КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

      Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы — где найти такой расчет. Прочитал статью [1 ]; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет).

Немного теории

      Итак, прежде всего немного теории [4]. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

      На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

      Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

      Алгебраическая сумма произведений I1 x W1 — I2 x W2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

      Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I1 x W1 = I2 x W2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W2 = I1 x W1 / I2

      Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1, мы вычислим U2 и потом Rc. Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться Rc. И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

      Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены.

      На рис. 2 (точки — начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc.

      Если нагрузка не согласованная по току — это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге — выход его из строя.

      Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 [3].

      Витой или ленточный магнитопровод — одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое.

      Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах — 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

      На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях [4] (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7…0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

      Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С.

      Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника [5]:

(1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

      При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

      Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод.

      Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт — магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике.

      А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы [6].

      Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи.

      Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

      Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись ССЫЛКОЙ.    
   

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

soundbarrel.ru

Как выбрать трансформатор тока для счетчика: таблица и формулы

При организации электроснабжения предприятий, жилых и коммерческих объектов, в тех случаях, когда суммарный ток нагрузки многократно превышает возможности узла учета, или же необходимо произвести учет электроэнергии высоковольтных потребителей, устанавливаются дополнительные узлы преобразования — трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН). Они позволяют произвести линейное преобразование и осуществить учет или контроль проходящего тока с помощью обычных однофазных или трехфазных электросчетчиков, амперметров, а также организовать систему защиты линии с помощью них. В этой статье мы узнаем как выбрать трансформатор тока для счетчика электроэнергии по мощности и другим параметрам.

Разновидность устройств

При выборе трансформатора нужно учитывать его место расположение (закрытые или открытые распределительные установки, встраиваемые системы), а также конструктивные особенности исполнения (проходные, шинные, опорные, разъемные).

Проходной ТТ устанавливают в комплексных РУ и используют в качестве проходного изолятора. Опорные используют для установки на ровной поверхности. Шинный ТТ устанавливается непосредственно на токоведущие части. В роли первичной обмотки трансформатора выступает участок шины. Встроенные модели как элемент конструкции, устанавливаются в силовые трансформаторы, масляные выключатели и пр. Разъемные ТТ выполнены разборными для быстрой установки на жилы кабеля, без физического вмешательства в целостность электрических сетей.

Кроме того, разделение также проходит по типу используемой изоляции:

• литая;
• пластмассовый корпус;
• твердая;
• вязкая компаудная;
• маслонаполненная;
• газонаполненная;
• смешанная масло-бумажная.

И различают по спецификации и сфере применения:

• коммерческий учет и измерения;
• защита систем электроснабжения;
• измерения текущих параметров;
• контроль и фиксация действующих значений;

Также различаются трансформаторы по напряжению: для электроустановок до 1000 Вольт и выше.

Правила выбора

При выборе трансформатора его напряжение не должно быть меньшим, чем номинальное напряжение счетчика.

U ном ≥ U уст

Аналогично поступаем при выборе ТТ по току, который должен быть равен или больше максимального тока контролируемой установки. С учетом аварийных режимов работы.

 I ном ≥ I макс.уст

В ПУЭ описаны правила и нормативные требования к устройствам коммерческого учета счетчиками, а также уделено не мало внимания трансформаторам тока и нормам расчетных мощностей. Детально ознакомится можно в пункте ПУЭ 1.5.1 (Глава 1.5).

Помимо этого существуют следующие правила выбора трансформатора тока для счетчика:

1. Длина и сечение проводников от ТТ к узлу учета должны обеспечивать минимальную потерю напряжения (не более 0.25% для класса точности 0.5 и 0.5% для трансформаторов точностью 1.0). Для счетчиков, используемых для технического учета, допускается падение напряжения 1.5% от номинального.
2. Для систем АИИС КУЭ трансформаторы должны иметь высокий класс точности. Для установки в такие системы используют ТТ класса S 0.5S и 0.2S, позволяя увеличить точность учета при минимальных первичных токах.
3. Для коммерческого учета нужно выбрать класс точности ТТ не более 0.5. При использовании счетчика точностью 2.0 и для технического учета, допускается применение трансформатора класса 1.0.
4. Выбор ТТ с завышенной трансформацией допускается, если при максимуме тока нагрузки, ток в трансформаторе не меньше 40% от I ном электросчетчика.
5. При расчете количества потребленной энергии необходимо учитывать коэффициент преобразования.
6. Расчет параметров ТТ производится в зависимости от сечения проводника и расчетной мощности.

