Какие есть трансформаторы тока для подключения счетчиков

Классификация и расшифровка обозначений трансформатора тока

Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.

Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К трансформаторам тока предъявляются высокие требования по точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки различают трансформаторы тока:

а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
б) для закрытой установки;
в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;
г) накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);
д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);
б) одновитковые (стержневые);
в) шинные.

4. По способу установки трансформаторы тока для закрытой и наружной установки разделяются на:

а) проходные;
б) опорные.

5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы:

а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);
б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
в) газонаполненные (элегаз);
г) с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

а) одноступенчатые;
б) двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение свыше 1000 В;
б) на номинальное напряжение до 1000 В.

Параметры трансформаторов тока

Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации трансформатора тока 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 ко 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 трансформаторы тока могут иметь переменный коэффициент трансформации, что возможно пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединения (например такое решение применяется в трансформаторах тока ТФЗМ — 110) либо наличием отводов на первичной или вторичной обмоток (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).

Класс точности

Для определения класса точности трансформатора тока вводятся понятия:

• погрешности по току ΔI = I2 — I1’, где I2- действительный вторичный ток, I1’ =I1/n — приведённый первичный ток, I1 — первичный ток , n — коэффициент трансформатора тока;
• погрешности по углу δ = α1 — α2, где α1 — теоретический угол сдвига фаз между первичным и вторичным током α1 = 180°,α2 — действительный угол между первичным и вторичным током;
• относительной полной погрешности ε%=(|I1’-I2|)/|I1’|, где |I1’| — 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 погрешность 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 вторичных цепи не более установленного и тока в первичной цепи от 0,05 до 1,2 номинального тока трансформатора.

Для трансформаторов тока с добавлением сзади класса точности литеры S (например 0,5S) означает, что трансформатор будет находится в классе точности от О,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 к.з. и заданном сопротивления вторичной цепи.

Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в классе точности при протекании по первичной его обмотке тока 0,2 ÷ 200% номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.

Обозначения трансформаторов тока

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

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»).

Встроенные трансформаторы тока трансформаторов

Трансформаторы тока (ТТ) предназначены для контроля и измерения токов в электрических цепях . Первичная обмотка ТТ включается последовательно в контролируемую цепь; вторичная обмотка вырабатывает ток, пропорциональный первичному, в соответствии с требуемым коэффициентом трансформации. Цепь вторичной обмотки замыкается либо на измерительные приборы, либо на устройства контроля и защиты электрических цепей.
В ТТ, предназначенных для установки в цепях высокого напряжения, первичная обмотка изолирована от вторичной на полное рабочее напряжение. Вторичная обмотка ТТ обычно заземляется и имеет нулевой потенциал. Это позволяет контролировать параметры сети приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающим персоналом.

Встроенные ТТ используются в качестве элементов других устройств, в частности трансформаторов. Встроенные ТТ трансформаторов устанавливаются на вводах ВН или СН. Встроенные ТТ трансформаторов имеют только вторичную обмотку — функции первичной обмотки здесь выполняет токоведущий элемент линейного ввода (отвода), который охватывается встроенным трансформатором тока.
Конструктивно ТТ состоит из обмотки, намотанной на кольцевой магнитопровода, и имеющей отпайки, соответствующие различным коэффициентам трансформации.
Размещаются ТТ в адаптерах вводов (рис. 3). Каждый ввод укомплектовывается двумя трансформаторами тока: один ТТ служит для подключения измерительных приборов контроля линейного тока во вводе, второй — для подключения цепей защиты. Подключение измерительных приборов и цепей защиты допускается только к отдельным секциям ТТ. Хранение ТТ до монтажа осуществляется в отдельных адаптерах, заполненных маслом.

Рис. 3. Установка трансформаторов тока в адаптерах: 1 — корпус адаптера; 2 — трансформатор тока; 3 — распорные клинья; 4 — крышка адаптера; 5 — ввод; 6— фланец адаптера для установки ввода; 7— болты крепления ввода; 8 — фланец адаптера крепления к крышке бака; 9 — коробка зажимов обмотки ТТ; 10 — перегородка; 11 — отводы; 12 — лючок; 13 — сальник; 14— крышка бака трансформатора; 15 — фланец; 16 — люк адаптера к клеммнику.

