ТРАНСФОРМАТОР: НАЗНАЧЕНИЕ, ТИПЫ И ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Необходимы устройства для подключения измерительных приборов, учета и другого оборудования. К ТТ подключается устройство, фиксирующее потребление электроэнергии. Установка приборов учета без трансформаторов тока на объектах, подключенных к трехфазной сети, невозможна.

Использование трансформатора тока устраняет необходимость в усиленной изоляции. Изготавливать приборы на большие токи экономически нецелесообразно.

Сложно подключить устройство на 200 А, которое выдержит такую ​​же нагрузку. Разместить счетчик на обмотках прибора тоже непросто. Гораздо проще подключить трансформатор, выдающий 200А на 5А. Кроме того, первичная обмотка изолирована от вторичной обмотки и таковой нет, поэтому ее можно использовать в установках выше 1000 В для гальванической развязки цепи. Высокий потенциал, такой как ячейка, в которой производится измерение. Трансформаторы доводят ток первичной цепи до его номинального значения (5 А или 1 А) и применяются в основном в сетях выше 1000 В.

Трансформаторы (ТН) доводят напряжение первичной цепи до номинального значения 100 В и применяются в сетях выше 1000 В. На промышленных и коммунальных объектах такие устройства обеспечивают безопасное подключение различных измерительных приборов. Трансформатор – это устройство с определенной нагрузкой. Подключены счетчики электроэнергии, устройства релейной защиты и автоматики. Для питания этих устройств подается стандартное линейное напряжение 100 В.

КОНСТРУКЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Трансформаторы (тока и напряжения) имеют первичную и вторичную обмотки и унифицированный магнитопровод, по которому передается электромагнитный поток. Первичная обмотка ТТ на средние и большие токи чаще всего одновитковая (кроме специально разработанных лабораторных трансформаторов) и представляет собой сборную шину, проходящую через корпус и жестко закрепленную. Обмотки проходят через прямоугольные или ступенчатые монтажные отверстия. Второй вариант подходит для фиксации различных покрышек.

Индуктивная связь возникает между вторичной и первичной обмотками. В результате токи, проходящие через них, изменяют свои параметры.

Трансформаторы тока лабораторного типа имеют внутри круглое отверстие. они удобнее. Устройство может быть установлено на панели кабельного ввода и пропущено через кабельную жилу. Трансформаторы измеряют ток без лишних контактных соединений.

Вторичная обмотка должна быть замкнута. Если трансформатор не используется, перемычка будет короткой. С измерительным прибором, если он работает. Запрещается отключать эту цепь при прохождении тока нагрузки, так как напряжение в этом случае резко возрастает. В этой ситуации электрик подвергается удару током для снятия амперметра, повреждения изоляции или выхода из строя как трансформатора, так и подключенных к нему устройств.

ВИДЫ УСТРОЙСТВ

ТТ имеют конструктивные и функциональные отличия от ТН. В их вторичной цепи ток не зависит от сопротивления, исходящего подключенного потребителя, и остается стабильным в течение всего времени. Меняется только показатели напряжения. В ТН наоборот.

В зависимости от соотношения витков на первичных и вторичных обмотках все трансформаторы подразделяются:

ТТ относятся к повышающим приборам. Число витков на вторичной обмотке может во много раз превосходить их количество на первичной. ТН - к понижающим.

ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

НОМ 6 -10 — долгожители в данной группе приборов. Однофазные устройства с масляным естественным охлаждением для установок на 6-10 кВ. Обмотка трансформатора находится в герметичном баке, заполненном маслом. На маркировке указывается также год разработки и тип климатического исполнения.

Обычно однофазные ТН подключаются парами по схеме разомкнутого треугольника. При междуфазном замыкании какой-либо из приборов остается в работе, поэтому двух трансформаторов достаточно для контроля линейного напряжения.

Соединение разомкнутым треугольником решает довольно простые задачи. В более сложных схемах возникает проблема асимметрии напряжений при различных токах нагрузки по фазам. Поэтому в таких случаях ТН подключают треугольником.

ЗНОМ — заземляемые трансформаторы. От НОМ отличаются только компактными габаритами. У них всего один высоковольтный вывод с изоляцией высокого класса. Второй соединен с землей и располагается рядышком со вторичными обмотками.

