Как найти первичный ток трансформатора тока

15.07.2017

Как рассчитать трансформатор тока в цепи?

Трансформатор тока
– это трансформатор, предназначенный для преобразования тока большой величины до значения, удобного для измерения. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током, а ко вторичной подключаются измерительные приборы. Ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке. Число витков во вторичной обмотке берётся с таким расчётом, чтобы рабочий ток в ней равнялся 5А. Поэтому основная роль трансформатора тока сводится к определению того, сколько электроэнергии потребляет тот или иной потребитель. Поскольку потребители в большинстве случаев солидные, а прибор учета прямого включения, у которого нагрузка протекает непосредственно через сам прибор, рассчитан на нагрузку до 100А, то в таком случае на помощь приходя те самые трансформаторы тока. Итак, какова же процедура подбора трансформатора тока? Расскажем об этом подробнее далее в статье.

Зачастую достаточно посмотреть предполагаемую мощность и выбрать подходящий трансформатор с соответствующем классом точности. Однако на практике все бывает — и рассчитывая какой потребуется в данном случае трансформатор порой приходится поломать голову.

Вот, например: в здании, подключенном к трехфазной сети с максимальным напряжением 0,4 киловольта, расположены офис и автомастерская, причем офис работает днем и потребляет около 25 киловатт, а мастерская — ночью и расходует по 125 киловатт. При этом в обеих конторах установлены электросчетчики прямого включения на 5 ампер, а на общем вводе – счетчик с трансформатором тока с коэффициентом трансформации 20 (то есть 100/5), который постоянно выдает показания намного большие, чем суммы показаний двух внутренних счетчиков. При этом с изоляцией все нормально и “левых” подключений в обеих организациях нет. В чем же причина этого казуса?

А причина, по всей видимости в том, что общий счетчик просто не соответствует должному классу точности. Дело в том, что по нормам п.1.5.17 ПУЭ счетчик будет давать достоверные показания, если при максимальной нагрузке ток во вторичной обмотке трансформаторов тока будет составлять не менее 40% от номинального тока счетчика, а при минимальной – не менее 5%.

Между тем, нетрудно подсчитать, что при потребляемой мощности в 125 киловатт трансформатор тока с коэффициентом 100/5 будет работать с существенной перегрузкой — и потому будет выдавать завышенные показания.

Что же нужно сделать, чтобы исправить ситуацию? Ставить новый трансформатор тока — но какой?

Если потребляемая по ночам мощность 125 кВт, то потребляемый ночью ток будет

I = P / (1.73 * 0.4)

I = 125 /(1.73 * 0.4) = 180.6 А

Днем, соответственно:

I = 25 / (1.73 * 0.4) = 36 А

Попробуем теперь подсчитать, что будет, если взять ТТ с коэффициентом трансформации 40 (то есть 200/5). Если общий счетчик подключить через него, то «ночной ток» будет составлять

180,6/40= 4,515 А

а «дневной»

36 / 40 = 0,9 А

При таких токах счетчик, рассчитанный на снятия показаний в пределах 5 ампер, будет выдавать вполне адекватные показания, которые вполне сойдутся с суммой внутренних счетчиков.

Также помимо счетчика
класс точности имеет и трансформатор тока, на который так же необходимо обращать внимание как и на дату поверки. Вся эта информация указана в его паспорте.

Приобрести трансформатор тока
можно в ТВК «ЭлектроЦентр» и на сайте интернет-магазина stv39.ru.

1. Общие положения

1.1. Настоящее Пользовательское соглашение (далее –
Соглашение)
относится к сайту Интернет-магазина stv39.ru,
расположенному по
адресу 238311, Калининградская обл., Большое Исаково, ул.
Старокаменная,
дом. 35, и ко всем соответствующим сайтам, связанным с
сайтом stv39.ru.

1.2. Сайт Интернет-магазина stv39.ru (далее – Сайт)
является
собственностью ИП «Зверев И.В.».

1.3. Настоящее Соглашение регулирует отношения между
Администрацией
сайта Интернет-магазина stv39.ru (далее –
Администрация сайта) и
Пользователем данного Сайта

1.4. Администрация сайта оставляет за собой право в любое
время
изменять, добавлять или удалять пункты настоящего Соглашения
без
уведомления Пользователя.

1.5. Продолжение использования Сайта Пользователем означает
принятие
Соглашения и изменений, внесенных в настоящее Соглашение.

1.6. Пользователь несет персональную ответственность за
проверку
настоящего Соглашения на наличие изменений в нем.

Полная версия документа

1. Номинальное
напряжение U_ном
– действующее значение линейного
напряжения, при котором предназначен
работать ТТ. Оно указывается в паспортной
таблице трансформатора тока, [кВ].

0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27;
35; 110; 220; 330; 500; 750; 1150 кВ.

2. Номинальный
первичный ток I_1
ном –
значение первичного тока, проходящего
по обмотке W1,
при котором предусмотрена продолжительная
работа ТТ. При этом трансформатор тока
излишне не перегревается и погрешности
в его работе не превышают допустимых в
режиме работы вторичной цепи близком
к КЗ.

Для отечественных
ТТ принята следующая шкала первичных
номинальных токов, [A]:

1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50;
75; 80; 100; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200;
2000; 3000; 4000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000;
20000; 25000; 28000; 32000; 35500; 40000.

Трансформаторы
тока с I_1
ном 15; 75;
150; 600; 1200; 3000 и 6000 могут допускать несколько
большие токи неограниченно длительное
время,
а именно: 16; 80; 160; 650; 1300; 3300; 6500 А.

3. Номинальный вторичный токI2 ном – значение вторичного тока i2 ном при токе первичном равном i1 ном.