Пример расчета:

По таблице ниже, согласно получившимся расчетным параметрам выбираем ближайший ТТ:

При заключении договора с энергоснабжающей организацией, в случае когда для производства учета необходима установка трансформаторов тока, для организации узла учета, выдаются технические условия, в которых указано модель узла учета а также тип ТТ, номинал автоматических выключателей место их установки для конкретной организации. В результате самостоятельные расчеты ТТ производить не нужно.

Напоследок советуем читателям https://samelectrik.ru просмотреть полезное видео по теме:

Надеемся, теперь вам стало понятно, как выбрать трансформаторы тока для счетчиков и какие варианты исполнения ТТ бывают. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

samelectrik.ru

Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока

Содержание

1. Общая часть

Всем доброго времени суток! Представляю Вашему вниманию типовую работу «Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока» №48082-э «Теплоэлектропроект».

Вторичная нагрузка на трансформаторы тока (ТТ) складывается из:

• а) сопротивления проводов — rпр;
• б) полного сопротивления реле и измерительных приборов — Zр и Zп;
• в) переходного сопротивления принимаемого равным — rпер = 0,05 Ом.

Согласно ГОСТ трансформаторы тока должны соответствовать одному из следующих классов точности: 0,5; 1; 3; 5Р; 10Р.

Класс точности 0,5 должен обеспечиваться при питании от трансформатора тока расчетных счетчиков. При питании щитовых измерительных приборов класс точности трансформаторов тока должен быть не ниже 3. При необходимости для измерения иметь более высокий класс точности трансформаторы тока должны выбираться по классу точности на ступень выше, чем соответствующий измерительный прибор.

Например: для приборов класса 1 трансформаторов тока должен обеспечивать класс 0,5; для приборов — 1,5 трансформаторов тока должен обеспечивать класс точности 1,0.

Требования к трансформаторам тока для релейной защиты рассмотрены ниже.

При расчете нагрузки на ТТ в целях упрощения допускается сопротивления элементов вторичной цепи ТТ складывать арифметически, что создает некоторый расчетный запас.

Потребление токовых обмоток релейной и измерительной аппаратуры приведено в разделе «7. Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры». Для удобства и упрощения расчета в указанных приложениях потребление дано в Омах. Для тех приборов и реле, для которых в каталогах указано их потребление в ВА, сопротивление в Омах определяется по выражению

где:
S – потребляемая мощность по токовым цепям, ВА;
I – ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

При расчете сопротивления проводов (кабеля) во вторичных цепях ТТ используется:

где:

• rпр — активное сопротивление проводов (жилы кабеля) от трансформатора тока до прибора или реле, Ом;
• l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до места установки измерительных приборов или релейной аппаратуры, м;
• S – сечение провода или жилы кабеля, мм2;
• γ –удельная проводимость, м/Ом.мм2(для меди γ = 57, для алюминия γ =34,5).

2. Определение нагрузки на трансформаторы тока для измерительных приборов

Нагрузка на ТТ для измерительных приборов складывается из сопротивлений последовательно включенных измерительной аппаратуры, соединительных проводов и переходных сопротивлений в контактных соединениях.

Величина расчетной нагрузки Zн зависит также от схемы соединения ТТ.

При расчете определяется нагрузка для наиболее загруженной фазы ТТ.

В случае включения релейной аппаратуры последовательно с измерительной в расчетную нагрузку вводится также сопротивление реле. При этом расчетная нагрузка не должна превосходить допустимую в требуемом классе точности данного ТТ для измерительных приборов.

При соединении трансформаторов тока в звезду.

При соединении трансформаторов тока в неполную звезду.

При соединении ТТ в треугольник и включении измерительных приборов последовательно с реле во всех линейных проводах.

где:

— сопротивление нагрузки, включенной в линейном проводе трансформатора тока.

При соединении трансформаторов тока в треугольник и включении измерительного прибора последовательно с прибора последовательно с реле только в одном линейном проводе (например, в фазе А).

При использовании только одного ТТ.

