать полный виток.

Для Ш — образного сердечника нужно пропустить провод в оба окна.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Со вторичной обмотки снимается ток, который уже подлежит измерению. Для нормального функционирования токового трансформатора необходимо, чтобы его вторичная обмотка была зашунтирована низкоомной нагрузкой. Причем напряжение на вторичной обмотке при максимальном токе не должно быть слишком большим, чтобы не вызвать насыщение сердечника.

Формулы для расчета

Расчет трансформатора тока строится на простом соотношении:

[Амплитуда силы тока вторичной обмотки, А] = [Амплитуда переменной составляющей силы тока первичной обмотки, А] * [Число витков первичной обмотки] / [Число витков вторичной обмотки] [Амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] = [Амплитуда силы тока вторичной обмотки, А] * [Сопротивление шунтирующего резистора, Ом] + [Напряжение насыщения диодов, В]

Если в системе не используются выпрямительные диоды, то последнее слагаемое считается равным нулю. Если применяется диодный мост, то нужно брать двойное напряжение насыщения диода плеча моста, так как при каждой полярности входного напряжения ток проходит через два диода моста.

[Мощность, рассеиваемая нагрузочным резистором, Вт] = [Действующее значение силы тока вторичной обмотки, А] 2 * [Сопротивление шунтирующего резистора, Ом]

Чтобы определить действующее значение силы тока, нужно точно знать форму сигнала. Форма сигнала может меняться во времени, например, при широтно-импульсной модуляции. Обычно применяется такое соотношение:

[Мощность, рассеиваемая нагрузочным резистором, Вт] Амплитуда силы тока вторичной обмотки, А] 2 * [Сопротивление шунтирующего резистора, Ом]

Чтобы исключить насыщение сердечника, необходимо рассчитать максимальное значение индукции и сравнить его с допустимым пределом.

Если применяется сердечник с зазором, то:

[Максимальное значение индукции, Тл] = [1.257E-3] * [Среднее значение силы тока первичной обмотки, А] * [Количество витков первичной обмотки] / [Зазор в сердечнике, мм] + [1.257E6] * [Амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] * [Коэффициент наполнения] / (2 *[Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [Количество витков вторичной обмотки] * [Частота сигнала, Гц])

Если применяется сердечник без зазора, то:

[Максимальное значение индукции, Тл] = [1.257E-3] * [Среднее значение силы тока первичной обмотки, А] * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Количество витков первичной обмотки] / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм] + [1.257E6] * [Амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] * [Коэффициент наполнения] / (2 *[Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [Количество витков вторичной обмотки] * [Частота сигнала, Гц])

Максимально допустимая индукция выбирается по следующему принципу. Если сердечник токового трансформатора сделан из трансформаторного железа, то максимальная индукция принимается равной 0.5 Тл, если применяется феррит, то 0.15 Тл. Если трансформатор работает в условиях несимметричного измеряемого тока, то в сердечнике должен быть небольшой зазор (0.1 мм), а максимальную индукцию нужно уменьшить по крайней мере в три раза.

Среднее значение силы тока, если ток симметричный, равно нулю. Коэффициент наполнения зависит от формы сигнала. Для меандра он равен 1, для синусоидального напряжения около 9.5, для ШИМ — сигналов может быть от 0 до 1. Для наших расчетов достаточно принять его равным 1, так как нам нужно получить для индукции оценку сверху.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. . [2] сообщений.

[Максимальное значение индукции, Тл] = [1.257E-3] * [Среднее значение силы тока первичной обмотки, А] * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Количество витков первичной обмотки] / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм] + [1.257E6] * [Амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] * [Коэффициент наполнения] / (2 *[Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [Количество Читать ответ…

В статье 'Трансформатор тока. Принцип действия. Расчет' в формулу входит 'Коэффициент наполнения'. Что означает этот коэффициент? Спасибо. Читать ответ…

Еще статьи

Импульсный источник питания. Своими руками. Самодельный. Сделать. Лабо…
Схема импульсного блока питания. Расчет на разные напряжения и токи….

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида…
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при…

Лабораторный импульсный автотрансформатор, латр. Схема, конструкция, у…
Схема импульсного ЛАТРа для самостоятельной сборки….

Силовой мощный импульсный трансформатор, дроссель. Намотка. Изготовить…
Приемы намотки импульсного дросселя / трансформатора….

Измерение действующего (эффективного) значения напряжения, силы тока. …
Схема прибора для измерения действующего значения напряжения / силы тока…

Импульсный источник питания светодиода светодиодного фонаря, светильни…
Схема импульсного источника питания ярких светодиодов….

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р…
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ…

Корректор коэффициента мощности. Схема. Расчет. Принцип действия….
Схема корректора коэффициента мощности…

Источник: https://gyrator.ru/current-transformer