Все трансформаторы
тока изготавливаются

с вторичным
номинальным током либо 5 А, либо 1 А.

Причём I_2
ном = 1 А
допускается только для трансфор

маторов тока с
первичным номинальным током

до 4000 А.

1. Коэффициент
   трансформации ТТ

К числу основных
параметров ТТ как функционального
преобразователя тока относится
коэффициент трансформации.

Различают:

– витковый коэффициент
трансформации К_в;

– действительный
коэффициент трансформации К_д;

– номинальный
коэффициент трансформации К_н
(К_I).

Витковый
коэффициент трансформации равен
отношению числа витков вторичной обмотки
W2
к числу витков первичной обмотки W1.

Если разделить
реально протекающий по обмотке W1
первичный ток на витковый коэффициент
трансформации, то получим, так называемый,
первичный приведённый ток
(первичный ток, приведённый ко вторичной
обмотке).

Этот ток ещё
называют вторичным током идеального
ТТ, т.е. такого трансформатора, в котором
отсутствуют потери (преодоление вторичным
током сопротивления вторичной цепи,
излучение электромагнитной энергии,
потери на гистерезис, потери на нагревание
сердечника вихревыми токами).

Вторичный ток I₂
трансформатора тока всегда меньше
первичного приведённого

Р

I₁

азница между значением первичного
приведённого тока и вторичным током
называется токовой погрешностью
трансформатора тока. Следует отметить,
что витковый коэффициент трансформации
К_в для
конкретного трансформатора тока является
величиной постоянной. Поэтому первичный
приведённый ток
«жёстко привязан» коэффициентом К_в
к реальному первичному току.

I₂

0

Действительный
коэффициент трансформации ТТ

К_д
представляет собой отношение реального
первичного тока I₁
к реальному вторичному току I₂.

Действительный
коэффициент трансформации не является
величиной постоянной, а имеет большее
или меньшее значение в зависимости от
ряда факторов, – от величины сопротивления
подключённой к ТТ нагрузки и кратности
первичного тока. Когда по защищаемому
элементу проходит ток в пределах от 0 и
до I_1
ном ТТ, то
К_д
по своему значению близок к К_в
или к номинальному коэффициенту
трансформации. С ростом первичного тока
(с увеличением кратности) значение К_д
возрастает (рисунок 1.14,а).

Рисунок 1.14 Характер изменения коэффициента
К_дТТ в зависимости от кратности
первичного тока и сопротивленияZ_н

Номинальный
коэффициент трансформации ТТ

На
практике при расчётах токов срабатывания
измерительных органов релейных защит
пользуются номинальным коэффициентом
трансформации, который представляет
собой отношение первичного номинального
тока ТТ к его вторичному номинальному
току

Номинальный
коэффициент трансформации указывается
в паспортной документации каждого ТТ
и на табличке, закреплённой на корпусе
ТТ в виде дроби, например, 300/5; 4000/1; 8000/5
и др.

Ранее отмечалось,
что реальное соотношение токов первичного
и вторичного наиболее полно отображает
действительный коэффициент трансформации
К_д.
Значение коэффициента К_д
в большой степени зависит от кратности
первичного тока и величины сопротивления
Z_н

(рисунок 1.14). Однако,
определить значение К_д
и ввести его в расчётные формулы не
представляется возможным.

Поэтому для того,
чтобы убедиться в правильности и
безотказности действия рассчитываемой
РЗ на определённом этапе расчёта защиты
выбранный ТТ (с
)
проверяют по отработанной и рекомендованной
методике на значение погрешности в
работе используемого ТТ в конкретных
условиях. Если в результате проверки
окажется, что выбранный для РЗ ТТ работает
с погрешностью (ε), выходящей за допустимые
пределы (10%), то принимается ряд мер,
например:

– уменьшают Z_н
(увеличивают сечение соединительных
проводов (до S_max=12мм²),
укорачивают по возможности длину
соединительных проводов, уменьшают
количество контактных переходов,
возможно выбирают другое токовое реле
с меньшим сопротивлением); всё это
позволяет уменьшить К_д
(рисунок 1.14,б);

– выбирают другой
трансформатор тока с несколько большим
первичным номинальным током, например,
вместо первоначально выбранного ТТ с
выбирают ТТ с;
в этом случае уменьшается кратность
первичного тока (), следовательно, уменьшается коэффициент
К_д
(рисунок 1.14,а).

И первое мероприятие
и второе приводят к уменьшению погрешностей
в работе ТТ.

5.
Стойкость ТТ к механическим и тепловым
воздействиям характеризуется
током электродинамической стойкости
I_дин
и током термической стойкости I_т.

Ток электродинамической
стойкости I_дин
равен наибольшей амплитуде тока короткого
замыкания за всё время его протекания,
которую трансформатор тока выдерживает
без повреждений, препятствующих его
дальнейшей исправной работе. Ток I_дин
характеризует способность ТТ противостоять
механическим (электродинамическим)
воздействиям тока КЗ. Наибольшие
электродинамические воздействия на
первичную обмотку ТТ бывают в начале
переходного процесса, когда по обмотке
W1
проходит ударный ток (рисунок 1,15).

Электродинамическая
стойкость ТТ может характеризоваться
также кратностью К_дин
представляющей собой отношение тока
электродинамической стойкости I_дин
к амплитуде номинального первичного
тока. Например, ТТ с I_1
ном = 1000 А
имеет ток электродинамической стойкости
I_дин=
8450 А. Тогда кратность электродинамической
стойкости

Ток термической
стойкости I_т
равен наибольшему действующему значению
тока КЗ за промежуток времени, в течение
которого ТТ выдерживает этот ток без
нагрева токоведущих частей до температур,
превышающих допустимые.

