Суммарный нагрузочный ток на линию жилого, коммерческого объекта или предприятия в некоторых случаях может превышать ее фактические возможности. Правильный расчет трансформатора тока поможет обеспечить качество линейного преобразования, контроль и защиту электросети.
Причины для установки токовых трансформаторов
Устройство предназначено для трансформации первичного значения тока до безопасного для сети. Трансформаторы также эксплуатируются с целью:
- разграничения низковольтной учетной аппаратуры и реле, подкинутых на вторичную обмотку, если в сети первичное высокое напряжение;
- повышения или понижения показателей напряжения;
- замера состояния электросети и параметров переменного тока;
- обеспечения безопасности ремонтных и диагностических работ;
- быстрой активации релейной защиты при коротких замыканиях;
- учета энергозатрат – с ними обычно совмещен электросчетчик.
Для измерения понадобится подключить ТТ в разрыв провода, а на вторичную отметку подсоединить вольтметр или амперметр, совмещенный с резистором.
Разновидности трансформаторов тока
Выбирать прибор, подходящий под напряжение сети или конкретные работы, необходимо на основании классификации по разным признакам.
Назначение
Существуют такие трансформаторы:
- измерительные – замеряют параметры цепи;
- защитные – предотвращают перегрузки, выход оборудования из строя;
- промежуточные – подключаются в цепь с релейной защитой, выравнивают токи в схемах дифзащиты;
- лабораторные – отличаются высокой точностью.
У лабораторных моделей больше коэффициентов преобразования.
Тип монтажа
Для частного дома и квартиры можно подобрать аппарат, монтируемый внутри или снаружи помещения. Некоторые модификации встраиваются в оборудование, а также надеваются на проходную изоляцию. Для измерения и лабораторных тестов используются переносные модели.
Конструкция первичной обмотки
Существуют шинные, одновитковые (со стержнем) и многовитковые (с катушкой, обмоткой петлевого типа и «восьмеркой») устройства.
Тип изоляции
Бывают следующие преобразователи:
- сухая изоляция – на основе литой эпоксидки, фарфора или бакелита;
- бумажно-масляная – стандартная или конденсаторная;
- газонаполненные – внутри находится неорганический элегаз с высоким пробивным напряжением;
- компаундные – внутри находится заливка из термоактивной и термопластичной смолой.
Компаунд имеет самые высокие показатели влагостойкости.
В зависимости от количества ступеней трансформации можно подобрать одноступенчатые и каскадные модели. Вся линейка имеет рабочее напряжение более 1000 В.
Класс точности
Класс точности токового трансформатора прописан в ГОСТ 7746-2001 и зависит от его назначения, а также параметров первичного тока и вторичной нагрузки:
- В условиях малого сопротивления происходит почти полное шунтирование намагниченной ветви. Прибор работает с большой погрешностью.
- При повышении сопротивления также увеличивается погрешность. Причина – функционирование устройства на участке насыщения.
- При минимальном номинале первичного тока трансформатор работает в нижней части намагниченной кривой, при максимальном – на участке насыщения.
Точный подбор трансформатора по классу точности можно произвести на основе таблицы.
| Класс точности | Номинал первичного тока в % | Предел вторичной нагрузки в % |
| 0,1 | 5, 20, 100-200 | 25-100 |
| 0,2 | ||
| 0,2 S | 1,5, 20, 100, 120 | |
| 0,5 | 5, 20, 100, 120 | |
| 0,5 S | 1, 5, 20, 100, 120 | |
| 1 | 5, 20, 100-120 | |
| 3 | 50-120 | 50-100 |
| 5 | ||
| 10 |
Для устройств защиты класс точности также определяется по таблице.
| Класс точности | Предельная погрешность | Процент предельной вторичной нагрузки | ||
| тепловая | угловая | |||
| мин | ср | |||
| 5Р | ±1 | ±60 | ±1,8 | 5 |
| 10Р | ±3 | Норма отсутствует | 10 | |
Для энергоучета применяются модели с классом точности 0,2S – 0,5, для амперметров с минимальной чувствительностью – с 1-м или 3-м, для релейной защиты – 5P и 10Р.
Особенности выбора
В процессе выбора трансформатора тока необходимо руководствоваться базовыми параметрами:
- Номинал сетевого напряжения. Номинальный показатель должен превышать или быть равным рабочему напряжению.
- Ток первичной и вторичной обмотки. Первый показатель зависит от коэффициента трансформации, второй – зависит от того, какой счетчик.
- Коэффициент преобразования. Подбирается по нагрузке в аварийных случаях, но ПУЭ устанавливают необходимость монтажа устройств с коэффициентом, большим, чем номинальный.
- Класс точности. Зависит от целевого использования счетчика. На коммерческом предприятии оправданы приборы 0,5S, в частном доме – 1S.
