Трансформаторы тока для электронных счетчиков

Трансформаторы тока для электросчетчиков: обзор конструкций и схем подключения простыми словами для начинающего электрика

Трансформаторы тока применяются для подключения электросчетчиков к очень мощным нагрузкам, которые нельзя подавать на прибор учета при обычном прямом методе измерения.

Такой способ называется косвенным замером. Он широко распространен в энергетике, на промышленных предприятиях с большими перетоками электрических мощностей, а также в частных домах с трехфазным питанием.

Как все это работает и какие схемы подключения лучше выбрать для разных нагрузок читайте ниже.

Назначение трансформаторов тока простыми словами

Основная задача

Трансформатор тока (сокращенное общепринятое обозначение ТТ) создан для работы в электрических схемах как простой преобразователь, способный с высокой точностью пропорционально понижать токи высоких величин до номинальных вторичных значений без изменения частоты сигнала.

На его вход подается первичный переменный ток большой величины, а по выходной цепочке протекает уменьшенное, преобразованное значение нагрузки.

Этот процесс легко представить совмещенными графиками синусоид обоих токов с их отображением на простой векторной диаграмме единичной окружности.

Синусоида первичного тока I1, проходящего по силовым шинам, показана графиком с высокой амплитудой, которая может превышать, например, 100 или 200 ампер. Допустим, что она отстоит от начала координат на какой-то угол α.

Ее форма и величина станет преобразовываться в ТТ во вторичную величину I2 со значительно меньшей амплитудой, например, 1 или 5 ампер.

Графики синусоидальных гармоник легко упрощаются векторными выражениями, построенными на плоскости единичной окружности. Они облегчают понимание происходящих процессов, позволяют проще их анализировать.

Векторная диаграмма просто рисуется и наглядно показывает пропорции величин каждой составляющей и их направление.

Сейчас же сделаем простой вывод: в любой момент времени ti синусоида I2 повторяет форму сигнала I1 и отличается от нее строго на определенную величину, называемую коэффициентом трансформации Ктт.

Его так и записывают на шильдике корпуса: выражением отношения первичного тока, показанного на первом месте, ко вторичному, например, 200/5.

В принципе здесь используется та же технология и маркировка, что у обычного трансформатора напряжения, где вместо ампер показываются вольты.

Практическое применение

Трансформаторы тока создаются в качестве измерительных приборов, обладающих определенными метрологическими характеристиками. Они работают в цепях измерения и схемах защитных устройств.

Их оценивают классами точности по двум параметрам:

Отклонению реальной амплитуды вторичного тока от расчетного значения, вычисленного по коэффициенту трансформации.
Смещению по времени угла вторичной синусоиды ẟ относительно первичного сигнала.

Далее разбираемся с конструкцией и принципами работы.

Как устроены трансформаторы тока: краткие сведения для новичков

Конструкцию ТТ поясняет нижерасположенная картинка.

Внутри корпуса из негорючего диэлектрического материала, например, пластика, не поддерживающего горения, расположены:

первичная обмотка, выполненная шиной с отверстиями для болтового монтажа к силовой цепи;
магнитопровод, собранный из шихтованных пластин электротехнического железа;
вторичная обмотка, намотанная витками медного провода, поверх магнитопровода с изоляцией. Медь снаружи покрыта слоем лака с высокими диэлектрическими свойствами;
клеммные выводы для подключения монтажных проводов вторичной схемы.

Количество витков вторичной обмотки определяет величину коэффициента трансформации, а ее поперечное сечение подбирается по величине нагрузки в номинальном и аварийном режиме.

У отдельных измерительных ТТ вместо первичной обмотки сразу создается сквозное отверстие в корпусе, через которое пропускается силовая шина распределительного шкафа или мощный провод. Их так и называют: шинные.

Среди таких конструкций существуют модели с разъемным сердечником, позволяющим оперативно надевать и снимать ТТ, выполнять измерения без выполнения дополнительных подготовительных работ. По этому принципу работают обычные электроизмерительные клещи.