Встраиваемые в силовые трансформаторы ТТ предназначены для номинальных напряжений 35; 110; 220; 330; 500; 750; 1150 кВ. При этом вторичный ток является заданной величиной. Наиболее употребительным является вторичный ток 5А; другими употребляемыми вторичными токами являются 2,5 А, 10 А, 1 А. В основном, применяются ТТ на следующие номинальные первичные токи при следующих коэффициентах трансформации (табл. 1).
Для обеспечения необходимой точности измерений и надежной работы максимальных и дифференциальных защит, применяемых в 3-фазных сетях, требуется определенная идентичность параметров трансформаторов тока и нормирование их токовых и угловых погрешностей. Согласно ГОСТ 7746—89, разность между абсолютными значениями первичного и вторичного тока характеризует токовую погрешность; угловая погрешность определяется углом между векторами первичного и вторичного токов ТТ.
ТТ должен надежно работать в некотором диапазоне первичных токов. Поскольку ТТ имеют нелинейный элемент — магнитную систему (МС), то при высоких кратностях токов и, соответственно, больших насыщениях МС (но также и при малых токах и малых насыщениях) погрешности возрастают, что может существенно повлиять на работу защит.
В качестве предельно допустимой кратности для ТТ условно принята т. н. 10%-ная кратность, то есть такое отношение первичного тока к его номинальному значению, при котором токовая погрешность достигает минус 10 % при заданной вторичной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8, а трансформатор еще может надежно выполнять свои защитные функции.
Требования к точности ТТ, работающих в схемах максимальных защит, обычно невысоки (класса точности 3). Дифференциальная защита должна срабатывать при авариях внутри защищаемого участка или элемента, и не должна срабатывать при аварии за пределами этого участка. Требования к точности ТТ дифференциальных защит выше, их характеристики должны быть идентичными, чтобы исключить возникновение при сквозных токах короткого замыкания токов небаланса во вторичной цепи за счет неодинаковых токовых и угловых погрешностей.

Первичный ток при различных коэффициентах трансформации, А

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ. Области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков чёткого представления о принципиальных отличиях свойств силовых трансформаторов малой мощности с разными схемами соединения обмоток приводит к ошибкам в их применении. Причём неправильный выбор схемы соединения трансформаторных обмоток не только ухудшает технические показатели электроустановок и снижает качество электроэнергии, но и приводит к серьёзным авариям.

Об этом напоминают нижегородские проектировщики Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман, которые в своём материале акцентируют внимание на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности.

Алевтина Федоровская, технический директор

Владимир Фишман, главный специалист Группы компаний «Электрощит — ТМ — Самара» Филиал «Энергосетьпроект — НН — СЭЩ», г. Нижний Новгород

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.

Как известно, силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трёхстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы – А, В и С. Магнитные потоки трёх фаз в симметричных режимах работы циркулируют в стальном сердечнике трансформатора и за его пределы не выходят.

Что происходит при нарушении симметрии с преобладанием нагрузки одной из фаз на стороне 0,4 кВ? Такие режимы работы исследуются с использованием теории симметричных составляющих [2]. Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трёхфазной сети представляется в виде геометрической суммы трёх симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Рассмотрим режим максимальной однофазной несимметрии – режим однофазного короткого замыкания (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D/Yн.

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в этом режиме представлена на рис. 1. В неповреждённых фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трёх симметричных составляющих тока равна нулю (рабочей нагрузкой фаз пренебрегаем), а в повреждённой фазе эта сумма максимальна и равна току ОКЗ. Его величина определяется известной формулой:

(1)

где U_л – линейное напряжение;

R₁, R, X₁, Х – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

Сопротивление прямой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R₁ и X₁ трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно:

Заглянув в каталоги, нетрудно убедиться, что входящие в эти формулы известные величины Р_кз и U_к от схем соединения обмоток трансформатора практически не зависят, а следовательно, от них не зависят и сопротивления прямой последовательности.

В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

Сопротивления нулевой последовательности

Рассмотрим картину векторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2).

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри неё и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R₁ = R; Х₁ = Х.

В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».

Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R > R₁; X >> X₁.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчёту не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т. п.

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчётов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам Минского трансформаторного завода, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются [4].

Почему необходимо знать знать реальные значения сопротивлений

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.

В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.

Так, если принять R₁ = R, X₁ = X, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

(2)

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трёхфазного КЗ.

Однако, если R>>R₁ и X>>X₁, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трёхфазного КЗ, то есть I_окз Выводы

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект даёт схема D/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.

Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.

Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

2. Ульянов С. А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.

3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.

4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я. М., Круповича В. И., Самовера М. Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.

5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).

6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

Электрический счётчик Нева 301 – обзор и характеристики прибора

Электросчётчик Нева-301 предназначен для учёта количества потреблённой активной электроэнергии в цепях переменного тока и рассчитан на включение в трёх- или четырехпроводную трёхфазную сеть. Счётчик используется промышленными предприятиями, компаниями или другими организациями, а также его можно использовать в дома и квартирах. Прибор учёта показателей ведётся по одному тарифному плану.

Технические характеристики

Срок службы прибора

Производитель установил нормативный срок службы электросчётчика в течение 30 лет. Однако потребителю важно, кроме продолжительности эксплуатации, иметь представление о количестве средней часовой наработки. У данного счётчика этот показатель составляет 280 000 часов. Также предприятием гарантируется служба счётчика не менее 5 лет с даты выпуска.

Межповерочный интервал

Прибор обязан проходить регулярные поверки в следующих случаях:

• не реже одного раза в 16 лет;
• если подвергался ремонту.

Сведения о выполненных поверках заносятся в паспорт счётчика. Если приобретается новый прибор, должна быть только одна запись о поверке на предприятии-изготовителе. Также после поверки организация, которая её осуществляла, устанавливает пломбу, целостность которой обязательно нежно проверить. Если электросчётчик не прошёл своевременную поверку, он не допускается к эксплуатации.

Стоимость счётчика

Учитывая надёжность и долговечность прибора, он не отличается высокий ценой. В зависимости от региона, компании-распространителя и модификации, стоимость составляет от 2000 до 2500 рублей. Если приобретать товар через интернет, цена выйдет существенно ниже.

Как снять показания

Показания электросчётчика определяются по записанным цифрам на табло. Всего их семь: пять или шесть разрядов целого числа, обозначающего количество киловатт-часов(белый прямоугольник) по которым и ведётся учёт электроэнергии эти числа нужно записывать в квитанции, и один или два – после запятой(красный прямоугольник).

Количество разрядов зависит от модификации. Записывается число в начале и конце учитываемого периода, искомая величина вычисляется из разности снятых показателей.

Модификации счётчика

Указанный прибор выпускается в трёх модификациях, которые различаются некоторыми показателями. Ниже указаны отличительные характеристики существующих исполнений.

Предназначен для подключения в электрическую сеть напрямую. Погрешность измерения – до одного процента. Размер максимальной толщины провода – до миллиметров.

Включение осуществляется через трансформатор. Погрешность измерения аналогичная предыдущей модели. Площадь сечения проводника – до миллиметров.

Чтобы подключить эту модель, также необходимо воспользоваться трансформатором. Однако эта модификация отличается точностью измерения, погрешность – до 0,5%. Показатели допустимого проводника – как и у 1ТО.

Учитывая, что модификация 1SО подключается напрямую, такие приборы отличаются от двух остальных моделей некоторыми техническими характеристиками:

• величиной базового (для указанной модификации) или номинального (для подключаемых посредством трансформатора), а также максимального тока и (в амперах).

По остальным показателям приборы ничем не отличаются.