Alma38.ru

Электро Свет
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Малогабаритные измерительные трансформаторы тока для счетчиков электроэнергии и систем контроля качества

Малогабаритные измерительные трансформаторы тока для счетчиков электроэнергии и систем контроля качества

Токовые трансформаторы (измерительные трансформаторы тока) Т02хх-Т11хх предназначены для работы в цепях переменного тока и имеют линейную передаточную характеристику во всем диапазоне входных токов.

Выпускаются в соответствии с техническими требованиями ЮНШИ.671221.001 ТТ.

Для удобства выбора, основные типоразмеры трансформаторов сведены в Таблицу 1. Подробная информация по каждому типоразмеру доступна по переходу на соответствующую страницу из столбца «наименование». Сравнить общие характеристики всех типоразмеров можно в сводной таблице.

Таблица 1. Малогабаритные тороидальные токовые трансформаторы (измерительные трансформаторы тока) на магнитопроводах из аморфных и нанокристаллических сплавов для электронных счетчиков, устройств измерения, управления, защиты и контроля.

Сводная таблица токовых трансформаторов, выпускаемых ООО ВП АИСТ
НаименованиеТок примененияТочность, %ИсполненияДС иммун.Мин. отв.
под шину, мм
Цена опт., руб.ВыпускОписание
На п.п.На шинуС шиной
Т02ххдо 140 А0,1; 0,5рис. 1рис. 65.5от 54,5с 2000смотреть
Т03ххдо 160 А0,1; 0,5; 1рис.2, 9, 10рис. 1,4рис. 6; 7; 8; 9; 10+8-11; 11.3от 39с 2011смотреть
Т04ххдо 140 А0,1; 0,5; 1рис.10рис. 1,4рис. 6; 7; 8; 10+6-8; 5.5от 43с 2009смотреть
Т05хххдо 85 А0,5рис. 1,4рис. 6, 105.5от 45с 2005смотреть
Т10ххдо 180 А0,1; 0,5; 1рис. 4рис. 3, 4+8-12; 11,5от 61с 2008смотреть
Т11ххдо 450 А0,05; 0,2; 0,5рис. 5рис. 4, 5+6. 14от 115с 2009смотреть

Варианты исполнения тороидальных трансформаторов тока Т02хх-Т11хх:

Без встроенного витка (на шину)
Трансформаторы
Рис. 1
Исполнение К/0 (Т02;Т03;Т04;Т05)
Трансформаторы
Рис. 2
Исполнение З/0 (Т03)
Трансформаторы
Рис. 3
Исполнение З/0 (Т10)
Трансформаторы
Рис. 4
Исполнение Т/0 (Т03;Т04;Т05;Т10;Т11)
Трансформаторы
Рис. 5
Исполнение З/0 (Т11)
Со встроенным витком (с шиной)
Трансформаторы
Рис. 6
Исполнение К/60Ф(П)-20
Трансформаторы
Рис. 7
Исполнение Т/100-16
Трансформаторы
Рис 8
Исполнение Т/50М4-20
Трансформаторы
Рис. 9
Исполнение З/5к-20(3:3000)
Трансформаторы
Рис. 10
Исполнение Т/20к-20

Токовые трансформаторы (измерительные трансформаторы тока) серии Т02хх-Т11хх предназначены для работы в цепях переменного тока и имеют линейную передаточную характеристику во всем диапазоне входных токов.

Трансформаторы

Рис. 11 Токовый трансформатор Т04
со встроенной шиной из 5 витков
(показан без заливки)

Вывода выполняются либо гибким проводом НВ4-0.12 600в длиной 65. 400 мм., либо делаются жесткими для печатного монтажа. Стандартный коэффициент передачи всех трансформаторов 1:3000, но, по желанию заказчика, может составлять от 1:1000 до 1:3000. Для небольших входных токов можно первичную обмотку выполнить в 2, 3 и более витков (рис. 9; 11). При этом коэффициент трансформации снизится соответственно в 2, 3 и более раз без существенных изменений точностных параметров трансформатора, при этом расположение проводника внутри окна трансформатора роли не играет.

Группы трансформаторов по электромагнитным свойствам

Трансформаторы каждого типоразмера (кроме Т05) выпускаются 4-х групп и различаются электромагнитными свойствами и областью применения.

