Выбор трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы тока 6-10 кВ используются в реклоузерах (ПСС), пунктах коммерческого учета (ПКУ), камерах КСО — везде, где требуется учет электроэнергии или контроль тока для защиты линии от перегрузки.

Одним из основных параметров трансформатора тока (ТТ) является коэффициент трансформации, который чаще всего имеет обозначение 10/5, 30/5, 150/5 или аналогичное. Попробуем разобраться, что это означает, и как правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока.

Важно! Трансформатор тока по природе является повышающим, поэтому его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко через амперметр или просто перемычкой. Иначе он сгорит или ударит кого-нибудь током.

Зачем нужны трансформаторы тока

Электрики, знакомые с электрооборудованием ~220 В могут заметить, что квартирные счетчики электроэнергии подключаются непосредственно к линии без использования трансформаторов тока. Однако уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое включение. В цепях же ПКУ и распределительных устройств 6-10 кВ все измерительные устройства подключаются через трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения величины измеряемого тока и приведения его к стандартному диапазону. Как правило, ток преобразуется к стандартному значенияю 5 А (реже — 1 А или 10 А).

Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.

Как выбрать трансформатор тока

Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора определяется мощностью силового трансформатора на понижающей подстанции.

Например, если мощность подстанции 250 кВА, то при номинальном напряжении линии 10 кВ ток не будет превышать 15 А. Значит коэффициент трансформации трансформаторов тока должен быть не менее 3 или, как это часто обозначают, 15/5. Использование трансформаторов тока меньшего номинала может привести к тому, что ток во вторичной обмотке будет значительно превышать заданное значение 5 А, что может привести к существенному снижению точности измерений или даже выходу из строй счетчика электроэнергии.

Таким образом, минимальное значение коэффициента трансформации ТТ ограничивается номинальным током линии.

А существуют ли ограничения на коэффициент трансформации с другой стороны? Можно ли использовать, например, вместо трансформаторов 15/5 трансформаторы 100/5? Да, такие ограничения существуют.

Если использовать трансформаторы тока с непропорционально большим номиналом, то результатом будет слишком малый ток во вторичной обмотке трансформатора, который счетчик электроэнергии не сможет измерять с необходимой точностью.

Чтобы не производить каждый раз громоздкие математические вычисления, был выработан ряд правил по выбору коэффициента трансформации ТТ. Эти правила зафиксированы в настольной книге каждого энергетика — в «Правилах устройсва электроустановок» (ПУЭ).

Правила устройства электроустановок допускают использование трансформаторов тока с коэффициентом трансформации выше номинального. Однако такие трансформаторы ПУЭ называют «трансформаторами с завышенным коэффициентом трансформации» и ограничивают их использование следующим образом.

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.

Поскольку упомянутое в ПУЭ понятие минимальной рабочей нагрузки является не очень понятным, то используют и другое правило:

Завышенным по коэффициенту трансформации нужно считается трансформатор тока, у которого при 25% расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке менее 10% номинального тока счетчика.

Таким образом, максимально возможное значение коэффициента трансформации применяемых трансформаторов тока ограничивается чувствительностью счетчиков электроэнергии.

Расчет минимального и максимального значения коэффициента трансформации

Для расчета номинала трансфоррматора тока необходимо знать диапазон рабочих токов в первичной обмотке трансформатора.

Минимальный коэффициент трансформации ТТ рассчитывается, исходя измаксимального рабочего тока в линии. Максимальный рабочий ток можно вычислить, исходя из общей мощности потребителей электроэнергии, находящихся в одной сети. Но производить эти вычисления нет необходимости, так как все расчеты уже были проделаны ранее при проектировании трансформаторной подстанции. Как правило, номинал силового трансформатора выбран таким, чтобы регулярная нагрузка не превышала номинальную мощность трансформатора, а кратковременная пиковая нагрузка превышала мощность трансформатора не более, чем на 40%.

Нужно различать полную мощность (измеряется в кВА) и полезную мощность (измеряется в кВт). Полная мощность связана с полезной через коэффициент мощности, характеризующий реактивные потери в сети. Больше информации по теме можно получить на другой странице нашего сайта.

Поделив потребляемую мощность на номинальное напряжение сети и уменьшив полученное значение на корень из 3, получим максимальный рабочий ток. Отношение максимального рабочего тока к номинальному току счетчика электроэнергии и даст искомый минимальный коэффициент трансформации.

Например, для подстанции мощностью 250 кВА при номинальном напряжении сети 10 кВ максимальный рабочий ток составит около 15 А. Поскольку кратковременный максимальный рабочий ток может достигать 20 А, то минимальный номинал трансформатора тока лучше взять с небольшим запасом — 20/5.

Максимальный коэффициент трансфортмации ТТ определим, умножив минимальный коэффициент трансформации на отношение уровеня рабочего тока (в процентах от максимального) к уровеню тока во вторичной обмотке трансформатора (также в процентах от максимального).

Например, минимальный коэффициент трансформации — 15/5, расчетный уровень рабочего тока — 25% от максимального, ток во вторичной обмотке трансформатора — 10% от номинального тока счетчика. Тогда искомый минимальный номинал ТТ — 15/5 * 25/10, то есть 7,5 или в традиционной записи 37,5/5. Но, поскольку ТТ с таким номиналом не выпускаются, то нужно взять ближайшее значение — 30/5.

Требования, предъявляемые нормативными документами к выбору коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока, оставляют очень мало места для маневра, позволяя выбрать трансформатор только из двух-трех близких номналов

Блог » Выбор измерительных трансформаторов тока

В статье описаны основные параметры трансформаторов тока.

