Бублики с пылу с жару или испытания шинных и проходных трансформаторов

Каждый день специалисты ООО «ИЦРМ» исследуют и проводят испытания различного рода средств измерений и электротехнической продукции. Для проведения испытаний аккредитованная испытательная лаборатория, в том числе и лаборатория ООО «ИЦРМ», должна быть оснащена необходимым эталонным и испытательным оборудованием. Стоимость эталонного оборудования должна быть оправданной, а его покупка целесообразной.

Ввиду наличия большого опыта в области испытаний средств измерений у специалистов ООО «ИЦРМ»: многие из наших инженеров занимаются испытаниями средств измерений более 10 лет, а также занимались научной деятельностью в ведущих научно-исследовательских институтах страны, мы хотели бы поделиться полезными советами, как сэкономить на покупке эталонного оборудования, основываясь на законах физики и электротехники, при этом не утратив качества проведенных работ.

Данная статья будет посвящена трансформаторам тока, в частности методам оценки токовых и угловых погрешностей.

Многие из тех, кто знаком с испытаниями, поверкой, исследованиями или разработкой трансформаторов тока, могли сталкиваться с утвержденными типами трансформаторов тока в Описаниях типа которых, в разделе «основные средства поверки», приведены эталонные измерительные трансформаторы тока, номинальное значение первичного тока которых в несколько раз ниже номинального значения первичного тока утвержденного типа трансформаторов.

Опытные метрологи понимают, о чем идет речь, но для новичков в данной области, приведенная нами информация может быть полезным открытием.

Исходя из вышеизложенного, мы бы хотели рассмотреть один из наиболее распространенных методов оценки токовых и угловых погрешностей шинных, втулочных, встроенных и разъемных трансформаторов тока со значениями номинального первичного тока свыше 2000 А.

В соответствии с терминологией ГОСТ 18685-73 «Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения»:

Шинный трансформатор тока – трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства.

Втулочный трансформатор тока – проходной шинный трансформатор.

Встроенный трансформатор тока – трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства.

Разъемный трансформатор тока – трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого можем размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током.

Внешний вид вышеперечисленных трансформаторов тока приведен на рисунках 1 – 4.

Рисунок 1 Внешний вид шинного трансформатора тока	Рисунок 2 Внешний вид втулочного трансформатора тока
Рисунок 3 Внешний вид разъемного трансформатора тока	Рисунок 4 Внешний вид встроенного трансформатора тока

 

Приведем принципиальную схему одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схему замещения на рисунке 5 (слева-направо соответственно).

Рисунок 5 – Внешний вид принципиальной схемы и схемы замещения

Исходя из приведенных схем, основными элементами трансформатора тока, участвующими в преобразовании тока, являются первичная 1 и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в разрыв токопровода высокого напряжения 4), т.е. обтекает током линии I

1. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Рассмотрим принцип действия трансформаторов тока.

По первичной обмотке 1 трансформатора тока протекает ток I₁, именуемый первичным током. Первичный ток зависит только от параметров первичной цепи и является заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток Ф₁, изменяющийся с частотой аналогичной частоте тока I₁

. Магнитный поток Ф₁ охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф₁ при своем изменении индуцирует в ней электродвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку, то в такой системе «вторичная обмотка – вторичная цепь» под действием индуцируемого ЭДС будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное направлению первичного тока I₁. Ток, проходящий во вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₂, который направлен встречно магнитному потоку Ф

1. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф₀ = Ф₁ – Ф₂, составляющий несколько процентов магнитного потока Ф₁. Поток Ф₀ и является тем передаточным звеном, посредством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф

0, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-ЭДС Е₁, а во вторичной обмотке – ЭДС Е₂. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если пренебречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же ЭДС. Под воздействием ЭДС Е₂ во вторичной обмотке протекает то I₂, называемый вторичным током.

Ссылаясь на основополагающие стандарты на трансформаторы тока приведем следующие утверждения:

В соответствии с пунктом 9.5.1.4 ГОСТ 7746-2015 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» погрешности шинных, втулочных, встроенных и разъемных трансформаторов тока на номинальные токи свыше 2000 А при испытаниях допускается определять с первичной обмоткой, состоящей из нескольких витков.