Основная группа предназначена для работы в цепях переменного тока 30. 100 Гц с небольшим уровнем подмагничивания. Применяется для построения подавляющего большинства измерительных систем, включая электронные счетчики электроэнергии класса точности 1%. Обозначаются Т02,Т03. Т11.

Группа АС предназначена для работы в условиях отсутствия подмагничивания и разработана для применения в составе прецизионных измерительных систем. Имеет очень большую индуктивность и насыщение в малых полях, минимальные фазовые сдвиги, что позволяет строить высокоточные измерительные системы, включая электронные счетчики электроэнергии 0,1; 0,2 и 0,5%. Допускает работу на частотах до 10 кГц без существенного изменения основных параметров. Обозначаются Т02АС, Т03АС. Т11АС.

Группа ДС0 безразлична к подмагничиванию, вызванному несиметрией входного тока. При применении трансформаторов групп ДС0 следует иметь в виду, что рабочий ток для них указан с учетом постоянной составляющей. Трансформаторы допускают работу на частотах до 10 кГц без существенного изменения основных параметров. Имеют очень линейную характеристику в широком диапазоне подмагничивания, что позволяет строить на них измерительные системы 1% с малой чуствительностью к ассиметрии входного тока. Для работы в цепях измерения реактивной мощности требует установки подстраиваемой RC цепи для компенсации начального фазового сдвига. Обозначаются Т02ДС0, Т03ДС0. Т11ДС0.

Группа ДС безразлична к подмагничиванию, вызванному несиметрией входного тока. При применении трансформаторов групп ДС следует иметь в виду, что ток для них также указан с учетом постоянной составляющей. Трансформаторы допускают работу на частотах 30. 100 Гц. Имеют весьма линейную характеристику в широком диапазоне подмагничивания и большие токи насыщения. При работе в цепях измерения реактивной мощности не позволяют получить очень высокую точность, т.к. фазовый сдвиг зависит от величины подмагничивания и не может быть скомпенсирован RC цепью полностью, а потому трансформаторы преимущественно применяются для систем измерения токов или активной мощности в условиях сильных искажений входных токов. Обозначаются Т02ДС, Т03ДС. Т11ДС.

Токовые трансформаторы всех групп могут применяться в составе электронных счетчиков электроэнергии, устройствах измерения, контроля, защиты и управления. Температурный диапазон применения трансформаторов составляет -40. +85 градусов цельсия.

Аварийные режимы

При применении трансформаторов, следует учесть, что по мере увеличения входного тока, ЭДС (действующее значение), развиваемая трансформатором будет сначала подниматься до макс. значения, указанного в таблице, а затем снижаться. Это связано с достижением макс. магнитной индукции в магнитопроводе, в результате которого трансформатор входит в режим насыщения. При работе трансформатора в режиме насыщения, форма вых. сигнала не повторяет входную, а имеет четко выраженные искажения при достижении насыщения. Величина нерабочей зоны трансформатора напрямую зависит от амплитуды входного тока. Токи, превышающие токи насыщения не приводят к выходу трансформаторов Т02хх-Т11хх из строя.

Трансформаторы

Рис. 12 Искажение
формы выходного сигнала
при подмагничивании
постоянным током

Намагничивание магнитопровода трансформатора, приводящее к искажению выходного сигнала, возможно также при однополярном приращение входных токов или несимметрией полуволн входных токов (рис. 12). Работоспособность трансформатора восстановится после такого воздействия спустя некоторое время, напрямую зависящее от величины тока и необходимое для размагничивания магнитопровода трансформатора. Если возможен режим подмагничивания — рекомендуем выбирать трансформатор с очень хорошим запасом по току насыщения или применять трансформаторы групп ДС и ДС0, которые имеют возможность работать в не нулевом результирующем магнитном поле. Отметим, что однополярное намагничивание магнитопровода, а также обрыв нагрузки не приводит к выходу трансформаторов серии Т02хх-Т11хх.

Читайте так же:
Нет выключателя как зажечь свет

Общие замечания по применению

Значения Rн указанные в технических характеристиках не являются обязательными. При указанном в таблице значении приводятся точностные х-ки трансформатора. Влияние сопр. нагрузки на точностные х-ки и диапазон применения по входному току подробно рассмотрены в статье «Принципы подбора параметров трансформатора тока и его нагрузки».

