Как выбрать трансформатор
Перед тем, как отдать предпочтение какому-то виду счетчика следует прочитать пункт 1.5.17 ПУЭ. Там написано, что объем вторичной обмотки не должен опускаться меньше 40% от установленного при самой большой нагрузке, ниже 5% при минимальной.
Стоит проследить за тем, чтобы была установлен лишь верный порядок фаз A, B, C. Фазометр определит это.
Еще стоит наблюдать за U и I. Первое значение должно быть равно напряжению или быть выше его, а второе, силе тока.
Прямого или непосредственного включения
Прямым включением агрегата называется непосредственное присоединение к системе в 220 и 380 В. Данное монтирование счетчика в электрическую линию отличается простотой. Нужно подсоединить окончания кабеля с обеих сторон.
При обычном наборе приборов этот метод подключения себя эффективен. Но если среди приборов есть котел отопления, то метод нужно поменять на другой.
Однофазная цепь
Однофазная цепь состоит из двух шнуров. По одному из них ток поступает к пользователю, а по-другому идет обратно. При разъединении цепи ток не пройдет.
Узел счета — место соединения трансформатора тока с несущим проводником. Обычно им является электрошкаф со счетчиком.
Класс точности
Если верно выбрать ТТ, то покупатель сможет подключить замерные и защитные устройства к линиям высокого напряжения. Степень класса точности — самый важный параметр. Он указывает на погрешность измерения. Она не должна превышать критерии установленных государственных норм. Класс точности обусловливается базовыми особенностями. Туда входят погрешность по току и углу, а также индекс относительной полной погрешности. 2 первых коэффициента обусловливаются током намагничивания.
В аппаратах промышленного применения применяются несколько видов точности: 0.1, 0.5, 1.0, 3.0 и 10Р.
Согласно ГОСТу, класс точности должен быть ориентирован на токовые погрешности. Например, для коэффициента в ± 40 необходим класс 0.5, а для ±80—класс 1.0. Необходимо заметить, что классы 3.0 и 10Р согласно правилам не нормируются. Буква “S” указывает на класс точности в границах 0.01-1.2. Класс 10Р применяется для защиты. Относительная полная погрешность нормирования не превышает 10%.
Разрешается применения аппаратов с классом точности 1.0. Но применять их можно лишь, если у счетчика класс точности в две единицы.
Замена трансформаторного устройства нужна, если:
- электросчетчики с классом точности ниже 2.0. В частности, аппараты фиксирования с показателем погрешности 2,5;
- просроченной датой обязательной проверки;
- с прошедшим сроком использования;
- отсутствует пломба государственной инспектирующей организации.
СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.
Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60
ватт
Где:Р_2
– мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт
;
U
_2
— напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт
;
I
_2
— ток во вторичной цепи, в нагрузке.
КПД трансформатора мощностью до 100 ватт
обычно равно не более η = 0,8
.КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:
Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт
.
Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1
, мощности потребляемой от сети 220
вольт,
зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S
.
Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.
Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:
S = 1,2 · √P_1.
Где:S
— площадь в квадратных сантиметрах,P
_1 — мощность первичной сети в ваттах.
S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².
По значению S
определяется число витков w
на один вольт по формуле:
w = 50/S
В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.
w = 50/10,4 = 4,8
витка на 1 вольт.
Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.
Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:
W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.
Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:
W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков
,
округляем до 173 витка
.
В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.
Величина тока в первичной обмотке трансформатора:
I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера
.
Ток во вторичной обмотке трансформатора:
I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.
Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,для медного провода,
принимается 2 А/мм² .
При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I
.
Для первичной обмотки диаметр провода будет:
d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм
.
Диаметр провода для вторичной обмотки:
d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.
ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА,
то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.
Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:
s = 0,8 · d².
где
: d — диаметр провода
.
Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1
мм.
Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1
мм. равна:
s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм²
.
Округлим до 1,0
мм².
Изтаблицывыбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².
Например, это два провода диаметром по 0,8 мм
. и площадью по0,5 мм²
.