Коэффициент трансформации

Расчетный коэффициент трансформации – это отношение первичного расчетного тока к вторичному расчетному току, он указан на табличке с паспортными данными в виде неправильной дроби.

Чаще всего используются измерительные трансформаторы x / 5 A, большинство измерительных приборов имеют при 5 A больший класс точности. По техническим и, прежде всего, по экономическим соображениям при большой длине измерительной линии рекомендуется использовать трансформаторы x / 1 A. Потери в линии в 1-A-трансформаторах составляют всего 4 % от потерь 5-A-трансформаторов. Но в этом случае измерительные приборы имеют обычно меньший класс точности.

Номинальный ток

Расчетный или номинальный ток (использовавшееся прежде название) – это указанное на табличке с паспортными данными значение первичного и вторичного тока (первичный расчетный ток, вторичный расчетный ток), на которое рассчитан трансформатор. Нормированные расчетные токи (кроме классов 0,2 S и 0,5 S) равны 10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 A, а также числам, полученным из этих значений умножением на число, кратное десяти.

Нормированные вторичные токи равны 1 и 5 A, предпочтительно 5 A.

Нормированные расчетные токи для классов 0,2 S и 0,5 S равны 25 – 50 – 100 A, а также числам, полученным из этих значений умножением на число, кратное десяти, вторичный ток (только) 5 A.

Правильный выбор номинального тока первичной обмотки очень важен для точности измерения. Рекомендуется максимально близкое сверху к измеренному / определенному току (In) отношение.

Пример: In = 1 154 A; выбранное отношение = 1 250/5.

Номинальный ток можно определить на основании следующих предпосылок:

• Номинальный ток измерительного трансформатора, умноженный на 1,1 (трансформатор с ближайшими характеристиками)
• Предохранитель (номинальный ток предохранителя = номинальный ток трансформатора) измеряемой части установки (низковольтные главные распределительные щиты, распределительные шкафы)
• Фактический номинальный ток, умноженный на 1,2 (этот метод нужно использовать, если фактический ток значительно ниже номинального тока трансформатора или предохранителя)

Нежелательно использовать трансформаторы с избыточными расчетными величинами,
т.к. в этом случае может сильно снизиться точность измерения при относительно низких токах
(относительно первичного расчетного тока).

Расчетная мощность трансформаторов тока

Расчетная мощность трансформатора тока – это результат нагрузки со стороны измерительного прибора и квадранта вторичного расчетного тока, она измеряется в ВA. Нормированные значения равны 2,5 – 5 – 10 – 15 – 30 ВА. Можно также выбирать значения, превышающие 30 ВА в соответствии со случаем применения. Расчетная мощность описывает способность трансформатора пропускать вторичный ток в пределах допускаемой погрешности через нагрузку.

При выборе подходящей мощности необходимо учесть следующие параметры: Потребление мощности измерительными приборами (при последовательном подключении …), длина кабеля, поперечное сечение кабеля. Чем больше длина кабеля и меньше его поперечное сечение, тем больше потери в питающей линии, т.е. номинальная мощность трансформатора должна иметь соответствующую величину.

Мощность потребителей должна быть близка к расчетной мощности трансформатора. Очень низкая мощность потребителей (низкая нагрузка) повышает кратность тока нагрузки, поэтому измерительные приборы могут быть недостаточно защищены от короткого замыкания. Слишком большая мощность потребителей (высока нагрузка) отрицательно сказывается на точности.

Часто в системе уже имеются трансформаторы тока, которые можно использовать при установке нового измерительного прибора. При этом нужно обратить внимание на номинальную мощность трансформатора: Достаточна ли она для дополнительных измерительных приборов?

Классы точности

В зависимости от точности трансформаторы тока делятся на классы. Стандартные классы точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 0,1 S; 0,2 S; 0,5 S. Коду класса соответствует кривая погрешностей тока и угловая погрешность.

Классы точности трансформаторов тока зависят от значения измерения. Если трансформаторы тока работают с малым по отношению к номинальному току током, точность измерения существенно снижается. В приведенной ниже таблице указаны предельные значения погрешности с учетом значений номинального тока:

Для комбинированных измерительных устройств рекомендуется использовать трансформаторы тока того же класса точности. Трансформаторы тока с более низким классом точности приводят к снижению точности измерения всей системы – преобразователь тока + измерительное устройство, которая в этом случае определяется классом точности трансформатора тока. Тем не менее, использование трансформаторов тока с меньшей точностью измерения, чем в измерительном устройстве, возможно с технической точки зрения.

Кривая погрешностей трансформатора тока

Измерительные трансформаторы и защитные трансформаторы

В то время, как измерительные трансформаторы должны максимально быстро насыщаться после выхода за диапазон потребляемого тока (выражается кратностью тока нагрузки FS), чтобы предотвратить рост вторичного тока в случае сбоя (например, короткого замыкания) и защитить таким образом подключенные устройства, защитные трансформаторы должны максимально долго не насыщаться.

Защитные трансформаторы используются для защиты установки в сочетании с соответствующими коммутирующими устройствами. Стандартные классы точности для защитных трансформаторов – 5P и 10P. «P» означает «protection» – ″защита″. Номинальная кратность тока нагрузки указывается (в %) после обозначения класса защиты. Например, 10P5 означает, что при пятикратном номинальном токе негативное отклонение со стороны вторичного тока от значения, ожидаемого в соответствии с коэффициентом трансформации (линейно),
составляет не более 10 % от ожидаемого значения.

Для комбинированных измерительных приборов настоятельно рекомендуется использовать измерительные трансформаторы.

Стандартные размеры шин для трансформаторов

Разъемные трансформаторы тока представлены в общем каталоге.