Значения начальной амплитудной и угловой погрешности весьма легко компенсируются при калибровке и существенного влияния на точность измерительной системы не имеют. Данные погрешности обусловлены потерями в сердечнике, статической погрешностью коэффициента трансформации, ненулевыми значениями сопротивления обмотки и нагрузки. Неравномерность амплитудной и угловой погрешности не могут быть скомпенсированы при калибровке (кроме микропроцессорной обработки), поэтому должны учитываться при выборе трансформаторов. Для компенсации начальной угловой погрешности трансформаторов ДС и ДС0 достаточно применить интегрирующую RC цепь, включенную после нагрузочного резистора. Подстройка реальной RC цепи обычно ведется изменением R (либо линейка резисторов с перемычками, либо подстроечный резистор). Номинальное значение такой RC цепи можно рассчитать по формуле: (кОм)*(мкФ)=0,01014*(Rобм+Rн)/L, где Rобм (Ом) и L(Гн) можно взять из таблиц с техническими характеристиками трансформатора. Установка RC цепи для других групп не требуется.

В наименование трансформатора при заказе входит: типоразмер, группа, предельный диапазон токов применения, длина выводов, конструктивное исполнение, наличие первичного витка и его тип. Если коэффициент трансформации отличается от 1:3000, значение коэффициент трансформации указывается после типа витка в круглых скобках, например Т03-90А-85-К/0(2500): Трансформатор Т03, (точный), с током применения до 90А, с длиной выводов 85мм, в пластмассовом корпусе, без первичного витка, с коэффициент трансформации 1:2500. Пример формирования наименования трансформатора при заказе изображен на Рис. 13.

Трансформаторы

Рис. 12 Формирование
наименования трансформатора
при заказе

В графе «конструктивное исполнение» может стоять значения: К — пластмассовый не герметичный корпус; Т — изоляция термоусадочной трубкой; З-корпусное герметичное исполнение. В графе «тип первичного витка» могут стоять значения: 0 — без витка (виток устанавливается заказчиком самостоятельно);50М4-20 или 50М4-16 — виток под ток 50А с отвверстием под винт М4 и межцентовым рассоянием 20мм или 16мм ; 60М4-20 или 60М4-16 под ток 60А с отв. под винт М4 и межцентовым рассоянием 20мм или 16мм; 60Ф-20 — фигурный виток под ток 60А и зажимную колодку с посадочным размером 20мм; 60П-20 — прямой виток под ток 60А и зажимную колодку с посадочным размером 20мм. и т.д., включая виток из круглой шины для запайки в печатную плату. Возможна разработка оснастки под виток Заказчика.

Пример заказа:

Т03АС-30А-110-К/0Трансформатор Т03АС, (особо точный), диапазон применения до 30А, с длинной выводов 110 мм, в корпусе, без витка
Т03-90А-65-Т/50М4-20Трансформатор Т03, точный, диапазон применения до 90А, с длинной выводов 65мм, безкорпусной, с витком на 50А под винт М4 с межцентровым расстоянием 20мм

Если возникают затруднения при определении параметров трансформатора, или указанные характеристики не устраивают — рекомендуем ознакомится с разделом «Применение трансформаторов тока», или рекомендуем обратиться к нам с запросом по электронной почте . В запросе обязательно укажите требуемое отверстие трансформатора для токоведущей шины, номинальный и максимальный измеряемый ток, измерительное напряжение и входное сопротивление устройства измерения, габариты (если важно), другие параметры которые для Вас важны. Можете просто объяснить задачу, которая перед Вами стоит. В этом случае мы обеспечим Вас бесплатной консультацией консультацией с расчетом характеристик трансформатора, моделированием передаточной и точностной характеристик трансформатора применительно к Вашим условиям эксплуатации. Обратите внимание — цена таких заказных трансформаторов не отличается от цен стандартных трансформаторов и зависит только от объема закупки, т.е. денег за разработку измерительного токового трансформатора мы не берем!