Или два провода: — первый диаметром 1,0 мм
. и площадью сечения 0,79 мм²
,— второй диаметром 0,5 мм
. и площадью сечения 0,196 мм²
.что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².
Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.
Смотрите статьи:— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».
Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.
Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.
Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока
- Принцип работы измерительных трансформаторов
- Коэффициент трансформации электросчетчика
- Установка счетчика с трансформаторами тока
В электрических сетях, с напряжением 380 вольт, потребляемой мощностью свыше 60 кВт и током более 100 ампер, используется схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока. Данный вариант известен как косвенное подключение. Подобная схема дает возможность измерения высокой потребляемой мощности приборами учета, рассчитанными на низкие показатели мощности. Разница между высокими и низкими значениями компенсируется с помощью специального коэффициента, определяющего окончательные показатели счетчика.
Устройство ТТ
Трансформатор тока
Трансформаторы преобразовывают измеряемую величину из большей в меньшую или наоборот. Действуют они с помощью электромагнитной индукции. В основе прибора находится магнитный сердечник, собранный из прямоугольных стальных рамок, а на нём закреплены витки изолированных проводов — обмотки. Входная катушка подключена к источнику и у ТТ представлена всего одним витком. В зависимости от модели трансформатора место первичной обмотки может занимать:
- намотка на сердечнике;
- зафиксированная шина с соединительным винтом, которая проходит через корпус;
- отверстие ступенчатой или прямоугольной формы, чтобы пропустить и закрепить шину при монтаже;
- круглое окно под жилу кабеля для бесконтактных соединений (бытовые реле со встроенными трансформаторами).
Конструкция ТТ
Отличие измерительных трансформаторов от силовых в том, что ток вторичной цепи остаётся постоянным вне зависимости от сопротивления потребителя — меняется напряжение. У включённого в сеть трансформатора тока нельзя размыкать вторичную обмотку. Она всегда должна быть замкнута на измерительное устройство, при его отсутствии — перемычками накоротко. Если продуцируемый ток исчезнет, напряжение достигнет значения в киловольты. Скачок спровоцирует выход из строя аппаратуры (особенно чувствительны полупроводниковые приборы), повреждение изоляции и возгорание, витковое замыкание, травмирование обслуживающего персонала. В целях безопасности заземление каждой обмотки в одной точке является обязательным.
Подключение ТТ
«Первичка» подключается к клеммам прибора, обозначенным символами «U1», «U2» или «Л1», «Л2» (в зависимости от производителя) с соблюдением полярности. Для ТТ шинного подключения «первичка» должна проходить в середине сердечника в направлении, обозначенном на корпусе прибора стрелкой. Проводка «вторички» подсоединяется к клеммам с обозначением «I1», «I2» или «И1», «И2» также с соблюдением полярности.
Вторичная обмотка, предназначенная для подключения релейной защиты, обозначается «I3», «I4» или «И3», «И4». Класс точности трансформации может быть ниже, чем для коммерческой цепи.
Как выбрать трансформаторы тока для подключения расчетных счетчиков
Счетчики для расчетов за потребляемую электроэнергию между энергоснабжающей организацией и потребителями следует устанавливать на границе раздела сети по балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности между энергоснабжающей организацией и потребителем. Число счетчиков на объекте должно быть минимальным и обосновано принятой схемой электроснабжения объекта и действующими тарифами на электроэнергию для данного потребителя. Расчетные счетчики у арендаторов, находящихся в жилых, общественных и других зданиях и обособленных в административно-хозяйственном отношении, надо устанавливать раздельно для каждого самостоятельного потребителя (организации, домоуправления, ателье, магазина, мастерской, склада и т. д.).
Коэффициент трансформации трансформаторов тока следует выбирать по расчетной присоединяемой нагрузке с учетом работы установки в аварийном режиме. Завышенным по коэффициенту трансформации считается такой трансформатор тока, у которого при 25%-ной расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке будет менее 10% номинального тока счетчика (номинальный ток счетчика — 5 А).