Измерительные трансформаторы тока: особенности применения

Измерительный трансформатор тока — это специальный прибор узкого направления, который предназначен для измерения переменного тока и его контроля. Чаще всего применяется в системах релейной защиты (автоматики) и измерительных приборов. Его использование необходимо тогда, когда непосредственное присоединение прибора для измерения, к электрической сети с переменным напряжением невозможно или небезопасно для персонала обслуживающего его. А также для организации гальванической развязки первичных силовых цепей от измерительных. Расчёт и выбор измерительного трансформатора тока выполняется таким образом, чтобы изменения формы сигнала были сведены к нулю, а влияние на силовую контролируемую цепь было минимальным.

Назначение измерительных трансформаторов

Главная функция этого измерительного прибора — это отображение изменений тока, максимально пропорционально. Трансформаторы тока гарантируют полную безопасность измерений, отделяя измерительные цепи от первичных с опасным высоким напряжением, которое чаще всего составляют тысячи вольт. Требования, предъявляемые к их классу точности очень велики, так как от этого зависит работа дорогостоящего мощного оборудования.

Принцип действия и конструкция

Трансформаторы измерительные выпускают с двумя и больше группами вторичных обмоток. Первая применяется для включения устройств релейной защиты и сигнализации. А другая, с большим классом точности, для подключения устройств точного измерения и учёта. Они помещены на специально изготовленный ферромагнитный сердечник, который набран из листов специальной электротехнической стали довольно тонкой толщины. Первичную обмотку непосредственно включают последовательно в измеряемую сеть, а ко вторичной обмотке подключают катушки различных измерительных приборов, чаще всего амперметров и счетчиков электроэнергии.

В трансформаторах тока, как и в большем количестве других таких электромагнитных устройств, величина первичного тока больше, чем вторичного. Первичная обмотка исполняется из провода разного сечения или же шины, в зависимости от номинального значения тока. В трансформаторах тока 500 А и выше, первичная обмотка чаще всего выполнена из 1-го единственного витка. Он может быть в виде прямой шины из меди или алюминия, которая проходит через специальное окно сердечника. Корректность измерений любого измерительного трансформатора характеризуется погрешностью значения коэффициента трансформации. Для того чтобы не перепутать концы, на них обязательно наносится маркировка.
Аварийная небезопасная работа, связана с обрывом вторичной цепи ТТ при включенной в цепь первичной, это приводит к очень сильному намагничиванию сердечника и даже при обрывe вторичной обмотки. Поэтому при включении без нагрузки вторичные обмотки соединяются накоротко.
По классу точности все измерительные ТТ разделены на несколько уровней. Особенно точные, называются лабораторные и имеют классы точности не больше 0,01–0,05;

Схемы соединений

Схемы соединений, представленные ниже, дают возможность персоналу контролировать токи в каждой из фаз.

В целях безопасности персонала, низковольтного измерительного оборудования и приборов один вывод вторичной обмотки, а также корпус заземляют.

Классификация и выбор

По конструкции и исполнению трансформаторы тока используемые в измерительных цепях делятся на:

• Встроенные. Первичная обмотка у них служит элементом для другого устройства. Они устанавливаются на вводах и имеют только вторичную обмотку. Функцию первичной обмотки выполняет другой токоведущий элемент линейного ввода. Конструктивно это магнитопровод кольцевого типа, а его обмотки имеют отпайки, соответствующие разным коэффициентам трансформации;
• Опорные. Предназначенные для монтажа и установки на опорной ровной плоскости;
• Проходной. По своей структуре это тот же встроенный, только вот находиться он может снаружи другого электрического устройства;
• Шинный. Первичной обмоткой служит одна или несколько шин включенных в одну фазу. Их изоляция рассчитывается с запасом, что бы он мог выдержать даже многократное увеличение напряжения;
• Втулочный. Это одновременно и проходной, и шинный трансформатор тока;
• Разъемный. Его магнитопровод состоит из разборных элементов;
• Переносной. Это устройство электрики называют токоизмерительные клещи. Они являются переносным и удобным измерительным трансформатором тока, у которого магнитная система размыкается и замыкается уже вокруг того провода в котором и нужно измерять значение тока.

При выборе трансформатора тока стоит знать главное, что при протекании по первичной обмотке номинального тока в его вторичной обмотке, которая замкнута на измерительный прибор, будет обязательно 5 А. То есть если нужно проводить измерение токовых цепей где его расчётная рабочая величина будет примерно равна 200 А. Значит, при установке измерительного трансформатора 200/5, прибор будет постоянно показывать верхние приделы измерения, это неудобно. Нужно чтобы рабочие пределы были примерно в середине шкалы, поэтому в этом конкретном случае нужно выбирать трансформатор тока 400/5. Это значит что при 200 А номинального тока оборудования на вторичной обмотке будет 2,5 А и прибор будет показывать эту величину с запасом в сторону увеличения или уменьшения. То есть и при изменениях в контролируемой цепи будет видно насколько данное электрооборудование вышло из нормального режима работы.

Вот основные величины, на которые стоит обратить внимание при выборе измерительных трансформаторов тока:

1. Номинальное и максимальное напряжение в первичной обмотке;
2. Номинальное значение первичного тока;
3. Частота переменного тока;
4. Класс точности, для цепей измерения и защиты он разный.

Техническое обслуживание

Эксплуатация измерительных трансформаторов не является очень сложным и трудоёмким процессом. Действия персонала заключаются, в основном, в надзоре за исправностью его вторичных цепей, наличием защитных заземлений и показаниями приборов контроля, а также счётчиков. Осмотр чаще всего производится визуальный, из-за опасности поражения человека высоким напряжением, вход за ограждения, где установлены трансформаторы строго запрещён. Однако, это касается в большей степени систем с напряжением выше 1000 Вольт. Для низковольтных цепей визуальный осмотр на наличие нагрева соединений, а также коррозии контактных зажимов является неотъемлемой работой электротехнического персонала. Самый часто применяемый прибор для измерения тока в цепях 0,4 кВ это токоизмерительные клещи. Так как при расчёте и разработке пусковой аппаратуры очень редко используются стационарные трансформаторы для измерения.