В выражениях (3-7) известны сопротивления измерительных приборов Zп, сопротивления реле Zр, переходное сопротивление rпер и неизвестно сопротивление проводов rпр.

Поэтому расчет нагрузки на ТТ сводится к определению сопротивления соединительных проводов rпр.

Сопротивление rпр. определяется из условия обеспечения работа ТТ в требуемом классе точности при расчетной нагрузке. Поэтому должно быть Zн < Zдоп. Принимая Zн=Zдоп и пользуясь выражениями (3-7), определяется rпр для соответствующих схем соединения:

По найденному значению rпр определяется допустимое сечение соединительных проводов, пользуясь выражением (2).

Если в результате расчета сечение S окажется меньше 2,5 мм2, то оно должно быть принято равным 2,5 мм2 из условия механической прочности проводов в токовых цепях ТТ.

3. Определение напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока

Сопротивление нагрузки трансформатора тока для измерительных приборов и релейной защиты по условию допустимого напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока должно быть таким, чтобы при любом возможном виде короткого замыкания в месте установки трансформаторов тока измерения или защиты и любом возможном первичном токе трансформатора тока напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока установившемся режиме не превышало 1000 В.

Это условие считается выполненным, если при любом виде к.з.

где:

• I1- наибольший возможный первичный ток при к.з.;
• nт – номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока;
• Zн – фактическое сопротивление вторичной нагрузки трансформатора тока с учетом сопротивления принятого провода (жилы кабеля)

Если в результате расчета оказалось, что при Zн напряжение больше 1000 В, то следует перейти на большее сечение соединительных проводов (жил кабеля) до 10 мм2 включительно.

Если при S=10 мм2 напряжение окажется больше 1000 В, то следует перейти на больший коэффициент трансформации и расчет для определения Zн должен быть повторен.

4. Определение нагрузки на трансформаторы тока для релейной защиты

Нагрузка на ТТ для релейной защиты складывается из последовательно включенных сопротивлений релейной аппаратуры , соединительных проводов и переходных сопротивлений в контактных соединениях. Величина вторичной нагрузки зависит также от схемы соединения ТТ и от вида КЗ.

Релейная защита в условиях КЗ обычно работает при больших токах, которые во много раз превышают номинальный ток ТТ. Расчетами и опытом эксплуатации установлено, что для обеспечения правильной работы релейной защиты погрешности ТТ не должны превышать предельно допустимых значений.

По ПУЭ эта погрешность, как правило, не должна быть более 10%.

В ГОСТ 7746-88 точность ТТ, используемых для релейной защиты, нормируется по их полной погрешности (ε), обусловленной током намагничивания. По условию ε < 10% построены кривые предельных кратностей ТТ.

При этом наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, при котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%, называется предельной кратностью (К10).

Согласно тому же ГОСТ заводы-поставщики ТТ обязаны гарантировать значение номинальной предельной кратности (К10н), при которой полная погрешность ТТ, работающего с номинальной вторичной нагрузкой, не превышает 10%.

Чтобы найти допустимую нагрузку по кривым предельных кратностей, необходимо предварительно определить расчетную кратность тока К.З., т. е. отношение тока КЗ в расчетной точке к минимальному току ТТ (Красч.)

5. Определение расчетной кратности (Красч.) для выбора допустимой нагрузки (Zдоп.) на трансформаторы тока по кривым предельных кратностей

Для правильного выбора допустимой нагрузки на ТТ необходимо выбрать соответствующий режим и место короткого замыкания.

Расчетным режимом является КЗ, при котором ток к.з. имеет максимальную для данного ТТ величину Iмакс. в заданном месте КЗ.

Величины Iмакс. Выбираются различно для разных типов защиты зависимости от принципа их работы.

5.1 Токовые защиты с независимой характеристикой

Для максимальной токовой защиты с независимой характеристикой Iмакс = 1,1*Ic.з., поскольку для этих защит точная работа ТТ требуется лишь при токе их срабатывания.

Расчетная кратность определяется в условиях срабатывания защиты:

где:

• 1,1 – коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность ТТ при срабатывании защиты;
• Iс.з. – первичный ток срабатывания защиты;
• I1н – первичный номинальный ток ТТ.

5.2 Токовые отсечки

Для токовой отсечки Iмакс = 1,1*Ic.з., поскольку для этих защит точная работа ТТ требуется лишь при токе их срабатывания.