Аналогичным образом, в соответствии с требованиями пункта 9.5.4 ГОСТ 8.217-2003 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Трансформаторы тока. Методика поверки» погрешности встроенных и шинных трансформаторов тока допускается определять с первичной обмоткой, которую создают пропусканием витков провода через центральное отверстие, при всех значениях номинальных ампер-витков. Число витков такой первичной обмотки определяют из условия равенства ее ампер-витков номинальному значению первичного тока.

Ампер-виток – это единица измерения магнитоэлектродвижущей силы. Определяется произведением числа витков обмотки, по которой протекает электрический ток, на значение силы тока в амперах.

Исходя из утверждений, приведенных выше, можно вывести математическую зависимость номинального значения первичного тока от количества витков первичной обмотки. Данная зависимость выражается формулой:

Iном = n · I (1)

где I_ном – номинальное значение силы переменного тока в измерительной цепи трансформатора, А;

I – значение силы переменного тока в токоведущей цепи первичной обмотки, А;

n – количество витков первичной обмотки.

Пример: Исходя из приведенной выше теории, имея исследуемый трансформатор тока с номинальным первичным током I_ном = 3000 А произвести оценку его токовых и угловых погрешностей допускается следующим образом: с применением источника тока со значением воспроизводимой силы тока 1000 А и эталонным трансформатором тока со значением номинального первичного тока 1000 А. Следовательно для оценки токовых и угловых погрешностей исследуемого трансформатора тока необходимо пропустить один виток токопровода со значением тока 1000 А через центральное отверстие эталонного трансформатора тока и три витка через центральное отверстие исследуемого трансформатора, создавая таким образом ток в первичной цепи исследуемого трансформатора равный 3000 А.

Мы надеемся, что данная информация будет полезна для Вас, и Вы сможете использовать ее при проведении исследований, испытаний, поверки, а также разработке трансформаторов тока.

Трансформаторы тока в переходных режимах | Публикации

Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.

В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.

Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.

Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I₁ • w₁ + I₂ • w₂ = I_нам • w₁

Где:

I₁ — ток в первичной обмотке;
w₁—количество витков первичной обмотки;
I₂ — ток во вторичной обмотке;
w₂ — количество витков вторичной обмотки;
I_нам — ток намагничивания.

Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.

В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.

Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.

Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.

Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).

Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке

Класс точности	Предел допускаемой погрешности
	При номинальном первичном токе			При токе номинальной предельной кратности
	Токовой, %	Угловой		Полной, %
5Р	±1	±60’	±1,8 срад.	5
10Р	±3	Не нормируют		10

Здесь предполагается традиционный способ выбора ТТ для релейных защит — по кривой 10% погрешности — зависимости отношения максимального первичного тока к номинальному и сопротивлению (мощности) вторичной обмотки.

Вроде бы, глядя на кривую можно сказать, что достаточная кратность обеспечинвается в широких пределах вторичных нагрузок. Однако такой способ не является точным даже с учетом коэффициента, учитывающего влияние апериодической составляющей (1,2–2), ведь как уже описывалось выше, ток намагничивания в переходном режиме может многократно отличаться от тока намагничивания в установившемся режиме.

В этой связи существует необходимость внедрения в эксплуатацию специальных трансформаторов тока для работы РЗА в переходных режимах, а также новых классов точности для них. Данный факт был отмечен еще в 60–70-е года прошлого столетия отечественными специалистами, а сегодня реализован экспертами МЭК. Следует обратить внимание, что и в России с 1 января 2014 года действует новый стандарт — ГОСТ IEC 60044-1-2013 «Трансформаторы измерительные. Часть 1. Трансформаторы тока», но он совсем не для России, ведь распространяется только на трансформаторы тока для экспортных поставок. Кроме того, данный стандарт является переведенным IEC 60044-1:2003, который был принят за рубежом в 2003 году, то есть более 10 лет назад, где теперь вместо серии 60044 внедряется серия стандартов 61869.