Рисунок 1.15 Кривая первичного тока,
проходящего по обмотке W1
при КЗ в цепи защищаемого элемента

Термическая
стойкость характеризует способность
ТТ противостоять тепловым воздействиям
тока КЗ. Для определения термического
воздействия тока КЗ на трансформатор
тока необходимо знать не только значение
тока, проходящего через первичную
обмотку, но и время его прохождения.
Последнее зависит от характера защищаемой
сети и вида применяемой РЗ и лежит в
пределах от 0,3 ÷ 0,5 секунды (для
быстродействующих защит) до нескольких
секунд (для сетей, в которых применены
РЗ с выдержкой времени).

Термическая
стойкость может характеризоваться
кратностью К_т
тока термической стойкости, которая
представляет собой отношение тока
термической стойкости к номинальному
току ТТ

.

В соответствии с
ГОСТ для отечественных ТТ установлены
следующие токи термической стойкости:

а) односекундный
ток термической стойкости I_1т
(или его кратность К_1т
) для ТТ с U_1
ном = 330 кВ
и выше;

б) трёхсекундный
ток термической стойкости I_3т
(или его кратность К_3т)
для ТТ с U_1
ном = 110 кВ;
150 кВ; 220 кВ;

в) четырёхсекундный
ток термической стойкости I_4т
(или его кратность К_4т
по отношению к номинальному первичному
току) для ТТ с U_1
ном от 0,66
до 35 кВ.

Между токами
электродинамической стойкости и
термической должны быть следующие
соотношения:

а) для ТТ с U_1
ном ≥ 330
кВ

б) для ТТ с U_1
ном ≥ 110
кВ, 150 кВ, 220 кВ

в) для ТТ с U_1
ном ≥ 35 кВ

Электродинамическая
и термическая стойкости ТТ зависят от
конструктивных особенностей трансформатора,
от сечения токоведущих частей, от вида
изоляционных материалов и их механической
и электрической прочности, от эффективности
системы охлаждения и др.

Температура
токоведущих частей ТТ при прохождении
по ним тока термической стойкости не
должна превышать:

• 200°C
  для токоведущих частей из алюминия;

– 250°С для токоведущих
частей из меди (латуни),соприкасающихся
с органической изоляцией или маслом;

– 300°С для токоведущих
частей из меди (сплавов), не соприкасающихся
с органической изоляцией или маслом.

В таблице 1 приведены
в качестве примера данные электродинамической
и термической стойкости некоторых
отечественных трансформаторов тока.

Таблица 1

Трансформатор тока	I1, ном	Кратность
Электродин. Кдин	Термическая Кт
Проходной одновитковый: – нормальное исполнение – усиленное исполнение	до 600 1000 1500 до 600 1000	160 ÷ 170 100 ÷ 110 60 ÷ 70 150 ÷ 170 100 ÷ 110	80 80 80 120 ÷ 140 120 ÷ 140
Шинный ТТ	2000 ÷ 6000	250 ÷ 300	–
Проходной многовитковой – нормальное исполнение – усиленное исполнение	5 ÷ 300 5 ÷ 300	45 ÷ 250 90 ÷ 500	70 ÷ 80 100 ÷ 125

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Доброго времени суток, уважаемые гости и читатели сайта «Заметки электрика».

Сегодня мы рассмотрим основные характеристики и параметры трансформаторов тока. Эти параметры будут необходимы нам для правильного выбора трансформаторов тока.

Итак, поехали.

Основные характеристики и параметры трансформаторов тока

1. Номинальное напряжение трансформатора тока

Первым основным параметром трансформатора тока, конечно же, является его номинальное напряжение. Под номинальным напряжением понимается действующая величина напряжения, при которой может работать ТТ. Это напряжение можно найти в паспорте на конкретный трансформатор тока.

Существует стандартный ряд номинальных значений напряжения у трансформаторов тока:

Ниже смотрите примеры трансформаторов тока с номинальным напряжением 660 (В) и 10 (кВ). Разница на лицо.

2. Номинальный ток первичной цепи трансформатора тока

Номинальный ток первичной цепи, или можно сказать, номинальный первичный ток — это ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора тока, при котором предусмотрена его длительная работа. Значение первичного номинального тока также указывается в паспорте на конкретный трансформатор тока.

Обозначается этот параметр индексом — I1н

Существует стандартный ряд номинальных значений первичных токов у выпускаемых трансформаторов тока:

Прошу обратить внимание на то, что ТТ со значением номинального первичного тока 15, 30, 75, 150, 300, 600, 750, 1200, 1500, 3000 и 6000 (А) в обязательном порядке должны выдерживать наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно, 16, 32, 80, 160, 320, 630, 800, 1250, 1600, 3200 и 6300 (А). В остальных случаях наибольший первичный ток не должен быть больше номинального значения первичного тока.

Ниже на фото показан трансформатор тока с номинальным первичным током равным 300 (А).

3. Номинальный ток вторичной цепи трансформатора тока

Еще одним параметром трансформатора тока является номинальный ток вторичной цепи, или номинальный вторичный ток — это ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока.

Значение номинального вторичного тока, тоже отображается в паспорте на трансформатор тока и оно всегда равно 1 (А) или 5 (А).

Обозначается этот параметр индексом — I2н

Сам лично ни разу не встречал трансформаторы тока со вторичным током 1 (А). Также по индивидуальному заказу можно заказать ТТ с номинальным вторичным током равным 2 (А) или 2,5 (А).

4. Вторичная нагрузка трансформатора тока

Под вторичной нагрузкой трансформатора тока понимается полное сопротивление его внешней вторичной цепи (амперметры, обмотки счетчиков электрической энергии, токовые реле релейной защиты, различные токовые преобразователи). Это значение измеряется в омах (Ом).

