Трансформатор тока для экрана кабеля

Защитный экран, окружающий электростатический экран, предохраняет пользователя прибора от прикосновения к токоведущим частям, находящимся под высоким напряжением. Он должен подключаться к заземлению прибора и выдерживать ток, больший максимального выходного тока источника-измерителя (SMU) и тока от других источников, подключённых между LO клеммой и землёй. Если произойдёт случайное замыкание измерительных проводов, электростатического экрана или охранных проводников на заземлённый защитный экран, его потенциал относительно земли останется низким. Защитный экран также предохраняет от поражения сетевым напряжением, имеющимся внутри прибора. В этом случае он выступает в роли шасси прибора, которое также соединяется с землёй. Система защитного заземления является частью питающей сети для обеспечения этого соединения. Оборудование заземляется на вводе сети, гарантируя, что металлический корпус прибора безопасен при прикосновении. Даже если фазный провод коснётся корпуса изнутри, защитное заземление удержит потенциал корпуса на безопасном для прикосновения уровне.

Заземлённый защитный экран никогда не должен использоваться как электростатический. Даже хорошо спроектированный прибор создаёт ток в жиле сетевого шнура, соединяющей его с защитным заземлением. Ток через Y-конденсаторы в блоке питания и ВЧ токи от импульсного БП, протекая через индуктивное сопротивление заземляющей жилы в сетевом шнуре, могут создать напряжения помех между шасси прибора и внешними шинами защитного заземления. Результирующее напряжение проявляется как синфазная помеха между шасси и защитным заземлением. Это напряжение помехи доставляет проблемы, поскольку общий провод измерительного прибора не полностью изолирован от шасси (которое заземлено). Каждый прибор создаёт некоторые постоянные и переменные токи утечки через изоляцию от питающей сети и конечную ёмкость между общим проводом прибора и его защитным заземлением. Эта ёмкость понижает сопротивление изоляции для переменного тока. Мы не хотим, чтобы эти токи протекали через какую бы то ни было часть измерительной установки (Рисунок 4). Эти токи вызывают падения напряжения на измерительных проводах, а также на остальных сопротивлениях измерительной цепи.

Рисунок 4.	Иллюстрация создания тока синфазной помехи компонентами питающей сети, а также протекания через ёмкости изоляции переменных токов, вызываемых извне.

Поскольку прибор может предназначаться для работы под «плавающим» потенциалом в сотни вольт относительно заземления, а все электростатические экраны должны подключаться к его общему проводу, нужно всегда иметь в виду, что эти экраны небезопасны для прикосновения.

Конструкция и устройство трансформатора тока

Итак, если говорить о конструкции трансформатора тока, то следует начать с его внешнего вида.

Прежде всего, обратим внимание на шину, сердечник и диэлектрический корпус, а точнее, на его наличие. Для кого-то это покажется странным, но без него в конструкции трансформатора не обойтись. При этом этот корпус по форме может отличаться: он может быть представлен и в цилиндрическом виде, и в прямоугольном, и в квадратном.

В середине корпуса располагается небольшой промежуток, служащий охвату проводов, которые выступают в качестве первичной обмотки.

Раз уж мы коснулись обмотки, то нельзя не сказать о внутреннем устройстве трансформатора и двух видах обмотки (смотреть рисунок).

Виды трансформаторов тока

Данные электротехнические устройства классифицируются по нескольким характеристикам. В зависимости от назначения токовые трансформаторы могут быть:

• защитными – снижающими параметры тока для предотвращения выхода из строя потребляющих устройств;
• измерительными – через которые подключаются средства измерения, в том числе электросчётчики;
• промежуточными – устанавливаемыми в системы релейной защиты;
• лабораторными – используемыми для исследовательских целей, обладающими низкой погрешностью измерения, нередко – с несколькими коэффициентами трансформации.

Учитывая характер условий эксплуатации, различают трансформаторы:

для наружной установки – защищённые от воздействия атмосферных факторов, которые можно использовать на открытом воздухе;

Три трансформатора тока для 3-х фаз(А, B? C)
внутренние – применяемые внутри помещений;

ТТ для установки внутри помещений
встроенные – расположенные внутри электрических приборов и являющиеся их составной частью(3 ТА для каждой фазы показаны стрелкой).