Выбор трансформатора тока для счетчика ПКУ

Выбор трансформатора тока для счетчика ПКУ

При заполнении опросного листа выбор трансформатора тока для счетчика ПКУ (пункта коммерческого учета) выполняется по нескольким параметрам:

  • номиналу (номинальному току первичной обмотки);
  • требуемому классу точности.

Рассмотрим подробнее условия выбора такого трансформатора, предназначающегося для подключения счетчика электроэнергии к высоковольтным линиям электропередач.

Выбор трансформатора по номиналу

При выборе измерительного трансформатора следует указать в амперах требуемый номинальный ток (номинал) его первичной обмотки. Эта величина определяется действующим значением тока в линии передач, к которой присоединяется пункт, при ее работе в аварийном режиме (когда присоединенный трансформатор работает с максимальной перегрузкой). Номинал выбранного трансформатора должен превышать значения этого тока. В опросном листе предоставлены дискретные значения этого тока (от 5 до 400 А).

Номинальный ток (номинал) вторичной обмотки трансформаторов тока, устанавливаемого в пункты учета электроэнергии составляет 5 А, в независимости от номинального значения тока первичной обмотки.

После выбора номинала первичной обмотки обязательно выполняется расчетная проверка коэффициента трансформации. Он не должен быть завышен (т.е. при 25%-ной нагрузке трансформатора, работающего в нормальном режиме, ток во вторичной обмотке устройства не должен быть менее 10% от номинального значения (5*10/100=0,5 А)).

Выбор по требуемому классу точности

В соответствии с действующими нормативными требованиями для осуществления коммерческого учета потребления электрической энергии, класс точности установленных трансформаторов тока должен равняться 0,2 или 0,5. Для внедрения пункта учета в автоматизированные системы учета электроэнергии и коммерческого учета потребления электроэнергии в воздушных линиях электропередач напряжением 220 кВ и выше, должны применяться трансформаторы тока с классом точности не хуже 0,2S. Индекс S означает, что погрешность измерительного трансформатора нормируется (сохраняется), начиная уже с 1%-го значения номинального тока первичной обмотки, а проверка изделия изготовителем выполнялась в пяти точках (при пяти величинах тока обмотки в диапазоне 1-120% от номинального). Трансформаторы без этого индекса проверяются только по четырем точкам (от 5% до 120% величины номинального тока).

Выбор трансформатора тока для счетчика ПКУ с таким классом точностью измерения позволяет минимизировать недоучет потребленной электроэнергии при небольших загрузках измерительного трансформатора, что заметно сокращает коммерческие потери в энергосистемах.

Читайте так же:
Плинтусный кабель канал с розеткой

Количество трансформаторов

Требуемое для подключения пункта учёта к линии электропередачи количество измерительных трансформаторов определяется выбранной после технического и экономического расчета схемой измерения, которая зависит от индивидуальных параметров сети: способа заземления, симметрии ее нагрузки. Выбор схемы также выполняется при заполнении опросного листа.

Схемы подключения

Для нормального функционирования приборов учета требуется снижение тока до удобных для измерения значений, которое обеспечивают трансформаторы тока (ТТ). Они позволяют избежать сгорания токовой катушки и поломки прибора при высоких токах в измеряемой цепи. ТТ представляет собой магнитопровод с обмотками:

  • первичной — последовательно подключается к измеряемой силовой цепи. Выполняется с большим сечением (чаще всего в виде проходной шины) и витками, меньшими по количеству, чем у вторичной;
  • вторичной — подсоединяется к токовой катушке счетчика.

Коэффициент трансформации — это и есть отношение тока первичной обмотки к вторичной. Кроме его преобразования до допустимых значений, также происходит гальваническое разделение измерительных и первичных цепей.

Выбор схемы подключения обуславливает надежность работы всей измерительной системы. Необходимо обратить внимание на следующее:

  • нельзя включать счетчик через трансформаторы тока, если он предназначен для прямого подключения в электрическую сеть;
  • без испытательной коробки: сначала подробно анализируют схему и обозначают для нее модель трансформатора, точно соответствующую по мощности и току;
  • нужно обязательно осмотреть порядок расположения контактов, к которым будет подсоединяться трехфазный счетчик.