Обозначается индексом — Z2н

Также вторичную нагрузку трансформатора тока можно выразить через полную мощность, измеряемую в вольт-амперах (В*А) при определенном коэффициенте мощности и номинальном вторичном токе.

Если сказать точно по определению, то вторичная нагрузка трансформатора тока — это вторичная нагрузка с коэффициентом мощности (cos=0,8), при которой сохраняется установленный класс точности трансформатора тока или предельная кратность первичного тока относительно его номинального значения.

Вот так сложно написал, но просто вчитайтесь в текст внимательнее и все поймете.

Обозначается индексом — S2н.ном

И здесь тоже существует ряд стандартных значений номинальной вторичной нагрузки трансформаторов тока, выраженных через вольт-амперы при cos=0,8:

Чтобы выразить эти значения в омах, то воспользуйтесь следующей формулой:

К этому вопросу мы еще с Вами вернемся. В следующих статьях я покажу Вам как самостоятельно можно рассчитать вторичную нагрузку трансформатора тока наглядным примером из своего дипломного проекта. Чтобы ничего не пропустить, подписывайтесь на новые статьи с моего сайта. Форму подписки Вы можете найти после статьи, либо в правой колонке сайта.

5. Коэффициент трансформации трансформатора тока

Еще одним из основных параметров трансформатора тока является коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации трансформатора тока — это отношение величины первичного тока к величине вторичного тока.

При расчетах коэффициент трансформации разделяют на:

• действительный (N)
• номинальный (Nн)

В принципе их названия говорят сами за себя.

Действительный коэффициент трансформации — это отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. А номинальный коэффициент — это отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.

Вот примеры коэффициентов трансформации трансформаторов тока:

• 150/5 (N=30)
• 600/5 (N=120)
• 1000/5 (N=200)
• 100/1 (N=100)

6. Электродинамическая стойкость

Здесь сразу нужно внести ясность, что такое ток электродинамической стойкости — это максимальное значение амплитуды тока короткого замыкания за все время его протекания, которую трансформатор тока выдерживает без каких-либо повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе.

Своими словами, это способность трансформатора тока противостоять механическим и разрушающим воздействиям тока короткого замыкания.

Ток электродинамической стойкости обозначается индексом — Iд.

Есть такое понятие, как кратность электродинамической стойкости. Обозначается индексом Кд и является отношением тока электродинамической стойкости Iд к амплитуде номинального первичного тока I1н.

Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные трансформаторы тока. Читайте статью про классификацию трансформаторов тока. По другим типам трансформаторов тока данные о токе электродинамической стойкости можно найти все в том же паспорте.

7. Термическая стойкость

Что такое ток термической стойкости?

А это максимальное действующее значение тока короткого замыкания за промежуток времени t, которое трансформатор тока выдерживает без нагрева токоведущих частей до превышающих допустимых температур и без повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе. Так вот температура токоведущих частей трансформатора тока, выполненных из меди не должна быть больше 250 градусов, из алюминия — 200.

Ток термической стойкости обозначается индексом — ItТ.

Своими словами, это способность трансформатора тока противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания за определенный промежуток времени.

Существует такое понятие, как кратность тока термической стойкости. Обозначается индексом Кт и является отношением тока термической стойкости ItТ к действующему значению номинального первичного тока I1н.

Все данные о токе термической стойкости Вы можете найти в паспорте на трансформатор тока.

Ниже я представляю Вашему вниманию скан-копию этикетки на трансформатор тока типа ТШП-0,66-5-0,5-300/5 У3, где указаны все его вышеперечисленные основные параметры и характеристики.

P.S. На этом я завершаю свою статью про основные характеристики и параметры трансформаторов тока. В следующих статьях я расскажу Вам про обозначение выводных концов, принцип работы трансформатора тока, режимы работы, класс точности и другие интересные темы.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Что такое токовая цепь?

Токовая цепь – это вторичная цепь, предназначенная для измерения тока, протекающего в первичной цепи. Традиционно токовая цепь состоит из измерительного трансформатора тока, ко вторичным обмоткам которого подключены приборы защиты и индикации. Иногда токовые цепи служат еще и источником оперативного тока для питания схемы релейной защиты.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит для преобразования тока, протекающего в первичной цепи к унифицированному сигналу (как правило, тоже току) во вторичной цепи. Отношение первичного тока (I₁) ко вторичному (I₂) – есть коэффициент трансформации (k_ТТ):

I₁/I₂=k_ТТ

Для стандартизации изготовления по ГОСТ 7746-2001 приняты ряды для трансформаторов тока:

• Первичный ток (I₁), А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000;
• Вторичный ток (I₂), А: 1; 2; 5.

Идеальная работа трансформатора тока – когда его вторичная обмотка замкнута накоротко, т. е. сопротивление на выводах обмотки приближается к нулю. На практике во вторичной обмотке присутствуют хоть и низкоомные, но всё же имеющие сопротивление катушки реле, обмотки измерительных преобразователей или источников оперативного тока. И, естественно, сами провода. Все они подключены последовательно, значит полное сопротивление на вторичной обмотке складывается из всех сопротивлений включенных в неё устройств. Оказывается, чем больше это сопротивление, тем хуже точность измерения у трансформатора тока.