При переходе от IEC 60044 к IEC 61869 состав документа претерпел некоторые изменения, поэтому ГОСТ IEC 60044-1-2013 для экспорта можно назвать, как минимум, не совсем актуальным. Кроме того, ГОСТ IEC 60044-1-2013 содержит ссылки на международные стандарты, которые официально не переведены на русский язык и не введены в действие на территории РФ, даже для продукции на экспорт. Иными словами, ситуация на сегодняшний день в плане стандартизации абсолютно такая же, как и несколько лет назад — имеются только планы и структуры предлагаемой нормативно-технической базы в области измерительных трансформаторов. А заказчикам требуются трансформаторы тока с нормируемыми метрологическими характеристиками в переходных режимах. Но в связи с отсутствием нормативной базы заказчики, например ОАО «ФСК ЕЭС», вынуждены формулировать требования «своими словами» и ссылаться на нелигитимный в стране стандарт, например: «трансформаторы должны обеспечивать с заданным классом точности предел погрешности в переходных режимах, включая цикл АПВ, в том числе и неуспешное АПВ «КЗ — отключение — пауза 1 сек. — включение» согласно требованиям МЭК 44-6», а не указывать требуемый конкретный класс точности, определенный действующим нормативным документом. Справедливости ради надо отметить, что стандарт организации СТО 56947007-29.180.085-2011 «Типовые технические требования к трансформаторам тока 110 и 220 кВ», создан исключительно в соответствии с действующими ГОСТами.

С отечественным ГОСТ 7746-2001 все понятно, теперь предлагаю разобраться «как у них». IEC 61869-2, кроме традиционных 5Р и 10Р (допускаемые погрешности соответствуют ГОСТ 7746-2001) нормирует следующие классы точности трансформаторов тока для релейной защиты:

• PR — трансформатор с лимитированным значением остаточной магнитной индукции (<10%). Для него в некоторых случаях может указываться значение постоянной времени намагничивания, а также предел значения сопротивления обмотки. Величина допустимых погрешностей соответствует Таблице 1 и измеряется при токе номинальной предельной кратности.
• PX — трансформатор с низким значением индуктивного сопротивления, для которого известна вторичная характеристика намагничивания, сопротивление вторичной обмотки, сопротивление вторичной нагрузки и витковый коэффициент трансформации, а также учтены характеристики защитных устройств с которыми он будет использоваться.
• PXR — соответствует классу точности PX, но с ограничением остаточной магнитной индукции (<10%).

Также, в состав IEC 61869-2 вошли требования к классам точности трансформаторов тока для переходных режимов:

• TPX — метрологические характеристики определяеются максимальным мнгновеннным значением погрешности в течение заданного цикла переходного процесса. Остаточный магнитный поток не ограничивается.
• TPY — метрологические характеристики определяются максимальным мнгновенным значением погрешности в течение заданного цикла переходного процесса. Остаточный магнитный поток не должен превышать 10% потока насыщения.
• TPZ — метрологические характеристики определяются аплитудным мнгновенным значением переменной составляющей тока в течение однократной подачи питания при максимальной постоянной составляющей и при заданной постоянной времени вторичной цепи. Требования по ограничению погрешности постоянной составляющей отсутствуют. Остаточный магнитный поток фактически должен отсутствовать.

Таблица 2. Погрешности трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ

Класс	При номинальном первичном токе			При предельном значении первичного тока
	Токовая погрешность, %	Угловая погрешность		Максимальное значение величины мгновенной погрешности в %
		минуты	сантирадианты
TPX	±1,0	±60	±1,8	ε = 10
TPY	±1,0	±60	±1,8	ε = 10
TPZ	±1,0	180±18	5,3±0,6	εас = 10

При изготовлении трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ на табличку с техническими данными трансформаторов тока дополнительно наносится следующая информация (Таблица 3).