НТМИ — трансформатор напряжения, трехфазный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции. Конструкции из соединенных однофазных трансформаторов занимают слишком много места. Для трехфазных сетей удобнее использовать один ТН, подключаемый ко всем фазам. Вместо стандартного магнитопровода в нем установлен 5-стержневой. На 3 центральных располагаются обмотки всех фаз. 2 крайних применяются для равномерного распределения магнитных потоков.

Первичные обмотки внутри соединены в звезду с обязательным подключением нулевого вывода. Вторичные обмотки могут заземляться нулевым. Это важно для работы приборов, контролирующих сопротивление изоляции . При их включении на исправной без замыкания на землю стрелка остановится на показателе фазного напряжения, а с замыканием — упадет до 0. Это дает возможность определить поврежденную фазу, увидеть режим замыкания на землю или асимметрию по фазам и устранить ее с помощью специальных переключателей.

ТН упрощает работу оперативного персонала, помогает вычислить перегоревший предохранитель. При этом система сигнализации и контроля реагирует только в случае замыкания на землю и не замечает междуфазного замыкания или перегрузки.

НАМИ — трансформатор напряжения, антирезонансный, масляный, с обмоткой для контроля изоляции. Явление феррорезонанса наблюдается при работе ТН с первичными обмотками, соединенными с землей. Возникновение колебаний приводит к тому, что через обмотку проходит ток, во много раз превышающий номинальный. В результате трансформатор преждевременно выходит из строя из-за теплового пробоя. Стартом для феррорезонанса становится замыкание на землю. Чтобы нейтрализовать колебания, конструкцию прибор дополнили трансформаторами на отдельных магнитопроводах и особым образом подключили к цепям резисторы.

НАМИТ — аналогичное устройство, предназначенное исключительно для трехфазных сетей.

НАЛИ — трансформатор напряжения, антирезонансный, литой, с обмоткой для контроля изоляции. Явление феррорезонанса наблюдается при работе ТН с первичными обмотками, соединенными с землей. Возникновение колебаний приводит к тому, что через обмотку проходит ток, во много раз превышающий номинальный. В результате трансформатор преждевременно выходит из строя из-за теплового пробоя. Стартом для феррорезонанса становится замыкание на землю. Чтобы нейтрализовать колебания, конструкцию прибор дополнили трансформаторами на отдельных магнитопроводах и особым образом подключили к цепям резисторы.

НОЛ — трансформатор напряжения, однофазный, литой. Это устройства нового поколения, лишенные недостатков масляных ТН. Изолирующий состав в них не разливается, в отличие от масляных ТН и пожаробезопасен. Он позволяет уменьшить габариты приборов и использовать их в КРУ без выделения специальных ячеек. Их можно использовать как в однофазных, так и в трехфазных сетях, установив рядом 3 прибора.

НОЛП — модели со встроенным предохранителем.

ЗНОЛ — заземляемые литые трансформаторы.

ПО КАКИМ КРИТЕРИЯМ ВЫБИРАЮТ ОБОРУДОВАНИЕ?

КЛАСС ТОЧНОСТИ

В зависимости от номинальной нагрузки трансформаторы тока условно можно разделить на 2 группы:

Один из важнейших параметров прибора — коэффициент трансформации . Это 2 цифры, которые при маркировке записываются в числителе дроби и показывают номинальный ток первичной обмотки. В знаменателе указывается нормируемый ток вторичной обмотки. Обычно он составляет 5 А, реже бывает 1 А. Данный коэффициент делает трансформатор универсальным, поскольку измерительные приборы имеют шкалу с шагом 5 А.

Назначение конкретного устройства определяется классом его точности.  

• 10 Р (самый низкий) - используется для релейной защиты;

• 5 Р - используется для релейной защиты;

• 1 Р — используется для релейной защиты либо технического учета электроэнергии;

• 0,5 - применяется для подключения измерительных приборов, технического учета электроэнергии (редко коммерческого) и средств телеизмерения (телемеханики);

• 0,5S - класс точности, стандартно используемый для систем АСКУЭ (коммерческий учет электроэнергии);

• 0,2 - используется для систем коммерческого учёта электроэнергии;

• 0,2S - используется для систем коммерческого учёта электроэнергии;

• 0,1 - класс точности лабораторных (поверочных) трансформаторов.