Номинальные параметры приведены ниже, но не всё из них указывают на табличках трансформаторов тока:

• Номинальное напряжение U_НОМ, кВ: Например, 10 кВ;
• Коэффициент трансформации, например: 150/5, где 150 – номинальный первичный ток, а 5 – номинальный вторичный ток;
• Наибольший рабочий первичный ток I_1КР, А: 160;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при коэффициенте нагрузки Cosφ₂ = 1, ВА;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при активно-индуктивной нагрузке Cosφ₂ = 0,8;
• Класс точности обмотки: 0,5S; 10Р и т. д.
• Не всегда, но указывают точку намагничивания. Например: 0,15 А – при этом значении должен произойти перегиб вольт-амперной характеристики. Или еще указывают и ток, и напряжение: 0,15 А; 63 В. Про вольт-амперную характеристику (ВАХ) поговорим дальше.
• Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты K_НОМ;
• Номинальный коэффициент безопасности приборов К_БНОМ, вторичных обмоток для измерений;

По ГОСТ 7746-2015 вывода трансформатора тока обозначаются буквами:

• Односекционная первичная обмотка: Л1 – начало, Л2 – конец;
• Если первичная обмотка состоит из нескольких составляющих (секций) соединенных последовательно, то общее начало будет всё равно Л1, общий конец – Л2, а промежуточные между ними обмотки будут обозначаться Н2, Н3, … Нn – начало 2-ой, 3-ей и так далее до n-ой секции; концы этих секций будут иметь обозначение К1, К2, … Кn.

В отличие от первичной обмотки, которая может быть составной, но всё равно является одной цепью, вторичных обмоток может быть несколько. Мало того, вторичные обмотки могут иметь ответвления. С учетом этого их обозначают так:

• Если вторичная обмотка одна, то начало обозначают И1, а конец И2;
• Когда вторичная обмотка одна, но имеет ответвления, то И1 – начало, И2, И3, … Иn-1 – промежуточные,  Иn – конец;
• Если вторичных обмоток несколько, то перед И добавляют число, обозначающее порядковый номер обмотки: 1И1-начало первой обмотки, 1И2- конец первой обмотки, 2И1-начало второй обмотки, 2И2- конец второй обмотки и так далее.

Поясню еще, что такое “начало” и “конец” у обмотки на всякий случай. Это, разумеется условные понятия. Но, как мы увидим дальше, пренебрегать ими никак нельзя. В этом должен быть порядок. Итак, представим ток в виде потока электронов. В какой-то момент поток течет от Л1 к Л2 и наводит во вторичной обмотке другой поток поменьше. Этот поток будет выходить из И1 и стремиться через нагрузку к И2. Еще раз: в Л1 – входит, из И1 – выходит. Такое направление токов называется – “в фазе“, а полярность выводов (Л1 и И1) – совпадает. Если в Л1 входит и в И1 входит, то это противофаза, а полярность выводов считается противоположной. В следующий момент поток электронов меняется на обратный и течет от Л2 к Л1, и из Л1 – выходит, а в И1 входит вторичный ток. И так 50 раз за секунду при частоте 50 Гц.

Схемы токовых цепей

До этого мы рассматривали токовую цепь применительно к одной фазе. На практике это используется крайне редко, потому что даже если взять отдельно три однофазные токовые цепи, они не будут обладать теми свойствами, которыми обладают традиционные схемы типа “звезда”, “неполная звезда”, “треугольник” и прочие.

Существует множество схем токовых цепей. Каждая из них имеет свои свойства и применима только в определенных электроустановках.

Схема полной звезды

Распространенная схема: трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. В каждой фазе устанавливается защитное реле. А замыкается цепь через один общий провод, называемый “нулевым”.

Схема обладает следующими свойствами:

• В нормальном режиме (при симметричной нагрузке) в схеме протекают токи Ia, Ib, Ic. По закону Кирхгофа, в нулевом проводе ток отсутствует, так как геометрическая сумма векторов фазных токов Ia+Ib+Ic равна нулю;
• При глухом двухфазном замыкании (например, фаз B и C), наблюдается аналогичная предыдущему случаю картина: в фазе A ток Ia будет отсутствовать, в фазах B и C токи будут в противофазе: Ib = –Ic. Следовательно, их сумма так же будет равна нулю, и ток в нулевом проводе Io будет отсутствовать;
• При однофазном замыкании появляется составляющая нулевой последовательности Io. Так как она не может быть скомпенсирована, ей деваться некуда – она замыкается (протекает) по нулевому проводу. Отсюда следует важный вывод: нулевой провод является фильтром нулевой последовательности;
• Так как ток в защитном устройстве равен току в фазе, то коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Подводя итог перечисленным свойствам, можно сделать вывод, что схема полной звезды реагирует на любые виды замыканий: при любых междуфазных замыканиях срабатывают защитные устройства в фазных проводах, а при однофазном замыкании – защитное устройство в нулевом проводе.

Схема неполной звезды

Более распространенная схема, чем предыдущая. Отличается от полной звезды отсутствием трансформатора тока цепи одной из фаз. Как правило, в фазе B.

Схема обладает свойствами:

• В нормальном режиме при симметричной нагрузке ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов двух фаз, в которых установлены измерительные трансформаторы тока: Ia + Ic = –Ib;
• При двухфазном замыкании между A-B или B-C в нулевом проводе появляется ток, равный -Iа или -Ic. При замыкании А-С в нулевом проводе протекает сумма токов Ia + Ic.
• При однофазном замыкании фаз A или C, в нулевом проводе так же возникает ток нулевой последовательности поврежденной фазы. При повреждении в фазе B ток нулевой последовательности не возникает.
• Коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Недостатком этой схемы – реакция не на все виды однофазного короткого замыкания. Поэтому такие схемы применяются в сетях с большим сопротивлением при замыканиях на землю, т. е. в сетях 6 – 35 кВ.

Соединение трансформаторов тока в треугольник

Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются последовательно: начало ТТ фазы A – с концом ТТ фазы B, начало ТТ фазы B – с концом фазы C, начало ТТ фазы C – с концом ТТ фазы А. Обмотки защитного устройства подключают к выводам И1 фаз A, B и C и соединяются в звезду.