Я их показываю здесь потому, что они могут быть использованы для проведения тех же замеров, что и ТТ, стационарно установленные для подключения к электросчетчикам. По ним осуществляют контрольный замер первичной, да и вторичной нагрузки, проходящей по цепям измерения.

Как работает трансформатор тока в электрической схеме счетчика: последовательное объяснение с демонстрацией наглядными картинками

По первичной обмотке от электроснабжающей организации к потребителям течет силовой ток I1. Он преодолевает электрическое сопротивление подключенных шин.

Вокруг токопровода формируется вращающееся поле с магнитным потоком fe1, расположенным перпендикулярно движению вектора I1.

Он пронизывает железо магнитопровода, улавливается им. Внутри сердечника наводится магнитный поток F1.

Такая схема ориентации обеспечивает минимальные потери энергии, затрачиваемые на преобразования электромагнитных полей.

Магнитный поток F1, пересекая перпендикулярно расположенные ему витки вторичной обмотки, создает в них электродвижущую силу Е2. Под ее влиянием в замкнутой на измерительный прибор вторичной катушке по закону Ома возникает электрический ток I2.

I2 преодолевает полное сопротивление вторичной обмотки и подключенной к ней нагрузке. Ей может быть токовая катушка амперметра, электромагнитного реле или электросчетчика.

По обмотке измерительного прибора протекает синусоида, уменьшенная строго на величину коэффициента трансформации ТТ. Его величина задается во время проектирования устройств, а замеряется при наладках и проверках работы электрической схемы.

Какие 2 опасности существуют при эксплуатации трансформаторов тока: их важно знать

Что происходит при пробое или повреждении изоляции

Сердечник ТТ выполнен из электротехнической стали, обладающей хорошей проводимостью. Он покрыт диэлектрическим слоем, разделяющим первичные и вторичные электрические цепи, но связывает их магнитным потоком.

Этот слой может быть случайно поврежден по разным причинам. Тогда происходит стекание высокого потенциала первичной схемы на вторичную цепочку.

Опасный потенциал способен не только повредить менее защищенное измерительное оборудование, но и нанести серьезные повреждения здоровью людей, вызвать у них электротравмы.

Для предупреждения этого явления все вторичные цепи ТТ подлежат обязательному заземлению.

Оно призвано безопасно отводить случайно возникающий потенциал с работающего оборудования на заземляющий контур здания и дальше.

Чем опасен режим работы при разомкнутой вторичной цепи

ПУЭ предъявляет повышенные требования к монтажу и прочности вторичных цепей ТТ. Они должны выполняться медным проводом с сечением не менее чем 2,5 мм квадратных.

При прохождении тока I1 по первичной обмотке во вторичной схеме протекает энергия с очень большим потенциалом напряжения. В рабочем режиме она всегда замкнута накоротко, а если ее разомкнуть, то на разрыве сразу возникает высоковольтное напряжение в несколько киловольт.

Оно опасно как для низковольтного оборудования, так и людей, находящихся рядом. Поэтому ТТ, даже выведенные в резерв, запрещено оставлять с разомкнутыми выводами. На них всегда должна стоять надежная шунтирующая закоротка.

ТТ массово используются не только в сети 0,4 киловольта, но и во всех высоковольтных схемах. Они выполняют не только задачи точного измерения текущих нагрузок, но и обеспечивают надежную работу систем защит и противоаварийной автоматики при возникновении аварийных режимов.

Обычно для всех цепей выше 1000 вольт ТТ изготавливают комбинированными устройствами, состоящими из одной силовой первичной обмотки и двух или более вторичных:

одна создается для выполнения наиболее точных измерений и подключается к амперметрам, ваттметрам, счетчикам, регистраторам и другим измерительным приборам;
другие применяются для надежной работы при возникновении аварийных режимов и используются в цепях релейных защит или автоматики (класс точности Р).

