Вторичная обмотка трансформатора тока: можно ли раскорачивать токовые цепи

Что из себя представляет измерительный трансформатор тока

Трансформатор тока — это небольшой электрический трансформатор, обычно 5 Вт, в котором первичная обмотка намотана толстым проводом или шиной. В устройствах, предназначенных для сетей с силой тока более 100 А, вместо обмотки используется кабель или шина, проходящая через магнитопровод.

Нагрузками ТА являются амперметры, реле максимального или минимального тока и токовые обмотки электросчетчиков. Это устройства с низким внутренним сопротивлением, поэтому ТТ работает в режиме короткого замыкания.

Видео- в конце статьи!

Что такое трансформатор тока (далее ТТ) и в целом для чего он нужен?

Само название говорит само за себя: оно трансформирует, то есть трансформирует ток. Фактически, это источник тока. Конечно AC.

Кроме того, он работает только для снижения тока, увеличения трансформаторов тока просто не существует.

Зачем нам электричество? Есть также трансформаторы напряжения, которые дают нам 220 вольт в наших домах, и мы безопасно используем электричество, и, похоже, нам не нужно больше энергии.

Конечно, нам, обычным потребителям, чистый ток не нужен, но без него всякая автоматика, электроизмерительные приборы, релейная защита просто не будут работать.

Например, если снять ток с катушек электросчетчика, он не будет считать киловатты, именно так некоторые останавливают счетчики.

Так, для измерения тока больших значений — 100, 200 и даже 1000 Ампер предусмотрены трансформаторы тока.

Если без них, амперметры должны быть размером с автомобильное колесо или даже больше!

Например, на подстанциях для прохождения тока в 1000 ампер алюминиевые покрышки делают шириной с ладонь взрослого человека, а это 8-12 см!

И такие шины или кабели следует подключать к амперметру для измерения большого тока, если ТТ не используется!

Итак, у нас есть панельные счетчики = амперметры, ваттметры, очень маленькие варметры.

Это первое свойство трансформаторов тока: уменьшать ток до значений, подходящих для измерения.

На подстанциях и электростанциях используются те же ТТ — и в сети 10 кВ, и в 35 и так далее — 110 220 500 киловольт.

Здесь без ТТ никак не обойтись! Мало того, что ток в первичной обмотке велик, но еще и очень опасное высокое напряжение на проводах, и вы не можете защитить себя от него никакой изоляцией.

Даже представить не могу, как можно было бы измерить ток без ТТ, например, на подстанции на 500 киловольт! А какой амперметр строить ?! Какая изоляция!

Отсюда следует второе свойство ТТ: он изолирует устройства и людей от высокого напряжения.

ТТ устроен очень просто: первичная обмотка большого сечения (иногда просто алюминиевая шина); магнитопровод, состоящий из множества тонких листов электротехнической стали;

вторичная обмотка намотана на магнитопровод.

Ну собственно сам корпус или цоколь. В этом весь прибор.

Магнитопровод собирается из тонких листов, чтобы уменьшить влияние вихревых токов внутри стали, возникающих при появлении магнитного поля.

ТТ работает (как и все трансформаторы) на явление взаимной индукции, это замечательное свойство обнаруживается только в переменном токе.

Когда ток проходит через первичную обмотку, в сердечнике магнитной цепи формируется магнитный поток, который, в свою очередь, индуцирует вторичный ток во вторичной обмотке, который имеет гораздо меньшее значение и прямо пропорционален изменению начальный.

То есть, если ток в первичной обмотке изменился дважды, то и во вторичной он увеличился вдвое. Если в три, то вторичной обмотки тоже три.

Конечно, есть небольшая погрешность, например, для ТТ в измерительных приборах в штатном режиме разница тока между первичной и вторичной обмотками не более 0,5% (конечно, с учетом коэффициента трансформации).

То есть ТТ имеют класс точности 0,5.

Важная деталь: трансформаторы тока работают в режиме короткого замыкания!

Их вторичная обмотка закорочена перемычкой (если она не используется) или подключена к нагрузке с очень низким сопротивлением, близким к нулю, или, по крайней мере, в несколько Ом.

При большом нагрузочном сопротивлении вторичной обмотки ТТ начинает лежать и тоже нагревается, что ни к чему хорошему не приводит…

Также вторичная обмотка должна быть заземлена!

Один из выводов обмотки подключается к заземляющему устройству. Это сделано для безопасности обслуживания цепей вторичного тока.

А на подстанциях высокого напряжения это также снимает статический заряд с токовых цепей.

Итак, что должен знать каждый электрик:

— режим работы ТТ — режим короткого замыкания

— Цепи вторичного тока ТТ должны быть заземлены

-TT выбирается из коэффициента трансформации

Расчетное значение тока КЗ

Как узнать ток короткого замыкания? Казалось бы: что сложно? Подставьте значения в формулу и посчитайте!

Однако полный расчет тока короткого замыкания очень сложен и может быть посвящен курсовому или даже дипломному проекту. При этом необходимо знать много исходных данных (например, мощность трансформатора на ТП и индуктивное сопротивление всех участков кабельных линий), и в любом случае результат будет теоретическим, не принимая во внимание реальность — например, резисторы контактные. Также важно учитывать, что при коротком замыкании возникают две составляющие тока: апериодическая (ударная часть, наиболее мощная и непредсказуемая), действующая только в начальный момент переходного процесса, и периодическая, практически не действующая не меняйте его значение от начала до конца происшествия.

Поэтому расчеты обычно оставляют аспирантам и конструкторам, но на практике фактический ток короткого замыкания измеряется с помощью специальных приборов. Для более точного расчета можно воспользоваться книгами, представленными в конце статьи, или программами расчета.

б) Общие условия испытания

При эксплуатационных или специальных электромагнитных испытаниях методом короткого замыкания эксперимент проводится после второй сборки трансформатора для определения безрезервуарного напряжения короткого замыкания и потерь или для измерения полей рассеяния в различных точках активной части трансформатора. Во время приемочных испытаний испытание на короткое замыкание проводится на собранном маслонаполненном трансформаторе. При квалификационных и периодических испытаниях на нагрев методом короткого замыкания трансформатор полностью собирается вместе с системой охлаждения (глава 12). Результаты измерения потерь и напряжения короткого замыкания практически не зависят от того, с какой стороны подводится питание. Поэтому для удобства при испытаниях двухобмоточных трансформаторов происходит короткое замыкание обмотки НН, и питание подается на обмотку ВН. Трехобмоточные трансформаторы Па, во время испытания на короткое замыкание пары обмоток VP и MV, напряжение подается на обмотку MV, когда обмотка HV замкнута накоротко. Перед испытанием на короткое замыкание необходимо убедиться в надежном коротком замыкании соответствующей обмотки, а также выводов всех вторичных обмоток трансформаторов тока, встроенных в трансформатор. Замыкание входов короткозамкнутой обмотки должно производиться с максимальной осторожностью, используя короткие медные провода или шины, сечение которых должно быть не меньше сечения штыря, по которому проходит ток, или входной шины этой обмотки. По мнению Л. 1-3 при испытании каждого первого образца трансформаторов данного типа плотность тока в проводах питания и проводах, используемых для выполнения короткозамкнутых обмоток, при проведении экспериментов не должна быть более 1,8 медь и 1,2 А / мм2 из алюминия. Во время приемочных испытаний испытание на короткое замыкание проводится на ступени номинального напряжения, а во время квалификационных и периодических испытаний, кроме того, на ступенях максимального и минимального напряжения обмотки. Перед экспериментом переключатели ответвлений обмоток должны быть установлены на требуемую ступень, а их приводы должны быть заблокированы. Если приводы устройства, такие как выключатели, установлены неправильно, между подвижными и неподвижными контактами выключателя может образоваться небольшой зазор. Напряжение короткого замыкания во время эксперимента может быть достаточным для разрыва зазора между контактами, а образовавшаяся между ними электрическая дуга может вызвать повреждение (оплавление) контактов.

Высокий ток КЗ – это хорошо или плохо?

Как я показал на графике выше, чем дальше короткое замыкание от источника питания, тем ниже будет ток короткого замыкания, так как сопротивление линии будет больше. Высокие токи короткого замыкания обычно возникают в точках электрической сети, ближайших к подстанции, а кабельные линии имеют большое поперечное сечение. В сетях электроснабжения напряжением 0,4 кВ токи короткого замыкания более 6 кА считаются относительно высокими, а токи короткого замыкания более 15 кА практически не встречаются. Итак, что у нас есть:

Минусы низкого тока КЗ

• большое падение напряжения при достаточно мощной нагрузке;
• обычно низкое напряжение на электроприборах. В этом случае не всегда поможет стабилизатор;
• нестабильность напряжения на электроприборах в зависимости от времени суток или сезона. Я изучил стандарты напряжения и допуски;
• большое время срабатывания выключателя (до бесконечности) при коротком замыкании на землю (срабатывает только тепловой расцепитель);
• необходимость установки автоматических выключателей с характеристикой отключения «В» для возможности срабатывания электромагнитного расцепителя с большей вероятностью в случае короткого замыкания. Эта спорная тема обсуждается в моей статье о Дзен. Зачем ставить машины с функцией «B”;
• обязательная установка УЗО — при этом, помимо своих «основных» задач (отключение при большом токе утечки, а также для защиты человека при прямом и непрямом контакте), УЗО выполняет функцию защиты от короткого замыкания цепь — цепь на массу (ПУЭ 1.7.59, 7.1.72).

Плюсы низкого тока КЗ

• возможность установки недорогих автоматических выключателей с низкой номинальной отключающей способностью при коротком замыкании (Icn = 4500 A);
• относительно легко гарантировать селективность между входным и последующим автоматами. Но нужно рассчитать и измерить точное значение тока короткого замыкания,
• низкий пусковой ток электродвигателей и других инерционных нагрузок. Статья Что такое пусковой ток, как его измерить и рассчитать.

Минусы высокого тока КЗ

• невозможность обеспечения селективности между вышестоящими и нижележащими автоматами. Вывод: установка рубильника или автоматического выключателя с таймером;
• необходимость установки АБ с высокой номинальной отключающей способностью при коротком замыкании (Icn = 6000, 10000 А и т д.). Отключающая способность должна быть выше тока короткого замыкания в начале защищаемого участка (п. 3.1.3 ПУЭ);
• большие негативные последствия в случае короткого замыкания.

Плюсы высокого тока КЗ

• легко обеспечить стабильное напряжение на нагрузке и в целом качество электроэнергии;
• есть перспектива подключения новых потребителей и увеличения нагрузки;
• гарантированное отключение линии при коротком замыкании.

Селективность автоматических выключателей и УЗО — отдельная большая тема, есть планы.

Обобщая плюсы и минусы, можно сказать, что величина тока короткого замыкания — палка о двух концах. В жилом секторе ток короткого замыкания часто невелик, и его пытаются увеличить, прокладывая новые линии с большим поперечным сечением кабеля и устанавливая новые трансформаторные кабины. В серьезной энергетике, наоборот, используются методы уменьшения тока короткого замыкания.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему расстояние между катушками минимизировано?
Это сделано для лучшего контакта с магнитными полями. Если зазор велик, КПД трансформатора будет низким.

— Можно ли сделать трансформатор без сердечника с такой же мощностью, как у сердечника?
Да, но тогда вам нужно увеличить количество оборотов, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником обмотки могут иметь несколько тысяч витков. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет катушек. А количество витков будет несколько десятков тысяч. Это не только увеличивает размер катушек, но также снижает их эффективность и увеличивает вероятность перегрева.

-Могу ли я подключить понижающий трансформатор как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, понижающий напряжение сети с 220 В до 12 В, вы можете подключить его как повышающий. То есть можно подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышение на первичной 220 В.

-Что произойдет, если на вторичную обмотку понижающего трансформатора будет подано сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Его сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.

-Можете ли вы сделать трансформер своими руками в домашних условиях?
Да, вполне реально. И этим занимаются многие радиолюбители и электронщики. А некоторые даже зарабатывают на продаже готовой продукции. Но стоит помнить, что это долгая, трудная и непростая работа. Нам нужны качественные материалы. Это железо для трансформаторов, медные эмалированные провода различного сечения, изоляционные материалы.

Все материалы должны быть качественными. Если медный провод плохо изолирован, возможно короткое замыкание между витками, что неминуемо приведет к перегреву. И для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, доступных в Интернете.

К тому же это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальный трансформатор.

намотывать витки необходимо плотно и равномерно, записывать каждые десять, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Поскольку трансформатор изначально рассчитывался с сердечником, он не сможет полностью преобразовать напряжение. То есть на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. А если подключить нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреваются и сгорают.

Неисправности трансформаторов

Основные отказы трансформатора включают:

• Коррозия и ржавчина на сердечнике;
• Перегрев и выход из строя изоляции;
• Короткое замыкание между витками;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите измеритель в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они никогда не должны быть на обрыве. Если нигде нет обрывов, можно определить первичную и вторичную обмотки, измерив сопротивление. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь более высокое сопротивление, чем вторичная. Все это связано с количеством кругов. Чем больше количество витков и чем меньше диаметр провода, тем больше сопротивление обмотки.

Вы также можете найти паспорт на свой трансформатор. Указывает сопротивления обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то пойдет не так, свет включится и будет принимать ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Итог

Трансформаторы используются во многих местах. Их конструкция разная и для каждой задачи по-своему уникальна.

Интересные факты про трансформаторы

Трансформатор — самый эффективный преобразователь. Его КПД (КПД) может достигать 99% (силовые трансформаторы). Но для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) КПД обычно не более 30%.

Наиболее производительным, но в то же время сложным в изготовлении является тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитной цепи. Это усложняет производственный процесс, особенно в промышленных масштабах.

Зачем нужно знать значения тока КЗ и сопротивления петли “Фаза-ноль”?

Я уже много сказал в статье. Но какой смысл знать эти параметры электрической сети?

Знание тока короткого замыкания (или сопротивления петли «Фаза-ноль») и мощности нагрузки позволяет нам правильно и оптимально (с точки зрения соотношения безопасность / функциональность / надежность / цена) выбрать основные элементы электроснабжение системы — защитные устройства и сечения кабелей. Ниже чуть подробнее.

Безопасность

Я уже говорил об этом, но повторяю. Электрические сети должны быть безопасными во всех областях и во всех режимах. Для этого, помимо изоляции, используются автоматические выключатели и устройства контроля дифференциального тока (УЗО). Вместе с защитным заземлением эти устройства защищают оборудование от коротких замыканий и перегрузок, а человека — от опасности прямого или косвенного контакта.

Функциональность

Зная ток КЗ, можно сделать вывод о необходимости установки стабилизатора или замены кабельной линии на новую. Кроме того, можно сделать вывод об избирательности: можно ли ее гарантировать хотя бы частично?

Надежность

В случае высокого тока короткого замыкания следует использовать автоматические выключатели с высокой отключающей способностью для надежной работы во время короткого замыкания. Кроме того, высокие требования должны быть предъявлены к качеству сборки и комплектующих.

Цена

здесь понятно: выполнение предыдущих пунктов существенно влияет на цену всей электросети.

Что делать, если измеренный ток КЗ слишком низкий?

Предположим, что вы измерили прибором и получили значение тока короткого замыкания в розетке (как правило, измерение проводится в самой удаленной точке). Как понять, что этот ток слишком мал? Об этом судят по критерию гарантированного срабатывания магнитного расцепителя выключателя в измеряемой цепи. Логично, что для этого ток короткого замыкания должен быть больше верхнего предела диапазона срабатывания. Напоминаю, что для характеристики «В» разброс составляет 3… 5 дюймов, для «С» — 5… 10 дюймов, для «D» — 10… 20 дюймов. А точнее, давайте перейти к ПУЭ (п. 7.3.139):

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с заземленной нейтралью, чтобы гарантировать автоматическое отключение аварийной секции, проводимость защитных проводов нейтрали должна быть выбрана таким образом, чтобы в случае короткого замыкания на на корпусе или на защитном проводе нейтрали имеется ток короткого замыкания, равный как минимум в 4 раза превышающему номинальный ток предохранителя ближайшего предохранителя и как минимум в 6 раз превышающему ток расцепителя обратной токовой характеристики.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), необходимо руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока короткого замыкания и приведенными в 1.7.79.

Насколько я понимаю, первая часть 7.3.139 говорит только о тепловом расцепителе: его номинальный ток должен быть как минимум в 6 раз ниже тока короткого замыкания. Во второй части этого пункта, а также в пункте 1.7.79 говорится о максимальном времени отключения при коротком замыкании (0,4 с), которое должно обеспечиваться только электромагнитным расцепителем. В то же время четко не указано на выбор АБ с учетом его закалочных характеристик.

Из-за этой нечеткости в формулировке используется правило, содержащееся в PTEEP (проверка срабатывания защиты с системой электропитания с заземленной нейтралью, пункт 28.4), которое гласит, что в случае короткого замыкания на нулевой защитный проводник, ток короткого замыкания должен быть не менее «1,1 верхнее значение тока отключения мгновенного расцепителя”.

То есть для машины B10 ток короткого замыкания на конце линии, которую она защищает, должен быть не менее 10x5x1,1 = 55 А. Если установлен автомат C25, ток короткого замыкания должен быть не менее 25x10x1,1 = 275 А.

Если ток короткого замыкания ниже, допустимое время отклика никоим образом не гарантируется. Что делать? Выхода два:

1. увеличить ток короткого замыкания, это требует затрат на прокладку новой линии электропередачи (по крайней мере, ее самого слабого звена),
2. уменьшите номинал машины (например, 25 А на 16) и букву характеристики отключения (с «C» на «B») в ущерб максимальной мощности нагрузки.

Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации

Режим короткого замыкания трансформатора может возникнуть практически в любой электроустановке, при наличии определенных негативных факторов. Это могут быть механические повреждения изоляции, электрические сбои из-за перенапряжения и т.д. Сервисный персонал иногда допускает серьезные ошибки.

Под действием больших токов температура обмоток резко повышается, и целостности изоляции угрожает разрушение. Большой ток короткого замыкания, примерно в 20 раз превышающий номинальный, приводит к увеличению потерь в проводах обмотки более чем в 400 раз. Огромная мощность, выделяемая в обмотках за короткий промежуток времени, приводит к их сильному нагреву, от которого разрушается изоляция и выходит из строя трансформатор.

В связи с этим каждое устройство оснащено высокоскоростной защитой, которая срабатывает при коротком замыкании. До момента отключения вторичная обмотка трансформатора, находящаяся в аварийном режиме, просто не успевает прогреться до опасной температуры.

Опасность короткого замыкания также заключается в возможном механическом разрушении устройства. Дело в том, что обтекаемые током провода физически взаимодействуют между собой. Если токи в параллельных проводах текут в одном направлении, между ними возникает взаимное притяжение. Если токи текут в разные стороны, провода отталкиваются друг от друга. Таких проводов в трансформаторах очень много, и они расположены по очереди параллельно друг другу. Поэтому в них периодически возникает взаимное притяжение или отталкивание, а слишком большие механические силы рано или поздно приведут к деформации обмоток трансформатора, резкому снижению их электрического сопротивления.

В связи с этим заранее принимаются меры по усилению конструкции. Это достигается за счет повторяющихся осевых давлений обмоток, предотвращающих возможную усадку изоляции. При соблюдении всех технических условий короткое замыкание не может серьезно повредить трансформатор.

Опыт работы с трансформатором короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания трансформатора

Режим короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Какой ток короткого замыкания

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Виды ТТ

Есть несколько видов таких трансформаторов:

• Сухой. Самый распространенный вид. Первичная обмотка состоит из голого стержня или нескольких витков толстого провода.
• Тороидальный. Нет первичной обмотки, вместо этого устройство размещается на изоляторе высоковольтного трансформатора или через него пропускается кабель. Их отличает простота конструкции и невысокая точность измерений. Они используются в схемах защиты.
• Высокое напряжение. Они используются для измерения в цепях высокого напряжения и для разделения измерительных приборов и цепей высокого напряжения.

Физические процессы при аварийном замыкании

С технической точки зрения любой трансформатор обязательно должен выйти из строя из-за коротких замыканий и больших токов. Основная причина — незначительное сопротивление проводов и обмоток, которое многократно превышает сопротивление подключенной нагрузки.

Также следует учитывать резкое повышение температуры в обмотках, которая за 1-2 секунды достигает 500-600 градусов. Этого достаточно, чтобы сгореть полностью. Нельзя забывать о механических силах, которые возникают между обмотками во время работы и стремятся смещать их в осевом и радиальном направлениях. Эти усилия значительно возрастают с увеличением силы тока, что теоретически должно приводить к мгновенному разрушению трансформатора. Однако на практике все иначе.

Трансформаторные устройства способны выдерживать токи короткого замыкания в течение короткого периода времени, пока не сработает защита и они не отключатся от сети. Обнаружено дополнительное сопротивление, ограничивающее высокие токи в обмотках. Он образуется за счет потоков магнитной дисперсии, покидающих основной поток и замыкающихся вокруг витков соответствующей обмотки.

Величину и разницу этой дисперсии практически невозможно точно измерить, в основном из-за разных путей, используемых для закрытия магнитных потоков. В связи с этим его оценка проводится по влиянию, оказываемому на ток и напряжение в обмотках. Выявлена ​​закономерность, согласно которой с увеличением тока в обмотках увеличиваются и магнитные потоки. В нормальных условиях эксплуатации они составляют небольшую часть основного тока, поскольку лишь частично связаны с катушками. Основной поток воздействует на все обмотки без исключения.

Таким образом, действие дополнительного резистора позволяет минимизировать потери при коротком замыкании трансформатора. Все отрицательные параметры уменьшены в разы и не вредят. То есть само устройство способно защитить себя от высоких токов, возникающих в результате коротких замыканий. Такие ситуации случаются довольно редко, но все же необходимо заранее подготовиться, своевременно приняв необходимые защитные меры.

Как избежать КЗ?

понятно, что полностью избежать этого неприятного явления невозможно — есть большой элемент вероятности. Однако в наших силах значительно снизить риск коротких замыканий. И здесь огромное значение приобретает регулярный осмотр и обслуживание электрических сетей.

Примеры профилактических мероприятий:

• очистка токоведущих частей, контактов и изоляторов от пыли и грязи,
• защита от влаги,
• проверка целостности установки и установки,
• ограждение и дополнительная защита опасных зон,
• повесить и прикрепить предупреждающие знаки и знаки,
• проверка и вытаскивание контактов,
• обрезка деревьев и устранение других опасностей.

Как вы думаете, какие профилактические меры защиты от КЗ нужны на фото ниже?

Водосточная труба, электрические панели и гофра, идущие под плитку. Инсталляция в старой части Батуми

В серьезных организациях регулярно проверяют кабели и контакты тепловизором, а также измеряют сопротивление изоляции и проверяют изоляцию высоким напряжением.

Причины, почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока

Помимо трансформаторов, питающих электрооборудование, существуют устройства для измерения тока. Это трансформаторы тока (ТТ). Первичная обмотка этих устройств включена последовательно с нагрузкой, а амперметр или устройство защиты с низким сопротивлением подключено к вторичной. Эти устройства отличаются от обычных электрических трансформаторов, в которых режим холостого хода (открытые выводы вторичной обмотки) является нормой. Если вторичная обмотка трансформатора тока ТТ разомкнута, устройство может выйти из строя.

Почему вторичную обмотку трансформатора тока нельзя оставлять разомкнутой

Трансформатор тока нормально работает в режиме короткого замыкания и не допускает работу без нагрузки. При работе с трансформаторами тока необходимо следить за тем, чтобы вторичная обмотка трансформатора тока не оставалась разомкнутой при подключении первичной.

Вторичная обмотка трансформатора тока не должна оставаться открытой, если измеренный ток течет через первичную обмотку, по следующим причинам.

При размыкании вторичной цепи, что может быть, например, при выключенном амперметре, противоточный магнитный поток Ф2 исчезает, следовательно, через сердечник начинает проходить большой переменный поток Ф1, который индуцирует большую ЭДС в цепи вторичная обмотка трансформатора тока (до одной тысячи вольт), так как вторичная обмотка имеет большое количество витков. Наличие столь сильного электромагнитного поля нежелательно, поскольку оно опасно для обслуживающего персонала и может привести к пробою изоляции вторичной обмотки трансформатора тока.

Схема подключения измерительного трансформатора тока

Когда в сердечнике возникает большой поток F1, в самом сердечнике начинают индуцироваться большие вихревые токи, сердечник начинает сильно нагреваться, а при продолжительном нагреве может выйти из строя изоляция обеих обмоток трансформатора. Поэтому следует помнить, что при необходимости отключения приборов учета необходимо предварительно закоротить вторичную или первичную обмотку трансформатора.

Некоторые трансформаторы тока имеют для этого специальные приспособления (розетки с вилками, перемычки и т.д.). Если таких устройств нет, их нужно изготовить самостоятельно.

Основные параметры

Основные параметры при выборе устройства следующие:

• Номинальное напряжение. Он определяется изоляцией обмоток и указывает в сетях, с каким напряжением разрешено использовать прибор.
• Номинальный ток первичной цепи. Это максимальное измеренное значение, при котором возможна непрерывная работа.
• Номинальный вторичный ток. Вторичная нагрузка с подключенным реле или амперметром.
• Сопротивление нагрузки. Импеданс амперметра, катушки реле или электросчетчика. Отклонение этого параметра от паспортных данных влияет на точность измерения.
• Трансформация отношений. Определяется соотношением первичного и вторичного токов.

Информация! Большинство параметров указано на корпусе устройства, остальные данные в паспорте устройства.

Преимущества использования

Использование ТТ дает преимущества при проектировании и эксплуатации электрических сетей:

• использование амперметров одинаковой конструкции, отличающихся только градуировкой шкалы;
• разделение сетей высокого и низкого напряжения;
• увеличение диапазона измерения.

Применение

Измерительные трансформаторы используются в следующих случаях:

• Измерение тока, величина которого не позволяет измерить его непосредственно с помощью амперметра. Обычно это больше 5А.
• Электроснабжение электросчетчиков. Они позволят вам измерить мощность больше, чем обеспечивает прибор.
• Используется как изолирующий трансформатор. Позволяет проводить измерения в сетях напряжением выше 1 кВ.
• В цепях управления тиристорных преобразователей. При сбоях в работе тиристоров на выходе устройства вместо постоянного напряжения появляется пульсирующее напряжение, что приводит к появлению тока во вторичной обмотке ТТ.
• Нулевая защита высоковольтных трансформаторов. Отключает устройство при значительной неуравновешенности нагрузки и замыкании одной из фаз на землю.

Обозначение на схеме

В отличие от обычного электрического трансформатора, магнитная цепь на цепи ТТ не маркируется. Условное обозначение этого устройства состоит из двух элементов, расположенных один над другим:

• прямая линия — символизирует прохождение автобуса через окно магнитопровода;
• две полуволны, которые символизируют вторичную обмотку, к которой подключен измерительный прибор.

Почему ТТ не может работать в режиме холостого хода

В отличие от обычного электрического трансформатора, короткое замыкание является нормальным для трансформатора тока. При разомкнутых выводах вторичной обмотки в ТТ происходят процессы, которые могут привести к аварийной ситуации.

Увеличение магнитного потока

В электрическом трансформаторе переменный ток I¹, протекающий через первичную обмотку, создает магнитный поток F¹ в магнитной цепи. Этот поток индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

В свою очередь, ток I², протекающий через вторичную обмотку, создает магнитный поток F². Эти потоки являются противофазными и в значительной степени нейтрализуют друг друга — увеличение I² и F² приводит к увеличению I¹ и F¹, что ограничивает результирующий магнитный поток F.

Особенностью ТТ является то, что ток в первичной обмотке I¹ не зависит от нагрузки I², а магнитный поток F¹ остается неизменным, что при разомкнутых клеммах и отсутствии I² приводит к увеличению F и перегреву магнитная цепь.

Повышение напряжения на выводах

В режиме ХХ напряжение на выводах вторичной обмотки повышается. Это связано с тем, что трансформатор передает больше, чем просто ток или напряжение. Устройство передает с одной катушки на вторую мощность P = I¹ * U¹ = I² * U².

В обычных устройствах при уменьшении I² также уменьшаются I¹ и передаваемая мощность P. Напротив, в TT I¹, U¹ и P не зависят от I². Следовательно, с уменьшением I², протекающего через вторичную обмотку, напряжение начинает расти и достигает максимума в режиме ХХ.

Ссылка! Повышение напряжения можно измерить обычным вольтметром, но оно ограничено током, протекающим через устройство. Для лучшего измерения требуется электростатический вольтметр.

Что произойдет при размыкании цепи вторичной обмотки

При размыкании или обрыве проводов, идущих к измерительным приборам, появляются два фактора, которые могут привести к несчастным случаям и травмам людей:

• Перегрев, вызванный сильным магнитным потоком в магнитной цепи. Это происходит из-за того, что магнитный поток F¹, создаваемый шиной или силовым кабелем, проходящим через устройство, не компенсируется потоком вторичной обмотки F². Это может нарушить изоляцию и вызвать возгорание устройства.
• Высокая ЭДС на выводах вторичной обмотки. Кажется, потому что трансформатор передает мощность от одной катушки к другой. Благодаря тому, что мощность, потребляемая прибором, не меняется при выключении прибора учета, но I² во вторичных цепях равно «0», ЭДС увеличивается до нескольких киловольт. Это приводит к травмам и разрушению изоляции.

Опасность аварийных ситуаций отражена в нормативных документах. Запрет на размыкание выходных клемм трансформатора указан в нормативных документах, таких как пункт 42.2 POTEU, пункт PTEEP 2.6.24 и другие.

Чем определяется напряжение и ток при коротком замыкании?

Выше я сказал, что короткое замыкание может произойти где угодно на линии. Давайте узнаем, как ток и напряжение будут зависеть от места короткого замыкания.

Короткое замыкание — это физическое явление. Ток короткого замыкания — это параметр источника питания, измеряемый в амперах или килоампер (кА).

Еще со школьных лет немецкий физик Ом учил нас, что напряжение и ток определяются через сопротивление цепи:

Ток короткого замыкания, как и любой ток, также рассчитывается по закону Ома и зависит от напряжения и сопротивления в данном участке цепи. Поскольку сопротивление проводов в реальной жизни — это не только то, что показывает мультиметр, но и индуктивная составляющая, запишем закон Ома для тока короткого замыкания в более общем виде:

В числителе U — номинальное напряжение в сети (напряжение холостого хода на выходе трансформатора в трансформаторной подстанции). Число, полученное при расчетах знаменателя, представляет собой полное сопротивление цепи Z, от которого зависит ток короткого замыкания. Рассмотрим схему однофазного электроснабжения для квартиры и реальный случай короткого замыкания с замкнутым феном:

Короткое замыкание в конце линии питания (минимальный ток короткого замыкания)

На схеме показаны импедансы различных участков электросети:

• Z1 — внутреннее сопротивление трансформатора в подстанции с учетом пересчитанного сопротивления высоковольтной части,
• Z2 — кабельная линия от ТП до распределительного пункта (РП) многоквартирного дома,
• Z3 — кабельная линия от РП к подъездной панели квартиры,
• Z4 — кабель от панели к розетке в одной из комнат,
• Z5 — транспорт от выхода до закрытого фена.

Дутый и короткозамкнутый фен

Вот как может выглядеть график уровня напряжения на разных участках, от выводов трансформатора на подстанции до замкнутой вилки фена:

Падение напряжения до нуля из-за короткого замыкания в конце линии

Падение напряжения сопровождается выделением тепла на всех участках ЛЭП. На мощных участках с большим сечением проводов доля «плоского» тока КЗ незначительна, поэтому падение небольшое (участки с сопротивлением Z1, Z2).

Что касается падения напряжения после короткого замыкания, можно отметить, что это будет очевидным для параллельных нагрузок, подключенных, например, к одному и тому же RP. В случае короткого замыкания или сильной перегрузки одного из потребителей лампочки в домах и соседних подъездах будут гореть слабее. Произошло?

А вот как может выглядеть изменение тока короткого замыкания от источника до точки короткого замыкания:

Уменьшение тока с удалением от источника питания

Типичное значение тока короткого замыкания на концах трансформатора мощностью до 1000 кВА, которые используются для питания городских потребителей, составляет около 10 кА. Но в розетках наших квартир ток короткого замыкания может составлять около 1000 А. В частном секторе и в сельской местности величина тока короткого замыкания может быть намного ниже — до 100 А.

Трансформатор на подстанции 10000 / 0,4 кВ мощностью 1000 кВА с глухозаземленной нейтралью вторичной обмотки. Этим питаются наши «кварталы, кварталы, жилые центры”.

Как закоротить, если есть необходимость

При необходимости отключите счетчик или реле, не отключая первичную цепь, выходы, ведущие к этим элементам, должны быть закорочены куском провода или перемычкой сечением не менее 0,35 мм². Устанавливается перемычка на выводах трансформатора или непосредственно рядом с измерительным прибором.

Если отходящие кабели заземлены, это можно сделать, не отключая электрическую систему.

Важно! При установке КЗ и разборке амперметра или реле под нагрузкой вторичная цепь не должна размыкаться.

Проверка резистора мультиметром

Проверка правильности соединений

Правильность подключения трансформатора тока проверяется путем проверки измерения переносным амперометрическим зажимом. Показания приборов должны совпадать.

При подключении к устройству реле защиты испытание проводится с помощью специальных устройств, позволяющих подавать ток необходимой величины на первичную обмотку.

При проверке подключения трехфазных счетчиков электроэнергии необходимо проверить правильность подключения трансформаторов для каждой фазы:

• подключить нагрузку к одной из фаз;
• включить питание;
• проверить направление вращения диска устройства или учет энергии в устройствах других исполнений;
• если подключение неправильное, измените полярность подключения;
• повторите шаги 1-4 для каждого из этапов.