Расчетная кратность определяется в условиях срабатывания защиты:

где: n=1,2-1,3

5.3 Максимальные токовые защиты с зависимой характеристикой

Для МТЗ с зависимой характеристикой Iмакс должен соответствовать току КЗ, при котором производится согласование по времени защит смежных элементов.

Расчетная кратность:

Iк.з.макс.- максимальный ток короткого замыкания, при котором производится согласование смежных защит;
n=1,2-1,3

5.4 Направленные токовые и дистанционные защиты

Для предотвращения излишних срабатываний, многоступенчатых защит Iмакс определяется при КЗ в конце зоны первой ступени защит или в конце линии.

Расчетная кратность:

n – коэффициент, принимается при минимальном времени действия защиты: менее 0,5 сек равным 1,4-1,5, а при времени больше 0,5 сек равным 1,2-1,3.

5.5 Дифференциальные токовые защиты

Для предотвращения срабатывания защиты от токов небаланса Iмакс определяется при наибольшем токе внешнего КЗ.

Расчетная кратность:

I1расч.- максимальный ток при внешнем коротком замыкании;
n – коэффициент, принимается при выполнении защиты на реле с БНТ равным 1, а при реле без БНТ равным 1,8-2.

5.6 Дифференциально-фазные высокочастотные защиты

Для предотвращения срабатывания защиты от токов небаланса Iмакс определяется при наибольшем токе внешнего КЗ.

Расчетная кратность:

I1расч.- максимальный ток при коротком замыкании в конце защищаемой линии;
n — принимается 1,6-1,8.

5.7 Продольные дифференциальные токовые защиты линий

Для предотвращения срабатывания защиты от токов небаланса Iмакс определяется при наибольшем токе внешнего КЗ.

Расчетная кратность:

I1расч.- максимальный ток при коротком замыкании в конце защищаемой линии;
n – принимается 1,8-2,0.

По расчетной кратности, пользуясь кривыми предельных кратностей (по данным заводов-изготовителей трансформаторов тока) находится допустимое сопротивление Zдоп для трансформаторов тока рассматриваемой защиты.

В тех случаях, когда из-за отсутствия кривых предельных кратностей при проектировании вынужденно используются кривые 10%-ных кратностей, необходимо для учета возможного их завышения по сравнению с действительно допустимыми значениями по кривым предельных кратностей полученное по выражениям (13-19) значение Красч. увеличивать в 1,25 раз.

6.Определение расчетной нагрузки Zн

Расчетная нагрузка для трансформаторов тока релейной защиты определяется по выражениям, приведенным в таблице №1. В расчете принимается Zн=Zдоп.

По значению Zн можно определить сопротивление соединительных проводов (жил кабеля) во вторичных цепях трансформаторов тока.

Таблица 1 – расчетные формулы для определения вторичной нагрузки и сопротивления соединительных проводов трансформаторов тока для релейной защиты

7.Определение сопротивления соединительных проводов

В Таблице №1 приведены расчетные выражения, для определения сопротивления соединительных проводов во вторичных цепях трансформаторов тока в зависимости от их схем соединения и от вида КЗ.

При этом сопротивление релейной аппаратуры, подключенной к трансформаторам тока, может быть найдено по Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры или по другим заводским данным.

По найденному значению rпр определяется допустимое сечение соединительных проводов.

Если в результате расчета S окажется менее 2,5 мм2, то оно должно быть принято равным 2,5 мм2 из условия механической прочности проводов в токовых цепях ТТ, после чего определяется фактическое сопротивление проводов по выражению (2).

Если в результате расчета сечение кабеля окажется чрезмерно большое (более 10 мм2), то для его уменьшения можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Применить последовательное соединение двух обмоток трансформаторов тока рассматриваемой защиты. При последовательном соединении одинаковых сердечников трансформаторов тока нагрузка на каждый сердечник ТТ уменьшается в 2 раза. При последовательном соединении разных сердечников трансформаторов тока расчетная нагрузка на ТТ уменьшается, так как она распределяется между обмотками трансформаторов тока пропорционально их ЭДС.

2. Изменить схему соединения трансформаторов тока вместо неполной звезды перейти к полной звезде; вместо схемы на разность токов перейти к схеме неполной звезды и т.п.

