Выбор трансформаторов тока

При проектировании электроустановок, в состав которых входят устройства защиты, схемы измерения и учёта электрической энергии, производится выбор трансформаторов тока.

Выбор определяется несколькими факторами, среди которых:

номинальное напряжение электроустановки,
значение тока первичной цепи, в которую предполагается включение трансформатора тока,
класс точности трансформатора, который зависит от целей его использования,
мощность устройства, определяемая нагрузкой вторичных цепей,
конструктивное исполнение, определяемое компоновкой электроустановки и конкретного места, где должен быть установлен трансформатор тока.

Для того чтобы помочь правильно выбрать трансформатор, сначала следует определиться с типом устройства, а уже потом подбирать конкретный вариант:

Для работы на открытом воздухе. Такие трансформаторы часто обладают закрытой конструкцией, что предоставляет защиту от внешних воздействий, например, дождя.
Для работы в закрытых помещениях. Трансформатор может быть чувствителен к резким перепадам температуры, солнечному свету, влаге.
Для размещения в полости. Встраивается в иное оборудования, может находиться в среде масла или газа.
Для размещения в составе специальных установок – на судах, в шахтах и пр.

От типа размещения обычно зависит и охлаждение трансформатора – некоторым трансформаторам, работающим на открытом воздухе, часто хватает и воздушного охлаждения.

Однако такого охлаждения не всегда достаточно для закрытых, размещенных в помещении трансформаторов.

Далее стоит определить способ установки трансформатора тока:

Проходной трансформатор часто является вводом в сеть и устанавливается в стену, потолок, в составе более крупных конструкций и т.д.
Опорный трансформатор устанавливается на горизонтальной опоре. В основном такие конструкции размещают на открытом воздухе.
Встраиваемые трансформаторы размещаются в составе других устройств, часто в полости.

Следующий этап – выбор особенностей конструкции самого трансформатора. Для этого необходимо определить количество коэффициентов трансформации:

Один коэффициент: может относиться к любой из характеристик тока, но чаще всего речь ведется об отношении напряжения или силы тока на входе и выходе.
Несколько коэффициентов: достигается изменением числа витков в обмотках или использованием нескольких вторичных обмоток.

Количество ступеней трансформации:

Одна ступень – трансформация тока в конструкции происходит один раз.
Несколько ступеней (каскадные) – первичная обмотка в такой конструкции делится на несколько последовательных элементов. Упрощенно можно представить в виде последовательно включенных трансформаторов.

Число витков первичной обмотки:

один виток;
много витков – в подавляющем большинстве трансформаторов.

Тип изоляции между обмотками (первичной-вторичной):

твердая – чаще всего литая или фарфоровая;
вязкая – включает различные смолы и схожие соединения, используемые для заливания обмоток;
комбинированная – обычно бумажно-масляная;
газовая – обычно воздух, но может быть и изолирующий элегаз.

Тип преобразования тока:

Электромагнитный – представлен в большинстве современных моделей трансформаторов. В качестве основного метода преобразования используют взаимодействие первичной и вторичной обмоток посредством электромагнитной индукции.
Оптико-электронные – более новый метод трансформации параметров тока, применяет для преобразования модулятор Фарадея. Конструкция преобразует входящий электрический сигнал в оптический, а затем получает усиленный электрический сигнал.

Опишем более подробно наиболее важные параметры.

Выбор трансформатора для подключения расчетных счетчиков

На правила установки трансформаторов в жилых помещениях при установке расчетных счетчиков стоит обратить внимание отдельно.

Трансформаторы при таком расположении требуется размещать в шкафах с запирающимися дверцами, в отдельных отсеках. Для удобства использования дверцы могут быть с окошками. Счетчики рекомендуется размещать под трансформатором, причем между ними должна ставиться изоляционная перегородка. Перегородка из изолирующего материала также устанавливается между несколькими трансформаторами в случае их установки в составе одного щита.

Трехфазные счетчики к трансформаторам подключаются через испытательные коробки. На общедомовую нагрузку и на вводных элементах общественных построек счетчик такого типа следует подключать через трансформатор.

Трансформаторы имеют также требования к конструкции и параметрам. Класс точности не должен превышать 0,5. Коэффициент трансформации выбирается с расчетом тока присоединения (который сам не должен быть больше или равен номинальному). Завышение коэффициента не разрешается. При аварийном режиме работы трансформатора коэффициент выбирают по аварийному току с учетом перегрузки в 20%. Номинальные значения нагрузки не должны превышаться во время всего периода работы вторичных цепей.

Выбор коэффициента трансформации

Из всех параметров трансформатора коэффициент трансформации один из наиболее важных. Данная характеристика отражает изменение определенного параметра тока при прохождении через трансформатор. Параметр также задает тип трансформатора: понижающий (коэффициент больше единицы) или повышающий (коэффициент больше единицы). Данная характеристика указана в паспорте продукта, и ее необходимо знать не только перед приобретением трансформатора, но и во время всей его работы. По отклонениям от стандартных значений можно определить наличие сбоев в работе.

Такого рода отклонения опасны для трансформаторов общетехнического назначения, но особо нетерпимы к ним измерительные трансформаторы. Малейшие отклонения параметра от стандарта могут привести в них к большим погрешностям.

При выборе трансформатора стоит отметить, что, согласно ПУЭ 1.5.17, возможно применение трансформаторов с завышенным коэффициентом трансформации. Такое допущение возможно только в случае, если во вторичной обмотке проходящий ток не превышает значения в 40% от номинального значения тока счетчика, а при минимальной нагрузке не более 5%.

Выбор по напряжению и номинальному току

Трансформаторы тока имеют стандартные значения напряжений. По номинальному току рекомендуется иметь запас около 20-30% выше номинала в цепи. Стоит также учесть ударное токовое и тепловое воздействие токов короткого замыкания (КЗ). Для таких расчетов берется максимально возможное превышение нагрузок.

Выбор по классу точности вторичной обмотки

Требования к классу точности различны для цепей. В схемах релейной защиты они минимальны (класс – 10р и 5р). Погрешность таких цепей не выше 10% во всем токовом диапазоне (включая токи КЗ).

Рис. Допустимые значения погрешности для релейной защиты

Выше всего требования для цепей измерения, особенно коммерческих. Требования к ним указаны в таблице.

Рис. Допустимые значения погрешности для учета и измерения

Пример расчета трансформатора тока

Чтобы дополнительно помочь с выбором трансформатора, приведем пример их расчета:

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

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

Данный расчет должен проводиться перед заказом трансформатора, чтобы убедиться в верной установке. Он позволит избежать нежелательных последствий, таких как повреждения установки и др. Существуют также таблицы предварительного выбора трансформатора, позволяющие до покупки оценить необходимые параметры без расчетов.

Таблица представлена ниже:

В первом столбце указана полная мощность нагрузки, во втором – соответствующие значения силы тока при классах напряжений 0.4, 6.3, 10. Последний столбец – примеры коэффициентов трансформации.

Важно иметь в виду, что таблица не может заменить индивидуальный расчет трансформатора и приводится только для составления оценочных суждений, помогая определить параметры трансформатора приблизительно.