Трансформаторы тока для электросчетчиков: расчет по нагрузке и назначение

Как подобрать трансформатор тока для электросчетчика по нагрузке

Технические решения современных домов изобилуют приборами, которые создают нагрузку на сеть. Электрические варочные панели, духовки, котлы и бойлеры лидируют в потреблении. Запросы современных индукционных плит доходят до 11000 ВА, а учётная аппаратура не подключается напрямую при 100+ А. Альтернативный выбор — использовать трансформаторы тока (ТТ) для электросчётчиков.

Устройство ТТ
Ключевые параметры измерительных трансформаторов
Оборудование учётного узла

Устройство ТТ

Трансформаторы преобразовывают измеряемую величину из большей в меньшую или наоборот. Действуют они с помощью электромагнитной индукции. В основе прибора находится магнитный сердечник, собранный из прямоугольных стальных рамок, а на нём закреплены витки изолированных проводов — обмотки. Входная катушка подключена к источнику и у ТТ представлена всего одним витком. В зависимости от модели трансформатора место первичной обмотки может занимать:

намотка на сердечнике;
зафиксированная шина с соединительным винтом, которая проходит через корпус;
отверстие ступенчатой или прямоугольной формы, чтобы пропустить и закрепить шину при монтаже;
круглое окно под жилу кабеля для бесконтактных соединений (бытовые реле со встроенными трансформаторами).

Отличие измерительных трансформаторов от силовых в том, что ток вторичной цепи остаётся постоянным вне зависимости от сопротивления потребителя — меняется напряжение. У включённого в сеть трансформатора тока нельзя размыкать вторичную обмотку. Она всегда должна быть замкнута на измерительное устройство, при его отсутствии — перемычками накоротко. Если продуцируемый ток исчезнет, напряжение достигнет значения в киловольты. Скачок спровоцирует выход из строя аппаратуры (особенно чувствительны полупроводниковые приборы), повреждение изоляции и возгорание, витковое замыкание, травмирование обслуживающего персонала. В целях безопасности заземление каждой обмотки в одной точке является обязательным.

Ключевые параметры измерительных трансформаторов

Принцип действия трансформатора тока

Номинальное напряжение определяет цепи, в которых трансформатор может функционировать. Существуют две большие группы: до 1кВ и выше. В быту распространены преобразователи класса 0,66 кВ.

Коэффициент трансформации — отношение номинального первичного и вторичного токов. На входе значения варьируются в зависимости от параметров питающей сети: 1, 2, 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. На выходе оно унифицировано под шкалу измерительных приборов 1, 2, 5. Маркировка с обозначением выглядит как дробь (50/5, 100/5, 200/5 и т. д.).

Класс точности указывает на максимальную допустимую погрешность в учёте энергии в процентах. Наиболее точные приборы используются в коммерческих целях:

0,2s;
0,5s.

В измерительных цепях разной направленности:

0,1;
0,2;
0,5;
1;
3.

Релейная защита: 10Р.

Если количество обмоток больше одной, для каждой класс точности определяется отдельно. До 1000 В принято соединять простые ТТ последовательно, а выше 1000 В это накладно, поэтому устанавливается один преобразователь с несколькими обмотками. Например, первая может быть на цепь защиты — 10Р, вторая 0,5, третья — 0,5s.

При несоблюдении номинальной мощности нагрузки, указанной в характеристиках трансформатора (5 ВА, 10 ВА, 15 ВА, 30 ВА и т. д.) класс точности падает относительно заявленного.

Оборудование учётного узла

Вводной автоматический выключатель

Для учётного шкафа узла свыше 100 А определен минимальный комплект оборудования.

Вводной автоматический выключатель, через который силовая линия заходит во внутреннюю сеть. От его нижней части до трансформаторов доступ для неквалифицированного персонала закрыт по нормам. Простой вариант защиты представлен оргстеклом, зафиксированным опломбированными шпильками.

Трансформаторы тока. Коэффициент трансформации зависит от мощности, которая выделена пользователю сети. Расчёт производят сотрудники Энергосбыта и предоставляют ТУ (технические условия).