Выбор трансформатора тока для счетчика ПКУ

Сначала рассмотрим, как происходит подключение по совмещенной схеме. Сразу оговоримся, что она имеет недостатки. К ним относят довольно большую погрешность измерения потребляемой мощности, а также с помощью нее нельзя определить пробои в обмотках трансформатора.

  • Чтобы подключить к счетчику токовый провод и один конец катушки напряжения трансформатора, необходим Контакт 1.
  • Для подключения нагрузки к указанной фазной линии требуется Клемма 2.
  • Для подсоединения второго конца обмотки напряжения используют Контакт 3.

Вторая фаза «В» подключается аналогичным образом с помощью клемм К4, К5 и К6, а также фаза «С» с контактами К7, К8, К9. Поскольку клемма К10 нулевая, то относительно нее на К1, К4 и К7 счетчика поступают фазные напряжения со следующими тремя обозначениями: «А», «В» и «С».

Теперь рассмотрим, как работает более простая схема совмещенного подсоединения вторичных токовых цепей.

➢ Фазные провода от сетевого автомата и вторую клемму фазного напряжения подключают к токовому контакту счетчика.

➢ Фазный ввод катушки должен одновременно стать выходом первичной обмотки трансформатора. Потом он подключается через распределительные цепи к нагрузке.

➢ По одной из фаз к первому контакту токовой катушки счетчика подсоединяют начало вторичной трансформаторной обмотки.

➢ С концом токовой обмотки подключенного счетного механизма соединяют конец вторичной трансформаторной катушки.

Все остальные фазы подсоединяются точно таким же способом. Правила устройства электроустановок регламентируют соединение и заземление вторичных обмоток счетчика. Их выполняют по схеме «звезда».

При подключении через трансформаторный ток основное — это правильно выбрать его тип. Все фазные напряжения, подключаемые к счетчику, должны следовать установленному алгоритму, контролируемому фазометром. В расчет берут следующие показатели: максимально допустимое токовое значение во вторичной обмотке не должно превышать 40% от номинального, а минимальное — 5%.

Как проходит установка трансформатора тока для счетчика

Время проведения работ может варьироваться — от 40 минут до нескольких часов. Это зависит от сложности замены трансформатора, стесненности условий и многого другого. При этом следует понимать, что процедура подразумевает отключение всей электроустановки.

Трансформатор тока для детектирования включений нагрузки в сети 220В

Сердечник и вторичная обмотка самодельного трансформатора тока

Сердечник и вторичная обмотка самодельного трансформатора тока

Недавно у меня возникла необходимость определять на микроконтроллере моменты включения/выключения погружного насоса с поплавковым выключателем, запитанного от сети 220В, т.е. по сути определять наличие потребляемого тока в цепи питания насоса. Когда речь идет об измерениях в сети 220В, то в первую очередь стоит подумать о том, как обеспечить качественную гальваническую развязку, т.е. отсутствие электрического контакта между высоковольтными и низковольтными цепями.

Пожалуй самым простым и быстрым решением было бы взять готовый модуль на эффекте Холла (например на микросхеме ACS712). Однако мне такой вариант не подошёл по двум причинам. Во-первых, он требует питания 5В, а у меня всё было запитано от 3.3В. Во-вторых, он включается в разрыв измеряемой цепи, а мне было очень важно не нарушить работу насоса даже в случае ошибки проектирования или выхода из строя датчика.

Как ни странно, нагуглить готовое решение без специальных модулей для такой казалось бы простой задачи не удалось, поэтому здесь хочу поделиться опытом расчета и изготовления простейших измерительных трансформаторов тока.

Принцип работы трансформатора тока

Пожалуй каждый, кто когда-нибудь работал с аналоговой электроникой, сталкивался наводками от сети 220В. Казалось бы, если от этих наводок так сложно избавиться, то может быть и определить включение нагрузки должно быть очень легко? Однако всё оказалось не совсем так просто.

Действительно, простейший измерительный трансформатор тока можно сделать из мотка обычного двухжильного силового кабеля — по одной из жил запустить измеряемый ток, а с другой снимать полезный сигнал. Попробуем прикинуть (хотя бы по порядку величины), какое напряжение образуется на концах «сигнальной» жилы, если через «силовую» пропустить ток к целевой нагрузке? Может этого будет уже достаточно для решения поставленной задачи?