3. Применить другой трансформатор тока, допускающий большую вторичную нагрузку.

4. Установить дополнительный комплект трансформаторов тока и перевести на него часть вторичной нагрузки.

8.Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры

Реле тока серии РТ-40

№ п/п	Тип реле	Пределы уставок, А	Сопротивление обмотки реле, Ом	Примечание
1	РТ40/0,2	0,05-0,1 0,1-0,2	80	—
2	РТ40/0,6	0,15-0,3 0,3-0,6	8,9 2,2	—
3	РТ40/2	0,5-1 1-2	0,8 0,2	—
4	РТ40/6	1,5-3 3-6	0,22 0,055	—
5	РТ40/10	2,5-5 5-10	0,08 0,02	—
6	РТ40/20	5-10 10-20	0,02 0,005	—
7	РТ40/50	12,5-25 25-50	0,0051 0,00128	—
8	РТ40/100	25-50 50-100	0,00288 0,00072	—
9	РТ40/200	50-100 100-200	0,0032 0,0008	—
10	РТ40/Ф	1,75-3,5 2,9-5,8 4,4-8,8 8,8-17,6	0,090 0,036 0,020 0,008	—

Реле тока серии РТ-40/1Д

№ п/п	Пределы уставок, А	Полное сопротивление, Ом
		Фазы
		А	В	С
1	0,15	40	20	21
2	0,4	25	13	13
3	1	14	7	7
4	2	9	5	5
5	4	6	2,5	2,8
6	5	5	2	2

Реле тока серии РТ 40/Р-1

Зависимость величины полного сопротивления от величины подаваемого тока при питании всех трех обмоток реле

№ п/п	Пределы уставок, А	Полное сопротивление, Ом
		Фазы
		А	В	С
1	0,15	40	20	21
2	0,4	25	13	13
3	1	14	7	7
4	2	9	5	5
5	4	6	2,5	2,8
6	5	5	2	2

Реле тока серии РТ 40/Р-5

Зависимость величины полного сопротивления от величины подаваемого тока при питании всех трех обмоток реле

№ п/п	Пределы уставок, А	Полное сопротивление, Ом
		Фазы
		А	В	С
1	1	1,6	0,9	0,92
2	3	0,8	0,35	0,36
3	5	0,5	0,25	0,26
4	7	0,4	0,17	0,18
5	15	0,25	0,08	0,1
6	25	0,15	0,06	0,08

Реле тока серии РТ 80

№ п/п	Тип реле	Сопротивление обмотки реле при разных уставках		Примечание
		Iном, А	Z, Ом
1	РТ81/1	4	0,62	—
2	РТ81/1У	5	0,4	—
3	РТ82/1	6	0,28	—
4	РТ82/1У	7	0,204	—
5	РТ83/1	8	0,156	—
6	РТ83/1У
7	РТ84/1	9	0,123	—
8	РТ84/1У
9	РТ85/1	10	0,1	—
10	РТ85/1У
11	РТ86/1
12	РТ86/1У
13	РТ81/2	2	2,5	—
14	РТ81/2У
15	РТ82/2	2,5	1,6	—
16	РТ82/2У
17	РТ83/2	3	1,11	—
18	РТ83/2У	3,5	0,82	—
19	РТ84/2	4	0,625	—
20	РТ84/2У
21	РТ85/2	4,5	0,495	—
22	РТ86/2	5	0,4	—

Реле тока серии РТ 90

№ п/п	Тип реле	Сопротивление обмотки реле при разных уставках		Примечание
		Iном, А	Z, Ом
1	РТ91/1	4	1,56	—
2	РТ91/1	5	1	—
3	РТ91/1У	6	0,695	—
4	РТ91/1У	7	0,51	—
5	РТ95/1	8	0,39	—
6	РТ95/1У	9	0,308	—
7	РТ95/1У	10	0,25	—
8	РТ91/2	2	6,25	—
9	РТ91/2	2,5	4	—
10	РТ91/2У	3	2,78	—
11	РТ91/2У	3,5	2,03	—
12	РТ95/2	4	1,56	—
13	РТ91/2У	4,5	1,24	—
14	РТ91/2У	5	1	—