Таблица 3. Дополнительная информация для трансформаторов тока классов TPX, TPY, TPZ

Класс ТТ	TPX	TPY	TPZ
Номинальный первичный ток	да	да	да
Номинальный вторичный ток	да	да	да
Номинальная частота	да	да	да
Наибольшее напряжение оборудования и номинальный уровень изоляции	да	да	да
Ith	да	да	да
Idyn	да	да	да
KТТ, к которому относится данная спецификация	да	да	да
KSCC	да	да	да
Tp	да	да	да
Ts	—//—	да	-//-
Временные характеристики рабочего цикла (однократного, двойного)	да	да	да
Rb	да	да	да

Где:

I_th— номинальный ток термической стойкости трансформатора тока.
I_dyn— номинальный ток электродинамической стойкости трансформатора тока.
K_ТТ— коэффициент трансформации.
K_SCC— коэффициент номинального симметричного тока короткого замыкания (отношение номинального первичного тока короткого замыкания к номинальному первичному току. Номинальный первичный ток КЗ — среднеквадратичное значение симметричного первичного тока КЗ, на основе которого определяются номинальные метрологические характеристики ТТ). T_p — заданная постоянная времени первичной цепи.
T_s — номинальная постоянная времени вторичной цепи (сумма индуктивности намагничивания и индуктивности рассеяния, отнесенное к активному сопротивлению вторичной цепи).
Временные характеристики рабочего цикла — временные параметры цикла «включение-отключение» или «включение-отключение-включение-отключение» — длительности первого и второго протекания тока, время запаздывания во время АПВ.
R_b — номинальная активная вторичная нагрузка.

Таким образом, в стандартах IEC имеется четыре варианта классов точности ( P, PX, PR, PXR), нормируемых для установившихся режимов. Также имеется три варианта классов точности (TPX, TPY, TPZ) для переходных процессов, что по моему мнению является более чем достаточным для организации правильной работы современных микропроцессорных релейных защит с максимально возможным быстродействием, в том числе в переходных режимах. Конечно, для получения столь подробных характеристик обмоток требуется приложить некоторые усилия как проектной организации, выбирающей трансформатор тока, так и производителю при конструировании ТТ. К счастью, на сегодняшний день методики расчета переходных процессов доступны, имеются программы для математического и графического моделирования, способные вычислить необходимые параметры сети и трансформатора тока. Предприятия, производящие трансформаторы тока по стандартам IEC, производят такие расчеты автоматизированным способом.

Учитывая набирающую с каждым годом обороты политику импортозамещения, сложные текущие отношения с европейскими государствами, а также растущий курс европейской валюты, на мой взгляд, отечественным производителям трансформаторов тока было бы не лишним перенять опыт западных коллег и наладить производство вышеописанных ТТ, а органам стандартизации — предварительно обеспечить соответствующую нормативно-техническую базу.

А. А. СЕРЯКОВ,
Группа компаний «РусЭнергоМир»

1. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
2. ГОСТ IEC 60044-1-2013. Трансформаторы измерительные. Часть 1. Трансформаторы тока.
3. IEC 61869-2 Instrument Transformers. Part 2: Current Transformers.
4. IEC 60044-6 Instrument Transformers. Part 6: Requirements for Protective Current Transformers for Transient Performance.
5. Н.В. Чернобровов. «Релейная защита», изд. «Энергия», 1971 г.
6. В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель, И. М. Сирота, Б.С. Стогний. «Трансформаторы тока», изд. Энергоатомиздат, 1989 г.
7. И.М. Сирота. «Переходные режимы работы трансформаторов тока», Издательство Академии Наук Украинской ССР, 1961 г.
8. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29. 180.085-2011. Типовые технические требования к трансформаторам тока 110 и 220 кВ (с изменениями от 24.05.2013 г.).
9. И. Матюхов. «Измерительные трансформаторы. Нормативно-техническая документация», Новости Электротехники, №1 (85) 2014 г.

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 3 (57), 2014

Трансформатор тока (CT) и Теория и работа трансформатора тока | Electricalunits.com

≪ Предыдущий Далее ≫

Трансформатор тока — это инструмент, с помощью которого мы можем легко измерить ток высоковольтной системы, а также трансформатор тока используется для защиты линии высокого напряжения. Пока измеряемый ток мал и имеет низкое напряжение, прямой метод подключения приборов и реле в цепи удобен и адекватен.

Если через приборы и реле должны непрерывно циркулировать токи, превышающие несколько сотен ампер, их конструкция усложняется и удорожается. Еще большие трудности возникают, когда измеряемый ток находится при напряжении более 1000 вольт.