В любом случае нужно обращать внимание и принимать меры к устранению обнаруженных дефектов таких как:

1. Обнаружение трещин в изоляторах и фарфоровых диэлектрических элементах;
2. Плохое состояние армированных швов;
3. Потрескивания и разряды внутри устройства;
4. Отсутствие заземления корпуса или вторичной обмотки.

Проводя обслуживание измерительных трансформаторов, на щитах где установлены приборы, нужно смотреть не только за показаниями приборов, а ещё и за контактными соединениями проводов, которые подключаются к ним. Кстати, их сечение не должно быть меньше 2,5 мм² для медных проводов, и 4 мм² для алюминиевых.

Проверка измерительных трансформаторов

Испытание измерительных трансформаторов сводится к измерению сопротивления изоляции и коэффициента трансформации, который определяется по следующей схеме.

При этом в первичную обмотку от специального нагрузочного трансформатора или автотрансформатора подаётся ток не меньше 20% от номинального. Как известно, коэффициент трансформации будет равен соотношению тока в первичной обмотке к току во вторичной. После чего это значение сравнивается с номиналом. Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, то необходимо проверит каждую. И также нельзя забывать о наличии правильной маркировки.

Выбор нужно трансформатора тока, а также их испытательные характеристики определяют в лабораторных условиях специальный высококвалифицированный электротехнический персонал, где и выдаётся соответствующий документ по его результатам.

Назначение, принцип действия трансформаторов тока и отличие от ТН

В сегодняшнем материале, я решил начать рассматривать вопросы, касающиеся основ теории трансформаторов тока. Сами эти аппараты распространены повсеместно в электроустановках, и я думаю, всем будет интересно и полезно обновить в памяти принцип их работы.

Назначение трансформаторов тока: преобразование тока и разделение цепей

Начнем с ответа на вопрос – для чего нужен трансформатор тока? Здесь существует несколько основных вопросов, которые решает установка трансформаторов тока.

• Во-первых, это измерение больших токов, когда измерение непосредственно реальной величины первичного тока не представляется возможным. Измеряют преобразованную в меньшую сторону после трансформатора тока величину. Обычно это 1, 5 или 10 ампер.
• Во-вторых, это разделение первичных и вторичных цепей. Таким образом, происходит защита изоляции релейного оборудования, приборов учета электроэнергии, измерительных приборов.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I₁, создавая магнитный поток Ф₁. Переменный магнитный поток Ф₁ пересекает обе обмотки W₁ и W₂. При пересечении вторичной обмотки поток Ф₁ индуцирует электродвижущую силу Е₂, которая создает вторичный ток I₂. Ток I₂, согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I₁. Вторичный ток создает магнитный поток Ф₂, который направлен встречно Ф₁. В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Ф_нам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф₁. Именно поток Ф_нам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w₁ создается магнитодвижущая сила F₁=w₁*I₁, а во вторичной — F₂=w₂*I₂. Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F₁=-F₂. В итоге получаем, что I₁/I₂=w₂/w₁=n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

• создание магнитного потока в магнитопроводе
• нагрев и перемагничивание магнитопровода
• нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F₁=F₂+F_нам или I₁*w₁=I₂*w₂+I_нам*w₁ или I₁=I₂*(w₂/w₁)+I_нам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей. Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения и силового трансформатора

Существуют существенные отличия в работе ТТ и ТН.

Во-первых, первичный ток ТТ не зависит от вторичной нагрузки, что свойственно ТН. Это определяется тем фактом, что сопротивление вторичной обмотки ТТ на порядок меньше сопротивления первичной цепи. В трансформаторах напряжения и силовых трансформаторах же первичный ток зависит от величины тока вторичной нагрузки.

Во-вторых, ТТ всегда работает с замкнутой вторичной обмоткой и величина его вторичного сопротивления нагрузки в процессе работы не изменяется.

В-третьих, не допускается работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, для ТН и силовых при размыкании вторичной обмотки происходит переход в режим работы холостого хода.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

---

---

Последние статьи

---

Самое популярное

что это такое, виды, принцип работы, устройство, назначение

Одно из важнейших открытий человечества – это электричество. Данная форма энергии стала настоящим прорывом и колоссальным потенциалом для научно-технического прогресса. Было разработано множество приборов для преобразования и измерения этого ресурса. Наиболее ярким примером являются трансформаторы тока, которые широко применяются в самых различных сферах.

Зачастую, простые обыватели считают идентичными устройства тока и напряжения, что в корне неправильно. Назначение, конструкция и принцип действия у них, совершенно различные. Разобраться в отличиях будет проще, зная основные понятия и функции преобразователей. А так же, виды, применение и модификации аппаратов.

Описание и назначение устройств

Электроустановки высокой мощности работают с питанием, достигающим несколько сот Вт, при силе тока, превышающей десятки кА. Логично, что произвести измерения величин подобного порядка, обычными приборами, попросту невозможно. Для этого используют трансформаторы тока, выполняющие одновременно несколько функций. Благодаря появлению преобразователей, значительно расширился потенциал измерительных приборов. И открылась возможность передачи энергии по гальванической развязке.

Конструкция аппаратов является их дополнительным преимуществом. К примеру, если бы существовали типовые устройства для измерения напряжения высоковольтных сетей переменного тока, они были бы очень габаритными и дорогостоящими. В отличие от трансформаторов, которые выглядят, относительно, компактно и имеют защиту от неблагоприятных внешних факторов и механических повреждений.