Фильтр-реле тока обратной последовательности серии РТФ

№ п/п	Тип реле	Сопротивление обмотки реле при разных уставках		Примечание
		Iном, А	Z, Ом
1	РТФ 1М	5	0,22	На фазу
2	РТФ 1М	1	5,5	На фазу
3	РТФ 7/1	5	0,8	На фазу
4	РТФ 7/1	10	0,2	На фазу
5	РТФ 7/2	5	0,6	На фазу
6	РТФ 7/2	1	15	На фазу
7	РТФ 6М	5	0,4	На фазу
8	РТФ 6М	10	0,1	На фазу

Реле токовые дифференциальные

№ п/п	Тип реле	Наименование обмоток	Сопротивление обмоток, Ом	Примечание
1	РНТ 565	Рабочая	0,1	При полностью включенных витках
		Первая уравнительная	0,1	При полностью включенных витках
		Вторая уравнительная	0,1	При полностью включенных витках
2	РНТ 566	Первая рабочая	2,5	При полностью включенных витках
		Вторая рабочая	1,5	При полностью включенных витках
		Третья рабочая	0,25	При полностью включенных витках
3	РНТ 566/2	Первая рабочая	1,5	При полностью включенных витках
		Вторая рабочая	0,1	При полностью включенных витках
4	РНТ 567	Первая рабочая	0,05	При полностью включенных витках
		Вторая рабочая	0,05	При полностью включенных витках
5	РНТ 567/2	Первая рабочая	0,5	При полностью включенных витках
		Вторая рабочая	0,5	При полностью включенных витках

raschet.info

Выбор трансформаторов тока для присоединения расчетных счетчиков

Для правильного выбора трансформаторов тока (ТТ) для расчетных счетчиков, нам нужно правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока, исходя из того, что расчетная нагрузка присоединения, будет работать в аварийном режиме.

Коэффициент трансформации считается завышенным, если при 25%-ной нагрузке присоединения в нормальном режиме, ток во вторичной обмотке будет меньше 10% от номинального тока подключенного счетчика – 5 А.

Для того, чтобы присоединенные приборы, работали в требуемом классе точности (напоминаю что для счетчиков коммерческого учета класс точности трансформаторов тока должен быть – 0,2; 0,2S; для технического учета – 0,5; 0,5S), необходимо чтобы, подключаемая вторичная нагрузка Zн не превышала номинальной вторичной нагрузки трансформатора тока, для данного класса точности, при этом должно выполняться условие Zн ≤ Zдоп. Подробно это рассмотрено в статье: «Выбор трансформаторов тока на напряжение 6(10) кВ».

Еще одним условием правильности выбора трансформаторов тока, является проверка трансформаторов тока на токовую ΔI и угловую погрешность δ.

Угловая погрешность учитывается только в показаниях счетчиков и ваттметров, и определяется углом δ между векторами I₁ и I₂.

Токовая погрешность определяется по формуле [Л1, с61]:

где:

• Kном. – коэффициент трансформации;
• I₁ – ток первичной обмотки ТТ;
• I₂ – ток вторичной обмотки ТТ;

Пример выбора трансформатора тока для установки расчетных счетчиков

Нужно выбрать трансформаторы тока для отходящей линии, питающей трансформатор ТМ-2500/6. Расчетный ток в нормальном режиме составляет – 240,8А, в аварийном режиме, когда трансформатор будет перегружен на 1,2, ток составит – 289А.

Выбираем ТТ с коэффициентом трансформации 300/5.

1. Рассчитываем первичный ток при 25%-ной нагрузке:

2. Рассчитываем вторичный ток при 25%-ной нагрузке:

Как видим, трансформаторы тока выбраны правильно, так как выполняется условие:

I₂ > 10%*Iн.счетчика, т. е. 1 > 0,5.

Рекомендую при выборе трансформаторов тока к расчетным счетчикам использовать таблицы II.4 – II.5.