Моток кабеля в такой конфигурации по сути представляет собой трансформатор с воздушным сердечником. Ток, проходящий через витки силовой жилы, формирует переменное магнитное поле. Это поле создаёт электродвижущую силу ЭДС индукции в каждом витке сигнальной жилы. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока проходящего через окружённую витком поверхность:

Если предположить, что витки в мотке кабеля уложены достаточно плотно, а ток в измерительной жиле равен нулю, то магнитный поток через все витки будет одинаковым, и его можно будет посчитать как произведение индуктивности одного витка , числа витков и тока в силовой жиле . ЭДС во всех измерительных витках будет одинакова и суммарное напряжение на концах сигнальной жилы будет равно произведению числа витков на ЭДС в одном витке:

Читайте так же:
Протокол измерений постоянным током смонтированных парных кабелей 1

В бытовой сети переменного тока , где — частота, равная 50 Гц, а — амплитудное значение силы тока. Значение можно определить исходя из мощности нагрузки и действующего значения напряжения , равного 230 В. В итоге для производной тока по времени получаем такую формулу:

Например, для нагрузки мощностью 1 кВт, подключённой к обычной бытовой сети с напряжением 230 В, вычисленная по этой формуле амплитуда производной тока по времени получится чуть меньше 2000 ампер в секунду.

Индуктивность одного витка посчитаем исходя из радиуса нашего мотка и радиуса проволоки, из которой сделана жила кабеля :

Здесь — магнитная постоянная. Для мотка кабеля диаметром 10 см, имеющего жилы диаметром 2 мм, индуктивность витка получается около 0.25 мкГн. Если такой моток сделать из кабеля длиной 10 метров, то получится около 30 витков. В итоге для нашей нагрузки в 1 кВт напряжение на разомкнутой сигнальной жиле получится таким:

Значение получается вполне детектируемое, но что произойдёт в момент включения или выключения нагрузки, когда ток может изменяться в десятки или даже сотни раз быстрее, чем при нормальной работе? В этом случае вместо 450 мВ на концах сигнальной жилы может быть скачок напряжения в несколько десятков или даже сотню вольт, который вполне может повредить вход микроконтроллера.

Чтобы решить проблему с зависимостью ЭДС индукции от частоты сигнала, в трансформаторах тока используется совсем другой режим работы — вместо того, чтобы разомкнуть вторичную обмотку и измерять на ней напряжение, она замыкается накоротко и измеряется проходящий через неё ток.

Как только в сигнальной жиле появляется ток, он создаёт своё собственное магнитное поле, направленное противоположно исходному. В идеальном случае ток в сигнальной жиле мгновенно вырастет настолько, что полностью компенсирует магнитный поток силовой жилы. Для рассмотренного выше случая с одинаковым числом витков силы тока в двух жилах окажутся равны, а ЭДС индукции в сигнальной жиле будет стремиться к нулю. При разном числе витков отношение токов в силовой и сигнальной обмотках будет определяться отношением числа витков: , а суммарный магнитный поток и ЭДС индукции также будут стремиться к нулю.

Конструкция трансформатора тока

В реальном мире у сигнальной жилы есть ненулевое пассивное сопротивление и для создания в ней тока необходимо ненулевое значение ЭДС индукции, а значит магнитный поток силовой обмотки должен быть скомпенсирован не полностью. Чтобы ток в сигнальной обмотке был максимально близок к идеальному, нужно максимизировать отношение напряжения разомкнутой обмотки к реальному падению напряжения, необходимому для создания этого тока. Этого можно добиться разными способами:

снижением целевого падения напряжения на сигнальной обмотке

увеличением числа витков силовой обмотки

увеличением числа витков сигнальной обмотки

увеличением индуктивности каждого витка

Минимизировать напряжение на сигнальной обмотке можно за счёт более чувствительной схемы измерения тока. В самом простом случае ток преобразуется в напряжение на шунтирующем резисторе и падение напряжения определяется диапазоном детектируемых токов и характеристиками аналогового входа микроконтроллера.