Основная задача трансформаторов тока – преобразовать первичную величину (подаваемого напряжения) до уровня, позволяющего подключить измерительные приборы и системы защиты. Дополнительная функция – обеспечить гальваническую развязку между потребителями низкого и высокого питания, устраняя риски для обслуживающего персонала.

Проще говоря, цель приборов – моделирование определенных условий и процессов в электроустановках для безопасного снятия показаний.

Принцип работы и описание процессов

Главным элементом трансформатора тока является сердечник, состоящий из двух тонких пластин электротехнической стали, первичной и вторичной обмотки. Первичная служит для подключения цепи контролируемого напряжения. К вторичной подключают измерительные приборы и различные реле. Принцип работы устройства основан на законе об электромагнитной индукции, объясняющем действие магнитных и электрических полей, работающих по принципу гармоник переменных синусоид (величин переменного тока).

Прежде чем вникать в подробности работы аппарата, стоит детальнее рассмотреть свойства элементов. Особенно, понятие сопротивления. Начать стоит с того, что трансформаторы тока классифицируются по определенным характеристикам, в том числе и типу конструкции. Наиболее распространенной является обмотка в виде катушек.

Сопротивление

Теперь о главном, – от сечения и металлов зависит уровень сопротивления. В свою очередь, чем выше показатель сопротивления, тем больше выделяется тепла, при «прохождении» напряжения по металлу, а значит, есть риск перегрева. Поэтому, для обмотки выбирают, в большинстве случаев, медную проволоку, как металл, характеризующийся высокой электропроводимость и низким сопротивлением. К тому же, медь обладает высокой эластичностью, устойчивостью к коррозиям и повышенным эксплуатационным нагрузкам, что важно для создания обмотки.

Однако, помимо преимуществ, у меди есть и существенный недостаток – высокая стоимость. В целях экономии, для катушек используют алюминий, но только, для аппаратов низкой и средней мощности. А, так же, при изготовлении устройств, оптимально выбирается площадь поперечного сечения, исключающая возможность перегрева. Для защиты используются масляные смазочные материалы.

Итак, к работе… Ток, поступающий на первичную обмотку, имеющую определенное количество витков, преодолевает ее сопротивление и формирует магнитное поле (направленный поток), направляющееся магнитопроводом, имеющим расположение перпендикулярно направлению вектора. Такая конструкция обеспечивает минимальные потери электроэнергии во время ее преобразования.

Как говорилось ранее, пересекающий первичную обмотку ток формирует в ней электромагнитную энергию, которая воздействует и включает в работу вторичную обмотку. Направленный поток, проходит через нее и «теряет заряд» на ее зажимах. А вот, соотношение векторов носит название – коэффициент трансформации, позволяющий измерить подаваемое  напряжение по формуле.

Основная классификация

По назначению

• Измерительные – для подключения измерительных приборов.
• Защитные – для подключения релейных устройств или для гальванической развязки.
• Промежуточные – для выравнивания силовой нагрузки и подключения релейных устройств.
• Лабораторные – служат для подключения измерительных приборов высокой точности.

 По типу установки

• Наружного подключения – для открытых распределительных устройств.
• Закрытого подключения.
• Встроенные в различные приборы и аппараты.
• Накладные – «одеваются» сверху на проходной изолятор.
• Переносные – для контрольных и аналитических измерений.

По конструкциям первичных обмоток

• Многовитковые.
• Одновитковые.
• Шинные.

По способу монтажа

• Проходные.
• Опорные.

По типу изоляции

• Сухая, к которой относится группа материалов – литая, эпоксидная, фосфорная, бакелитовая и т.д.
• Бумажно-масляная.
• Конденсаторная бумажно-масляная.
• Газонаполнительная.
• Заливочная – с компаундом.

По количеству ступеней трансформации

• Одноступенчатые.
• Двухступенчатые.

По номиналу рабочего напряжения

• До 1 000В.
• Более 1 000В.

Главные параметры и характеристики

У каждого устройства есть рабочие показатели, включающие такие аспекты, как – максимальная нагрузка, погрешности, предел мощности и другие. Имеют свои индивидуальные характеристики и трансформаторы тока. К ним относятся:

Номинальный ток

Это предельная величина напряжения при которой, может работать устройство. Подразумевается допустимый номинал первичного тока, проходящего по первичной обмотке. Данный показатель указывается в паспорте, обязательно прилагающемся в базовой комплектации. Выделяют стандартный ряд, отображающийся, так же, в маркировке аппаратов.

Стоит отметить, что чем выше величина, тем габаритнее будет устройство.

Существует еще одно понятие – номинал вторичного тока. Зачастую от стандартный – двух величин 1А или 5А. Однако, некоторые производители предлагают выпуск устройств по индивидуальным характеристикам. Но и в этом случае, выбор будет не велик и ограничится двумя показателями 2А или 2.5А.

Коэффициент трансформации

Это соотношение, позволяющее определить, во сколько раз понижается подаваемое напряжение на первичную обмотку, проходящее через обе обмотки, в сравнении с выходящим. Определяется таким образом – показатель тока, поступающего на первичную обмотку, делится на величину, измеренную во вторичной, получают Кт. При этом, первичную обмотку необходимо закоротить – прервать передачу напряжения по цепи. Рассчитывается коэффициент на производстве. Серийный выпуск устройств производится по аналогии. Все показатели указываются в паспорте или в маркировке.

Токовая погрешность

Это процентное соотношение математической разности величин вторичного тока и первичного, к показателю приведенного тока ко вторичной цепи. Включает в себя два понятия – угловая и относительная погрешности. В соответствии с вышеупомянутым законом об электромагнитной индукции, направленные колебания или векторы образуют угол между первичными и вторичными потоками. Рассчитывает показатель по формуле и выражается в минутах.