Трансформаторы тока высоковольтного оборудования, в соответствии с действующим напряжением электроустановки, могут располагаться в специальных закрытых ячейках или монтироваться на открытых распредустройствах.

Трансформаторы тока — схемы подключения к электрическим счетчикам: 2 типа

Перед монтажом ТТ на место стационарной установки необходимо в обязательном порядке уточнить направление каждой нагрузки по обмоткам, когда электроэнергия движется по шинам к потребителю. С этой целью на корпусе наносится маркировка.

У отечественных изделий принято следующее обозначение:

Л1: «Л» — линия или шина первичной обмотки, «1» — входная клемма (в сторону генератора);
Л2 — для подключения к выходной цепи силовой линии (к потребителю электроэнергии):
И1: «И» — измерительная цепь, «1» — входная клемма (на вход измерительного прибора);
И2: — подключается к выходной клемме измерительного прибора.

У многообмоточных ТТ вторичные катушки дополнительно обозначаются цифрами, а их выводы имеют вид:

Этим заводским обозначениям стоит верить в подавляющем большинстве случаев. Но, на моей практике встречались случаи, когда маркировка отсутствовала, была повреждена или даже не соответствовала реальному направлению навивки вторичной обмотки, что крайне недопустимо.

Неправильное подключение направит вторичный вектор I2 через катушку электросчетчика в противоположную сторону. Тогда счетный механизм станет работать с большими погрешностями.

Методику этой проверки я подробно привожу ниже по тексту в специальном разделе, посвященном проверкам и наладкам.

Схема подключения счетчика с трансформатором тока: самый редкий вариант

Устройство внутренних цепей однофазного электросчетчика и маркировку клемм для его монтажа показываю ниже.

Из электротехнических устройств внутри корпуса работают катушка тока и напряжения. Они соединены проводами с клеммными выводами, которые расположены слева направо и обозначены цифрами:

«1» — вход фазы на счетчик;
«2» — вход ноля на счетчик;
«3» — выход фазы на нагрузку;
«4» — выход ноля на нагрузку.

Винт напряжения при эксплуатации всегда должен быть плотно зажат. Он используется только при метрологических поверках.

Практически все однофазные счетчики, устанавливаемые в жилых зданиях, работают по этой схеме, являясь приборами прямого включения. Они предназначены для учета нагрузок бытовой сети, а она ограничивается действующими нормативами.

Однако ГОСТ 6570-75 предусмотрел возможность совмещения индукционного счетчика с трансформатором тока для сети 220 вольт по следующей схеме.

В ней дополнительно изменяется коммутация токовых цепей:

генераторные концы фазы ТТ Л1 и обмотки И1 объединяются на токовом входе счетчика 1;
вывод И2 подключается к клемме 2 для создания замкнутого контура во вторичной цепи измерения;
Л2 силовой обмотки направляется на шину нагрузки потребителей.

Монтаж нулевого провода и цепей напряжения остается прежним. Для снятия показаний потребуется обычный результат вычисления счетного механизма умножать на коэффициент трансформации используемого ТТ.

В принципе это довольно редкая разработка, на практике мне не пришлось ее увидеть в действии.

Схема подключения трехфазного счетчика с трансформаторами тока: 5 типовых проектов

Вначале напомню структуру электросчетчика на 3 фазы прямого включения. Он состоит их трех одинаковых цепей однофазного счетчика, рассмотренного выше.

Каждая часть замеряет мощность потребления в своей фазе, а затем их результат учитывается общим счетным механизмом.

Для подключения к цепям ТТ и ТН эта схема может отличаться у различных моделей за счет изменения расположения и чередования клемм. Показываю ее упрощенно без поясняющих надписей.

Под различные варианты учета нагрузок она подключается разными методиками. Привожу кратко только пять наиболее популярных способов.

Чтобы не затруднять чтение схем, я на них не стану показывать заземление вторичных обмоток токовых цепей. Просто помните, что их надо всегда надежно монтировать.