В зависимости от величин сопротивления потребителей вторичной цепи Z 2, Ом, и вторичной нагрузки трансформатора тока S2, ВА, один и тот же трансформатор тока может работать в различных классах точности. Для обеспечения достаточной точности показаний приборов и действия аппаратов защиты, подключенных к трансформатору тока, необходимо, чтобы величина Z2 не выходила за пределы номинальной нагрузки трансформатора тока.
Трансформаторы тока имеют токовые ΔI и угловые погрешности δ. Токовая погрешность, проц. по приведенному соотношению учитывается в показаниях всех приборов:
где kном — номинальный коэффициент трансформации; I1 и I2 — ток соответственно первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Угловая погрешность определяется углом δ между векторами тока I1 и I2 и учитывается только в показаниях счетчиков и ваттметров.
Трансформаторы тока имеют следующие классы точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10, что соответствует величинам токовых погрешностей, проц. Класс точности трансформаторов тока должен быть для счетчиков коммерческого учета — 0,5; для электроизмерительных приборов— 1; для реле токовых защит — 3; для лабораторных приборов — 0,2.
Пример выбора трансформаторов тока для подключения счетчика.
Расчетный ток присоединения в нормальном режиме — 90 А, в аварийном — 126 А.
Выбирают трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n т = 150/5 исходя из нагрузки в аварийном режиме.
Проверка. При 25%-ной нагрузке ток в первичной цепи составляет I1 = ( 90 х 25)/100 = 22,5 А.
Ток во вторичной цепи (при коэффициенте трансформации n т = 150. 5 = 30) составит
I 2 = I1/nt = 22. 5/30 = 0,75 А.
Трансформаторы тока выбраны правильно, так как I 2 > I н счетчика, т. е. 0,75 > 0,5.
Сечение жил проводов или кабелей от трансформаторов тока до счетчиков должно быть не менее: медных — 2,5, алюминиевых — 4 мм2. Максимальное сечение жил проводов и кабелей, которые возможно подключить к клеммам счетчика, не должно превышать 10 мм2.
При выборе трансформаторов тока к расчетным счетчикам рекомендуется использовать данные из ПУЭ (таблица «Выбор трансформаторов тока»). До приборов учета, смонтированных на вводе в целях безопасной установки, проверки и замены счетчиков и трансформаторов тока в электроустановках при наличии двух питающих линий (вводов) и двух распределительных сборок, имеющих коммутационные аппараты для их соединения (секционные рубильники, АВР и др.), до приборов учета, смонтированных на вводе, должны быть установлены отключающие аппараты, а после приборов учета — аппараты, обеспечивающие разрыв цепи со стороны распределительных сборок.
Выбора трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения, предназначенные для питания катушек напряжения измерительных приборов и реле, устанавливают на каждой секции сборных шин. Их выбирают по форме исполнения, конструкции и схеме соединения обмоток, номинальному напряжению, классу точности и вторичной нагрузке.
Условия выбора трансформаторов напряжения
- конструкция, схема соединения;
- соблюдение условия Uc.ном = U1ном (где Uc.ном— номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, кВ;
- U1.ном— номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВ);
- класс точности;
- соблюдение условия S2 рас
- S2 ном— номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности, В*А).
Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, в качестве U необходимо взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме неполного открытого треугольника — удвоенную мощность одного трансформатора. В выбранном классе точности, если нагрузка (вторичная) превышает номинальную мощность, часть приборов подключают к дополнительно установленному трансформатору напряжения. Вторичная нагрузка ТН — это мощность приборов и реле, подключенных к ТН.
Для упрощения расчетов расчетную нагрузку можно не разделять по фазам, тогда
При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывается, так как оно мало. Однако ПУЭ требует оценить потерю напряжения, которая в проводах от трансформаторов к счетчикам не должна превышать 0,5 %, а в проводах к щитовым измерительным приборам — 3 %. Сечение провода, выбранное по механической прочности, как правило, отвечает требованиям потерь напряжения.