Таблица II.5 Технические данные трансформаторов тока

Таблица II.4 Выбор трансформаторов тока

Максимальная расчетная мощность, кВА	Напряжение
	380 В		10,5 кВ
	Нагрузка, А	Коэффициент трансформации, А	Нагрузка, А	Коэффициент трансформации, А
10	16	20/5	—	—
15	23	30/5	—	—
20	30	30/5	—	—
25	38	40/5	—	—
30	46	50/5	—	—
35	53	50/5 (75/5)	—	—
40	61	75/5	—	—
50	77	75/5 (100/5)	—	—
60	91	100/5	—	—
70	106	100/5 (150/5)	—	—
80	122	150/5	—	—
90	137	150/5	—	—
100	152	150/5	6	10/5
125	190	200/5	—	—
150	228	300/5	—	—
160	242	300/5	9	10/5
180	—	—	10	10/5 (15/5)
200	304	300/5	—	—
240	365	400/5	13	15/5
250	—	—	14	15/5
300	456	600/5	—	—
320	487	600/5	19	20/5
400	609	600/5	23	30/5
560	853	1000/5	32	40/5
630	960	1000/5	36	40/5
750	1140	1500/5	43	50/5
1000	1520	1500/5	58	75/5

Примечание.

Учитывая необходимость подключения трансформаторов тока для питания измерительных приборов и реле, для которых нужны различные классы точности, высоковольтные трансформаторы тока выполняются с двумя вторичными обмотками.

Литература:

1. Справочник по расчету электрических сетей. И.Ф. Шаповалов. 1974г.

Поделиться в социальных сетях

raschet.info

Подбор трансформатора тока — ГОСТ, ПУЭ, таблицы, формулы

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

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).

В таблице выше:

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 более 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.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

---

---

Последние статьи

---

Самое популярное

pomegerim.ru

Выбор трансформаторов тока для электросчетчика 0,4кВ

Учет электроэнергии с потребляемым током более 100А выполняется счетчиками трансформаторного включения, которые подключаются к измеряемой нагрузке через измерительные трансформаторы. Рассмотрим основные характеристики трансформаторов тока.

1 Номинальное напряжение трансформатора тока. 

В нашем случае измерительный трансформатор должен быть на 0,66кВ.

2 Класс точности.

Класс точности измерительных трансформаторов тока определяется назначением электросчетчика. Для коммерческого учета класс точности должен быть 0,5S, для технического учета допускается – 1,0.

3 Номинальный ток вторичной обмотки.

Обычно 5А.

4 Номинальный ток первичной обмотки.

Вот этот параметр для проектировщиков наиболее важен. Сейчас рассмотрим требования по выбору номинального тока первичной обмотки измерительного трансформатора. Номинальный ток первичной обмотки определяет коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации измерительного трансформатора – отношение номинального тока первичной обмотки к номинальному току вторичной обмотки.

Коэффициент трансформации следует выбирать по расчетной нагрузке с учетом работы в аварийном режиме. Согласно ПУЭ допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации:

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 %.

В литературе можно встретить еще требования по выбору трансформаторов тока. Так завышенным по коэффициенту трансформации нужно считать тот трансформатор тока, у которого при 25%-ной расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке будет менее 10% номинального тока счетчика.

А сейчас вспомним математику и рассмотрим на примере данные требования.

Пусть электроустановка потребляет ток 140А (минимальная нагрузка 14А). Выберем измерительный трансформатор тока для счетчика.

Выполним проверку измерительного трансформатора Т-066  200/5. Коэффициент трансформации у него 40.

140/40=3,5А – ток вторичной обмотки при номинальном токе.

5*40/100=2А – минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке.

Как видим 3,5А>2А – требование выполнено.

14/40=0,35А – ток вторичной обмотки при минимальном токе.

5*5/100=0,25А – минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке.

Как видим 0,35А>0,25А – требование выполнено.

140*25/100 – 35А ток при 25%-ной нагрузке.

35/40=0,875 – ток во вторичной нагрузке при 25%-ной нагрузке.

5*10/100=0,5А – минимальный ток вторичной обмотки при 25%-ной нагрузке.

Как видим 0,875А>0,5А – требование выполнено.

Вывод: измерительный трансформатор Т-066  200/5 для нагрузки 140А выбран правильно.

По трансформаторам тока есть еще ГОСТ 7746—2001 (Трансформаторы тока. Общие технические условия), где можно найти классификацию, основные параметры и технические требования.

При выборе трансформаторов тока можно руководствоваться  данными таблицы:

Выбор трансформаторов тока по нагрузке

Обращаю ваше внимание, там есть опечатки

Советую почитать:

220blog.ru

Онлайн расчет трансформатора за 6 простых шагов

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Содержание статьи

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты	Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик Виктора Егель. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

electrikblog.ru