Схема полной звезды в сети 0,4 кВ

Этот метод используется для трехпроводной и четырехпроводной схемы с напряжением 380 или 220 вольт. Отличия между ними показал черной пунктирной линией, обозначающей нулевой провод цепей напряжения.

В трехпроводном варианте он просто отсутствует (клемма «10» остается не задействованной), а в четырехпроводном — присутствует. Других отличий нет.

Трансформаторы тока каждой фазы своими линейными выводами врезаются в силовую цепь, а клеммами вторичных цепей подключаются на соответствующие им ввода в счетчик. Например, для фазы «А» И1 коммутируется на «1», а И2 — на «3».

Цепи напряжения фаз подаются с входной клеммы Л1 на свой ввод счетчика: «2», «5» или «8».

Схема полной звезды в высоковольтной сети

Для учета нагрузок высоковольтного оборудования требуется использовать измерительные трансформаторы напряжения (ТН). У них на вторичные цепи выводится 100 вольт.

Первичные обмотки ТН подключаются к питающим шинам силовой нагрузки, а с вторичных — подается питание на электросчетчик.

Схема подключения трехфазного счетчика через три ТТ и три ТН в принципе повторяет предыдущую, но немного усложняется, имеет следующий вид.

Обозначение черной пунктирной линии несет тот же смысл, что и раньше.

Схема неполной звезды в сети 0,4 кВ

Этот вариант подключения можно использовать ради экономии оборудования за счет исключения одного ТТ. Метод вполне рабочий.

Схема подключения трехфазного счетчика через два трансформатора тока имеет такой вид.

Во вторичных цепях вывод И1 ТТ1 подключается на клемму «1», а И1 ТТ2 — на «7». Выводы И2 обоих ТТ объединены и подключены к клемме «4». Клеммы «3», «6» и «9» закорочены между собой.

Цепи напряжения на электросчетчик подаются от своих шин.

Схема неполной звезды в сети высоковольтного оборудования

Принцип подключения двух ТТ часто используется на энергетическом оборудовании высоковольтных линий, где для учета мощности применяются измерительные ТН, преобразующие напряжение каждой фазы в безопасную величину 100 вольт.

Здесь имеется определенные недостатки, требующие учета настройки релейных защит при возникновении аварийных ситуаций, связанных с двойным замыканием на землю внутри разных уровней распределения.

Но для обычных воздушных линий в цепях учетов эта схема отлично работает десятилетиями.

Ее вполне допустимо упростить за счет удаления одного измерительного ТН со средней фазы B.

Питание цепей напряжения счетчика модернизуется за счет подключения клеммного вывода 5 непосредственно на контур заземления.

Как выбрать трансформатор тока для счетчика: 10 критериев по ГОСТ

Длительная и надежная работа ТТ возможна при соответствии его конструкции:

назначению. (Ориентируемся только на измерительные изделия);
действующему напряжению электропроводки, которое может меняться от 220 вольт до высоковольтных величин;
типу изоляции;
допустимому способу монтажа (в закрытых распределительных устройствах или на открытом воздухе);
величинам действующих токов, учитываемых коэффициентом трансформации;
классу точности;
ряду других требований.

Кроме этого придется уточнить конструкцию первичной обмотки, которая может изготавливаться:

стержневой или шинной;
с возможностью установки одного витка или нескольких.

Для работы разных цепей измерения, защит или автоматики внутри корпуса ТТ может быть выполнено несколько вторичных обмоток с разными характеристиками. Все их придется учесть, а ненужные надежно зашунтировать.

ГОСТ 7746-2001 таблицей 5 определяет значения 10 основных параметров, обеспечивающих надежную работу ТТ в качестве измерительных устройств для электрических счетчиков.

Более подробная информация изложена внутри этого ГОСТ.

Как проверить трансформатор тока: практические наработки бывалого релейщика

Вернемся к конструкции ТТ и представим все, что способно в нем повредиться и мешать нормальной работе. Это:

пробой диэлектрического слоя между обмотками, а также на корпус или магнитопровод;
повреждение изоляции между витками вторичной обмотки, которое приведет к межвитковому замыканию и нарушению коэффициента трансформации;
перепутывание направления навивки обмоток при монтаже за счет ошибок в маркировке или невнимательности персонала;
механический износ контактов;
обрывы провода.