Встроенные ТТ

В зависимости от исполнения первичных обмоток различают устройства:

• одновиткового исполнения;
• многовитковые;
• шинные.

С учётом способа установки их подразделяют на следующие типы:

• проходной;
• опорный.

По числу ступеней изменения тока выделяют трансформаторы:

• одноступенчатого,
• двухступенчатого (каскадного) типа.

Устройства, в зависимости от величины напряжения, на которое они рассчитаны делят на предназначенные для работы в условиях более и менее 1000 В.

Для изготовления сердечника применяется специальная трансформаторная сталь. Изоляция выполняется сухой (бакелитовой, фарфоровой), обычной или бумажно-масляной.

Трансформаторы тока разных производителей

Рассмотрим несколько трансформаторов тока разных производителей:

Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01

Производитель ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов», предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.

Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.

Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.

Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений и имеют:

• класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93;
• уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.

Варианты исполнения трансформатора: «Б» — оснащён изолирующими барьерами.

Расположение вторичных выводов:

• «А» — параллельно установочной поверхности;
• «В» — перпендикулярно установочной поверхности;
• «С» — из гибкого провода, параллельно установочной поверхности;
• «D» — из гибкого провода, перпендикулярно установочной поверхности.

Требования к надежности

Для трансформаторов установлены следующие показатели надежности:

• средняя наработка до отказа – 2´105 ч.;
• полный срок службы – 30 лет.

Пример условного обозначения опорного трансформатора тока с литой изоляцией

ТОЛ-НТЗ-10-01АБ-0,5SFs5/10Р10–5/15-300/5 31,5 кА УХЛ2

• 10 — номинальное напряжение;
• «0» — конструктивный вариант исполнения;
• «1» — исполнение по длине корпуса;
• «А» — вторичные выводы расположенные параллельно установочной поверхности;
• «Б» — изолирующие барьеры;
• 0,5S — класс точности измерительной вторичной обмотки;
• (Fs)5 — коэффициент безопасности приборов вторичной обмотки для измерения;
• 10Р — класс точности защитной вторичной обмотки;
• 10 — номинальная предельная кратность вторичной обмотки для защиты;
• 5 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для измерения;
• 15 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для защиты;
• 300 — номинальный первичный ток;
• 5 — номинальный вторичный ток;
• 31,5 — односекундный ток термической стойкости;
• «УХЛ» — климатическое исполнение;
• 2 – категория размещения ГОСТ 15150-69 при его заказе и в документации другого изделия.

Опорные трансформаторы тока TОП-0,66

Трансформаторы предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам в установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц с номинальным напряжением до 0,66 кВ включительно. Испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты — 3 кВ.

Трансформаторы класса точности 0,2; 0,5; 0,2S и 0,5S применяются в схемах учета для расчета с потребителями, класса точности 1,0 — в схемах измерения.

Корпус трансформаторов выполнен из самозатухающих трудногорючих материалов. Трансформаторы изготавливаются в исполнении «У» или «Т» категории 3 по ГОСТ 15150, предназначены для работы в следующих условиях:

• высота над уровнем моря не более 1000 м;
• температура окружающей среды: при эксплуатации — от минус 45°С до плюс 50°С, при транспортировании и хранении — от минус 50°С до плюс 50°С;
• окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, химически активных газов и паров в концентрациях, разрушающих покрытия металлов и изоляцию;
• рабочее положение — любое.

Первичная шина трансформаторов ТОП-0,66 и ТШП-0,66 медная, покрытая оловом. Трансформаторы ТШП-0,66 могут комплектоваться медными шинами, покрытыми оловом.

Проходные шинные трансформаторы тока для внутренней установки BB, BBO

Изготовитель — Фирма ООО «ABB»

Проходные шинные трансформаторы тока BB и BBO изготовлены в корпусе из эпоксидного компаунда и предназначены для установки в РУ напряжением до 24 кВ (25 кВ).

Трансформатор тока без первичного проводника, но с собственной первичной изоляцией может использоваться в качестве втулки.

