ТРАНСФОРМАТОР ТОКА – УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ

Обеспечение конечного пользователя электроэнергией требует преобразовании "транспортных" параметров электрического тока в потребительские. Эту задачу, совместно с функцией измерения, решает трансформатор тока (ТТ).

Существует несколько разновидностей таких устройств, классифицируемых по широкому диапазону параметров. В данной статье мы опишем основные характеристики, разновидности и область применения трансформаторов.

Принципиальная конструкция ТТ, независимо от модели, состоит из следующих элементов:

1. Шихтованный сердечник – в качестве материала изготовления может использоваться холоднокатаная электротехническая сталь или аморфные нанокристаллические сплавы. Второй вариант дороже, однако, значительно расширяет рабочий диапазон.

2. Первичная обмотка. Представляет собой один виток или вообще один прямой провод. У некоторых моделей трансформаторов может быть использована шина, пропущенная через окно магнитопровода. Подключается к электроцепи последовательно.

3. Вторичная обмотка – наматывается на сердечник и изолируется. В лабораторных и каскадных моделях ТТ допускается к использованию несколько групп вторичных обмоток. Как правило, к одной группе подключаются приборы измерения и контроля, а к другой - защитные устройства.

По тому же принципу функционируют токоизмерительные клещи. Кабель играет роль первичной обмотки, смыкающиеся зубцы клещей оснащены вторичной обмоткой и выполняют функции магнитопровода.

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Сфера применения преобразующих устройств типа ТТ тесно связана с их основными параметрами и техническими решениями конструкции. В соответствии с ГОСТ 7746-2015 (общие техусловия), различают следующие ключевые параметры.

Номинальное напряжение.

Показатель рабочей величины напряжения в измеряемой электросети.

Номинальный ток.

Различают два типа этого показателя для первичной и вторичной цепи. Они протекают соответственно по первичной и вторичной обмотке устройства. При этом, номинальный рабочий электроток является константой и равен 1 или 5 А.

Вторичная нагрузка.

Показатель суммарного сопротивления всех устройств внешней цепи, подключенной к вторичной обмотке: счетчики электроэнергии, амперметры, устройства релейной защиты, таковые преобразователь. Параметр измеряется в омах (Ом).

Коэффициент трансформации.

Соотношение показателей первичного и вторичного тока. Данный параметр принято разделять на номинальный и реальный (действительный).

Электродинамическая стойкость.

Выражается в виде максимального показателя амплитуды электрического тока при коротком замыкании за единицу времени (как правило, за одну секунду). Обмотки трансформатора тока должны выдерживать указанное значение без пробоев или каких-либо других повреждений.

Термостойкость.

Максимальное значение силы тока при коротком замыкании за единицу времени (1 сек), при котором нагрев токоведущих частей трансформатора не превышает критических температур и не вызывает повреждений.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Современные производители предлагают широкую номенклатуру трансформаторов. Чтобы облегчить выбор была разработана система классификации ТТ по нескольким параметрам.

По назначению.

• измерительные – комплектуются приборами учета, подключенными к вторичной обмотке;
• защитные – в состав входят разнообразные реле;
• промежуточные – основная задача, это преобразование параметров тока первичной электросети и приведение этих значений к величинам пригодным для функционирования внешних потребляющих устройств;
• многоступенчатые – имеют несколько вторичных обмоток, чем обеспечивают более широкие возможности трансформации;
• лабораторные – повторяют принципиальную конструкцию многоступенчатых, но обеспечивают более высокий класс точности.

ПО МЕСТУ УСТАНОВКИ

Наружные.

Их установка регламентируется стандартами категорий размещения для электрооборудования ГОСТ 15150-69. В зависимости от модели допускается установка, как на открытом воздухе, так и в распределительном щитке открытого типа (ОРУ).

Внутренние.

Допускается установка только в закрытом помещении (специализированном или с дополнительно обустроенной вентиляцией по ГОСТ 15150-69) в ЗРУ или КРУ (закрытое или комплектное).

Встроенные.

Являются частью конструкции другого электрооборудования. Как правило, для обеспечения дифференциальной защиты общего устройства.

Переносные.

Оборудование для измерений и испытаний электросетей и других электрических устройств. К примеру, лабораторные и измерительные трансформаторы тока.

Специальные.

Используются в качестве электрооборудования на транспорте (морские суда и электровозы) или на производстве (высокочастотные электропечи).

ПО СПОСОБУ УСТАНОВКИ, ТИПУ ОБМОТОК

Проходные.

Такие устройства имеют специфическую конструкцию, позволяющую устанавливать их в стенных проемах или на металлических основаниях. Как правило, такие ТТ используются на старых трансформаторных подстанциях, выполняет функцию проходного изолятора.

Специфика их конструкции состоит в расположении контактов первичной обмотки, один вывод расположен сверху другой снизу.

Опорные.

Монтируются на ровном опорном основании. Отличительной особенностью конструкции является наличие контактов первичной обмотки в верхней части устройства либо по бокам корпуса.