Лучшим решением этих проблем является получение копии тока в первичной цепи, что достигается с помощью трансформаторов тока. Трансформатор тока (ТТ) предназначен для нормальной работы с номинальным током сети, протекающим через первичную обмотку, которая включена последовательно в сеть. Вторичная обмотка трансформатора тока, подключенная к измерительным приборам и реле, обеспечивает ток, который пропорционален и совпадает по фазе с током, циркулирующим в первичной обмотке.

Теория и работа трансформаторов тока:

Трансформатор тока аналогичен по конструкции однофазному силовому трансформатору и обладает теми же основными законами трансформатора. Однако первичный ток не регулируется потреблением мощности во вторичной цепи, а накладывается на трансформатор первичной системой питания. Первичный ампер вращается, создавая магнитный поток в железном сердечнике, который, в свою очередь, индуцирует ЭДС во вторичной обмотке; это вызывает протекание тока через нагрузку, подключенную к вторичным клеммам. В то же время ампер-витки, создаваемые вторичным током, противостоят первичным ампер-виткам, таким образом уравновешивая системы с двумя ампер-витками.

Следующее уравнение применимо к идеальному трансформатору тока: Или I ₁ /I ₂ =N ₂ /N ₁ Где, N ₁ = витки первичной обмотки N ₂ = витки вторичной обмотки I ₁ = Первичный ток I ₂ = вторичный ток

Напряжение вторичной клеммы V ₂ регулируется нагрузкой трансформатора, т. е. полным сопротивлением Z ₂ цепи вторичной нагрузки. т. е. V ₂ = I ₂ Z ₂ Сопротивление и реактивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки можно объединить во внутренний импеданс Z ₂ трансформатора. Напряжение E2, индуцированное магнитным потоком, должно поэтому превышать напряжение на клеммах V ₂ на величину, чтобы компенсировать внутреннее падение напряжения.

т.е.,E ₂ – V ₂ = E ₂ — I ₂ Z ₂ = I ₂ Zi или E ₂ = I ₂ (Z ₂ + Z _i )

 

 

Таким образом, вторичный магнитный поток будет зависеть от вторичного напряжения 90 1 8 E 9 0 . Это показывает, что поток ТТ и, следовательно, максимальная плотность потока являются переменными, что имеет большое значение для рабочих характеристик трансформатора тока. Это еще один важный момент. В то время как условия питания контролируют первичный ток, напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, и плотность потока магнитного сердечника будут зависеть от вторичного тока и импеданса нагрузки. На практике условие I ₁ N ₁ =I ₂ N ₂ реализовано не полностью. Как и в случае силового трансформатора, всегда существует другой ток I ₀ , называемый током без нагрузки, который нарушает эту идеальную балансировку. Появление I ₀ в случае тока, плотность потока магнитопровода будет зависеть от вторичного тока и сопротивления нагрузки.

На практике условие I ₁ N ₁ = I ₁ N ₁ реализован не полностью. Как и в случае силового трансформатора, всегда существует другой ток I ₀ , называемый током без нагрузки, который нарушает эту идеальную балансировку. Однако появление I ₀ в случае трансформатора тока объясняется иначе, чем в случае силового трансформатора, в котором ток нагрузки I ₀ не должен протекать в первичной обмотке, чтобы создать требуемый магнитный поток и предусмотреть потери в железе. Таким образом, ток нагрузки не зависит от вторичного тока. Первичная обмотка потребляет дополнительный ток от системы питания, так что первичные ампер-витки уравновешивают вторичные ампер-витки. В случае трансформатора тока ток системы питания полностью протекает через первичную обмотку. Часть этого тока, называемая током холостого хода, называемая током холостого хода, потребляется для создания требуемого потока.

