Как выбрать трансформатор тока по мощности ?

Этот расчет — базовая задача при проектировании электроустановок. Неточности в расчетах сразу дают о себе знать. Счетчики начинают врать, защита срабатывает невпопад. Поэтому грамотный подход к выбору параметров трансформатора определяет, насколько надежно будет работать вся электрическая система.

При подборе оборудования нужно смотреть на главное: первичный и вторичный ток, точность работы устройства, нагрузку во вторичной цепи. Отдельного внимания заслуживает проверка на термическую и динамическую устойчивость — без этого никуда.

Причины для установки токовых трансформаторов

На производстве трансформаторы тока ставят по нескольким веским причинам. Главное — безопасность. Через них подключают все измерительные приборы, чтобы человек мог спокойно снимать показания, не рискуя нарваться на высокое напряжение.

В силовых цепях гуляют токи в тысячи ампер. А приборы учета рассчитаны всего на 1-5 ампер. Трансформатор тока решает эту проблему — преобразует большие токи в маленькие, с которыми могут работать стандартные приборы.

Без этих устройств не обойтись и в релейной защите. При коротком замыкании трансформатор передает сигнал на реле, и оно отключает аварийный участок. А в учете электроэнергии трансформаторы тока помогают точно считать, сколько энергии получил потребитель от энергосбытовой компании.

Разновидности трансформаторов тока и назначение

Назначение

Без трансформаторов тока современное электроснабжение просто невозможно. На практике это видно невооруженным глазом: ток в силовых цепях подстанций достигает таких значений, что никакие приборы учета и защиты напрямую с ними работать не смогут. Тут на помощь и приходят трансформаторы тока — берут большой ток и уменьшают до рабочих величин.

Специалисты устанавливают их везде, где требуется считать электроэнергию или контролировать нагрузку. Но особенно важную роль эти устройства играют в релейной защите — случись короткое замыкание, трансформатор тока тут же подаст сигнал на отключение.

На многих подстанциях можно встретить трансформаторы тока, которые были установлены еще в 90-х годах. И ведь работают, держат класс точности — главное, эксплуатировать с умом. Особенно ценят электрики их главное свойство — разделение высоковольтной части от измерительной. С такой защитой можно спокойно обслуживать приборы учета, не беспокоясь о высоком напряжении.

Тип монтажа

Опытные энергетики отмечают несколько основных вариантов установки трансформаторов тока. На практике чаще других применяются опорные модели. Монтажники устанавливают их на изоляторы, закрепленные на фундаменте или металлоконструкциях. В распредустройствах от 6 до 750 кВ такие трансформаторы стали настоящей рабочей лошадкой энергетики.

Для случаев, когда токоведущие части необходимо пропустить через стенку или крышку, специалисты выбирают проходные трансформаторы. В стесненных условиях отлично показывают себя шинные модели — достаточно закрепить на шине, и монтаж практически завершен.

Втулочные трансформаторы находят применение в изоляторах вводов силовых трансформаторов и масляных выключателей. Производственный опыт показывает — каждый тип востребован на объектах. При выборе важно тщательно учесть условия среды и особенности конструктива РУ.

Конструкция первичной обмотки

Конструкция первичной обмотки определяет несколько типов трансформаторов. Производственники часто используют стержневые модели. Их особенность — первичная обмотка выполнена прямым проводником через окно магнитопровода. Многолетняя практика подтверждает — при больших токах такая конструкция не подводит по механической прочности.

На подстанциях, где важна экономия места при сохранении нужного коэффициента трансформации, специалисты применяют катушечные трансформаторы с обмоткой в несколько витков. Такое решение особенно выручает при модернизации старых подстанций.

В условиях тесных распредустройств незаменимыми становятся петлевые трансформаторы. П-образная форма обмотки позволяет монтажникам установить устройство даже в самых сложных местах. Эксплуатационный опыт подтверждает их надежность в различных условиях работы.