Конструктивное исполнение определяется типом счетчика. Для моделей до 18 кВ подойдет однофазный или трехфазный аппарат. Если значение больше 18 кВ, используется трансформатор на одну фазу.
Подбор токового трансформатора для организации релейной защиты
Релейный токовый трансформатор отличается классом точности 10Р и 5Р. В ПУЭ установлено, что его погрешность не должна быть более 10 % по току и 7 градусов по углу. При превышении погрешности устанавливается дополнительное оборудование.
В нормальных условиях трансформаторное реле определяет тип поломки (низкое напряжение, повышенный/пониженный ток или частота). После измерения параметров и обнаружения отклонений активируется защита – сеть обесточивается.
Нюансы выбора устройств для цепи учета
К цепи учета для корректности замеров можно подключать приборы с классом точности не более 0,5(S). При наличии колебаний и аварий графики протекания тока и напряжения бывают некорректными. Несоблюдение класса точности может привести к завышению показателей счетчика.
В п. 1.5.17 ПУЭ установлено, что при завышенном коэффициенте трансформатор для цепи учета должен иметь вторичный ток:
- при максимальной нагрузке – не более 40 %;
- при минимальной нагрузке – не более 5 %;
- класс точности – от 25 до 100 % от номинала.
Коэффициент ТТ по мощности бывает от 1 до 5 % первички.
Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току
Табличный подбор оборудования целесообразно производить после уточнения технических параметров аппарата. Если они известны, стоит выбрать ТТ по таблице, где указана мощность, нагрузка и трансформационный коэффициент.
| Максимальная мощность при расчете, кВА | Сеть 380 В | |
| Нагрузка, А | Коэффициент трансформации, А | |
| 10 | 16 | 20/5 |
| 15 | 23 | 30/5 |
| 20 | 30 | 30/5 |
| 25 | 38 | 40/5 |
| 35 | 53 | 50/5 или 75/5 |
| 40 | 61 | 75/5 |
| 50 | 77 | 75/5 или 100/5 |
Для сети с напряжением 1,5 кВ применяется аналогичная таблица.
| Максимальная мощность при расчете, кВА | Сеть 1,5 кВ | |
| Нагрузка, А | Коэффициент трансформации, А | |
| 100 | 6 | 10/5 |
| 160 | 9 | 10/5 |
| 180 | 10 | 10/5 или 15/5 |
| 240 | 13 | 15/5 |
При табличном способе нужно учитывать, что вторичный ток прибора не должен быть больше 110 % от номинала.
Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью
Простой измерительный аппарат предназначен для понижения номиналов напряжения, которое подается на измерители и защитные реле, подключенные к сети 6-10 кВ. Трансформатор исправно работает только в условиях заземления нейтрали.
При феррорезонансных реакциях (обрыв фазы ЛЭП, прикосновение ветвями, стекание капель росы по проводам, некорректная коммутация) существуют риски поломок трансформаторов напряжения. Частота сбоев составляет 17 и 25 Гц. В этих условиях через первичную обмотку протекает сверхток и она перегорает.
Если используется схема «Звезда-Звезда», в условиях повышения напряжения повышается индукция магнитопровода. Прибор перегорает. Предотвратить этот процесс можно при помощи:
- уменьшения показателей рабочей индукции;
- подключения в сети устройств, демпфирующих сопротивление;
- создания трехфазного устройства с общей магнитной пятистержневой системой;
- эксплуатации аппаратов, подключенный в сеть при размыкании треугольника;
- заземления нейтрали посредством реактора-токоограничителя.
Простейший вариант – использовать специальные обмотки или релейные схемы.
Расчет трансформатора тока по мощности
Токовый трансформатор ставится на 3 жилы провода, но модели с классом точности 0,5S, где одно кольцо идет на одну фазу, можно подключать к одножильному кабелю. Перед установкой прибора производится его расчет.
Пример расчета на 10 кВ
Модели на 10 кВ подходят для коммерческого учета энергии. Для вычислений можно использовать онлайн-программу – калькулятор. После ввода данных в поля и нажатия кнопки расчета появится нужная информация.
Если программы нет, рассчитать параметры устройства можно самостоятельно. Понадобится перевести трехсекундный ток термической стойкости в односекундный. Для этого используется формула I3с=I1с/1,732.
Сложность применения данного аппарата – минимальный, около 10 А, силовой ток цепи.
Трансформаторы тока, устанавливаемые на производстве или в жилом многоквартирном доме, самостоятельно не рассчитываются. Понадобится обратиться в компанию энергоснабжения для получения ТУ с моделью узла учета и типом устройства, номиналом автоматов. Это исключает сложности самостоятельных вычислений.
https://