Схема подключения трансформатора тока и векторная диаграмма показаны на рис. Ток I ₁ циркулирует в первичной обмотке, которая последовательно соединена с линиями, вторичная подает ток I ₂ на полное сопротивление обмотки, приборов и реле. Векторная диаграмма на рис. показывает работу трансформатора, в котором ɸ представляет собой поток, общий для обеих обмоток. Этот поток ɸ генерирует ЭДС E ₂ во вторичной обмотке. а я ₂ ток протекает через импеданс Z ₂ + Z _i . Этот поток создается составляющей тока холостого хода I ₀ , вертикальная составляющая которой учитывает потери трансформаторов. Часть первичных ампер-витков , т. е. I ₀ N ₁ расходуется на возбуждение сердечника , для наведения достаточного напряжения во вторичном токе I ₂ можно форсировать через полное вторичное сопротивление Z ₂ + Z _и . Витки баланса ампер ( I ₁ – I ₀ ) N ₁ теперь доступны для передачи во вторичную цепь таким образом, что ( I ₁ – I ₀ ) N ₁ = I ₂ N ₂ Этот ток I ₀ , отвечает за разное по факту соотношение I ₁ /I ₂ и смещение по вектору N ₁ I ₁ и – N ₂ I ₂ . Они называются ошибкой тока (или отношения) и ошибкой фазы.

Ошибка тока (ошибка соотношения):

Ошибка тока — это процентная ошибка величины вторичного тока, заданная формулой.

Где , Kn = номинальный коэффициент трансформации, Is = фактический вторичный ток, когда Ip протекает в первичной обмотке, Ip = фактический первичный ток.

Смещение фазы отличается по фазе между первичным и вторичным векторами тока, направление векторов выбрано таким образом, что угол равен нулю для идеального трансформатора. Сдвиг фаз считается положительным, когда вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока. Обычно выражается в минутах. Нагрузка представляет собой импеданс вторичной цепи, выраженный в омах, и коэффициент мощности. Нагрузка обычно выражается как полная мощность в вольт-амперах, поглощаемая при заданной мощности в омах, и коэффициент мощности. Нагрузка обычно выражается как полная мощность в вольт-амперах, поглощаемая при указанном коэффициенте мощности и номинальном вторичном токе.

Номинальный предельный первичный ток прибора (IPL):

Номинальный предельный первичный ток прибора — это значение минимального первичного трансформатора тока, равного или превышающего 10 процентов, вторичного, равного или превышающего 10 процентов, вторичной нагрузки равной к номинальной нагрузке. Суммарная ошибка должна быть больше 10 %, чтобы защитить аппаратуру, питаемую ТТ, от больших токов, возникающих в случае неисправности системы. Коэффициент безопасности прибора (Fs) представляет собой отношение предельного первичного тока прибора (IPL) к номинальному первичному току Ip и выражается как 9. 0003

Составная погрешность представляет собой среднеквадратичное значение разности в установившемся режиме, интегрированное за один цикл между

Мгновенным значением первичного тока ,

Произведением номинального коэффициента трансформации и мгновенного значения вторичного тока. (Это включает в себя эффекты коррекции фазы, любых поворотов и искажения формы волны).

Обычно выражается в процентах от среднеквадратичного значения первичного тока в соответствии со следующим выражением.

Где Ip = первичный ток T = продолжительность цикла в секундах Kn = Номинальный коэффициент трансформации Is = мгновенное значение вторичного тока, Ip = мгновенное значение первичного тока,

Номинальные пределы точности первичного тока:

Номинальный предел точности первичного тока — это значение наибольшего первичного тока, при котором трансформатор соответствует соответствующему пределу комплексной погрешности. Это произведение номинального первичного тока и номинального предела точности.

Коэффициент ограничения точности:

Коэффициент ограничения точности представляет собой отношение номинального первичного тока предела точности к номинальному первичному току.

Ток возбуждения:

Ток возбуждения — это среднеквадратичное значение тока, потребляемого вторичной обмоткой трансформатора тока, когда синусоидальное напряжение номинальной частоты подается на вторичные клеммы, первичная и любые другие обмотки разомкнуты.

Напряжение в точке колена:

Напряжение в точке колена представляет собой синусоидальное напряжение номинальной частоты, подаваемое на вторичные клеммы трансформаторов тока, при разомкнутой цепи всех других обмоток, которое при увеличении на 10 процентов вызывает увеличение тока возбуждения на 50 процентов.