Все проверки ТТ основаны на учете возможности возникновения этих дефектов и призваны обнаружить их появление. Первоначально всегда выполняется внешний осмотр, позволяющий визуально выявить наружные повреждения.

Проверка изоляции трансформатора тока: на что обращать внимание

Собранные полностью токовые цепи должны иметь изоляцию не менее 1 мегаома (МОм). Для ее измерения применяют специальные приборы — мегаомметры. Требования к их конструкции оговорены в технической документации на ТТ. В подавляющем большинстве случаев их выходное напряжение — 1000 вольт.

К измерениям допускается мегаомметр, прошедший метрологическую поверку и испытания изоляции.

Им измеряют электрическое сопротивление:

корпуса относительно всех обмоток;
каждой обмотки относительно всех других.

Самый простой и надежный метод прямой проверки ТТ: прогрузка под реальной нагрузкой

Собирается штатная схема включения трансформатора. Его первичная обмотка подключается к силовым цепям, а вторичная — к нагрузке. В обе обмотки устанавливаются точные измерительные приборы: токовые клещи или амперметры.

На силовую цепь подается напряжение так, чтобы по ней протекал ток I1 с величиной от 0,2 до 1,0 номинального значения. Показания приборов снимаются во всех обмотках.

По результатам измерений делят значение тока первичной обмотки на его величину во вторичной: рассчитывают коэффициент трансформации. При совпадении вычисленного Ктт с заданным техническим паспортом делается вывод об исправности ТТ.

Если на ТТ смонтировано несколько вторичных обмоток, то все они до прогрузки должны быть надежно закорочены или подключены к приборам измерения.

Магнитопроводы многих высоковольтных ТТ нуждаются в заземлении. У них на клеммной колодке имеется специальный зажим с соответствующей маркировкой. Это требование тоже нельзя игнорировать.

Прогрузка с амперметром во вторичной цепи не позволяет выявить дефекты, связанные с нарушением полярности подключения обмоток. Но, использование вольтамперфазоиндикатора (ВАФ) с токовыми клещами поможет измерить угол отклонения вектора тока от начала координат, сделать достоверный вывод.

К сожалению, на практике часто довольно сложно воспользоваться методом прогрузки. Поэтому ТТ проверяют иными способами.

Косвенные методы проверки ТТ: 2 доступные технологии

Оценка характеристики намагничивания

Исправность вторичной обмотки и магнитопровода позволяет оценить снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) — зависимости величины напряжения в вольтах, замеренной на контактных соединениях вторичной обмотки, от значения, проходящего по ней тока намагничивания I2 в амперах.

Эти данные приведены в технической документации. Соответствие полученного графика заводским испытаниям свидетельствует об исправности ТТ. При повреждении магнитопровода или возникновении межвиткового замыкания обмотки график пойдет значительно ниже.

Схема сборки проверочного устройства выглядит следующим образом.

Амперметр и вольтметр должны быть электромагнитной или электродинамической системы для замеров действующих значений синусоид.

Современные нагрузочные устройства типа «Ретом» значительно облегчают сборку схемы для оценки вольтамперной характеристики намагничивания.

При этой проверке цепь первичной обмотки всегда должна быть разомкнута. Иначе график ВАХ буден построен с ошибками.

Проверка полярности выводов вторичной обмотки электрическими методами

Если отсутствует маркировка на выводах, а их несколько, то принадлежность к каждой обмотке легко определить с помощью мультиметра посредством переключения его в режим прозвонки.

Концы проводов придется подписать, а затем каждой паре выводов определить полярность, соответствующую направлению вектора тока I1 первичной обмотке. Для этого собирается простая схема.