Кроме того, важно учитывать, что вторичных обмоток трансформаторов тока может быть несколько (1÷5) и у каждой из них свой класс точности. Модели до 1000 В не являются многообмоточными, поэтому при их использовании выгоднее поставить 2 последовательных трансформатора, чем одно устройство с 2 обмотками. Неопытные электрики, видя по 2 винта на каждой клемме, иногда решают что в приборе 2 обмотки и не замечают что эта единая клемма, соединенная пластмассовой перемычкой.

Последовательно соединять трансформаторы на 1000 В и выше нецелесообразно из-за больших размеров ячеек.  Чаще всего устанавливают приборы с 2-3 обмотками различных классов точности. Одна из них используется в качестве релейной защиты (10 Р), другие — для измерений или учета (0,5, 0,5S), поскольку объединять эти цепи не принято.

В показаниях трансформатора тока допускается небольшая погрешность. Важно следить, чтобы вторичная нагрузка не превышала номинального значения, указанного в паспорте устройства.

У трансформаторов напряжения основные классы точности:

• 0,2;

• 0,5 ;

• 1,0;

• 3,0

Реже встречаются прецизионные 0,02 и 0,05. Класс 10 Р, характерный только для релейной защиты, отсутствует. В трансформаторах для коммерческого учета достаточно точности не выше 0,5. Для подключения счетчиков класса 2 и 0 можно использовать приборы точностью 1,0.

Требования к устройствам для технического учета значительно ниже. У трансформаторов напряжения, как и у измерительных, есть предельная нагрузка. Если она превышает определенные значения, класс точности устройства снижается. На шильдике прибора указано, каким значениям соответствуют различные классы. Если точность не слишком важна, трансформатор можно нагружать до максимальной мощности.

На класс точности влияет также длина контрольных кабелей. Чем она больше ,тем меньше напряжение, выдаваемое потребителю. Соответственно, счетчик не учитывает какую-то часть электроэнергии . Поэтому существуют нормы на допустимое падение напряжения в цепях . Они варьируются в зависимости от назначения системы учета электроэнергии и класса точности прибора. Если же к мощному трансформатору подключен только 1 счетчик с малой нагрузкой, то показатели тоже будут неверными. Чтобы избежать этого, устройство дополнительно нагружают с помощью догрузочных резисторов.

НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ НАГРУЗКИ

Класс точности — важный, но недостаточный параметр. При выборе трансформатора тока необходимо также ориентироваться на номинальную мощность нагрузки, которая может быть подключена к обмотке. Если эту величину превысить, трансформатор тока выйдет за пределы своего класса точности и начинает давать неверные показатели. Мощность устройства складывается из мощностей полезной нагрузки всех подключенных приборов и мощности потерь в меди и стали (Р1= Р2+Р пот.). Без этого ни один трансформатор не может работать. В свою очередь, мощность рассчитывается путем умножения показателей силы тока и напряжения.

ВАРИАНТЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

РАСЧЕТ НАГРУЗОК

Система будет работать безупречно только при правильном подключении трансформатора тока по нагрузке и всех приборов к нему. Чтобы исключить проблемы, важно соблюдать правила при выборе оборудования. Одно из ключевых: нужно подобрать модель с подходящим коэффициентом преобразования. Только в этом случае измерительные трансформаторы будут работать штатно, а в сети будет исключен риск завышенных значений тока. 

Также нужно внимательно изучить инструкцию к трансформаторам, счетчику. Некоторые модели устройств уже имеют встроенную защиту. Они не предназначены для трансформаторного включения, и при подключении через трансформатор работать нормально такие приборы уже не будут. Если счетчик рассчитан на работу через ТТ, то нужно установить подходящий тип трансформатора по значениям тока и мощности. Можно обратиться к инструкции ТТ, различным справочным руководствам, где можно получить необходимые сведения. 