Относительная погрешность – это математическая разница между величинами первичного и вторичного тока к реальной величине, приведенного тока ко вторичной цепи. Выделяют дополнительное понятие – относительно полной погрешности. Данный показатель подразумевает соотношение геометрической разности, тех же величин, только, в соответствии с мгновенным значением, т.е. замеренным в определенный интервал времени.

Номинальная предельная кратность

Показатель максимального значения кратности первичного тока, при условии, что полная погрешность на вторичной нагрузке не превысит 10%.

Максимальная кратность вторичного тока

Соотношение наибольшего показателя вторичного тока к его номинальной величине, при номинальном значении вторичной нагрузки. Данный показатель формируется насыщением самого магнитопровода, при условии, что дальнейшее возрастание не приводит к увеличению потока.

Классы точности

Один из важнейших показателей. Регламентирован и контролируется нормативной документацией. Согласно ГОСТу – рассчитывается для каждого типа устройств и должен строго соответствовать установленным нормам. Различают 9 основных классов точности для измерительных приборов и два для защитных. В стандарте предусмотрена таблица с точной нормировкой и условными обозначениями. От класса точности устройства будет зависеть, насколько точны будут показатели измерительных устройств.

Расшифровка маркировки и обозначений

Все специализированные, да и бытовые устройства, маркируются, в обязательном порядке. И если для продавца, большую роль играет штрих- или QR-код, то для потребителя, основным является буквенно-числовой индекс, отражающий характеристики и основную информацию о приобретении. Маркировка трансформаторов тока содержит такие основные показатели:

• Первая заглавная буква «Т» – обозначает наименование продукта – трансформатор тока.
• Вторая указывает тип конструкции – «П» проходной, «О» опорный, «Ф» фарфоровая покрышка.
• Третья обозначает тип изоляции – «М» масляная и «Л» литая.
• Число после сочетания букв – это класс изоляции. Указывается просто цифрой подразумевает величину в кВ.

• Буквы «У» и «Х» означают возможность эксплуатации в умеренном и холодном климате. В большинстве моделей «УХ».
• За ним идет число указывающее категорию устройства.
• В конце индекса указывается коэффициент трансформации через «/» – первичной и вторичной обмотки.

Схемы подключения и вариации цепи

Подключение трансформатора тока, стандартно, рассматривается на примере электросчетчика. Более простая, доступная и понятная схема имеет два основных варианта и включает ряд ограничений. Категорически запрещено подключать трансформатор тока к приборам, питающимся напрямую от электросети. На примере трехфазного счетчика:

• Внимательно изучите техническую схему расположения контактов. В большинстве устройств их местоположение идентичное, т.к. и принцип работы. Клеммы будут размещаться на тех же местах в прибор различной модификации. Но, все же, будьте внимательны.
• Контакт обозначающийся К1 – это питание трансформатора. К2- подключение цепи напряжения. К3 – выходной контакт трансформатора.
• По аналогии подключаются остальные две фазы. Имеющие, так же, по три значения с буквой К и последовательным числом.

Наиболее распространенной считается схема раздельного подключения вторичных потоков цепи. На фазный зажим от входного автомата необходимо подать фазовый ток. Для упрощения процесса, к этому же контакту производится подключение второй клеммы катушки напряжения (фаза счетчика). Окончание первичной обмотки трансформатора – это выход фазы, которая подключается к нагрузке распределительного щита. Выход вторичной обмотки трансформатора подсоединяют к концу токовой обмотки учетного прибора. И дальше, по аналогии.

Существует и другой вариант, по схеме совмещенных цепей тока. Подобное явление встречается очень редко, по большей части являясь исключением, если нет других вариантов. При такой последовательности возникают существенные погрешности в измерениях и отсутствует возможность своевременно выявить «пробой». Конечно, вариации есть, однако, данный пример считается наиболее оптимальным и рабочим.

Возможные неисправности и признаки нарушений работоспособности

Трансформаторы сталкиваются с различными негативными факторами в процессе работы. Это и высокие непрерывные нагрузки. Механические повреждения. Окружающие неблагоприятные воздействия. Короткие замыкания. Перегрузы, перегрев устройства и многое другое. Для работы трансформаторов, так же, требуется создавать определенные условия в помещениях, где они располагаются. Регулярно анализировать рабочие процессы, проводить диагностику и своевременно устранять нарушения, предотвращая поломки. Не допускается:

• Высокая температура и влажность в помещении.
• Отсутствие оптимального уровня масла.
• Работа при внутренних повреждениях.

Выявить отклонения на ранних стадиях помогут:

• Проверки нагрузки.
• Ведение «журнала» обслуживания.
• Изменение звука рабочих процессов.
• Температура.
• Высокие вибрации.
• Осмотр обмотки.

Сферы применения

Трансформаторы тока, в тех или иных целях, всегда, активно применяются во всех сферах – промышленной, коммерческой, бытовой и других, где предусмотрена эксплуатация электросети, в частности, высокого напряжения. В тех случаях, когда необходимо преобразование тока, по принципу магнитной индукции, от первичной схемы переменного тока в другую – вторичную. При этом, отличия одной от другой, могут быть самые разнообразные – напряжение, количество фаз, частота и т.д.

В дополнение, защитные устройства, позволяющие подключать приборы и аппараты по гальванической развязке, предотвращают риски, как для потребителя, так и обслуживающего персонала или пользователя. Незаменимы трансформаторы тока для измерения показателей, особенно регулярных или непрерывных.