Два однофазных ТН обладают большей мощностью, чем один трехфазный, а по стоимости на напряжения 6 и 10 кВ они примерно равноценны. Если одновременно с измерением необходимо производить контроль изоляции в сетях 6—10 кВ, то устанавливают трехфазные трехобмоточные пятистержневые трансформаторы напряжения серии НТМИ или группу из трех однофазных трансформаторов серии ЗНОМ или ЗНОУТ, если мощность НТМИ недостаточна.
Для напряжения 110 кВ и выше применяют каскадные трансформаторы НКФ.
Вход
В одной из предыдущих статей
мы уже рассматривали измерительные трансформаторы тока, их сферы применения, технические характеристики и особенности режима работы.
Как отмечалось ранее, для подключения счетчика в сеть большой мощности (с большими токами) необходимо применять специальные устройства — измерительные трансформаторы тока. Речь идет о низковольтных сетях до 0,66 кВ, где уровень номинального тока 100 А и выше. Счетчики прямого включения не предназначены для использования в таких мощных сетях, поэтому и требуется снизить уровень рабочего тока до величины, удобной для измерения приборами учета — 5 А.
Способ подключения в сеть счетчика, при котором токовые обмотки счетчика подключаются к измерительным выводам трансформатора тока называют полукосвенным. При этом способе подключения счетчика используется рабочее напряжение сети (обмотки напряжения подключаются к электросчетчику напрямую).
Существует также и косвенный способ подключения счетчика, однако он применяется для учета электроэнергии в установках с напряжением более 1 кВ. При косвенном подключении счетчика кроме трансформаторов тока применяются трансформаторы напряжения, снижающие высокое значение напряжение до 100 В.
Класс точности и его значение для учета электроэнергии
Правила Устройства Электроустановок (сокращенно ПУЭ) устанавливают классы точности для трансформаторов тока различных категорий применений. Так, для коммерческого учета должны устанавливаться трансформаторы тока с классом точности не более 0,5, а для технического учета необходим класс точности не выше 1,0.
Также встречаются трансформаторы тока с практически одинаковыми классами точности 0,5 и 0,5S. В чем заключается между ними разница? Погрешность обмотки ТТ с классом точности 0,5 не нормируется ниже 5%. Это значит, что при нагрузке в главной цепи ниже 5% электрическая энергия не будет учитываться. Класс точности 0,5S говорит о том, что трансформатор тока будет передавать сигнал на счетчик при уровне нагрузки не ниже 1%.
Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока
Подключить трехфазный счетчик электроэнергии в мощную низковольтную сеть с глухозаземленной нейтралью можно по приведенным ниже схемам.
Цепи тока и напряжения в этой схеме, которую еще называют «десятипроводной» (по количеству используемых проводов), разделены. Подобное разделение цепей напряжения и тока позволяет повысить электробезопасность и легко проверять правильность подключения.
Следующая схема, в которой все выводы И2 измерительных трансформаторов тока соединяются в общую точку и присоединяются к нулевому проводнику, называется «звезда» (т. к. трансформаторы тока соединены по одноименной схеме). Она экономична с точки зрения использования проводов, однако усложняет проверку схемы включения счетчика представителями энергоснабжающих организаций.
«Семипроводная» схема на сегодняшний день является устаревшей, но так или иначе до сих пор встречается. Эта схема, будучи самой экономичной, опасна для обслуживающего персонала и потому должна быть модернизирована до десятипроводной.
Подключения счетчика электроэнергии через переходную испытательную коробку (КИП)
Как указано в ПУЭ (п 1.5.23.), подключать трехфазные счетчики электроэнергии следует через испытательные коробки, упомянутые выше. Они (коробки испытательные переходные) позволяют производить замену счетчика, не отключая нагрузку, так как все необходимые переключения можно произвести в КИП.