По способу трансформации:

• одноступенчатые - один коэффициент;
• многоступенчатые – несколько коэффициентов.

По конструкции или наличию первичной обмотки ТТ можно классифицировать на:

Без первичной обмотки: встроенные, шины, разъёмные. Фактически, они состоят из магнитопровода со вторичной обмоткой. Функцию первичной обмотки выполняет стержень высоковольтного ввода электроцепи.

Одновитковые: стержневые и u-образные. Используется на подстанциях промышленных предприятий для подключения устройств учета энергии.

Многовитковые: петлевые, звеньевые. Используются в сложных многофазных сетях для контроля нескольких фаз.

ПО ТИПУ ИЗОЛЯЦИИ

Суть такой классификации состоит определении способа изоляции обмоток.

Согласно ГОСТ 7746-2015, при производстве трансформаторов применяются следующие типы изоляционных материалов:

1. Твёрдые: фарфор, бакелит, полимерные материалы типа капрона или эпоксидной смолы;
2. Вязкие - компаунды изоляционных материалов;
3. Смешанные – бумажно-масляные изоляционные материалы;
4. Газовые: элегаз или воздух.

Классов трансформаторов тока по напряжению бывает только два - до одного киловатта и более.

МАРКИРОВКА ТОКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Условное обозначение устройств отечественного производства осуществляется в соответствии с нормативной документацией и техническими условиями ми (ТУ).

Она имеет следующий вид:

ТNM - X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 XY12 X13 X14, где

• Т - первая буква в обязательном порядке "Т" означает, что устройства относятся к трансформаторным;
• N - конструкционные особенности устройства: проходной (П), опорный (О), с использованием шины в качестве первичной обмотки (Ш), с фарфоровой изоляцией корпуса (Ф);
• M - материал изоляции обмоток: "М" - масляная (фактически, смешанная бумажно-масляная изоляция), "Л" - литая (эпоксидная смола), "Г" – газовая;
• Х1 - значение рабочего (номинального) напряжения;
• Х2 - вариант конструкционного исполнения. Как правило, касается расположения контактов первичной и вторичной обмоток как;
• Х3 - габаритные размеры корпуса. Чаще всего, эта маркировка применяется для трансформаторов, устанавливаемых в силовых шкафах. Код привязывают к длине корпуса;
• Х4 - буквенный код определяющий расположение выводов вторичной катушки относительно установочного основания. "А" - параллельно установочной поверхности, "Б" - перпендикулярно относительно установочной поверхности;
• Х5 - наличие и тип изолирующих барьеров;
• Х6 – значение точности при передаче данных, внешняя цепь;
• Х7 - коэффициента безопасности для исходящих катушек (измерительные цепи);
• Х8 – значение точности для исходящих катушек (измерительные цепи);
• Х9 - коэффициент кратности;
• Х10 – рабочее значение нагрузки для устройств измерения;
• Х11 - рабочее значение нагрузки для устройств защиты;
• Х12 - значение входящего и исходящего тока;
• Х14 - максимальное значение силы тока при односекундном воздействии короткого замыкания на пределе термической стойкости;
• Х15 - климатическое исполнение оборудования.

ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Трансформаторы тока используется для преобразования параметров электроэнергии первичных цепей высокого напряжения. Они выполняют две основные функции:

1. Приведение характеристик тока к величинам, которые могут использовать различные электроприборы: счетчики, измерительные устройства, защитные реле.

2. Физическая отделение (изоляция) исполнительных устройств, подключенных измерительным и защитным цепям, от высоковольтных кабелей линий электропередач.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СЧЕТЧИКА ЧЕРЕЗ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Так как подсоединять измерительные устройства к первичной цепи питания прямым включением нельзя используются ТТ, с соответствующим коэффициентом трансформации. К примеру, для выполнения учета потребления электроэнергии на линии с нагрузкой в 400А необходимо использовать трансформатор тока с рабочими показателями не менее 400/5.

Подсоединение трансформаторов осуществляется на подстанции потребителя. Первичная катушка подключается к силовым контактам фаз (А и С) так называемая "схема неполной звезды". К контактам вторичной обмотки подключается электросчетчик и амперметр. К примеру, модели САЗУ-ИТ и Э378 в щитовом исполнении.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

К примеру, необходимо установить релейную защиту на первичной (входящей) электроцепи с параметрами тока: напряжение 10 кВ и нагрузкой 1 кА. При таких показателях релейная защита не может быть включена в электроцепь напрямую напрямую.

Для подключения рекомендуется использовать трансформаторы тока модель ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации 1000/5 при использовании токовых реле и ТТ - НТМИ-10с коэффициентом трансформации 1000/100 для подключения реле напряжения.

Также через этот тип трансформатора допускается подключение электросчетчика.

На отечественных предприятиях и бытовых подстанциях чаще всего встречаются проходные трансформаторы тока с двумя вторичными обмотками, которые используются для учета потребления электроэнергии и установки релейной защиты соответственно.