Подробнее

electric4u.com

wikipedia.org

Youtube.com

≪ Предыдущая Следующая ≫

Похожие темы :

Имя:

Комментарии:

 

Выбор трансформатора тока, эксплуатация и техническое обслуживание

Перейти к содержанию

от редакции

Трансформатор тока: для выбора, эксплуатации, осмотра и обслуживания

Как правило, большие токи (сотни ампер) не могут быть напрямую введены в измерители мощности для измерения мощности. Поэтому перед измерением ток проходит через ТТ (трансформатор тока). Ниже приведены некоторые моменты, касающиеся выбора, эксплуатации и технического обслуживания трансформаторов тока.

Выбор ТТ

1. Проверьте напряжение цепи.
   Проверьте напряжение проверяемой цепи, затем выберите ТТ, поддерживающий это напряжение.
2. Проверьте номинальный первичный ток.
   Выберите ТТ с номинальным первичным током, немного превышающим максимальный измеряемый ток (например: 100 А, 200 А, 300 А, 500 А, 800 А). Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 А, но есть и трансформаторы на 1 А. ТТ на один ампер полезны для дальней проводки.
3. Проверьте номинальную нагрузку.
   Необходимо проверить нагрузку, поскольку она влияет на длину проводки и другие факторы. См. «Работа с компьютерной томографией».
4. Ампер-виток: Если первичный ток составляет несколько ампер, несколько раз наматывание первичного кабеля вокруг ТТ приведет к тому, что вторичный ток будет умножен только на количество намоток кабеля, что позволит вам извлечь его. Например, если вы один раз намотаете кабель вокруг трансформатора тока 100 А/1 А, два витка кабеля пройдут через центр трансформатора тока, что приведет к соотношению 50 А/1 А.
5. Прочее:
   Для предотвращения несчастных случаев при разомкнутой вторичной цепи безопаснее всего использовать ТТ со встроенным ограничителем напряжения.

Эксплуатация ТТ

1. Номинальная нагрузка представляет собой сумму потерь распределения между ТТ и прибором, подключенным к вторичной стороне, и вносимых потерь в приборе, подключенном к вторичной стороне. Вы должны оставить значение в пределах этой номинальной нагрузки, например, показание 0,5 ВА или 2,5 ВА.

   Номинальная нагрузка ТТ ≥ потери при распределении + вносимые потери на вторичной стороне

   Для расчета потерь при распределении см. (2) и (3) ниже.

2. Проверьте расстояние и материал проводки.
   Потери увеличиваются пропорционально длине проводки.
   Общая длина материалов проводки — это расстояние в обе стороны.

   Прибл. Сопротивление в материале проводки
   Номинальная площадь поперечного сечения: 1,25 мм²＝ Прибл. 18 Ом/км
   Номинальная площадь поперечного сечения: 2,0 мм² ＝ Прибл. 10 Ом/км

3. Примеры (грубый расчет)

   ТТ: номинальный первичный ток/номинальный вторичный ток = 100 А/1 А
   Номинальная нагрузка ТТ: 0,5 ВА мм²

   Сопротивление проводки R = 18 Ом/км × 0,015 км × 2 (в обе стороны) = 0,54 Ом
   Потери при распределении ≈ I²R = (номинальный вторичный ток)² × сопротивление проводки = 1 × 1 × 0,54 = 0,54 ВА
   Условие: CT номинальная нагрузка > потери при распределении + вносимые потери прибора, подключенного к вторичной обмотке
   Получается 0,5 < 0,54 + 0,2 = 0,74, что неверно (условие не выполняется).

4. При использовании материала проводки с номинальным сечением 2,0 мм ²

   Сопротивление проводки R = 10 Ом/км × 0,015 км × 2 = 0,3 Ом
   Потери при распределении ≈ I²R = (номинальный вторичный ток)² × сопротивление проводки = 1 × 1 × 0,3 = 0,3 ВА
   Условие: номинальная нагрузка ТТ > потери при распределении + вносимые потери прибора, подключенного к вторичной обмотке
   Это дает 0,5 ≥ 0,3 + 0,2 = 0,5, что верно (условие встретились).