Существенно увеличить число витков в силовой обмотке сложно, т.к. через неё подключается нагрузка, а значит у неё должно быть и сечение достаточно большое, и изоляция надёжная. А вот в сигнальной обмотке число витков можно увеличить весьма значительно, причём поскольку ток в сигнальной обмотке обратно пропорционален числу витков в ней, сечение провода также можно существенно уменьшить. Именно поэтому в токовых трансформаторах в сигнальной обмотке обычно значительно больше витков, чем в силовой.

Индуктивность каждого витка можно очень сильно увеличить с помощью ферромагнитного магнитопровода. Обычная электротехническая сталь увеличивает магнитную индукцию в несколько тысяч раз, а также концентрирует магнитное поле внутри магнитопровода, обеспечивая полноту прохождения магнитного потока через витки сигнальной обмотки. Например один виток на ферритовом кольце R36x23x15 PC40 имеет индуктивность около 3 мкГн, что в 12 раз больше, чем те 0.25 мкГн, которые у нас получились для витка в мотке кабеля намного больших размеров.

Наличие магнитопровода в конструкции трансформатора приводит и к некоторым ограничениям:

Напряжённость поля внутри сердечника ограничена эффектом магнитного насыщения, т.е. чем больше измеряемый ток — тем больше должно быть сечение сердечника, чтобы распределить магнитное поле по большей площади.

Сердечник должен успевать перемагничиваться вслед за изменением магнитного поля силовой обмотке, т.е. частота изменения измеряемого тока ограничена характеристиками материала сердечника.

При перемагничивании сердечника выделяется тепло, что ограничивает произведение частоты изменения тока на величину магнитного поля.

Все эти ограничения однако больше влияют на конструкцию силовых трансформаторов, а для измерительного трансформатора достаточно легко можно обеспечить очень большой запас по каждому из этих ограничений.

От теории к практике

Токовый трансформатор SCT-013

Токовый трансформатор SCT-013

Трансформаторы тока повсеместно используются для измерений в сети 220В. Можно купить готовый трансформатор и через простенькую аналоговую схему подключить его к микроконтроллеру, но возможность и желание ждать заказа есть не всегда, так что мы будем делать самодельный из подручных материалов — в надежде, что это получится и быстрее, и дешевле, и интереснее. Важно сказать, что у меня не было задачи сильно оптимизировать конструкцию — нужно было сделать быстро, просто и понятно, чтобы работало и не ломалось.

Чтобы получить достаточный запас по ЭДС индукции, но сохранить при этом небольшие габариты, я использовал в качестве магнитопровода ферритовое кольцо R36x23x15 PC40 (такое можно купить в ряде магазинов радиодеталей меньше чем за 100 рублей). Первичную обмотку я сделал обычным силовым проводом, просто пропустив его несколько раз через кольцо. А сигнальную обмотку намотал тонким монтажным проводом с сечением 30AWG — таким просто удобнее сделать нужное число витков. Плотность и аккуратность намотки в данном случае были не важны, т.к. достаточно было всего лишь обнаружить включение нагрузки, а не измерять потребляемый ток.

Чтобы оценить запас по ЭДС индукции, я посчитал ожидаемое напряжение на разомкнутой сигнальной обмотке при работающей нагрузке. Для этого сначала вычислил индуктивность одного витка провода на магнитопроводе:

Читайте так же:
Определить рабочий ток для кабеля

Здесь — магнитная проницаемость материала (2300 для феррита PC40 ), — внешний радиус ферритового кольца, — внутренний радиус, — высота. Получилось значение около 3 мкГн.

Дальше я взял паспортную мощность погружного насоса, включения которого нужно было детектировать (320 Вт), и посчитал амплитуду напряжения на разомкнутой обмотке в зависимости от числа витков в первичной и вторичной обмотках:

Самодельный трансформатор тока, подключённый в цепь с тестовой нагрузкой

Самодельный трансформатор тока, подключённый в цепь с тестовой нагрузкой

Поиграв с числом витков, я решил сделать 6 витков первичной обмотки и 130 витков вторичной. Так получился запас ЭДС около 1.5 В и амплитуда тока в короткозамкнутой сигнальной обмотке чуть меньше 100 мА, что при использовании резистора на 5 Ом соответствует падению напряжения около 0.5 В. Больше витков силового кабеля было бы сложнее впихнуть в просвет кольца, да и ток в сигнальной обмотке не хотелось делать слишком большим (т.к. она сделана из довольно тонкого провода). При меньшем числе витков первичной обмотки для получения хорошего запаса по ЭДС пришлось бы сильно увеличить число витков во вторичной обмотке — а значит гораздо больше возиться с намоткой и получить для детектирования в несколько раз меньший ток.