Однофазный счётчик не предполагает использование преобразователей. В трёхфазных сетях распределение нагрузки может быть неравномерно, поэтому учёт ведётся по каждой фазе отдельно. Выбирать все 3 ТТ необходимо от одного производителя, с одинаковым набором свойств.

Испытательная коробка переходная

Колодка клеммная измерительная ККИ (испытательная панель) состоит из 2 секторов. Токовый имеет 7 пар клемм. 1 — заземление. К 6 остальным подходят провода от вторичных обмоток ТТ. Между ними можно установить попарные перемычки для замыкания сети перед отключением учётного устройства. В сектор напряжения заходят кабеля фаз A, B, C и нулевой проводник N. Ползунковые перемычки позволяют размыкать цепь при помощи отвёртки.

Счётчики могут быть электромеханические (дисковые), электронные (с ЖК дисплеем, дистанционным управлением), комбинированные. Энергосбыт предписывает требования к прибору в ТУ индивидуально. Схема подключения каждой модели находится на крышке или в прилагаемом паспорте.

Универсальный счётчик имеет 10 клемм, сгруппированных по 3 на каждую фазу, последняя — ноль. Первая, третья клемма — выход с вторичной обмотки трансформатора И1, И2; вторая — фазный провод.

Производители выпускают похожие счётчики прямого и нет подключения. При подборе нужно внимательно изучить маркировку. На фазном счётчике вместо максимально допустимого значения тока указан коэффициент трансформации (например: 5(7,5), 3X150/5 А)

Провода используют жёсткие, сечение 2,5+ мм2, формируя кольца для подключения. Возможны мягкие с изолированными наконечниками. В счётчике жила зажимается двумя винтами.

Патрон с электролампой через клавишный выключатель от конденсата в щитах наружной установки.

Бокс с окошками под табло учётного прибора и рычаги автоматов.

Комплектация дополняется защитной автоматикой в соответствии с проектом электросети.

Чтобы подобрать трансформатор для трёхфазного счётчика, следует составить желаемый план разводки электросети, утвердить его с региональным представителем Энергосбыта и получить технические условия. Выбирать модель следует строго по указанным в документе характеристикам.

Трансформаторы тока для работы с электросчетчиками

Современные потребности в электроэнергии настолько высоки, что приборы учета могут не выдерживать силу тока, необходимую для подключенного объекта. Разделение точек потребления на отдельные линии не всегда возможно, да и учитывать потребление энергии разными приборами для одного объекта нецелесообразно: расчет оплаты может быть неточным. Чтобы устранить этот дисбаланс, применяются трансформаторы тока для электросчетчиков.

Устройства работают по обычному принципу трансформатора: закону электромагнитной индукции.

первичная обмотка подключается в рабочую цепь последовательно с основной нагрузкой, не оказывая влияние на параметры питания;
при протекании электротока, вокруг первичной обмотки наводится магнитный поток, величина которого пропорциональна силе тока в рабочей цепи;
посредством магнитопровода, во вторичной обмотке возникает ЭДС (электродвижущая сила);
под воздействием ЭДС в обмотке возникает электроток, который можно измерить на приборе учета со стандартными параметрами подключения.

Схема типового подключения счетчика с трансформаторами тока изображена на иллюстрации (данный рисунок не является инструкцией по монтажу, может использоваться лишь как учебное пособие).

На контакты «Л1», «Л2» первичной обмотки подключается рабочая силовая линия (ток «I1» протекает через обмотку). Проводник должен выдерживать рабочие параметры линии, и не оказывать большого сопротивления, чтобы не снижать рабочие параметры электроснабжения объекта.
Вторичная обмотка изготавливается с учетом рабочих параметров силовой линии с коэффициентом, достаточным для обеспечения работы счетчика.
Приборы учета и средства контроля (защиты) подключаются к контактам «И1», «И2».
Сила тока вторичной обмотки «I2» собственно является объектом измерения, учета и сигнальным параметром для срабатывания устройств защиты.
Для защиты вторичной обмотки от перенапряжения применяется перемычка «К», шунтирующая цепь при отключении приборов учета (иных измерителей).

Важное отличие измерительного трансформатора тока от обычного силового

Независимо от сопротивления потребителя (это может быть подключение к электросчетчику, защитному устройству, и прочему) сила тока остается неизменной и зависит только от нагрузки на первичную обмотку.

При размыкании вторичной обмотки трансформатора тока во время работы силовой линии, напряжение на контактах достигнет огромного значения (по закону Ома стремится к бесконечности). В результате могут выйти из строя полупроводниковые приборы измерения. Кроме того, есть риск повреждения изоляции обмотки трансформатора, и поражения персонала электротоком. Поэтому, при отключении счетчика от трансформаторов тока, вторичная обмотка обязательно замыкается накоротко с помощью перемычки «К» (на иллюстрации).

Важно: Для обеспечения безопасности операторов и защиты оборудования, один из контактов вторичной обмотки заземляется («N» на иллюстрации).

Таким подсоединением уравнивается потенциал вторичной обмотки и земли. Работа с приборами учета и контроля становится безопасной для персонала.

Конструктивное исполнение прибора оптимизировано для соединения со счетчиками, поэтому случайное использование трансформатора тока в иных целях исключено.

Можно сказать, что трансформатор тока для счетчика работает по принципу вала отбора мощности на двигателе. Только его использование не несет потери для основной линии электроснабжения.

Для чего нужны трансформаторы тока

Для счетчиков энергии и других измерительных приборов, подключение к высоковольтной линии чревато усложнением конструкции (соответственно, стоимость прибора может вырасти в разы). Аналогичная ситуация с иными контрольными приспособлениями и устройствами обеспечения безопасности. Необходимо обеспечить развязку между высоковольтной линией и параметрами, приемлемыми для работы. Исходя из этого, назначение трансформатора тока следующее:

Произведя расчет пропорций рабочих параметров на вторичной обмотке, инженеры получают коэффициент измерений. Вторичка подключается к любым измерительным приборам: амперметрам, ваттметрам, счетчикам электроэнергии, и прочему. Переменный ток малого значения удобен в работе, не представляет опасности для персонала, измеряется обычными приборами без дорогостоящих систем защиты. Учитывая компактность, трансформаторы легко монтируются в типовой распределительный щиток.
Еще одна функция трансформатора тока — обеспечение работы систем управления и защиты. Для вывода информации о состоянии электрических цепей достаточно небольшого уровня сигнала. Гигантские значения напряжения на силовых линиях не позволяют подключить к ним управляющие цепи. Поэтому компоненты релейной защиты и управления соединяются с вторичными обмотками трансформаторов, и работают на линиях в десятки тысяч вольт, как будто это бытовой вводной щиток в квартире. Разумеется, безопасность также на высоте.

Мы рассмотрим основную задачу прибора: подключение счетчика через трансформаторы тока. Поскольку однофазные системы работают без высоких потенциалов напряжения, трансформаторы тока чаще всего обеспечивают работу трехфазного счетчика.

Начнем с классификации

Как и любой электроприбор, подобрать трансформатор можно по параметрам и установочным характеристикам:

Назначение: измерительный, управляющие и лабораторные. Нас интересует, как подключить измерительный вариант.
Номинальное напряжение первичной обмотки, один из основных параметров: до 1000 В или свыше 1000 В.
Конструкция первичной обмотки. Одновитковые, многовитковые, стержневые, шинные, катушечные. От конструкции первички зависит способ монтажа.
Способ установки: трансформаторы могут встраиваться в электроустановку, накладываться на силовые шины, монтироваться в распределительные шкафы или трансформаторные подстанции. Кроме того, существуют переносные приборы для организации контроля или временного учета электроэнергии.
Тип монтажа: в зависимости от выбранного способа установки и подключения, монтаж может быть проходным или опорным. На иллюстрации проходной тип монтажа.
Количество ступеней трансформации. При работе с высоким напряжением, может потребоваться каскадное снижение выходных параметров. При этом можно выбирать, куда подключать измерительные (управляющие) приборы: на один или несколько каскадов трансформации.
Тип изоляции между обмотками и сердечником. Как и в обычных трансформаторах: сухая (керамика, бакелит, некоторые виды пластмасс) или мокрая (классическая бумажно-маслянная). Современные компактные трансформаторы заливаются компаундом. Параметр учитывается при выборе температурного режима эксплуатации: высокий нагрев или наружная установка при минусовых температурах.