Методики расчета

Алгоритм расчета при выборе устройств достаточно прост и основывается на характеристиках самих трансформаторов тока. Каждый показатель играет роль. Определяется оптимальная величина напряжения, коэффициент трансформации, уровень погрешности, конструкция устройств и т.д. Все расчеты производятся по формулам. Коэффициент трансформации, к примеру, необходимо определять согласно минимальным и максимальным величинам первичного тока. С учетом данных о присоединяемом устройстве и установленной мощности силовых трансформаторов. Наиболее популярным является метод упрощенного расчета. Берется:

• Напряжение первичной обмотки.
• Вторичной.
• Ток вторичной обмотки.
• И ее мощность.

При условии, что обмоток будет несколько – за расчетное берется суммарное значение. Результат выводится по формуле.

Все данные, обозначения и формулы указываются в нормативной документации. К тому же, главная рекомендация: обращайте внимание на технические аспекты, а не стоимость. Это всегда помогает при любом выборе.

сравнение понижающих и авто, какой нужен, критерии выбора

Японская бытовая и аудиотехника техника – качественная, доступная по цене широкому кругу потребителей. Однако, не адаптирована под российскую электросеть с напряжением 220 Вольт. Для безупречной работы на протяжении всего периода эксплуатации необходим трансформатор в 100 вольт или с пониженным выходным напряжением.

Сравнительный анализ понижающих трансформаторов и автотрансформаторов

Оба агрегата поддерживают требуемый уровень напряжения в сети. Особенности:

1. Трансформатор преобразовывает частоты и числа фаз, снижает либо повышает напряжение переменного тока. В составе – 2 и более намоток на стальном сердечнике. Одна намотка подключается к источнику переменного тока, другая стыкуется с потребителем тока. Работает агрегат по закону Фарадея, т.е. магнитный ток при прохождении через обмотку создает электродвижущую силу.
2. Автотрансформатор необходим для изменения незначительного напряжения в небольших пределах. Первичная и вторичная обмотка внутри устройства составляют единое целое, имея между собой электрическую и электромагнитную связи. Хотя электрическая изоляция отсутствует и это неприемлемо для бытовой российской техники в 220В. Обслуживание оборудования становится невозможным, недопустимым по правилам безопасности. Ведь все части установок соединены с высоковольтной частью. У обмотки – 3 вывода. На выходе можно получать разное напряжение.

Автотрансформаторы в отличие от трансформаторов:

• малогабаритные;
• легкие;
• недорогие;
• приводят к меньшим потерям в обмотках;
• имеют высокий КПД.

Стоит знать! Одно из отличий – количество обмоток. У автотрансформаторов – одна, у трансформаторов – 2 и более.

Вывод: автотрансформаторы – удобные, дешевые, компактные с работой под напряжением от 150 В и выше, высоким уровнем КПД. Но между обмотками нет изоляционного материала. Трансформаторы – более безопасные, надежные устройства для бытового применения.

Критерии выбора трансформатора для японской аудиотехники

Японская аудиотехника выпускается для использования в Японии. В условиях российской сети будет работать лишь при выходном напряжении понижающего трансформатора. Целую линейку агрегатов с настройкой выходного напряжения 100 Вольт предлагает сегодня компания “Штиль”. На входе у них – обычная вилка Евростандарта. На выходе – 1-2 розетки, встроенные в корпус.

Видео-аудиотехника из Японии – крайне чувствительная. Для слаженной работы выходное напряжение без отклонений должно равняться 100Вт. Мощность в идеале – больше на 40-50%, чем у бытовых приборов. Например, миксер оснащен электродвигателем и высокой мощностью. Значит, мощность преобразователя должна быть выше на 200%.

Важно! Мощность в ваттах или амперах ищите в инструкции к своему прибору. Если обозначен ток в амперах, а мощность – в ваттах, то стоит ориентироваться на переменный ток.

При выборе понижающего трансформатора мощность должна быть выше на 25-50% в отличие от мощности бытовой техники. У нагревательных приборов и электромоторов производители обычно указывают среднюю мощность. Если у компрессора холодильника – 100 ватт, то трансформатор стоит подбирать мощностью свыше 500 ватт.

Диапазон входного напряжения можно смело использовать с помощью переходника для вилки. В данном случае понижающий трансформатор не потребуется. Чтобы узнать: нужен ли понижающий трансформатор важно знать мощность бытового устройства. Например, у ноутбука в среднем – 50-150 Вт, радиоприемника – 5-15 Вт, телевизора – 20-200 Вт, фена – 1500 Вт, утюга -1200-500 Вт.

Понижающий 220 100 вольт

Понижающий трансформатор необходим для бытовых приборов, работающих под напряжением переменного тока в 100 Вольт. Агрегат типа 220в – 100В для предохранителя, автотрансформатора, шнура питания и вилки.

Подключается трансформатор к питающему устройству за счет блока с розеткой выходного напряжения. Это довольно бесшумное устройство в работе. Выход устанавливается под вилку японского или американского производителя.

Понижающий агрегат состоит из следующих элементов:

1. Сердечник, проводящий магнитный тока. Изготавливается из электротехнической стали либо пермаллоя с проводящими свойствами.
2. Обмотка, намотанная витками токопроводящей проволоки (медь, алюминий).
3. Каркас, на который наматывается изоляционный обмоток.
4. Изоляция (черная лента, лакоткань, лак) для защиты катушек от межвиткового замыкания.
5. Монтажные выводы, не допускающие обрыва обмоток при эксплуатации устройства, дающие возможность подключить к трансформатору источник питания.

Справка! Трансформатор представляет собой замкнутый сердечник с расположением на нем катушек обмотки. Это важные элементы, создающие магнитную силу, становящуюся в итоге электродвижущей.