Трансформаторы спроектированы и изготовлены согласно следующим стандартам:

• МЭК, VDE, ANSI, BS, ГОСТ и CSN.
• Максимальное напряжение — 3.6 кВ — 25 кВ
• Первичный ток — 600 A – 5000 A
• Сухой трансформатор с изоляцией из эпоксидного компаунда для внутренней установки
• Предназначены для измерения и защиты, могут иметь до трех вторичных обмоток
• Исполнения с возможностью переключения коэффициента трансформации на стороне первичной или вторичной обмоток.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

До определения номинальных параметров и их проверки на различные условия, необходимо выбрать тип ТТ, его схему и вариант исполнения. Общими, в любом случае, будут номинальные параметры. Разниться будут некоторые критерии выбора, о которых ниже.

1. Номинальное рабочее напряжение ТТ. Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки, где требуется установить трансформатор тока. Выбирается из стандартного ряда, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Далее, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ. Величина данного тока должна быть больше значения номинального тока электрооборудования, где монтируется ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Приведем пример из книги. Допустим у статора ТГ ток рабочий 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с перегрузкой в 10%. Значит ток на генераторе будет 5600+560=6160. А это значение мы не замерим через ТТ на 6000А.

Выходит необходимо будет взять следующее значение из ряда токов по ГОСТу. Приведу этот ряд: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако, некоторое электрооборудование не допускает работу с перегрузкой. И для него величина тока будет равна номинальному току.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как дальше идет проверка на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

2.1 Проверка первичного тока на термическую стойкость производится по формуле:

Данная проверка показывает, что ТТ выдержит определенную величину тока КЗ (IТ) на протяжении определенного промежутка времени (tt), и при этом температура ТТ не превысит допустимых норм. Или говоря короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iуд — ударный ток короткого замыкания

kу — ударный коэффициент, равный отношению ударного тока КЗ iуд к амплитуде периодической составляющей. При к.з. в установках выше 1кВ ударный коэффициент равен 1,8; при к.з. в ЭУ до 1кВ и некоторых других случаях — 1,3.

2.2 Проверка первичного тока на электродинамическую стойкость:

В данной проверке мы исследуем процесс, когда от большого тока короткого замыкания происходит динамический удар, который может вывести из строя ТТ.

Для большей наглядности сведем данные для проверки первичного тока ТТ в небольшую табличку.

3. Третьим пунктом у нас будет проверка трансформатора тока по мощности вторичной нагрузки. Здесь важно, чтобы выполнялось условие Sном>=Sнагр. То есть номинальная вторичная мощность ТТ должна быть больше расчетной вторичной нагрузки.

Вторичная нагрузка представляет собой сумму сопротивлений включенных последовательно приборов, реле, проводов и контактов умноженную на квадрат тока вторичной обмотки ТТ (5, 2 или 1А, в зависимости от типа).

Величину данного сопротивления можно определить теоретически, или же, если установка действующая, замерить сопротивление методом вольтметра-амперметра, или имеющимся омметром.

Сопротивление приборов (амперметров, вольтметров), реле (РТ-40 или современных), счетчиков можно выцепить из паспортов, которые поставляются с новым оборудованием, или же в интернете на сайте завода. Если в паспорте указано не сопротивление, а мощность, то на помощь придет известный факт — полное сопротивление реле равно потребляемой мощности деленной на квадрат тока, при котором задана мощность.

Схемы включения ТТ и формулы определения сопротивления по вторичке при различных видах КЗ

Не всегда приборы подключены последовательно и это может вызвать трудности при определении величины вторичной нагрузки. Ниже на рисунке приведены варианты подключения нескольких трансформаторов тока и значение Zнагр при разных видах коротких замыканий (1ф, 2ф, 3ф — однофазное, двухфазное, трехфазное).

zр — сопротивление реле

rпер — переходное сопротивление контактов

rпр — сопротивление проводов определяется как длина отнесенная на произведение удельной проводимости и сечения провода. Удельная проводимость меди — 57, алюминия — 34,5.

Кроме вышеописанных существуют дополнительные требования для ТТ РЗА и цепей учета — проверка на соблюдение ПУЭ и ГОСТа.