Схема подключения к микроконтроллеру

На выходе трансформатора тока, шунтированного резистором, получается переменное напряжение, которое нужно как-то детектировать с помощью микроконтроллера. Сначала я собирался использовать для этого диодный выпрямитель, однако это оказалось не очень удачной идеей. Дело в том, что на открытом диоде присутствует довольно значительный перепад напряжения, особенно если это не диод Шоттки. Кроме того, детектировать переменный сигнал известной частоты проще в плане соотношения сигнал/шум.

В итоге я решил просто подать напряжение на шунтирующем резисторе (собранном из двух параллельно включённых резисторов R3 и R4 номиналом по 10 Ом) через токоограничивающий резистор R5 на АЦП-вход микроконтроллера A0 . А чтобы выставить уровень напряжения при отсутствии тока в обмотке, сделал простой резистивный делитель R1/R2 со стабилизирующим конденсатором C1 .

Схема подключения трансформатора тока к микроконтроллеру

Схема подключения трансформатора тока к микроконтроллеру

Таким образом, при выключенной нагрузке на входе микроконтроллера будет напряжение, равное половине напряжения питания. А при включённой — колебания частотой 50 Гц вокруг половины напряжения питания с амплитудой, пропорциональной мощности нагрузки.

Резистор R5 не будет влиять на измерения, т.к. при нормальной работе ток через него пренебрежимо мал. Но если по каким-то причинам на выходе трансформатора возникнет скачок напряжения, превышающий половину напряжения питания, в микроконтроллере откроется защитный диод D1 или D2 , соединяющий вход с одной из линий питания. В этом случае через резистор R5 потечёт ток, и напряжение будет падать на этом резисторе, а не на диоде. Таким образом, резистор R5 защищает вход микроконтроллера от скачков напряжения.

Код для микроконтроллера

Поскольку в моём случае достаточно было детектировать сам факт включения нагрузки, код получился очень простым:

В течение одного периода колебаний измеряется максимальное и минимальное значение на АЦП и величина тока определяется по разности между ними. При включённном насосе функция возвращает значение более 200 отсчётов, а при выключенном — меньше 10.

График значений функции measureCurrent() в зависимости от времени

График значений функции measureCurrent() в зависимости от времени

Заключение

В итоге получилась довольно простая, надёжная и дешёвая система детектирования включений погружного насоса. Она непрерывно работает уже 7 месяцев и пока не потребовала каких-либо вмешательств.

Сделать свой собственный трансформатор тока оказалось совсем несложно и достаточно интересно. Я постарался максимально подробно изложить здесь полученный при этом опыт. Надеюсь, эта статья позволит кому-нибудь быстрее разобраться в принципах работы трансформатора тока и реализовать свои собственные проекты с использованием этого элемента.

UPD: В комментариях подсказали очень дешёвый вариант готового трансформатора тока — ZMCT103C, судя по характеристикам его вполне можно было бы использовать для решения моей задачи.

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА – УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ

Трансформатор тока

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

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

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

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

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

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

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

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

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

Номинальное напряжение.

Показатель рабочей величины напряжения в измеряемой электросети.

Номинальный ток.

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

Вторичная нагрузка.

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

Коэффициент трансформации.

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

Электродинамическая стойкость.

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

Термостойкость.

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

Читайте так же:
Установка выключателя света эра серия 12

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

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

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

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

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

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

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

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

ПО СПОСОБУ УСТАНОВКИ, ТИПУ ОБМОТОК

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

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

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

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

По конструкции или наличию первичной обмотки ТТ можно классифицировать на:

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

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

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

ПО ТИПУ ИЗОЛЯЦИИ

Суть такой классификации состоит определении способа изоляции обмоток.

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

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

МАРКИРОВКА ТОКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

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

Она имеет следующий вид:

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

ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

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

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

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

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СЧЕТЧИКА ЧЕРЕЗ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

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

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

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

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

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

Также через этот тип трансформатора допускается подключение электросчетчика.

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

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector