Трансформатор тока: принцип работы для измерения параметров электросетей

23.09.2024 Andrey 0 Comments

Трансформатор тока (далее ТТ) относится к категории устройств, в которых для преобразования параметров электромагнитной системы используются индуктивно связанные обмотки магнитопровода. Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции и применяется в трансформаторах тока для передачи и распределения электрической энергии, цепях развязки и измерения параметров сетей высокого напряжения и токов большой мощности на картинке. На рисунке ниже показан трансформатор тока типа ТЛМ-10 для применения в системах контроля и измерения на цепях с номинальным напряжением 10 кВ.

Трансформатор тока модели ТЛМ-10

Содержание

Индуктивные связи в ТТ

Принципом работы трансформатора тока является техническая реализация закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в замкнутой токоведущей цепи при изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила, называемая в современной электродинамике наведенной электродвижущей силой. Для «идиотов», мало знающих о устройстве трансформатора, понятия не имеющих ни об устройстве трансформатора, ни о том, что такое наведенная электродвижущая сила, ни о том, как она влияет на работу сложной трансформаторной системы, самым простым объяснением будет следующая схема. : Дано ниже. Индуктивная связь трансформатора.

Дополнительная информация. Индуктивная связь — это связь между цепями посредством магнитных полей.

Схема индуктивной связи трансформатора

На этой схеме показаны три основных компонента трансформатора:

Расположение. 1 – Магнитопровод, для размещения токоведущих цепей – обмоток;
Расположение. 2 – первичная цепь, называемая первичной обмоткой, к которой подается питание переменного тока;
Расположение. 3 — Вторичная цепь, называемая вторичной обмоткой. К нему подключается энергоприемник.

при подаче переменного напряжения u1 на первичную цепь переменный ток I1 начинает проходить через первичную обмотку, создавая магнитный поток Ф, изменяющийся по той же синусоидальной гармонике. При этом в обмотке первичной цепи индуцируется переменная ЭДС (электродвижущая сила) е1. Цепь трансформатора находится в индуктивно связанном состоянии, поскольку через его обмотку проходит одиночный магнитный поток F. Следовательно, изменения магнитного поля в первичной цепи изменят магнитный поток, тем самым индуцируя электродвижущую силу e2 во вторичной цепи, с теми же гармоническими изменениями. Под действием е2 во вторичной цепи появляется переменный ток I2. При расположении вторичной обмотки вблизи нагрузки Ж образуется вторичная цепь, которую можно использовать в приемниках энергии, выпрямителях, усилителях и других устройствах с изоляционными цепями.

по сути, трансформатор — это передатчик энергии между проводящими цепями, преобразующий их электромагнитные свойства (лат. Transformare означает преобразовывать) в ток I, сопротивление R и напряжение U. По устоявшейся терминологии, токопроводящая обмотка, изолированная проводом или лентой, намотанная на магнитопровод из ферромагнитной стали, называется катушкой, а сам магнитопровод — сердечником катушки.

Это важно! Передача энергии путем создания электродвижущей силы в цепи и изменения ее характеристик может осуществляться только переменным током. Постоянный ток также создает магнитное поле, но магнитное поле постоянно, в то время как электродвижущая сила в обмотках катушки трансформатора генерируется только при изменении окружающего магнитного поля.

на картинке. Ниже представлена конструкция традиционного трансформатора, состоящего из двух катушек и сердечника из стальных пластин.

Традиционная конструкция-трансформер

Особенности трансформации энергии для ТТ

Зачем нужен трансформатор и какова его практическая польза? Почему трансформаторные устройства присутствуют во всех электрических системах? На все вопросы есть только один ответ – В практике работы электросети трансформаторы выполняют важнейшую функцию, которая заключается в изменении величины тока или напряжения, подаваемого генератором переменного тока, для дальнейшего использования в промышленном электрооборудовании и бытовой технике. Это преобразование называется масштабированием, поскольку само трансформаторное устройство не генерирует и не преобразует энергию, а лишь увеличивает или уменьшает производительность системы переменного тока. Для количественной оценки изменения преобразуемого параметра сети — тока или напряжения вводится понятие коэффициента трансформации К, показывающего, во сколько раз отличается значение этого параметра на входе и выходе. Для напряжения коэффициент трансформации определяется соотношением КУ = U2/U1, а для тока – по следующей формуле:

Читайте также статью: Афро кудри как делает и сколько держится

КУ = Ж2/Ж1 = У2/У1

В формуле W2 и W1 обозначают количество витков катушки.

Если рассмотреть трансформаторы тока, назначение и принцип работы этих устройств, то можно наблюдать соотношение их первичных и вторичных токов:

I1=I2/КИ или I2=I1*КИ.

Функциональное назначение трансформатора тока – снижение вторичного тока до значения, обеспечивающего безаварийную работу электрооборудования и безопасность персонала, то есть нормативный коэффициент трансформации тока всегда меньше 1. Для расчета ТТ удобнее использовать номинальный коэффициент трансформации, который определяется как отношение номинального значения I1 к номинальному значению I2. В этом случае К больше 1.

Значение номинального вторичного тока I2н указывается в паспорте каждого конкретного ТТ как один из параметров изделия. Значение I2n составляет 1А или 5А. Для номинального первичного тока I1н установлен стандартный диапазон значений от 1А до 40000А.

Номинальный коэффициент трансформации ТТ определяется соотношением I1n к I2n и выражается указанием двух параметров, например:

На картинке. Ниже представлен ТТ типа Т-0,66 с коэффициентом трансформации 75/5 А.

Особенности конструкции ТТ

Трансформаторы напряжения аналогичны ТТ и выполняют функцию изменения другого параметра электросети (напряжения). Однако при сравнении различий между трансформаторами тока и трансформаторами напряжения (далее ТН) становится очевидным различное применение трансформаторов тока и трансформаторов напряжения:

ТТ снижает значение тока до значения, позволяющего безопасно подключить измерительный прибор или систему релейной защиты;
Трансформаторы напряжения изменяют напряжение, чтобы адаптировать конкретную электрическую систему к требуемым стандартам. С помощью TN можно подключить любое промышленное оборудование и бытовую технику, изменив настройки параметров напряжения универсальной сети (например, трехфазное 220 и 380 В.

ТТ существенно отличаются от устройств ТН тем, что присущие трансформаторам тока принципы работы вносят свои особенности в конструкцию основных узлов ТТ и всего устройства. К основным особенностям ТТ относятся:

Просто возьмите одну толстую шину для первичной обмотки, чтобы минимизировать количество витков;
Оберните провод вторичной обмотки вокруг сердечника большой площади поперечного сечения;
cT Ток во вторичной цепи 5А и в редких случаях 1А.

Измерительные ТТ и ТН

Видео: Устройство и принцип действия трансформатора тока. Конструкция трансформатора.

Трансформаторные устройства обеспечивают стабильность энергосистем путем регулирования значений напряжения и тока. Помимо обеспечения электропитанием установок и оборудования с необходимыми параметрами, трансформаторы «помогают» измерять параметры сети с высокими значениями напряжения и тока, определяя с высокой точностью их номинальные значения. Применение трансформаторов следующее:

Изолировать измерительное оборудование (амперметры, вольтметры, электросчетчики и т.п.) или цепи систем релейной защиты от сетей высокого напряжения или сильноточных сетей;
Преобразование высокого напряжения или большого тока в значения, которые легко измерить стандартными приборами;
Получите максимально точные и правильные результаты измерений.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения относятся к вспомогательному оборудованию и применяются совместно с измерительными приборами и реле в сетях переменного тока. Если нет возможности подключить измерительный прибор непосредственно к высоковольтной сети, необходим трансформатор тока. Измерительный прибор подключается к его вторичной обмотке и получает все необходимые данные об измеряемых параметрах.

На картинке. На рисунке ниже показан измерительный трансформатор тока модели ТПЛ-СЭЩ 10 кВ с номинальным напряжением 10 кВ. Он предназначен для работы в диапазоне номинального первичного тока от 10 до 2000 А и номинального вторичного тока 5 А.

Измерительный трансформатор тока ТПЛ-СЭЩ 10 кВ

Область применения ТТ

Весь перечень прикладных задач, показывающий, зачем нужны трансформаторы тока, можно упростить до двух основных направлений:

Измерьте параметры сети с помощью недорогих измерительных приборов, рассчитанных на малый ток (до 5 А) и низкое напряжение. Это обеспечивает безопасное обслуживание измерительного оборудования;
Контролировать текущие параметры всей цепи, в которой установлен ТТ. Когда ток достигает предельного (аварийного) значения, срабатывает защитное устройство, отключающее используемое оборудование.

Это важно! Установка трансформаторов тока в контролируемых цепях позволяет централизовать измерительную аппаратуру на специальном распределительном щите или в составе щита управления. Правильно установленные трансформаторы тока позволяют размещать измерительные приборы на безопасном расстоянии от выключателей цепей и дистанционно управлять работой электрооборудования в автоматическом режиме.

Классы точности ТТ

CT определяет пять классов точности, которые описывают допустимую погрешность тока в процентах от его номинального значения:

Уровень точности 0,2 ограничивает погрешность ТТ менее 0,2% и подходит для трансформаторного оборудования, используемого в лабораторных измерениях;
Для ТТ прецизионной аппаратуры защиты и высокоточной регулировочной аппаратуры допускается уровень точности 0,5;
1 уровень — схемы промышленного оборудования для подключения вольтметров, амперметров и реле защиты;
Класс 3 и класс 10 – Промышленные установки, релейная защита.

Использование ТТ для локальных измерений в энергосистемах и в сочетании с современными системами измерения и управления позволяет значительно увеличить срок службы промышленного электрооборудования и сложной бытовой техники для безаварийной работы. Внедрение ТТ в автоматизированные системы управления сетями положительно влияет на снижение потерь электроэнергии при ежедневных пиковых нагрузках и создает барьеры для прямого хищения электрической энергии.

на картинке. На рисунке ниже показано подключение электросчетчика через трансформатор тока.