Выбор ТТ для релейной защиты

Трансформаторы тока для цепей релейной защиты исполняются с классами точности 5Р и 10Р. Должно выполняться требование, что погрешность ТТ (токовая или полная) не должна превышать 10%. Для отдельных видов защит эти десять процентов должны обеспечиваться вплоть до максимальных токов короткого замыкания. В отдельных случаях погрешность может быть больше 10% и специальными мероприятиями необходимо обеспечить правильное срабатывание защит. Подробнее в ПУЭ вашего региона и справочниках. Эта тема имеет множество нюансов и уточнений. Требования ГОСТа приведены в таблице:

Хоть это и не самые высокие классы точности для нормальных режимов, но они и не должны быть такими, потому что РЗА работает в аварийных ситуациях, и задача релейки определить эту аварию (снижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, частоты) и предотвратить — а для этого необходимо уметь измерить значение вне рабочего диапазона.

Выбор трансформаторов тока для цепей учета

К цепям учета подключаются трансформаторы тока класса не выше 0,5(S). Это обеспечивает бОльшую точность измерений. Однако, при возмущениях и авариях осциллограммы с цепей счетчиков могут показывать некорректные графики токов, напряжений (честное слово). Но это не страшно, так как эти аварии длятся недолго. Опаснее, если не соблюсти класс точности в цепях коммерческого учета, тогда за год набежит такая финансовая погрешность, что “мама не горюй”.

ТТ для учета могут иметь завышенные коэффициенты трансформации, но есть уточнение: при максимальной загрузке присоединения, вторичный ток трансформатора тока должен быть не менее 40% от максимального тока счетчика, а при минимальной — не менее 5%. Это требование п.1.5.17 ПУЭ7 допускается при завышенном коэффициенте трансформации. И уже на этом этапе можно запутаться, посчитав это требование как обязательное при проверке.

По требованиям же ГОСТ значение вторичной нагрузки для классов точности до единицы включительно должно находиться в диапазоне 25-100% от номинального значения.

Диапазоны по первичному и вторичному токам для разных классов точности должны соответствовать данным таблицы ниже:

Исходя из вышеописанного можно составить таблицу для выбора коэффициента ТТ по мощности. Однако, если с вторичкой требования почти везде 25-100, то по первичке проверка может быть от 1% первичного тока до пяти, плюс проверка погрешностей. Поэтому тут одной таблицей сыт не будешь.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

Пройдемся по столбцам: первый столбец это возможная полная мощность нагрузки в кВА (от 5 до 1000). Затем идут три столбца значений токов, соответствующих этим мощностям для трех классов напряжений — 0,4; 6,3; 10,5. И последние три столбца — это разброс возможных коэффициентов трансформаторов тока. Данные коэффициенты проверены по следующим условиям:

• при 100%-ой нагрузке вторичный ток меньше 5А (ток счетчика) и больше 40% от 5А
• при 25%-ой нагрузке вторичный ток больше 5% от 5А

Я рекомендую, если Вы расчетчик или студент, сделать свою табличку. А если Вы попали сюда случайно, то за Вас эти расчеты должны делать такие как мы — инженеры, электрики =)

К сведению тех, кто варится в теме. В последнее время заводы-изготовители предлагают следующую услугу: вы рассчитываете необходимые вам параметра тт, а они по этим параметрам создают модель и производят. Это выгодно, когда при выборе приходится варьировать коэффициент трансформации, длину проводов, что приводит и к удорожанию схемы и увеличению погрешностей. Некоторые изготовители даже пишут, что не сильно и дороже выходит, чем просто серийное производство, но выигрыш очевиден. Интересно, может кто сталкивался с подобным на практике.

Вот так выглядят основные моменты выбора трансформаторов тока. После выбора и монтажа, перед включением, наступает самый ответственный момент, а именно пусковые испытания и измерения.

Параллельное подключение трансформаторов

Параллельная работа их необходима для обеспечения большей мощности потребителям, которых они снабжают энергией. Для организации и включения силовых трансформаторов в параллель необходимо учесть пять основных правил и условий:

1. Одинаковы группы соединения обмоток;
2. Одинаковы коэффициенты трансформации всех преобразователей включаемых в параллель. Допускается разница в пределах ±0,5%;
3. Выполнена правильная фазировка;
4. Напряжение короткого замыкания всех трансформаторов должно быть равным или отличается не более чем на 10%;
5. Соотношение мощностей должно отличаться не более чем в три раза.

Перед тем как подключить трансформатор в такую параллельную работу необходимо убедиться в выполнении всех этих пунктов.

Трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66

Измерительные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66 предназначены для масштабного преобразования силы переменного тока и его дальнейшего измерения приборами учета, защиты автоматики, сигнализации и управления в сетях частотой 50 Гц и номинальным напряжением до 0.66 кВ включительно.

Проходные трансформаторы тока применяются в цепях коммерческого учета электрической энергии (трансформаторы тока для счетчиков активной электрической энергии) для расчета с потребителями, а также в схемах измерения и защиты.

Проходные измерительные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66 – инновационные продукты от компании «Юджэн».

Основные преимущества трансформаторов «Юджэн» — это:

• Магнитопроводы измерительных трансформаторов тока изготовлены из нанокристаллического сплава, обеспечивая долговременную стабильность параметров в течении 30 лет
• Быстрый монтаж на объектах непосредственно на жилу кабеля или дополнительную кронштейн-шину с помощью прижимного винта или кабельной стяжки за счет удобного широкого отверстия
• Дополнительный крепеж в виде вставки для быстрого крепления на шину
• Лучшая защищенность от краж электроэнергии из-за отсутствия соединений в цепи первичного тока
• Отличаются от аналогов на рынке своей конкурентоспособной ценой, обладая всеми необходимыми техническими характеристиками
• Гарантия 5 лет
• Соответствуют требованиям технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» ТР ТС 004/2011 (ГОСТ 12.2.007.0-75).

Область применения проходных измерительных трансформаторов тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66

1. на сборках ЩРНВ в типовых подстанциях 2БКТП, 2ТО
2. установка на сборках СБ, ЩО, МКС на подстанциях типа 2ТО, ТК, БКТПу
3. на вводах в многоквартирных домах

Технические характеристики

Наименование параметра

Номинальный первичный ток

0,2S и 0,5S: 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200 А

0,5 S : 200, 250, 300, 400, 500 А

0,2S и 0,5S: 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 2000 А

Номинальный вторичный ток

Наибольшее рабочее напряжение

Номинальная вторичная нагрузка c коэффициентом мощности cos φ = 1,0

Номинальная вторичная нагрузка c коэффициентом мощности cos φ = 0,8

Номинальный коэффициент безопасности

Средняя наработка до отказа

Средний срок службы

• Проходные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66 производятся классом точности 0,2S и 0,5S на номинальный первичный ток 75, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200 А, номинальный вторичный ток 5А.
• Проходные измерительные трансформаторы тока ТПП-0.66 производятся классом точности 0,5S на номинальный первичный ток 200, 250, 300, 400, 500 А, классом точности 0,2S и 0,5S на номинальный первичный ток 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 2000А, номинальный вторичный ток 5А.

Преимущества измерительных трансформаторов тока ТПП-Н-0.66 и ТПП-0.66

устойчивость метрологических характеристик к намагничиванию постоянным током (у трансформаторов ТПП-Н-0,66)

высокое электросопротивление материала и уменьшенные в 4-10 раз потери на вихревые токи и перемагничивание сердечника

повышенный (двойной) технологический запас по классу точности

более длительный срок службы с сохранением метрологических характеристик (и потенциально больший межповерочный интервал)

меньшие затраты материала на сердечник и обмотки, меньшие габариты, вес сердечника и вес трансформатора тока в целом

большая устойчивость к хищениям электроэнергии (при нагрузках потребителя менее 50% номинальной) и росту коммерческих потерь, при снижении технологических потерь электроэнергии и эксплуатационных затрат

Дополнительная информация

• Проходные измерительные трансформаторы тока ТПП-Н-0.66, ТПП-0.66 допущены к применению в качестве средств измерения в Республике Беларусь, Российской Федерации и Республике Казахстан
• Межповерочный интервал — 8 лет
• Возможны три варианта крепления:

> с использованием прижимных винтов

> с использованием хомута пластикового

> с использованием вставки

• Возможна поставка крепежной скобы для крепления ИТТ к плоскости

Единая вставка на 4 ориентации позволяет установить ИТТ на шину 5*30 мм в 2-х вариантах по смещению от центра относительно вертикальной оси, а также в 2-х варианта максимального смещения ИТТ по горизонтали влево или вправо. Это даёт возможность применения ИТТ во многих случаях, когда значительно меньшие ИТТ (и более дорогие) по габаритам (ширине и высоте) — не подходят или устанавливаются с большими трудностями на объекте.