В оборудовании должны соблюдаться два условия: 

• Uc.ном = U1ном;
  

• S2 рас < S2 ном.
  

Расчетная мощность вторичной цепи (S2 рас) всегда должна быть меньше мощности номинальной (S2 ном). 

Параметр U рассчитывается по-разному в зависимости от особенностей оборудования. Если подразумеваются однофазные модели, которые соединены в звезду, то для проведения расчетов необходимо сложить мощность всех трех фаз. Если же подразумевается схема соединения по форме разомкнутого треугольника, то в этом случае расчет выполняется иначе – нужно удвоить мощность одного трансформатора. 

Вторичная нагрузка включает сопротивление приборов, проводов, контактов. 

Чтобы определить сопротивление приборов, необходимо составить специальную таблицу. Существуют уже готовые решения, однако они не учитывают особенностей конкретного оборудования. В таблицу включают данные по всем электроизмерительным приборам, которые входят в цепь. Чтобы рассчитать суммарное сопротивление приборов, необходимо разделить суммарную потребляемую приборами мощность на номинальный ток вторичной обмотки трансформатора.

Расчет сопротивления проводов при выборе трансформатора тока по нагрузке осуществляется с учетом их длины и сечения, а сопротивление контактов определяется количеством подключенных приборов. Если их не более трех, то этот параметр равен 0,05 Ом, более трех – 0,1 Ом. При расчете сопротивления проводов также надо учесть, что минимальное сечение для медных составляет 2,5 мм2, для алюминиевых – 4 мм2.

Длину проводов рассчитывают по расстоянию между трансформатором и приборами, а также от схемы соединения ТТ и устройств. При выборе трансформатора тока по нагрузке нужно учесть, что возможно включение прибора в полную и неполную звезду. Длину можно рассчитать ориентировочно с учетом характеристик объекта: 

• в щитах управления она составляет 30–40 м;
  

• при монтаже приборов в шкаф – до 6 м;
  

• для РУ, РУ ПО – от 45 до 80 м.
  

При стандартном сечении провода может оказаться, что показатели вторичного сопротивления в трансформаторной цепи выше. В такой ситуации важно определить, какое сечение проводов требуется для получения допустимого сопротивления во вторичной цепи. Выбирая трансформатор по нагрузке, нельзя допускать просчетов – они могут привести к серьезным последствиям.

Формулы получения необходимых значений сечения проводов можно найти в специализированных справочниках – они широко доступны. При расчетах часто получаются неточные и дробные значения, которые можно округлить в большую сторону. Это стандартный подход для выполнения таких расчетов.

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ КОНТАКТОВ

Одна из распространенных ошибок при подключении трансформатора – неправильное подключение контактов. Эта ошибка может показаться грубой, но она весьма распространена даже среди достаточно опытных мастеров. Не стоит полагаться на опыт – лучше лишний раз заглянуть в руководство и проверить, в каком порядке расположены контакты. Производитель мог их поменять, это стандартное явление. Причина ошибок мастеров в том, что они все уже знают и не заглядывают лишний раз в инструкции.

На счетчике присутствуют фазы и клеммы для каждой фазы. В большинстве случаев их значения стандартные, хотя этот факт не помешает уточнить по руководству (инструкции). В каждой из фаз первая клемма рассчитана на подключение силового провода и одного из проводов катушки трансформатора. Второй контакт рассчитан на нагрузку. Третий контакт нужен для подключения второй обмотки. Если все соединить правильно, то система будет работать так, как должна.

Такая схема подключения называется совмещенной, она используется повсеместно. Однако ее критикуют за избыточную погрешность. Поэтому на практике мастера часто используют другой вариант – более простую схему. В ней фазные провода и вторая клемма фазного напряжения относятся к токовому контакту.

Выход первичной обмотки ТТ и фазный ввод приходится на один контакт. Потом его подключают к нагрузке. После этого остается только подключить начало и конец вторичной обмотки трансформатора тока, по нагрузке подходящего для выбранной сети. Начало подключают к первому контакту прибора, а конец – к токовой обмотке механизма счетчика. Такой принцип подключения используется для каждой из фаз. 

Вторичные обмотки счетчика важно соединить и заземлить. В данной схеме это осуществляется по принципу звезды. Заземление необходимо – оно гарантирует не только стабильную работу приборов, но и безопасность для персонала. Если использовать упрощенную схему подключения, то вместо 10 проводов можно взять всего 7. Это значительно упрощает процесс и позволяет избежать ошибок при соединении большого количества контактов. 

Стоит еще раз напомнить, что при использовании любой схемы оборудование будет работать как положено, если трансформатор тока по нагрузке выбран правильно, учтены все нюансы. В противном случае не избежать сбоев в работе и проблем со счетчиками. Определить, что оборудование выбрано правильно, можно по параметрам тока во вторичной обмотке. Его минимальное значение должно составлять не менее 5% от номинального, а максимальное – не более 40%.

При подключении счетчика через трансформатор тока по нагрузке используются два вида схем:

• косвенные;
  

• полукосвенные.
  

Когда используется косвенная схема, счетчик подключается через ТТ (трансформаторы тока) и ТН (трансформаторы напряжения). Этот вид подключения распространен на различных промышленных объектах, его невозможно встретить в частных домах или офисах. Такое соединение требуется, если на объекте работает сложное высоковольтное оборудование.

Полукосвенная схема – более распространенная, в ней счетчик подключается исключительно через трансформатор тока. Здесь используется специальный счетчик, который имеет 10–11 выводов. Их разбирают на три группы для подключения трех фаз. Один контакт оставляют для подключения нулевого проводника.

При монтаже важно соблюдать ряд правил. При монтаже оборудования перемычки, которые используются для замыкания токовых цепей, должны быть замкнуты. Но перед включением устройств перемычки надо разомкнуть. Ситуации, когда рабочие забывают это сделать, не так уж и редки. Имеет значение также схема, по которой вкручены и выкручены винты для закорачивания цепей в испытательной коробке.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРОВ ЧЕРЕЗ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Подключение счетчика через трансформатор тока по нагрузке может осуществляться двумя способами:

• по схеме с совмещенными цепями;
  

• 7-проводной схеме;
  

• 10-проводной схеме.

Особая схема подключения используется, когда счетчик подключается через трансформатор тока и трансформаторы напряжения.

Классическая 10-проводная схема используется при подключении полукосвенным методом – только через трансформатор тока (ТТ). Наглядно такую схему можно посмотреть в руководствах. Ее преимущества:

• заземление токовых цепей;
  

• простота монтажа;
  

• учет ведется по каждой фазе;
  

• работы с электросчетчиком не требуют отключения устройства.

Это безопасный способ подключения, который часто используется профессионалами. Начинающим мастерам рекомендуется использовать его, но работать очень внимательно. Схема имеет один недостаток – большой расход проводников. Из-за изобилия проводов есть риск запутаться и совершить ошибку.

Такой вид подключения максимально надежный. Если будет нарушена работа по одной из фаз, другие продолжат нормально функционировать.

Альтернативная 7-проводная схема проще 10-проводной. Она также реализуется при подключении счетчика полукосвенным методом. Детально такую схему можно рассмотреть в руководствах. Преимущества такого решения – в экономии проводников, безопасности системы, простой работе со счетчиком. Цепи напряжения все заземлены, можно не бояться удара током.

Минус у этой схемы один – она не является самой надежной. В схеме присутствует совмещенная токовая цепь, при нарушении которой перестанут работать все три фазы. Однако этот способ прост в запоминании и может легко использоваться начинающими мастерами.

Схема с совмещенными цепями используется при подключении приборов полукосвенным методом. Здесь при помощи перемычек цепи напряжения соединяются с токовыми. Этот способ монтажа сегодня запрещен, однако его можно найти в старом оборудовании. Такая схема подключения больше не применяется, потому что она не соответствует современным стандартам.

Для подключения оборудования косвенным методом используется одна принципиально отличная от других схема. Здесь токовые цепи проводятся к счетчику через трансформаторы тока (ТТ), а цепи напряжения проводятся через трансформаторы напряжения (ТН). Более подробно такая схема также представлена в специализированных справочниках, где ее можно изучить в деталях. Использовать этот способ подключения нет смысла в сетях ниже 1000 В.