Тип изоляции

На подстанциях и в распределительных устройствах можно встретить три типа изоляции трансформаторов тока. Энергетики давно убедились — каждый тип хорош для своих задач. В высоковольтных сетях отлично себя зарекомендовали маслонаполненные конструкции. Масло не подведет — и охладит как следует, и изоляцию обеспечит надежную.

Что касается сетей среднего напряжения — тут сейчас царство литой изоляции. Неприхотливая вещь: поставил и забыл, разве что пыль протереть. Никакой возни с маслом, никакого риска возгорания. Да и места занимает куда меньше старых конструкций. Эпоксидка держит все внешние воздействия на ура — ни влага не страшна, ни механические нагрузки.

С элегазовыми трансформаторами чаще приходится сталкиваться при работе с КРУЭ. Оборудование что надо — компактное, работает как часы. Главное не забывать про контроль давления элегаза, но это уже часть обычного регламента.

При подборе типа изоляции приходится смотреть на разные вещи. И напряжение сети важно, и где стоять будет, и в каких условиях работать. Нередко решение подсказывает сама конструкция распределительного устройства. Ну и без оценки затрат, конечно, никуда.

Класс точности

На подстанциях и в электроустановках особое внимание приходится уделять классу точности трансформаторов тока. Без преувеличения можно сказать — это один из ключевых параметров. Практика эксплуатации не раз доказывала: ошибешься с выбором — получишь недостоверные данные по всей цепочке измерений. В энергетике сейчас в ходу несколько классов: 0.2S, 0.5S, 0.2, 0.5, 1.0 и 3.0.

Если говорить про коммерческий учет, тут требования жесткие — подавай самые точные трансформаторы классов 0.2S или 0.5S. Литера S в маркировке — это не просто буква. Она показывает, что устройство сохраняет точность в широком диапазоне токов: от самых малых, всего 1% от номинала, до перегрузки в 120%. Для расчетов за электроэнергию это крайне важно.

В релейной защите картина другая. Тут вполне достаточно класса точности 5P или 10P, где цифра показывает допустимую погрешность в процентах при токах короткого замыкания. Главное требование — трансформатор не должен входить в насыщение при больших токах.

Технический учет часто ведется трансформаторами класса 0.5 или 1.0. Такой точности вполне хватает для оценки нагрузки и распределения потоков мощности внутри предприятия. К тому же это заметно экономит средства по сравнению с более точными устройствами.

Специалисты знают — погрешность измерения сильно зависит от величины протекающего тока. При малых нагрузках она возрастает, поэтому важно правильно выбрать номинальный ток трансформатора. Лучше, когда рабочий ток составляет 40-80% от номинального значения.

Особенности выбора

Правильный выбор трансформатора тока — дело непростое. На станциях и подстанциях не раз убеждались: пропустишь какую-то мелочь — потом намучаешься. Да и менять оборудование — удовольствие не из дешевых. Потому опытные специалисты подходят к выбору основательно.

В первую очередь смотрят на номинальное напряжение установки. Тут все просто — трансформатор должен гарантированно выдерживать рабочее напряжение сети с запасом на возможные перенапряжения. На практике часто берут с запасом — нервы целее будут.

Следующий важный момент — рабочий ток. Толковые энергетики знают: нельзя ставить трансформатор впритык к нагрузке. Лучше иметь запас по току процентов 30-40. Иначе в случае роста нагрузки придется менять оборудование раньше времени.

Особое внимание уделяют току короткого замыкания. Тут два момента: трансформатор должен и сам выдержать КЗ, и обеспечить правильную работу релейной защиты. Поэтому проверяют и термическую, и динамическую стойкость устройства.

С местом установки тоже нужно определиться толково. Одно дело — поставить в чистенькой ячейке, и совсем другое — на открытом распределительном устройстве где-нибудь в промзоне, где пыль столбом. Тут уж без правильного исполнения никак не обойтись — иначе оборудование долго не протянет.

Подбор токового трансформатора для организации релейной защиты

На производстве задача выбора трансформаторов тока для релейной защиты решается по отработанному алгоритму, основанному на практическом опыте эксплуатации.

Определение номинального первичного тока проводится исходя из рабочего тока защищаемого присоединения – выбирается ближайшее большее стандартное значение. С учетом режимов перегрузки целесообразно брать параметры с небольшим запасом.

Важнейший этап – проверка на термическую стойкость при КЗ. Расчетный ток КЗ в точке установки сравнивается с током термической стойкости трансформатора. Стандартное время стойкости составляет одну секунду, в отдельных случаях требуется три секунды.

При проверке электродинамической стойкости ударный ток КЗ должен быть ниже предельных характеристик трансформатора. Несоблюдение этого требования приводит к необходимости замены оборудования при первом серьезном коротком замыкании.

Особое внимание требуется к работе в режиме КЗ. Недопустимо насыщение магнитопровода, ведущее к некорректной работе защиты. Расчет погрешности трансформации проводится с особой тщательностью.

Вторичная нагрузка строго регламентируется. Превышение номинала, заданного производителем, вызывает недопустимый рост погрешности. Учитывается сопротивление всех приборов и проводов.

Для защиты оптимален класс точности 10Р, обеспечивающий достаточную точность в нормальном режиме и корректную передачу сигнала при КЗ. Практика эксплуатации подтверждает правильность такого выбора.

Условия монтажа определяют конструктивное исполнение. Наружная установка требует усиленной изоляции для минимизации эксплуатационных затрат.

Нюансы выбора устройств для цепи учета

При выборе трансформаторов тока для схем учета электроэнергии есть свои особенности. Тут уже не до шуток — ведь речь идет о точном подсчете денег, как для поставщика, так и для потребителя. Энергетики со стажем знают — мелкая ошибка в измерениях выливается в серьезные суммы при больших объемах энергии.

В первую очередь нужно определиться с классом точности. Для коммерческого учета выбор невелик — только 0.2S или 0.5S, никак иначе. Причем если мощность предприятия больше 100 МВт, тут даже думать нечего — однозначно ставим 0.2S.

Важно правильно подобрать номинальный ток первичной обмотки. На практике лучше всего, когда рабочий ток составляет примерно 60-70% от номинала. Меньше — появляется приличная погрешность, больше — трансформатор будет перегружен. А перегруз в цепях учета — это лишняя головная боль.

Еще один важный момент — нагрузка вторичной цепи. Тут есть четкие границы: минимум 25% от номинальной нагрузки трансформатора. Иначе точность измерений падает, и все благие намерения идут прахом. Бывалые специалисты советуют не жадничать с сечением контрольных кабелей — себе дороже выйдет.

В последнее время все чаще используют трансформаторы тока с двумя сердечниками — один для защиты, другой для учета. Такая схема себя хорошо зарекомендовала: и надежно, и точно. К тому же при обслуживании цепей защиты схема учета остается нетронутой.

Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью к измерительным трансформаторам напряжения нужен особый подход. Казалось бы — обычное дело, трансформатор и трансформатор. Но практика эксплуатации показывает — тут есть свои подводные камни.

Самая большая головная боль — феррорезонанс. Явление коварное, может возникнуть при однофазных замыканиях на землю. В результате трансформатор перегревается, изоляция не выдерживает — и привет, внеплановый ремонт. А то и полная замена оборудования.

На подстанциях давно заметили — антирезонансные трансформаторы напряжения работают куда надежнее обычных. Конструкция у них хитрая: в дополнительной обмотке используется специальный успокоительный резистор. Он-то и гасит опасные колебания в самом зародыше.

При выборе трансформатора напряжения обязательно учитывают режим заземления нейтрали. Тут важно все: и мощность сети, и протяженность линий, и характер нагрузки. На крупных подстанциях обычно ставят антирезонансные трансформаторы — от греха подальше.