Рассмотрим, какими свойствами обладает рассматриваемая схема:

• При симметричной нагрузке и трехфазном коротком замыкании через защитные реле протекает ток, равный разности токов двух фаз, а следовательно, в √3 раз больше фазного и сдвинут на 30°;
• При двухфазных и однофазных замыканиях величина тока через защитное реле зависит от характера замыкания;
• На однофазные замыкания на землю данная схема не реагирует;
• Коэффициент схемы равен K_СХ = √3.

Данная схема реагирует на все виды коротких замыканий, кроме замыканий на землю. Увеличивает чувствительность защиты за счет увеличения тока в реле до 2 крат.

Схема соединения с двумя трансформаторами, включенными на разность тока и одним реле (схема “восьмерки”)

Вторичные обмотки двух трансформаторов тока соединяются последовательно:
начало ТТ фазы A – с концом ТТ фазы C, начало ТТ фазы C – с концом фазы A. Обмотка защитного устройства
подключают к выводам И1 фаз A и C.

Рассмотрим свойства данной схемы:

• При трехфазном замыкании ток через защитное устройство протекает равный разности токов двух фаз Ia – Ic. Величина его будет Iр = √3Ia;
• При двухфазном замыкании в фазах А и С, ток через защитное устройство Iр = 2Ia. При замыканиях между фазами A-B или B-C, ток Iр = 2Ia;
• Как и в схеме неполной звезды, при однофазном замыкании в фазах Ia или Ic ток Iр = Ia или Ic, при замыкании фазы B ток Iр = 0.
• Чувствительность схемы зависит от типа повреждения и может быть от 0 до 2 крат;
• У этой схемы есть существенные недостатки: её нельзя использовать для защиты трансформатор с соединением обмоток звезда-треугольник, потому что при двухфазном замыкании на вторичной обмотке (со стороны треугольника) в фазах В и С токи в первичной цепи будут Ia = Ic, следовательно Iр = 0;
• Коэффициент схемы равен K_СХ = √3.

Рассматриваемая схема применима только для защиты от междуфазных замыканий.

Методы проверки токовых цепей

Проверка токовых цепей только лишь прозвонкой малоэффективна. Причина тому – их низкое сопротивление и важность в последовательности соединения проводников. Поэтому при прозвонке требуется разборка всех соединений, что не всегда целесообразно, так как есть более эффективные методы проверки.

Проверка коэффициента трансформации и полярности выводов

Это важный этап проверки токовых цепей. Трансформаторы тока – отправная точка (источник), поэтому о них должно быть известно всё: коэффициент трансформации и полярность выводов.

Проверка коэффициента трансформации производится довольно просто: на вывода Л1-Л2 первичной обмотки подается переменный ток, значение I₁ и направление которого известно. Во вторичных выводах И1-И2 замеряется трансформированный ток I₂. При этом все вторичные обмотки, в которых измерение не производится должны быть закорочены. Коэффициент трансформации будет равен:

k_ТТ = I₁/I₂

Значение этого коэффициента не должно отличаться от паспортного более чем на 2%. Если проявить смекалку при наличии вольтамперфазометра (ВАФ), то можно сразу посмотреть и полярность выводов. Правда, для этого нужен такой ВАФ, который умеет измерять углы между двумя токами.

Для этого опорные клещи (относительно которых будет измеряться вторичный ток) цепляют на первичный провод таким образом, чтобы знак начала на них был обращен к началу источнику тока. Измерительные клещи нужно зацепить на провод (или перемычку), подключенный к выводам И1-И2 так, чтобы знак их начала был обращен к И1. Если вывода совпадают, то угол между ними будет не более 3°.

Если по каким-то причинам невозможно применение ВАФа (например, первичный провод источника слишком большого сечения или ВАФ не измеряет угол между током и током), то полярность выводов можно проверить методом гальванометра.

Ко вторичной обмотке подключается гальванометр. Для этих целей вполне подойдет даже мультиметр без автоматического определения пределов. Например, Mastech MY-64. Его измерительный щуп (V) подключается к И1, а общий (COM) – к И2. С помощью батарейки (лучше аккумулятора) с нагрузкой в цепи в виде лампы или резистора подается постоянный ток в первичную обмотку таким образом, чтобы “плюс” источника коммутировался бы на Л1, а “минус” – на Л2. Положительное отклонение стрелки гальванометра или положительное значение напряжения на мультиметре при замыкании ключа свидетельствует о совпадении направления выводов Л1 и И1.

Ретом-21, например, позволяет напрямую замерить угол между первичным током и вторичным. Для этого в разрыв провода вторичного тока нужно подключить вход РА так, чтобы И1 приходил в начало РА, а И2 – в конец. Начало источника I3 или I5, обозначенное знаком (*) подключается к Л1. В меню источника Ретом-21 настраивается мультиметр таким образом, чтобы опора измерения фазы (угла) была I3 или I5, а измерение – по PA.

Если коэффициент трансформации небольшой, нет возможности замерить угол, но есть токовые клещи, то можно воспользоваться приведенной схемой измерения. Она годится лишь для оценочной проверки полярности выводов. По ней нельзя судить о угловой погрешности трансформатора тока.

В окно клещей от трансформатора тока пропускается сразу два провода – первичный и вторичный. Делается два опыта: с разным положением вторичного провода в окне. В одном случае клещи покажут ток больше – значит направления токов совпадает, а в другом – меньше, значит токи в противофазе.

И еще. Если и последний способ не подходит для проверки полярности, то ниже, в разделе, описывающем проверку циркуляции токов, косвенно объясняется, как можно проверить правильность полярности трансформаторов тока.

Снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Для чего? Это нужно для понимания наличия короткозамкнутых витков во вторичной обмотке трансформатора. Когда во вторичной обмотке есть короткозамкнутые витки, то её сопротивление падает, следовательно вторичный ток циркулирует по обводным цепям. К тому же, как правило, происходит и изменение коэффициента трансформации трансформатора тока. Это начинает сказываться на надежности защиты в целом и может привести к отказам.

Каковы критерии исправности/неисправности трансформатора тока по ВАХ? Существует понятие точки намагничивания. Это значение тока, потребляемого обмоткой I_НАМ, при котором происходит перегиб характеристики ВАХ. Точка отделяет зону, когда напряжение растет круче, чем ток от зоны, когда ток растет круче, чем напряжение. Ток намагничивания – паспортная величина. Иногда производитель указывает, какое напряжение должно быть при токе намагничивания. Но бывает и так, что ни напряжения, ни тока намагничивания в паспорте нет. В любом случае хорошим тоном считается снимать характеристику ВАХ полностью от 0 до 5 А, а не только в одной указанной точке. Снятая характеристика при ПНР будет эталонной для последующих проверок в эксплуатации.

Опять же таки, нет четкого определения, что несоответствие точки намагничивания на столько-то процентов есть браковочный показатель. Как правило, точка намагничивания и не будет совпадать с паспортом в каком-то приближении. Причина этому невозможность обеспечить полностью синусоидальный ток при проверке и использование различных приборов в эксплуатации и при наладке. Поэтому из практического смысла ВАХ рекомендуется снимать во всем диапазоне. Чем больше точек, тем лучше. Затем полученная характеристика сравнивается с такими же характеристиками для однотипных трансформаторов тока или с полученной при наладке.

Вольт-амперная характеристика снимается возбуждением трансформатора тока со стороны вторичной обмотки. Все остальные обмотки должны быть разомкнуты. В обмотку подается и плавно увеличивается напряжение. Во время увеличения напряжения, ориентируясь на значения тока, снимаются точки (I_НАМ; U_НАМ) в количестве – чем больше, тем лучше. Шаг точек выбирается произвольно. Рекомендуется до точки намагничивания снимать мелкими шагами (по 50, а то и 10 мА). После – увеличивая от 500 мА до 1 А. Затем по ним строится сама характеристика.

Важно знать, что после достижения последней точки нельзя просто так отключать источник. Необходимо произвести размагничивание путем плавного уменьшения подаваемого напряжения до нуля. Затем, отключить источник с паузой в несколько секунд.

На рисунке ниже показаны ВАХ исправного трансформатора тока и имеющего витковые замыкания во вторичной обмотке. Так же показаны ВАХ обмоток класса точности 10Р и 0,5. Как видно, обмотка используемая для защит (10Р) имеет ВАХ более высокую, чем обмотка используемая для измерения, хотя они могут располагаться на одном магнитопроводе трансформатора.

Для трансформаторов тока нулевой последовательности вид ВАХ не регламентируется. Это связано с принципом его работы. Он должен реагировать на гармонические составляющие отличные от основной частоты. Поэтому ВАХ таких трансформаторов снимается при наладке и используется как образец в эксплуатации. Форма этой ВАХ может быть как линейной, так и нелинейной.

Проверка циркуляции токов в полной схеме

Обязательный этап проверки токовых цепей – проверка циркуляции. Косвенно при циркуляции проверяется и полярность подключения вторичных обмоток. Все вторичные токовые цепи собираются по рабочей схеме. На данном этапе должно быть четкое понимание, какой коэффициент трансформации у трансформаторов тока и каково будет направление энергии через проверяемое присоединение. Положительное направление энергии считается от шин в линию. То есть, нужно четко понимать, куда смотрит вывод трансформатора тока Л1: в шины или в линию.

Проверка производится в несколько шагов. Первый шаг: в первичную обмотку каждого отдельно трансформатора тока подается ток заведомо известной величины, например, 60 А. При коэффициенте трансформации 300/5 во вторичной обмотке будет протекать ток 1 А. Нужно проверить, что ток протекает только в проводе возбуждаемой фазы и в нуле. И везде он близок к 1 А. В проводах других фаз никаких токов быть не должно. Если это не так, значит имеются обводные цепи и их нужно найти и устранить.

Затем эта процедура повторяется для всех остальных трансформаторов тока. В том числе и для трансформаторов тока нулевой последовательности.

Второй шаг: сборка схемы для проверки правильности подключения к полярным выводам трансформаторов. В первичную схему устанавливаются перемычки таким образом, чтобы при питании от источника тока, в нулевом проводе вторичных обмоток ток суммировался. То есть последовательно соединяются первичные обмотки: Л2 фазы “А” c Л1 фазы “B”, Л2 фазы “B” с Л1 фазы “C”. Ток подводится к Л1 фазы “A” и Л2 фазы “C”.

Так как ток имеет одно направление во всех трансформаторах тока, то во всех фазных проводниках он будет равен 1 А при первичном 60 А, в нулевом – около 3 А. Или, если в фазе “B” отсутствует трансформатор тока – 2 А. Если это не так, значит неверно подключены провода токовых цепей к выводам трансформатора тока. Т. е. где-то вместо И1 подключено к И2 или наоборот.

Проверка сопротивления изоляции

Перед проверкой сопротивления изоляции токовых цепей необходимо отсоединить проводник заземления подключенный ко вторичным обмоткам. Сопротивление изоляции проверяется повышенным напряжением 1000 В промышленной частоты в течение 1 мин. Критерием исправности изоляции является отсутствие пробоя или увеличения величины тока утечки при испытаниях.

Затем, производится проверка относительно корпуса металлоконструкции мегаомметром на напряжение 1000 В. Сопротивление должно быть не ниже 1 МОм.

Проверка нагрузки на выводах трансформаторов тока

Вторичные обмотки трансформатора тока работают в режиме короткого замыкания в идеальном случае. Однако, провода, устройства защиты и измерения, включенные во вторичные цепи последовательно, могут создавать ощутимое сопротивление (нагрузку) на трансформатор тока. Следствием этого может быть выход трансформатора из класса точности, что в свою очередь на уставках с большим током приведет к отказу защиты. Проще говоря, чтобы обеспечить гарантированную погрешность работы трансформатора в 10% для обмоток 10Р, сопротивление нагрузки не должно превышать номинального значения. При пусконаладочных работах этот параметр нужно проверять обязательно. Алгоритм проверки описан далее.

Шаг 1: Определение фактической вторичной нагрузки трансформатора тока Z_2ФАКТ:

При полностью собранных вторичных цепях производится измерение нагрузки. Для этого в первичную обмотку подается ток не менее 10% от номинала. На зажимах вторичной обмотки 1И-2И измеряется напряжение (U_2Д) и протекающий в цепи ток (I_2Д). Фактическая нагрузка обмотки определяется по формуле:

Z_2ФАКТ = U_2Д / I_2Д

Шаг 2: Определение коэффициента предельной кратности при Z_2ФАКТ:

Коэффициент предельной кратности выбирается по мощности вторичной нагрузки из кривой предельной кратности трансформатора тока. Находим мощность:

S_2ФАКТ = I²_2НОМ·Z_2ФАКТ

Где:

• I²_2НОМ – номинальный вторичный ток трансформатора тока (для 300/5 – это 5 А);

По кривой предельной кратности находим коэффициент К. Эта кривая приводится в руководстве по эксплуатации на конкретный трансформатор тока. Откладывая по оси абсцисс полученную мощность S_2ФАКТ, находим К.

Шаг 3: Определяем ток насыщения от первичной обмотки I_1НАС:

I_1НАС = K·I_1НОМ

Где:

• I_1НОМ – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока (для 300/5 – это 300);

Шаг 4: Определение допустимого вторичного тока по кривым от фактической нагрузки

Из расчетов уставок защит проекта нужно взять самый максимальный первичный ток короткого замыкания (I₁) в зоне защиты присоединения. Так правило этот ток находится в уставках на токовую отсечку. Нам понадобится кривая зависимости токов вторичной обмотки от токов короткого замыкания в первичной обмотке. Эта кривая точно так же приводится в руководстве по эксплуатации на трансформатор тока.

Откладывая по оси абсцисс отношение I₁/I_1НАС определяем по оси ординат отношение I₂/I_2НАС. Здесь требуется знать еще и Cos φ вторичной нагрузки трансформатора тока. Если определить его сложно, то нужно использовать наихудший вариант – Cos φ=0,8.

Тогда допустимый вторичный ток для короткого замыкания в первичной цепи присоединения находится из выражения:

I_2ДОП = I_2НОМ·K·K_2ДОП

Где:

• I_2НОМ – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока (для 300/5 – это 5 А);
• K – коэффициент кратности, определенный в шаге 2;
• K_2ДОП – определенное из кривой зависимости токов вторичной обмотки от токов короткого замыкания в первичной обмотке отношение I₂/I_2НОМ.

Шаг 5: Сравнение полученного результата

Для того, чтобы защита отработала при возникновении короткого замыкания на проверяемом присоединении, необходимо, чтобы ток самой большой уставки (токовой отсечки) был меньше, чем допустимый вторичный ток, то есть:

I_2ТО ≤ I_2ДОП

Если это не так, то возможные меры – увеличение сечения проводов, выбор
трансформатора тока с большей номинальной нагрузкой или с большим
коэффициентом трансформации.

Меры безопасности при проверке токовых цепей

Перед
любыми переключениями во вторичных цепях следует
убедиться, что питание установки отключено и ток в первичной цепи
проверяемого трансформатора отсутствует. Отключение питания проводят при
помощи коммутационного устройства, расположенного до регулятора
напряжения или непосредственно после него.

При работе с одной из обмоток трансформаторов тока,
имеющих две и более вторичных обмотки, каждая из которых размещена на
отдельном магнитопроводе, другие вторичные обмотки должны быть замкнуты
на нагрузку, не превышающую номинального значения, или накоротко.

• 

Номинальный ток трансформатора

Номинальный ток трансформатора – значения тока в обмотках, указанные в заводском паспорте, при которых допускается нормальная длительная работа прибора.

Некоторые характеристики показателя.

Номинальные токи на обмотках высшего напряжения (ВН) и обмотках низшего напряжения (НН) относятся к основным параметрам данного вида оборудования.

Обозначается ток символом I, единица измерения – Ампер (А).

Вычисление значений номинального тока.

Для однофазного трансформатора, мощность которого определяется по формуле S = UI, номинальные токи будут следующими:

Iном.ВН= (Sном.)/(Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(Uном.НН)

Для трехфазного при равномерной нагрузке фаз (S=√3*UI):

Iном.ВН= (Sном.)/(√3*Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(√3*Uном.НН)

Iном.ВН= (Sном.)/(Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(Uном.НН)

Для трехфазного при равномерной нагрузке фаз (S=√3*UI):

Iном.ВН= (Sном.)/(√3*Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(√3*Uном.НН)

Таким образом, по значениям мощности (Sном.) и напря¬жений обмоток ВН и НН (Uном.), указанным в паспорте объекта, можно рассчитать показатели номинальных токов трансформатора (Iном.).

Во время работы величина рабочих токов в обмотках не должна превышать номинальную, т.е. трансформатор не должен перегружаться. Лишь изредка допускаются кратковременные перегрузки в определенных пределах значений.