Важно: При подключении 3 фазного счетчика через трансформаторы тока, параметры всех приборов должны быть идентичными.

Разобравшись, как выбрать трансформатор тока по способу установки, научимся производить расчет

С учетом параметров электрических счетчиков, и значения напряжения на линии, выбираем коэффициент трансформации. Он должен обеспечивать максимальную точность измерения трехфазного счетчика, при соблюдении мер безопасности.

Согласно требованиям ПУЭ (правил устройства электроустановок), необходимо оставлять запас коэффициента трансформации на превышение допустимой нагрузки. При максимальной нагрузке на линии, ток во вторичной обмотке не должен быть ниже 40 % от номинального тока счетчика. Соответственно при минимальной нагрузке этот показатель составит 5 %.

Существует целая подборка справочной литературы по этому вопросу, наиболее популярной является типовая таблица:

Зная расчетные параметры силовой линии и возможного потребления тока, можно рассчитать коэффициент трансформации.

Перед вводом в эксплуатацию, обычно производится испытательный монтаж на тестовую колодку. Моделируются рабочие условия эксплуатации объекта, при соблюдении мер безопасности испытываются аварийные режимы.

Важно: Подобные испытания следует проводить только под надзором инженеров по безопасности энергоснабжающей компании.

После проведения тестовых измерений на дублирующих счетчиках, проводится окончательный расчет коэффициента преобразования. Затем составляется акт переноса показаний на счетчики с учетом параметров трансформатора.

Если параметры работы устраивают потребителя и поставщика электроэнергии, производится окончательный монтаж трансформаторов и трехфазного счетчика. Типовая электросхема на иллюстрации:

Пример реального расчета коэффициента трансформации

Мы знаем, что для обеспечения завышенного коэффициента трансформации, необходимо обеспечить следующее условие:

при загрузке силовой (основной) линии на 25 %, во вторичной обмотке сила тока не превысит 10 % от расчетной.

Условия задачи: расчетный ток в режиме нормальной загрузки оборудования составляет 240 А. Устанавливаем параметры аварийного режима: коэффициент 1.2. Значит, сила тока при перегрузке равна 288 А. Номинальная сила тока счетчика составляет 5 А.

Важно: Перегрузкой считается сила тока, при которой еще не срабатывает защитное устройство отключения электропитания.

По рекомендациям энергетиков, или в соответствии со справочными таблицами, выбираем трансформатор тока с коэффициентом трансформации 300/5.

Проводим расчет тока первичной обмотки при нагрузке 25 % от номинала. I1=240×25/100. Полученный результат: 60 А.
Проводим расчет тока вторичной обмотки при нагрузке 25 % от номинала. I2=60/(300/5). Полученный результат: 1 А.

Вторичный ток превышает 10 % от номинальной силы тока счетчика: 1 А > 0.5 А. При таких расчетах видно, что трансформатор тока для подключения конкретного счетчика подобран верно.

Класс точности и погрешность

Для обеспечения правильности учета показаний потребления электроэнергии, регламентирующими нормативами установлены следующие классы точности для токовых трансформаторов:

счетчики коммерческого учета: 0.2;
счетчики технического учета: 0.5.

Условия считаются выполненными, если реальная нагрузка на вторичную обмотку трансформатора не превышает номинально установленную нагрузку для данного класса точности.

Кроме того, параметры прибора должны обеспечивать токовую и угловую погрешность. Для нормальной работы устройств защиты и точного снятия показаний, токовая погрешность не должна превышать 10 %, а угловая 7°.

Результат построения векторной диаграммы токов на иллюстрации:

Iµ=I1+I2, остальные параметры и обозначения взяты из школьного курса физики. Проведя тестовые измерения, можно убедиться в соответствии (не соответствии) собранной схемы требованиям ГОСТ и ПУЭ.

Видео по теме

Как правильно считаются показания счетчика электроэнергии с трансформаторами тока

Счетчики электроэнергии до 100 А подключаются прямо к сети, при снабжении коммерческих объектов и больших предприятий дополнительно устанавливаются преобразователи напряжения и электротока. При расчетах за потраченную электроэнергию необходимо знать, как проводится подсчет эл. энергии через трансформаторы тока конкретной модели.

Виды и правила выбора преобразователя электротока
Классификация
По способу монтажа
По типу изоляции
Какие параметры учитывать
Расчет показаний счетчика непрямого подключения
Пример расчета

Виды и правила выбора преобразователя электротока

Трансформаторное оборудование, снижающее электроток (ТТ), классифицируется по различным характеристикам, в том числе коэффициенту преобразования. Это оборудование требуется, если объект потребляет мощности, которые в несколько раз превышают возможности обычного узла.

ТТ преобразует ток до уровня, позволяющего подключить для контроля обычные электросчетчики на одну или три фазы и создать систему защиты линии.

Классификация

По способу монтажа

ТТ по такому принципу делятся на:

опорные (устанавливаемые на поверхности);
проходные (прикрепленные к шинопроводу);
шинные (прикрепленные к шине);
встроенные в системы силового электротока;
разъемные (установленные на кабелях).

По типу изоляции

Трансформатор электротока может быть:

с эпоксидной смолой или специальным лаком;
в пластиковом корпусе;
с твердой изоляцией из фарфора, бакелита. твердого пластика;
с вязким составом (маслом);
наполненные газом;
с масляно-бумажной изоляцией.

Какие параметры учитывать

Для расчета показаний электросчетчика с трансформаторами тока важен коэффициент трансформации. Он может быть одноступенчатый или каскадный (многоступенчатый). Последний вид ТТ отличается наличием нескольких вторичных обмоток и большим количеством витков в первичной обмотке.

Основное условие при выборе преобразователя – электроток вторичной обмотки должен быть такой же или меньше электротока, для которого предназначен электросчетчик.

Нежелательно покупать ТТ со слишком высоким уровнем трансформации. При подобном выборе придется устанавливать счетчик на приемный вход. Более популярны преобразователи с одним коэффициентом, не меняющие показание во время эксплуатации. При их использовании проблема, как считаются показания счетчика электроэнергии, подключенного через трансформаторы тока, решается проще.

Расчет электроэнергии по счетчику с трансформаторами тока можно провести только в том случае, если известен коэффициент трансформации. Он должен быть указан в техдокументации, с которой продавался ТТ, и на корпусе. При подозрениях на неточности в отображаемых цифрах коэффициент можно посчитать самостоятельно.

Чтобы рассчитать коэффициент, необходимо подключить преобразователь к электротоку, создающему короткое замыкание во вторичной обмотке, и измерить, сколько ампер в ней.

Коэффициент трансформации – соотношение значений поданного электротока и проходящего во вторичной обмотке.

Например, если короткое замыкание вызвали 150 А, на вторичной обмотке 5 А, действительный коэффициент 30. Это более точное значение, чем номинальное, которое определяется по номинальному электротоку первичной и вторичной обмотки. Результат расчета показаний электросчетчика с трансформаторами тока более точный.

Расчет показаний счетчика непрямого подключения

ТТ устанавливаются в сети, потребляющие сотни киловатт эл энергии. Принцип работы такого преобразователя основан на снижении величины электротока до значения, позволяющего подключить через него стандартный электросчетчик. Например, счетчик на 5 А, в сети 150 А, ТТ должен снизить показатель в 30 раз, то есть, коэффициент трансформации, используемый при подсчете расхода, тоже 30.

Как считать показания счетчика с трансформатором тока? Нужно их просто считать и отнять показатель, считанный в начале расчетного периода.

Потом полученная цифра умножается на коэффициент трансформации, указанный в технической документации или акте поставщика электроэнергии, рассчитанный самостоятельно. Это и есть ответ на вопрос, как рассчитать электроэнергию с трансформаторами тока.

Пример расчета

Рассмотрим, как рассчитать показания счетчика электроэнергии с трансформаторами тока с коэффициентом трансформации 100/5=20.

Например, на счетчике было значение, на 200 кВт превышающее цифру, списанную в начале периода.

При поиске ответа на вопрос, как рассчитать показания счетчика электроэнергии непрямого подключения с трансформаторами тока, важно учесть, что погрешность между реальным значением и указанным в техдокументации не должна превышать 2%. Показание должно быть снято с рабочего ответвления.

Решая вопрос, как посчитать показания счетчика электроэнергии, включенного в сеть с трансформатором тока, необходимо учитывать, что у любого прибора есть определенный срок службы. После того, как он закончился, не стоит надеяться, что считанные показания будут точные.

При покупке преобразователя необходимо проверить год и месяц выпуска. Это оборудование проверяется каждые 4 года, поэтому не должно быть просроченное.

Данные на шильдике изделия должны полностью совпадать с информацией в техпаспорте.

При выборе трехфазного ТТ необходимо учесть, что период со дня выпуска до пломбирования не должен превышать 12 месяцев. В противном случае возникнут дополнительные затраты на покупку другого преобразователя или госпроверку уже приобретенного.

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]:

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

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.

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

Правильный выбор трансформатора тока по ГОСТу

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).

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 менее 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.

Трансформаторы тока для электросчетчиков: расчет по нагрузке и назначение

Технические решения современных домов изобилуют устройствами, создающими нагрузку на сеть. Варочные поверхности, духовки, чайники и электрочайники – лидеры потребления. Потребности в современных индукционных плитах достигают 11000 ВА, а измерительное оборудование не подключается напрямую к 100+ A. Альтернативным выбором является использование трансформаторов тока (ТТ) для счетчиков электроэнергии.

Устройство ТТ
Ключевые параметры измерительных трансформаторов
Оборудование учётного узла

Устройство ТТ

Трансформатор тока

Трансформаторы преобразуют измеренное значение из более высокого в более низкое или наоборот. Они работают за счет электромагнитной индукции. В основе устройства лежит магнитопровод, собранный из стальных прямоугольных рам, к которому прикреплены витки изолированных проводов – обмотки. Входная катушка подключена к источнику, а ТТ представлен только одним витком. В зависимости от модели трансформатора место первичной обмотки могут занимать:

обмотка сердечника;
неподвижная планка с соединительным винтом, проходящим через корпус;
ступенчатое или прямоугольное отверстие для пропуска и фиксации автобуса при установке;
круглое окошко для жилы кабеля для бесконтактного подключения (бытовые реле со встроенными трансформаторами).

Дизайн ТТ

Отличие измерительных трансформаторов от силовых в том, что ток вторичной цепи остается постоянным независимо от сопротивления потребителя – меняется напряжение. Когда трансформатор тока подключен к сети, вторичная обмотка не должна быть открыта. Он всегда должен быть замкнут накоротко на измерительный прибор, при его отсутствии – замкнут перемычками. Если генерируемый ток пропадает, напряжение достигает значения в киловольтах. Прыжок вызовет отказ оборудования (особенно чувствительны полупроводниковые приборы), повреждение изоляции и возгорание цепи катушки, а также травмы обслуживающего персонала. По соображениям безопасности заземление каждой обмотки в одной точке является обязательным.

Ключевые параметры измерительных трансформаторов

Принцип работы трансформатора тока

Номинальное напряжение определяет схемы, в которых может работать трансформатор. Есть две большие группы: до 1кВ и выше. В быту распространены преобразователи класса 0,66 кВ.

Коэффициент трансформации – это соотношение между номинальными токами первичной и вторичной обмоток. На входе значения меняются по параметрам электросети: 1, 2, 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. На выходе унифицирован под шкалу средств измерений 1, 2, 5. Маркировка с обозначение выглядит дробью (50/5, 100/5, 200/5 и т д).

Класс точности указывает максимально допустимую погрешность в учете энергии в процентах. В коммерческих целях используются наиболее точные инструменты:

0,2 секунды;
0,5 секунды.

Символ s указывает на то, что можно размещать сообщения в пределах минимального диапазона. Для других моделей это слепое пятно.

В измерительных цепях разного направления:

0,1;
0,2;
0,5;
1;
3.

Релейная защита: 10П.

Если количество обмоток больше одной, класс точности определяется отдельно для каждой. До 1000 В принято последовательно подключать простые трансформаторы тока, а выше 1000 В – дорого, поэтому устанавливается преобразователь с несколькими обмотками. Например, первый может быть по схеме защиты – 10П, второй – 0,5, третий – 0,5 с.

При несоблюдении номинальной мощности нагрузки, указанной в характеристиках трансформатора (5 ВА, 10 ВА, 15 ВА, 30 ВА и так далее), класс точности падает относительно заявленного.

Оборудование учётного узла

Входной переключатель

Определен минимальный набор оборудования для шкафа учета узла более 100 А.

Вводный выключатель, через который линия питания входит во внутреннюю сеть. От его фонда до трансформаторов доступ неквалифицированному персоналу закрыт по закону. Простой вариант защиты – оргстекло, закрепленное герметичными штифтами.

Трансформаторы тока. Коэффициент трансформации зависит от мощности, назначенной пользователю сети. Расчет проводится сотрудниками Энергосбыта и сопровождается техническими условиями (техническими условиями).

Однофазный счетчик не требует использования преобразователей. В трехфазных сетях распределение нагрузки может быть неравномерным, поэтому учет ведется отдельно по каждой фазе. Вы должны выбрать все 3 ТТ от производителя с одинаковым набором свойств.

Перед регистрацией на сайте необходимо сохранить технический паспорт. Инспектор не примет трансформатор, после выпуска которого прошло больше года. На корпусе устройства есть специальный колпачок с винтом для пломбирования. Ниже может быть вторая пара зажимов заземления и устройство для сети напряжения.

Адаптер тестового бокса

Измерительная клеммная колодка ККИ (тестовая панель) состоит из 2-х секторов. Текущий имеет 7 пар клемм. 1 – заземление. Остальные 6 подходят для проводов вторичной обмотки ТТ. Между ними могут быть установлены парные перемычки для замыкания сети перед отключением устройства учета. В сектор напряжения входят фазные кабели A, B, C и нейтральный провод N. Скользящие перемычки позволяют размыкать цепь с помощью отвертки.

Счетчики могут быть электромеханическими (дисковыми), электронными (с ЖК-дисплеем, дистанционным управлением), комбинированными. Энергосбыт индивидуально прописывает требования к устройству в технических условиях. Схема подключения для каждой модели есть на обложке или в прилагаемом паспорте.

Счетчики электроэнергии

Универсальный счетчик имеет 10 клемм, сгруппированных по 3 для каждой фазы, последняя из которых равна нулю. Первый, третий вывод – это выход вторичной обмотки трансформатора I1, I2; второй – фазный провод.

Производители выпускают аналогичные счетчики с прямым подключением и без. При выборе необходимо внимательно изучить маркировку. На фазометре вместо максимально допустимого значения тока указывается коэффициент трансформации (например: 5 (7,5), 3X150 / 5 А)

В кабелях используются жесткие кольца сечением 2,5+ мм2, образующие соединение. В наличии мягкий с утепленными наконечниками. В счетчике сердечник фиксируется двумя винтами.

Патрон с электрической лампой через клавишный выключатель от конденсата в вызывных панелях.

Коробка с окошками для индикации счетчика и рычагов станка.

В комплект интегрированы автоматические защитные устройства согласно проекту электрической сети.

Для выбора трансформатора для трехфазного счетчика необходимо составить нужную схему подключения электрической сети, согласовать ее с региональным представителем Энергосбыта и получить ТУ. Модель нужно выбирать строго исходя из характеристик, указанных в документе.

Как подобрать трансформаторы тока для систем учета электроэнергии

Страница 1 из 2

Много где читал, что при выборе ТТ по току. Номинал ТТ должен быть больше или равен максимального тока установки.
Но согласно ГОСТ 7746-2001 п 6.6.2 Наибольшие рабочие первичные токи трансформаторов на номинальные токи до 10000 А должны соответствовать указанным в таблице 10.
И в таблице указано, что ТТ со значением номинального первичного тока 15, 30, 75, 150, 200, 300, 600, (А) в обязательном порядке должны выдерживать наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно, 16, 32, 80, 160, 200, 320, 630, (А). То есть получается максимальный ток установки может быть больше номинала ТТ.
В моем случае согласно ТУ
Максимальная нагрузка 165 кВт, Сила тока максимальная 258 А, категория 3
Можно поставить, возможно 250 но по нему нет информации в ГОСТ 7746-2001 в таблице 10. Есть 200А и 300А. соответственно не понятно какую максимальную нагрузку должен держать 250 согласно ГОСТА
По расчету согласно п.1.5.17 ПУЭ проходит и 250 и 300 даже 400.
Соответственно ясно, что только 200 нельзя ставить и ниже.

Помогите разобраться как правильно согласно нормативов подобрать трансформатор
какой трансформатор нужно ставить если Сила тока максимальная 258 А ?

всё что связано с упорядоченным движением заряженных частиц

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 %.

Спасибо почитал РМ-2559. Но ничего особо ограничивающего там не сказано.
По первичной обмотке
Есть расчет I р min / Ктт ≥ I min (0,1 А)
Но учитывая что минимальный ток достаточна плавающая величина и ее можно уменьшить и увеличить при желании разброс большой.

По расчету согласно ПУЭ тоже большой разброс получается. может я не так считаю ?

трансформатор тока выбран правильно, если при
максимальной нагрузке ток во вторичной обмотке трансформаторов тока будет
составлять не менее 40% номинального тока счетчика, а при минимальной
рабочей нагрузке – не менее 5%.
Проверяем трансформатор тока 400 / 5
Ток в первичной цепи при максимальной нагрузке 165 кВт
I мах= Р / 3 U cos f = 258,75128 А
Ток во вторичной цепи при максимальной нагрузке составляет:
I2 = I1 / Коэф.трансорм. = 3,234391 A
40 % I н.сч. = 2 А
I 2 > 40 % I н.сч.; 3,234391 > 2 условие выполняется

Минимальная нагрузка составляет Рмин. = 50,0 кВт
Ток в первичной цепи при минимальной нагрузке 50 кВт
I мin= Р / 3 U cos f = 78,409479 А
Ток во вторичной цепи при минимальной нагрузке составляет:
I2 = I1 / Коэф.трансорм. = 0,9801185 A
5 % I н.сч. = 0,25 А
I 2 > 5 % I н.сч. ; 0,980118 > 0,25 условие выполняется

Проблема в том что электрику в части общего проекта сдавать на экспертизу и потом замечание из-за этого получать не хочется. Заказчик хочет трансформатор побольше поставить 400/5, я не могу четко сказать ему почему 400/5 нельзя ставить, по расчету они проходят.
Класс точности под Счётчики меркурий 230 – 0,5, номинальный вторичный ток 5. Вопрос только по Номинальному первичному току трансформаторов. Ограничений не найду что 400 нельзя.

6.2.Коэффициент трансформации трансформаторов тока должен выбираться по расчетному току присоединения. Величина
расчетного тока присоединения не должна превышать номинальный ток трансформатора тока.
6.3.Завышение коэффициента трансформации трансформаторов тока недопустимо.
6.4. В резервируемых схемах, когда ток аварийного режима проходит через один из счетчиков, коэффициент трансформации
трансформаторов тока должен выбираться потоку аварийного режима с учетом допустимой 20% перегрузки
трансформаторов тока в аварийном режиме.

1. ток 258А трансформаторы 250/5 противоречит п. 6.2

2. по п. 6.3 что является завышение коэффициента трансформации тока ? Я так понимаю минимальный ток вторичной цепи не должен был меньше определенного занчения 0,5 А

возмем I норм режима 200 А (можно подогнать под любую величину впринципе до 258А) сейчас она точно не понятна
При 25%-ной нагрузке ток в первичной цепи составляет I1 = (200*25)/100 =50А

Ток вторичной цепи. при трансах 300/5 КТТ =60 при 400/5 КТТ = 80

I2 = I1/nt = 50/60 = 0,83 А

I2 = I1/nt = 50/80 = 0,625 А

Обе величины больше 0,5

А теперь допустим I норм режима 50 А. I max 259 А

трасны 200/5 возмем КТТ = 40

I1 = (50*25)/100 =12,5 А
I2 = I1/nt = 12,5/40 = 0,3125 менее 0,5. Получается тогда даже 200 не подходят.

3. 6.4 не совсем понял это 2 категория имется что ли в ввиду смысл АВР по 3 категории. И на АВР обычно если вторая категория ставяться отдельные два счетчика и трансы. Ну там уже какая схема подключения. Я так понимаю это если вторая категори и АВР один счетчик то на него надо транс с возможностью 20% перегрузки.