С нагрузкой тоже нужно определиться правильно. Перегруз вторичных цепей чреват повышенным нагревом и снижением точности измерений. А недогруз может привести к тому самому феррорезонансу. Поэтому опытные энергетики стараются держать нагрузку в диапазоне 25-100% от номинальной.

Отдельного внимания заслуживает защита от перенапряжений. В сетях с изолированной нейтралью броски напряжения — дело обычное. Без качественных разрядников или ОПН трансформатор долго не проживет. Тут экономить точно не стоит.

Расчет трансформатора тока по мощности

Как рассчитать трансформаторы тока — с этой задачей регулярно сталкиваются проектировщики электрических сетей. На подстанциях не раз убеждались — неверный расчет мощности превращает работу защиты и учета в постоянную головную боль.

Любой грамотный расчет начинается с определения вторичной нагрузки. В расчет берут три составляющие: нагрузку измерительных приборов, сопротивление проводов и контактов. По проводам есть четкие требования, проверенные годами эксплуатации — для защиты берут минимум 2,5 квадрата, а для учета нужны провода сечением от 4 квадратов. Меньше просто нельзя — начнутся проблемы с точностью.

На подстанциях пристальное внимание уделяют контактным соединениям. В реальной схеме их набегает больше десятка — тут и клеммники, и переходники, и коммутационные зажимы. На каждое соединение накидывают 0,05 Ом — вроде немного, но в сумме набегает приличное сопротивление.

На объектах давно заметили — нагрузка должна быть не меньше четверти и не больше номинала трансформатора. Если выйти за эти границы, защита начинает капризничать, а счетчики показывают что попало.

В эксплуатации часто сталкиваются с тем, что контакты стареют и окисляются. Поэтому опытные проектировщики всегда закладывают запас мощности 15-20%. Такой подход избавляет от необходимости частой проверки и подтяжки контактов.

Грамотный расчет трансформатора тока — залог спокойной работы оборудования. На действующих подстанциях это знают не понаслышке — попытка сэкономить время на проектировании выливается потом в бесконечные проблемы с эксплуатацией.

Пример расчета на 10 кВ

Расчет трансформаторов тока лучше разобрать на конкретном примере. Допустим, нужно подобрать трансформатор для подстанции 10 кВ. Что имеем на входе? Сеть на десять киловольт, максимальный рабочий ток 150 ампер, а при коротком замыкании может врезать все 21 килоампер.

Начнем с азов. Напряжение изоляции — однозначно 10 кВ, тут без вариантов. А вот с первичным током интереснее. По таблице стандартных номиналов 150 ампер попадает между 100 и 200. Берем 200 — запас карман не тянет. Вторичку делаем стандартную — 5 ампер.

Теперь самое важное — проверяем, выдержит ли трансформатор короткое замыкание. У нас может быть ток 21 тысяча ампер. А трансформатор на 200 А даже с 20-кратной перегрузкой дает всего 4 тысячи. Маловато будет! Придется брать на 600 ампер — такой уже при перегрузке в 20 раз выдаст 12 тысяч ампер.

Следующий шаг — считаем нагрузку на вторичке. Что там висит на трансформаторе? Амперметр — это 0,1 Ом, счетчик съедает 0,2 Ом, релюшка защиты — еще 0,15 Ом. Кабель тянется на 8 метров — это добавит 0,32 Ома. Итого получаем 0,77 Ом. Отлично — для класса точности 0.5S можно нагружать до 1 Ома.

После всех расчетов выходим на такие параметры:

• Напряжение — 10 кВ
• Первичный ток — 600 А (с запасом)
• Вторичка — обычные 5 А
• Точность измерительной обмотки — 0.5S
• Защитная обмотка — класс 10P
• Нагрузка по паспорту — 1 Ом
• Перегрузка при КЗ — в 20 раз

Такой трансформатор отлично справится и с учетом, и с защитой. И самое главное — не сгорит при коротком замыкании.

Видео обзор — трансформаторы тока