На вторичную обмотку подключается миллиамперметр магнитоэлектрической системы. Желательно, чтобы стрелка его шкалы имела возможность отклоняться вправо и влево от среднего значения, четко реагируя своим положением на направление протекающего тока по измерительной головке.

Однако вполне можно обойтись и стрелочным тестером (цешкой), где стрелка указывает только положительное направление тока. Просто придется быть более внимательным.

Затем на выводы первичной обмотки подключается источник постоянного напряжения с небольшим сопротивлением. Это может быть батарейка или аккумулятор с лампочкой. Раньше, в среде электриков часто пользовались самодельной сборкой, называемой прозвонкой или «Аркашкой».

Зажим крокодил Аркашки цепляли произвольно на одну сторону разомкнутой силовой обмотки, а контактным выводом прикасались к противоположной стороне шины. Обращали внимание на полярность источника: где находится «+» батарейки.

За счет подключения источника напряжения к замкнутой цепи в ней по закону Ома начинает протекать электрический ток.

Его импульс на замыкание трансформируется во вторичную обмотку и воздействует на стрелку миллиамперметра: она отклоняется. Когда ее движение направлено вправо, то это означает, что вектора токов в первичной и вторичной обмотках совпали.

Теперь потребуется отвести батарейку и наблюдать за движением стрелки. Она отклонится влево. Оба этих фактора позволяют сделать вывод и промаркировать выводы И1 и И2: плюс батарейки указывает на клемму Л1, а миллиамперметра — на И1.

Когда стрелка при замыкании отклоняется вначале влево, а во время размыкания вправо, то это просто указывает на то, что токи в обмотках протекают в разных направлениях. Это тоже позволяет маркировать выводы.

Существуют и другие способы проверки полярности трансформаторов тока с помощью специальных проверочных устройств. Их наглядно показывает своим видеороликом Дмитрий, владелец канала «Заметки электрика». Рекомендую обязательно посмотреть.

Этим видеороликом буду заканчивать тему про трансформаторы тока для электросчетчиков. Она довольно обширная. Если у вас еще остались какие-то вопросы или имеется желание поделиться иным мнением, то воспользуйтесь разделом комментариев.

Источник

Трансформаторы тока для электросчетчиков

ABB трансформаторы тока представляют собой устройства, предназначенные для преобразования параметров. Оборудование характеризуется наличием первичной и вторичной обмоток. Данная современная продукция является высокотехнологичной и характеризуется такими особенностями, как высокая надежность и долговечность эксплуатации.

Классифицируются трансформаторы следующим образом:

место монтажа – наружное пространство, помещения, также они бывают накладными, встроенными, переносными;
предназначением – промежуточные, для защиты, лабораторного использования, осуществления измерений;
методом установки – проходные, опорные;
конструкцией первичной обмотки – многовитковые, стержневые (одновитковые), шинные.

Также данные устройства можно классифицировать по количеству ступеней трансформации и виду изоляции, по рабочему напряжению.

Разнообразие продукции компании АББ

Компания ABB производит широкий спектр трансформаторной техники, предназначенной для понижения характеристик тока и его подачи к аналоговому или цифровому оборудованию. В ассортименте компании можно найти устройства проходного типа и технику со встроенной первичной обмоткой. Данная марка электрооборудования на российском рынке известна давно и пользуется высокой популярностью. Это обусловлено высокими эксплуатационными характеристиками трансформаторов и других устройств. Профессионалы неизменно отдают предпочтение продукции бренда АББ, если заинтересованы в надежности и долговечности создаваемых систем.

Компания «Электрика 21 век» работает для того, чтобы каждый имел возможность приобрести трансформаторное и другое оборудование комфортно и быстро онлайн. Мы подготовили отличный ассортимент продукции известного иностранного производителя и установили оптимальные цены. Заказ онлайн или по телефону поможет вам сэкономить не только денежные средства, но и время. Вы можете не только нам позвонить, но и заказать обратный звонок. Наши менеджеры консультируют и помогают заказчикам при выборе оптимальной техники.

Источник