Автотрансформатор

Чтобы не перегружать автотрансформатор и не вывести из строя стоит обращать внимание на следующие факторы при покупке для японской аудиотехники:

1. Внешний вид: исправность указателя и уровня масла, отсутствие течи из-под крепежных соединений, возможное потрескивание на резиновых уплотнителях.
2. Обмотка. Лучше – медная, как прочная и компактная.
3. Сердечник трансформатора. Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи выполнен из высококачественной электротехнической стали.
4. Первичное, вторичное напряжение.
5. Количество фаз
6. Место установки агрегатов (внутри, снаружи помещения).
7. Наличие максимального тока потребления в 3,35 крат. Причем выше, чем его номинальная мощность.
8. Частота тока – 50 Гц при работе бытовых приборов.
9. Коэффициент трансформации напряжения К= 0,455 для выявления способа преобразования, хотя замерять необходимо исключительно под нагрузкой.
10. КПД – мощность или величина энергии, определяемая толщиной провода при намотке на катушки, затрачиваемая на полезную работу по отношению к потребляемой. Передает через устройство энергию, не приводит к повреждениям
11. Переменный ток короткого замыкания для выявления максимальной силы тока, которую и будет выдерживать бытовое устройство без перегорания обмотки.

Обзор лучших готовых решений

Лучшие варианты моделей, благодаря которым можно запитать разную зарубежную аппаратуру для нормальной работы в 100 Вольт:

1. Штиль – компактный, доступный по цене трансформатор. Оснащен самовосстанавливающимся предохранителем, широким диапазоном нагрузок (0,1-2,5 кВА).
2. TC-100 понижает и повышает нагрузку одновременно. Максимальная мощность на выходе – 100 Вт. Частота переменного тока – 60Гц.
3. Precision 5 V 700mA 3,5 W. Прибор защищен от перенапряжения, высоких колебаний температур, короткого замыкания. Перезапускается для восстановления.
4. Newstar NF-100 – универсальный трансформатор с работой от электросети 110 Вольт. Защищен автоматическим предохранителем. Отключается от питающей сети при перегреве. Вновь включается самостоятельно при остывании. Может использоваться для электропитания разной техники производства Японии, США.
5. iPower JBK3-250 VA, необходимый для снижения высокого опасного напряжения в 220 вольт.
6. iPower JBK3-400 VA с расчетом на напряжение 110 Вт, если в сети – 220 Вт. Имеет максимальную выходную мощность 70 вольт, температурный предохранитель, выходной ток (0,6 ампер).
7. Диодный трансформатор. Отличается большой выходной мощностью, низким уровнем шума, малыми искажениями.

Как изготовить самостоятельно

Понижающий трансформатор можно выполнить как отдельное устройство либо расположить в блоке питания техники. По сути, это радиоэлектронный элемент и его под силу смастерить своими руками.

Сначала стоит подготовить инструменты и материал, произвести предварительный расчет. Для работы потребуется:

• ленточная изоляция высокого качества;
• сердечник, снятый со старого телевизора;
• провода с эмалевой изоляцией;
• простой станок для намотки, например, из доски (ширина – 10 см, длина – 40 см).

Пошаговые действия:

1. Изготовить каркас, вырезав из картона внутреннюю часть, немного большую в отличие от стержня сердечника. Если используется сердечник в виде буквы “О”, то потребуется 2 катушки. При сердечнике буквой “Ш” хватит одной катушки.
2. На круглый сердечник предварительно намотать изоляцию в 3 слоя после первичной обмотки.
3. Накрутить второй слой с и выведением наружу концов обмотки. Вторичная, равно как и первичная обмотка, прокладываются в идентичном направлении. Главное, не забывать выводить провода.
4. Вставить железные полоски в готовую катушку, обогнуть ими каркас с одной стороны, соединить внизу. Оставить между каркасом и сердечником воздушный зазор.
5. Сделать основание для трансформатора. На дощечку (толщина 5 см) прикрепить металлическими скобами 2 бруска (50х50 см) на расстоянии в 30 см друг от друга. Согнуть скобы так, чтобы огибали нижнюю часть сердечника.
6. Вывести на каркас концы обмоток, прикрепить к контактам.

На каждый Вольт должно прийтись по 10 витков. Рассчитать их нужное количество несложно. Сердечник можно вынуть из ненужного трансформатора любого типа или изготовить из жести. Подойдет консервная банка, из которой вырезается 80 полосок в длину 30 см, ширину – 2 см от. Отжигаются полоски их в печи, остужаются, очищаются от окалины и покрываются лаком. Можно с одной стороны оклеить тонкой бумагой.

Заметка! Все разметки и линии нельзя делать графитом.

Расчет конструкции производится по формуле P = U * I,. Из нее исчисляется мощность, которая выдержит вторичную обмотку.

Как заменить трансформатор в японском усилителе

Японским усилителям нужно питание 100 Вольт. Конечно, они будут работать неплохо и при 127 Вт, но напряжение будет считаться повышенным.

Понижающий трансформатор можно купить готовый. В целях экономии и получения на выходе напряжения 100 Вольт можно заменить самостоятельно, чтобы наслаждаться звучанием японской музыки, подключить без проблем.

Справка! Готовый трансформатор на 100 В в России найти сложно. Идеальный выход из ситуации – приобрести лабораторный прибор и выставить точно 100 В. Проверить правильность результата с помощью тестера.

Данный трансформатор будет иметь гальваническую развязку в первичной обмотке и не контактировать со вторичной. Такой прибор не шумит, станет безупречным для усилителей: Sansui AU-D607Х, Sansui AU-D707Gextra.

Другой выход для замены трансформатора в японском усилителе – снять или купить старый советский трансформатор с напряжением около 100 Вольт. Подойдет ТПП-295/127, к которому и подключается японская техника с безупречным звучанием. Более мощный трансформатор – ТПП-322 app-s.

Чем больше мощность, тем лучше.