Также встречаются низковольтные сети с изолированной нейтралью (система IT). Если быть более точным, то в сети с такой системой заземления нейтральный проводник может быть как полностью изолирован, так и заземлен при помощи специальных приборов, обладающих большим электрическим сопротивлением.
Такая система (IT) применяется на объектах, к которым предъявляются высокие требования по надежности и безопасности электроснабжения. Например, изолированная система IT применяется для электрических установок угольных шахт, для мобильных дизельных и бензиновых электростанций, а также для аварийного освещения и электроснабжения больниц. Подключить счетчик электроэнергии к трансформаторам тока в сеть с изолированной нейтралью можно по следующей схеме.
Измерительные трансформаторы тока — это устройства, преобразующие большие значения тока главных цепей до величины 5 А, удобной для измерения счетчиками электроэнергии. Именно это и определяет их основное назначение: питание цепей учета электроэнергии (коммерческий и технический) в мощных установках, там где счетчики прямого включения просто не могут применяться.
Принцип работы измерительных трансформаторов
Принцип измерительного и обычного трансформатора тока (ТТ) не имеют различия кроме точности передачи тока во вторичной обмотке. Не измерительные ТТ применяются в цепях токовой релейной защиты, однако, в любом случае принцип их работы одинаков. По первичной обмотке, включенной последовательно в линию, будет протекать электрический ток такой же, как и в нагрузке. Иногда, это зависит от конструкции ТТ, первичной обмоткой может служить алюминиевая или медная шина, идущая от источника энергии, к потребителю. За счёт прохождения тока и наличия магнитопровода во вторичной обмотке возникает тоже ток но уже меньшей величины, который уже можно измерять с помощью обычных измерительных приборов, или же счётчиков. При расчете израсходованной электроэнергии нужно учитывать коэффициент, определяющий окончательную величину затрат. Фазный ток, протекающий по линии, будет в разы больше чем ток вторичной обмотки, и зависит он от коэффициента трансформации.
Таким образом, данная манипуляция и установленный трансформатор тока обеспечивает не только возможность измерять большие тока, но и способствуют безопасности проведения таких измерений.
Интересным является тот факт что все ТТ выдают при определённом номинале, на который он рассчитан в первичной обмотке, всего лишь 5 Ампер во вторичной. Например, если номинальный ток первичной обмотки будет 100А, то во вторичной будет 5 А. Если оборудование более мощное и выбирается измерительный трансформатор 500А, то всё равно коэффициент трансформации выбран таким образом, что во вторичной обмотке будет опять-таки 5 Ампер. Поэтому выбор счётчика здесь очевиден и несложен, главное, чтоб он был рассчитан на 5 Ампер. Вся ответственность лежит на выборе именно измерительного трансформатора. Ещё один важный фактор работы такой цепочки это частота переменного напряжения, она должна быть строго 50 Гц. Это стандартная величина частоты, которая чётко контролируется компанией поставщиком электроэнергии и её отклонение недопустимо для работы любого, применяемого в странах постсоветского пространства стандартного электрооборудования. По всей плане эта частота регламентируется другими величинами.
Одной из важных особенностей ТТ является также невозможность работы его без нагрузки, а когда это необходимо какими-либо мероприятиями, то стоит закоротить концы вторичной обмотки, чтобы не было пробоя.
Общие требования
Трансформаторы тока – это оборудование, которое устанавливают, чтобы снизить (преобразовать) показатель до уровня, нормального для работы механизмов учета и контроля (счетчиков).
Другими словами данные приборы (производства компаний Меркурий, Ленэлектро и других) устанавливают на участках со значительной мощностью в том случае, когда прямое подключение невозможно из-за высоких токов. Непосредственное подсоединение без соответствующего предохранителя приводит к сгоранию магнитных катушек и выходу оборудования из строя.
В первую очередь проводится ревизия техники – внешний осмотр, проверка на работоспособность и предельную мощность. Кроме этого замеряется тангенс внутреннего изоляционного провода и сопротивления. Исходя из полученных данных, выбирается схема подключения, делается разметка, просверливается необходимое количество отверстий.
Источник: