Как найти вторичный ток трансформатора тока

Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100—200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w’ на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w’ на 20—30 %.

Теперь можно рассчитать число витков обмоток

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5—10 % больше рассчитанного.

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2—3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15•Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Расчет трансформатора тока

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это и есть обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто
1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Отсюда известно, что отношение тока между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6(В)/0,06(А)=100 (Ом), то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6А
При максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I, P=6(В)*0,06(А)=0,36(Вт) минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резистор.
Как смог рассказал о принципе работы, добавить тут нечего. Если вам интересны и полезны мои статьи, подписывайтесь на обновления в Контакте и Одноклассниках, что бы всегда быть в курсе новых тем.
С ув. Эдуард

7 комментариев для “Расчет трансформатора тока”

Реальный коэффициент трансформации близок к расчетному только при К.З. во вторичной обмотке. Получить 6в простым умножением желаемого тока на сопротивление нагрузки в «абсолютно любом каркасе»- это бред .

Не просто бред , а бред сивой кобылы в лунную ночь.

Тогда будьте так любезны, разъясните как правильно!

Откуда автор взял 6 вольт?

Закон Ома и наглядная картинка схема 😉

Ну, это для примера взято 6 вольт, чтобы показать как и откуда всё происходит. Можете сделать столько вольт, сколько вам надо, просто меняя величину резистора и коэффициент трансформации, кто ж Вам мешает…

напряжение будет зависеть от геометрических параметров трансформатора, магнитной проницаемости и числа витков. А брать от болды 6В или 100В нельзя

Источник

Силовой трансформатор: формулы для определения мощности, тока, uk%

Силовой трансформатор представляет собой сложную систему, которая состоит из большого числа других сложных систем. И для описания трансформатора придумали определенные параметры, которые разнятся от машины к машине и служат для классификации и упорядочивания.

Разберем основные параметры, которые могут пригодиться при расчетах, связанных с силовыми трансформаторами. Данные параметры должны быть указаны в технических условиях или стандартах на тип или группу трансформаторов (требование ГОСТ 11677-85). Сами определения этих параметров приведены в ГОСТ 16110.

Номинальная мощность трансформатора — указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном ответвлении, которое гарантируется производителем при установке в номинальном месте, охлаждающей среды и при работе при номинальной частоте и напряжении обмотки.

Числовое значение мощности в кВА изначально выбирается из ряда по ГОСТ 9680-77. На изображении ниже приведен этот ряд.

Значения в скобках принимаются для экспортных или специальных трансформаторов.

Если по своим характеристикам оборудование может работать при разных значениях мощностей (например, при различных системах охлаждения), то за номинальное значение мощности принимается наибольшее из них.

К силовым трансформаторам относятся:

• трехфазные и многофазные мощностью более 6,3 кВА
• однофазные — более 5 кВА

Номинальное напряжение обмотки — напряжение между зажимами трансформатора, указанное на паспортной табличке, на холостом ходу.

Номинальный ток обмотки — ток, определяемый мощностью, напряжением обмотки и множителем, учитывающим число фаз. То есть если трансформатор двухобмоточный, то мы будем иметь ток с низкой стороны и ток с высокой стороны. Или же ток, приведенный к низкой или высокой стороне.

Напряжение короткого замыкания — дадим два определения.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

Напряжение короткого замыкания uk — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному

Источник — Электрооборудование станций и подстанций

Определились с основными терминами, далее разберем как определить мощность, ток и сопротивление трансформатора на примере:

ТМ-750/10 с номинальными напряжениями 6 кВ и 0,4 кВ. Ток с высокой стороны будет 72,2 А, напряжение короткого замыкания — 5,4%. Определим ток из формулы определения полной мощности:

Так что, если недобрали данных для расчетов, всегда можно досчитать. Но это рассмотрен случай двухобмоточного Т.

Чтобы определить сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах (Ом), например, для расчета тока короткого замыкания, воспользуемся следующими выражениями:

• x — искомое сопротивление в именованных единицах, Ом
• xT% — относительное сопротивление, определяемое через uk% (в случае двухобмоточных эти числа равны), отн.ед.
• Uб — базисное напряжение, относительно которого мы ведем наш расчет (более подробно будет рассмотрено в статье про расчет токов КЗ), кВ
• Sном — номинальная мощность, МВА

В формуле выше важно следить за единицами измерения, не спутать вольты и киловольты, мегавольтамперы с киловольтамперами. Будьте начеку.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

Трехобмоточный и автотрансформаторы

В данном случае схема эквивалентируется в три сопротивления (по секрету, одно из них частенько бывает равно нулю, что упрощает дальнейшее сворачивание).

Трехфазный у которого НН расщепленная

Частенько в схемах ТЭЦ встречаются данные трансформаторы с двумя ногами.

В данном случае всё зависит от исходных данных. Если Uk дано только для в-н, то считаем по верхней формуле, если для в-н и н1-н2, то нижней. Схема замещения представляет собой звезду.

Группа двухобмоточных однофазных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или на три ветви

Хоть внешне и похоже на описанные выше, и схемы замещения подобны, однако, формулы будут немного разные.

Источник

1.1 Схемы измерений вторичной нагрузки

Методические
рекомендации предназначены для измерения
в условиях эксплуатации вторичной
нагрузки стационарных электромагнитных
измерительных трансформаторов тока по
ГОСТ
7746
в
диапазоне от 0,01 до 100 Ом или в диапазоне
от 0,01 до 500,00 В∙А.

Измерения
вторичной нагрузки трансформаторов
тока (ТТ) выполняют методом
«вольтметра-амперметра» без разрыва
вторичных цепей трансформаторов тока.

Вторичная
нагрузка ТТ согласно ГОСТ
7746
характеризуется полным сопротивлением
внешней вторичной цепи ТТ, выраженным
в Омах, либо кажущейся (полной) мощностью,
выраженной в вольт-амперах и потребляемой
этой цепью при данном коэффициенте
мощности и номинальном вторичном токе.

Вторичную
нагрузку ТТ Z₂,
Ом, определяют по формуле

где
U₂
и I₂
— измеренные во вторичной обмотке ТТ
действующие значения соответственно
напряжения (в Вольтах), и тока (в Амперах).

Вторичную
нагрузку ТТ S₂,
в вольтамперах, определяют по формуле

где
I_2ном
— номинальный вторичный ток ТТ, в амперах,
указанный в паспорте ТТ.

Выбор
формулы для расчета (1.1)
или (1.2)
определяют формой задания номинальной
нагрузки в паспорте ТТ. При этом согласно
ГОСТ
7746

Измерения
тока без разрыва контролируемого
токопровода выполняют при помощи
токосъемных клещей ТКП (см. рисунок
1.1),
входящей в комплект прибора
вольтамперфазометра (см. таблицу 1.1).

а

б)

Рисунок
1.1 Схемы измерений вторичной нагрузки:

а)
— три ТТ, соединенные в звезду;

б)
два ТТ, соединенные в неполную звезду

ТТ_А,
ТТ_В,
ТТ_С
— трансформаторы тока в фазах А,
В,
С;

Z_a,
Z_b,
Z_c,
Z₀
— полные сопротивления вторичной нагрузки
в фазах а,
b,
с
и в нулевом проводе соответственно;
А
— прибор в режиме измерений тока; ТК —
токосъемные клещи;

V – вольтметр

Таблица
1.1 Наименование, тип и метрологические
характеристики средств измерений

Измерения
вторичной нагрузки ТТ, соединенных в
звезду и неполную звезду, следует
выполнять по схемам в соответствии с
рисунком 1.1.

При
определении вторичной нагрузки каждого
ТТ в схеме звезды (см. рисунок 1.1,а)
в формулу (1.1)
подставляют результаты измерений
напряжений между каждым из фазных
проводов и нулевым проводом

U₂
= U_a0,
или U_b0,
или U_с0
и токов фаз I₂=I_a
или I_b,
или I_c
соответственно и вычисляют вторичные
нагрузки Z_a0,
Z_b0
и Z_c0,
Ом, по формулам:

Для
схемы неполной звезды (см. рисунок 1.1,
б)
вычисляют только вторичные нагрузки
Z_a0
и Z_c0

.

При
определении вторичной нагрузки ТТ S,
В∙А, необходимо знать паспортное
значение номинального вторичного тока
I_2ном
каждого ТТ.

Для
трех ТТ одного типа, соединенных по
схеме звезды (см. рисунок 1а),
вторичные нагрузки, ВА, с учетом формулы
(1.4) и результатов измерений напряжений
и токов определяют по формулам:

Для
двух однотипных ТТ, соединенных в схему
неполной звезды (см. рисунок 1.1
б),
согласно (1.5)
определяют вторичную нагрузку S_2a
и S_2с.

Определение
вторичной нагрузки ТТ при совместном
подключении цепей измерений и защиты
к общей вторичной обмотке ТТ выполняют
методом «вольтметра-амперметра» с
разъединением нагрузок и обмоток ТТ
при питании цепей вторичной нагрузки
от постороннего источника тока в
соответствии с «Инструкцией по проверке
трансформаторов тока, используемых в
схемах релейной защиты».

При
выполнении измерений целесообразно
использовать средства измерений с
метрологическими характеристиками,
приведенными в таблице 1.1.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в Сети, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.

Наиболее важные параметры силовых трансформаторов

Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:

1. На какие выводы подавать сетевое питание (230 вольт)?
2. С каких выводов снимать пониженное напряжение?
3. Каким оно будет (12 вольт, 24 или другим)?
4. Какую мощность сможет выдать трансформатор?
5. Как не запутаться, если обмоток, а соответственно, и попарных выводов – несколько?

Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора.
Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:

• мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
• паяльник;
• изолента или термоусадочная трубка;
• сетевая вилка с проводом;
• пара обычных проводов;
• лампа накаливания;
• штангенциркуль;
• калькулятор.

Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.

Определение первичной и вторичной обмоток

Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.
Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.

Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.
Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.

Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.
В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.
Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.
Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.

Определение напряжения вторичной обмотки

Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.

Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.
Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.
Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.
Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.

Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.

Простые способы вычисления мощности силового трансформатора

С мощностью понижающего трансформатора дела обстоят немного сложнее, но некоторые простые методики, все же, есть. Самый доступный способ определить эту характеристику – измерение диаметра проволоки во вторичной обмотке. Для этого понадобится штангенциркуль, калькулятор и нижеприведенная информация.
Сначала измеряется диаметр проволоки. Для примера возьмем значение в 1,5 мм. Теперь нужно вычислить сечение проволоки. Для этого необходимо половину диаметра (радиус) возвести в квадрат и умножить на число «пи». Для нашего примера сечение будет около 1,76 квадратных миллиметров.
Далее для расчета понадобится общепринятое значение плотности тока на квадратный миллиметр проводника. Для бытовых понижающих трансформаторов это 2,5 ампера на миллиметр квадратный. Соответственно, по второй обмотке нашего образца сможет «безболезненно» протекать ток силой около 4,3 А.
Теперь берем вычисленное ранее напряжение вторичной обмотки, и умножаем его на полученный ток. В результате получим примерное значение мощности нашего трансформатора. При 12 В и 4,3 А этот параметр будет в районе 50 Вт.
Мощность «безымянного» трансформатора можно определить еще несколькими способами, однако, они более сложные. Желающие смогут найти информацию о них в Сети. Мощность узнается по сечению окон трансформатора, с помощью программ расчета, а также по номинальной рабочей температуре.

Заключение

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что определение характеристик трансформатора без маркировки является довольно простой задачей. Главное – соблюдать правила безопасности и быть предельно внимательным при работе с высоким напряжением.

Что такое токовая цепь?

Токовая цепь — это вторичная цепь, предназначенная для измерения тока, протекающего в первичной цепи. Традиционно токовая цепь состоит из измерительного трансформатора тока, ко вторичным обмоткам которого подключены приборы защиты и индикации. Иногда токовые цепи служат еще и источником оперативного тока для питания схемы релейной защиты.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит для преобразования тока, протекающего в первичной цепи к унифицированному сигналу (как правило, тоже току) во вторичной цепи. Отношение первичного тока (I₁) ко вторичному (I₂) — есть коэффициент трансформации (k_ТТ):

I₁/I₂=k_ТТ

Для стандартизации изготовления по ГОСТ 7746-2001 приняты ряды для трансформаторов тока:

• Первичный ток (I₁), А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000;
• Вторичный ток (I₂), А: 1; 2; 5.

Идеальная работа трансформатора тока — когда его вторичная обмотка замкнута накоротко, т. е. сопротивление на выводах обмотки приближается к нулю. На практике во вторичной обмотке присутствуют хоть и низкоомные, но всё же имеющие сопротивление катушки реле, обмотки измерительных преобразователей или источников оперативного тока. И, естественно, сами провода. Все они подключены последовательно, значит полное сопротивление на вторичной обмотке складывается из всех сопротивлений включенных в неё устройств. Оказывается, чем больше это сопротивление, тем хуже точность измерения у трансформатора тока.

Номинальные параметры приведены ниже, но не всё из них указывают на табличках трансформаторов тока:

• Номинальное напряжение U_НОМ, кВ: Например, 10 кВ;
• Коэффициент трансформации, например: 150/5, где 150 — номинальный первичный ток, а 5 — номинальный вторичный ток;
• Наибольший рабочий первичный ток I_1КР, А: 160;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при коэффициенте нагрузки Cosφ₂ = 1, ВА;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при активно-индуктивной нагрузке Cosφ₂ = 0,8;
• Класс точности обмотки: 0,5S; 10Р и т. д.
• Не всегда, но указывают точку намагничивания. Например: 0,15 А — при этом значении должен произойти перегиб вольт-амперной характеристики. Или еще указывают и ток, и напряжение: 0,15 А; 63 В. Про вольт-амперную характеристику (ВАХ) поговорим дальше.
• Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты K_НОМ;
• Номинальный коэффициент безопасности приборов К_БНОМ, вторичных обмоток для измерений;

По ГОСТ 7746-2015 вывода трансформатора тока обозначаются буквами:

• Односекционная первичная обмотка: Л1 — начало, Л2 — конец;
• Если первичная обмотка состоит из нескольких составляющих (секций) соединенных последовательно, то общее начало будет всё равно Л1, общий конец — Л2, а промежуточные между ними обмотки будут обозначаться Н2, Н3, … Нn — начало 2-ой, 3-ей и так далее до n-ой секции; концы этих секций будут иметь обозначение К1, К2, … Кn.

В отличие от первичной обмотки, которая может быть составной, но всё равно является одной цепью, вторичных обмоток может быть несколько. Мало того, вторичные обмотки могут иметь ответвления. С учетом этого их обозначают так:

• Если вторичная обмотка одна, то начало обозначают И1, а конец И2;
• Когда вторичная обмотка одна, но имеет ответвления, то И1 — начало, И2, И3, … Иn-1 — промежуточные,  Иn — конец;
• Если вторичных обмоток несколько, то перед И добавляют число, обозначающее порядковый номер обмотки: 1И1-начало первой обмотки, 1И2- конец первой обмотки, 2И1-начало второй обмотки, 2И2- конец второй обмотки и так далее.

Поясню еще, что такое «начало» и «конец» у обмотки на всякий случай. Это, разумеется условные понятия. Но, как мы увидим дальше, пренебрегать ими никак нельзя. В этом должен быть порядок. Итак, представим ток в виде потока электронов. В какой-то момент поток течет от Л1 к Л2 и наводит во вторичной обмотке другой поток поменьше. Этот поток будет выходить из И1 и стремиться через нагрузку к И2. Еще раз: в Л1 — входит, из И1 — выходит. Такое направление токов называется — «в фазе«, а полярность выводов (Л1 и И1) — совпадает. Если в Л1 входит и в И1 входит, то это противофаза, а полярность выводов считается противоположной. В следующий момент поток электронов меняется на обратный и течет от Л2 к Л1, и из Л1 — выходит, а в И1 входит вторичный ток. И так 50 раз за секунду при частоте 50 Гц.

Схемы токовых цепей

До этого мы рассматривали токовую цепь применительно к одной фазе. На практике это используется крайне редко, потому что даже если взять отдельно три однофазные токовые цепи, они не будут обладать теми свойствами, которыми обладают традиционные схемы типа «звезда», «неполная звезда», «треугольник» и прочие.

Существует множество схем токовых цепей. Каждая из них имеет свои свойства и применима только в определенных электроустановках.

Схема полной звезды

Распространенная схема: трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. В каждой фазе устанавливается защитное реле. А замыкается цепь через один общий провод, называемый «нулевым».

Схема обладает следующими свойствами:

• В нормальном режиме (при симметричной нагрузке) в схеме протекают токи Ia, Ib, Ic. По закону Кирхгофа, в нулевом проводе ток отсутствует, так как геометрическая сумма векторов фазных токов Ia+Ib+Ic равна нулю;
• При глухом двухфазном замыкании (например, фаз B и C), наблюдается аналогичная предыдущему случаю картина: в фазе A ток Ia будет отсутствовать, в фазах B и C токи будут в противофазе: Ib = —Ic. Следовательно, их сумма так же будет равна нулю, и ток в нулевом проводе Io будет отсутствовать;
• При однофазном замыкании появляется составляющая нулевой последовательности Io. Так как она не может быть скомпенсирована, ей деваться некуда — она замыкается (протекает) по нулевому проводу. Отсюда следует важный вывод: нулевой провод является фильтром нулевой последовательности;
• Так как ток в защитном устройстве равен току в фазе, то коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Подводя итог перечисленным свойствам, можно сделать вывод, что схема полной звезды реагирует на любые виды замыканий: при любых междуфазных замыканиях срабатывают защитные устройства в фазных проводах, а при однофазном замыкании — защитное устройство в нулевом проводе.

Схема неполной звезды

Более распространенная схема, чем предыдущая. Отличается от полной звезды отсутствием трансформатора тока цепи одной из фаз. Как правило, в фазе B.

Схема обладает свойствами:

• В нормальном режиме при симметричной нагрузке ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов двух фаз, в которых установлены измерительные трансформаторы тока: Ia + Ic = —Ib;
• При двухфазном замыкании между A-B или B-C в нулевом проводе появляется ток, равный -Iа или -Ic. При замыкании А-С в нулевом проводе протекает сумма токов Ia + Ic.
• При однофазном замыкании фаз A или C, в нулевом проводе так же возникает ток нулевой последовательности поврежденной фазы. При повреждении в фазе B ток нулевой последовательности не возникает.
• Коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Недостатком этой схемы — реакция не на все виды однофазного короткого замыкания. Поэтому такие схемы применяются в сетях с большим сопротивлением при замыканиях на землю, т. е. в сетях 6 — 35 кВ.

Соединение трансформаторов тока в треугольник

Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются последовательно: начало ТТ фазы A — с концом ТТ фазы B, начало ТТ фазы B — с концом фазы C, начало ТТ фазы C — с концом ТТ фазы А. Обмотки защитного устройства подключают к выводам И1 фаз A, B и C и соединяются в звезду.

Рассмотрим, какими свойствами обладает рассматриваемая схема:

• При симметричной нагрузке и трехфазном коротком замыкании через защитные реле протекает ток, равный разности токов двух фаз, а следовательно, в √3 раз больше фазного и сдвинут на 30°;
• При двухфазных и однофазных замыканиях величина тока через защитное реле зависит от характера замыкания;
• На однофазные замыкания на землю данная схема не реагирует;
• Коэффициент схемы равен K_СХ = √3.

Данная схема реагирует на все виды коротких замыканий, кроме замыканий на землю. Увеличивает чувствительность защиты за счет увеличения тока в реле до 2 крат.

Схема соединения с двумя трансформаторами, включенными на разность тока и одним реле (схема «восьмерки»)

Вторичные обмотки двух трансформаторов тока соединяются последовательно:
начало ТТ фазы A — с концом ТТ фазы C, начало ТТ фазы C — с концом фазы A. Обмотка защитного устройства
подключают к выводам И1 фаз A и C.

Рассмотрим свойства данной схемы:

• При трехфазном замыкании ток через защитное устройство протекает равный разности токов двух фаз Ia — Ic. Величина его будет Iр = √3Ia;
• При двухфазном замыкании в фазах А и С, ток через защитное устройство Iр = 2Ia. При замыканиях между фазами A-B или B-C, ток Iр = 2Ia;
• Как и в схеме неполной звезды, при однофазном замыкании в фазах Ia или Ic ток Iр = Ia или Ic, при замыкании фазы B ток Iр = 0.
• Чувствительность схемы зависит от типа повреждения и может быть от 0 до 2 крат;
• У этой схемы есть существенные недостатки: её нельзя использовать для защиты трансформатор с соединением обмоток звезда-треугольник, потому что при двухфазном замыкании на вторичной обмотке (со стороны треугольника) в фазах В и С токи в первичной цепи будут Ia = Ic, следовательно Iр = 0;
• Коэффициент схемы равен K_СХ = √3.

Рассматриваемая схема применима только для защиты от междуфазных замыканий.

Методы проверки токовых цепей

Проверка токовых цепей только лишь прозвонкой малоэффективна. Причина тому — их низкое сопротивление и важность в последовательности соединения проводников. Поэтому при прозвонке требуется разборка всех соединений, что не всегда целесообразно, так как есть более эффективные методы проверки.

Проверка коэффициента трансформации и полярности выводов

Это важный этап проверки токовых цепей. Трансформаторы тока — отправная точка (источник), поэтому о них должно быть известно всё: коэффициент трансформации и полярность выводов.

Проверка коэффициента трансформации производится довольно просто: на вывода Л1-Л2 первичной обмотки подается переменный ток, значение I₁ и направление которого известно. Во вторичных выводах И1-И2 замеряется трансформированный ток I₂. При этом все вторичные обмотки, в которых измерение не производится должны быть закорочены. Коэффициент трансформации будет равен:

k_ТТ = I₁/I₂

Значение этого коэффициента не должно отличаться от паспортного более чем на 2%. Если проявить смекалку при наличии вольтамперфазометра (ВАФ), то можно сразу посмотреть и полярность выводов. Правда, для этого нужен такой ВАФ, который умеет измерять углы между двумя токами.

Для этого опорные клещи (относительно которых будет измеряться вторичный ток) цепляют на первичный провод таким образом, чтобы знак начала на них был обращен к началу источнику тока. Измерительные клещи нужно зацепить на провод (или перемычку), подключенный к выводам И1-И2 так, чтобы знак их начала был обращен к И1. Если вывода совпадают, то угол между ними будет не более 3°.

Если по каким-то причинам невозможно применение ВАФа (например, первичный провод источника слишком большого сечения или ВАФ не измеряет угол между током и током), то полярность выводов можно проверить методом гальванометра.

Ко вторичной обмотке подключается гальванометр. Для этих целей вполне подойдет даже мультиметр без автоматического определения пределов. Например, Mastech MY-64. Его измерительный щуп (V) подключается к И1, а общий (COM) — к И2. С помощью батарейки (лучше аккумулятора) с нагрузкой в цепи в виде лампы или резистора подается постоянный ток в первичную обмотку таким образом, чтобы «плюс» источника коммутировался бы на Л1, а «минус» — на Л2. Положительное отклонение стрелки гальванометра или положительное значение напряжения на мультиметре при замыкании ключа свидетельствует о совпадении направления выводов Л1 и И1.

Ретом-21, например, позволяет напрямую замерить угол между первичным током и вторичным. Для этого в разрыв провода вторичного тока нужно подключить вход РА так, чтобы И1 приходил в начало РА, а И2 — в конец. Начало источника I3 или I5, обозначенное знаком (*) подключается к Л1. В меню источника Ретом-21 настраивается мультиметр таким образом, чтобы опора измерения фазы (угла) была I3 или I5, а измерение — по PA.

Если коэффициент трансформации небольшой, нет возможности замерить угол, но есть токовые клещи, то можно воспользоваться приведенной схемой измерения. Она годится лишь для оценочной проверки полярности выводов. По ней нельзя судить о угловой погрешности трансформатора тока.

В окно клещей от трансформатора тока пропускается сразу два провода — первичный и вторичный. Делается два опыта: с разным положением вторичного провода в окне. В одном случае клещи покажут ток больше — значит направления токов совпадает, а в другом — меньше, значит токи в противофазе.

И еще. Если и последний способ не подходит для проверки полярности, то ниже, в разделе, описывающем проверку циркуляции токов, косвенно объясняется, как можно проверить правильность полярности трансформаторов тока.

Снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Для чего? Это нужно для понимания наличия короткозамкнутых витков во вторичной обмотке трансформатора. Когда во вторичной обмотке есть короткозамкнутые витки, то её сопротивление падает, следовательно вторичный ток циркулирует по обводным цепям. К тому же, как правило, происходит и изменение коэффициента трансформации трансформатора тока. Это начинает сказываться на надежности защиты в целом и может привести к отказам.

Каковы критерии исправности/неисправности трансформатора тока по ВАХ? Существует понятие точки намагничивания. Это значение тока, потребляемого обмоткой I_НАМ, при котором происходит перегиб характеристики ВАХ. Точка отделяет зону, когда напряжение растет круче, чем ток от зоны, когда ток растет круче, чем напряжение. Ток намагничивания — паспортная величина. Иногда производитель указывает, какое напряжение должно быть при токе намагничивания. Но бывает и так, что ни напряжения, ни тока намагничивания в паспорте нет. В любом случае хорошим тоном считается снимать характеристику ВАХ полностью от 0 до 5 А, а не только в одной указанной точке. Снятая характеристика при ПНР будет эталонной для последующих проверок в эксплуатации.

Опять же таки, нет четкого определения, что несоответствие точки намагничивания на столько-то процентов есть браковочный показатель. Как правило, точка намагничивания и не будет совпадать с паспортом в каком-то приближении. Причина этому невозможность обеспечить полностью синусоидальный ток при проверке и использование различных приборов в эксплуатации и при наладке. Поэтому из практического смысла ВАХ рекомендуется снимать во всем диапазоне. Чем больше точек, тем лучше. Затем полученная характеристика сравнивается с такими же характеристиками для однотипных трансформаторов тока или с полученной при наладке.

Вольт-амперная характеристика снимается возбуждением трансформатора тока со стороны вторичной обмотки. Все остальные обмотки должны быть разомкнуты. В обмотку подается и плавно увеличивается напряжение. Во время увеличения напряжения, ориентируясь на значения тока, снимаются точки (I_НАМ; U_НАМ) в количестве — чем больше, тем лучше. Шаг точек выбирается произвольно. Рекомендуется до точки намагничивания снимать мелкими шагами (по 50, а то и 10 мА). После — увеличивая от 500 мА до 1 А. Затем по ним строится сама характеристика.

Важно знать, что после достижения последней точки нельзя просто так отключать источник. Необходимо произвести размагничивание путем плавного уменьшения подаваемого напряжения до нуля. Затем, отключить источник с паузой в несколько секунд.

На рисунке ниже показаны ВАХ исправного трансформатора тока и имеющего витковые замыкания во вторичной обмотке. Так же показаны ВАХ обмоток класса точности 10Р и 0,5. Как видно, обмотка используемая для защит (10Р) имеет ВАХ более высокую, чем обмотка используемая для измерения, хотя они могут располагаться на одном магнитопроводе трансформатора.

Для трансформаторов тока нулевой последовательности вид ВАХ не регламентируется. Это связано с принципом его работы. Он должен реагировать на гармонические составляющие отличные от основной частоты. Поэтому ВАХ таких трансформаторов снимается при наладке и используется как образец в эксплуатации. Форма этой ВАХ может быть как линейной, так и нелинейной.

Проверка циркуляции токов в полной схеме

Обязательный этап проверки токовых цепей — проверка циркуляции. Косвенно при циркуляции проверяется и полярность подключения вторичных обмоток. Все вторичные токовые цепи собираются по рабочей схеме. На данном этапе должно быть четкое понимание, какой коэффициент трансформации у трансформаторов тока и каково будет направление энергии через проверяемое присоединение. Положительное направление энергии считается от шин в линию. То есть, нужно четко понимать, куда смотрит вывод трансформатора тока Л1: в шины или в линию.

Проверка производится в несколько шагов. Первый шаг: в первичную обмотку каждого отдельно трансформатора тока подается ток заведомо известной величины, например, 60 А. При коэффициенте трансформации 300/5 во вторичной обмотке будет протекать ток 1 А. Нужно проверить, что ток протекает только в проводе возбуждаемой фазы и в нуле. И везде он близок к 1 А. В проводах других фаз никаких токов быть не должно. Если это не так, значит имеются обводные цепи и их нужно найти и устранить.

Затем эта процедура повторяется для всех остальных трансформаторов тока. В том числе и для трансформаторов тока нулевой последовательности.

Второй шаг: сборка схемы для проверки правильности подключения к полярным выводам трансформаторов. В первичную схему устанавливаются перемычки таким образом, чтобы при питании от источника тока, в нулевом проводе вторичных обмоток ток суммировался. То есть последовательно соединяются первичные обмотки: Л2 фазы «А» c Л1 фазы «B», Л2 фазы «B» с Л1 фазы «C». Ток подводится к Л1 фазы «A» и Л2 фазы «C».

Так как ток имеет одно направление во всех трансформаторах тока, то во всех фазных проводниках он будет равен 1 А при первичном 60 А, в нулевом — около 3 А. Или, если в фазе «B» отсутствует трансформатор тока — 2 А. Если это не так, значит неверно подключены провода токовых цепей к выводам трансформатора тока. Т. е. где-то вместо И1 подключено к И2 или наоборот.

Проверка сопротивления изоляции

Перед проверкой сопротивления изоляции токовых цепей необходимо отсоединить проводник заземления подключенный ко вторичным обмоткам. Сопротивление изоляции проверяется повышенным напряжением 1000 В промышленной частоты в течение 1 мин. Критерием исправности изоляции является отсутствие пробоя или увеличения величины тока утечки при испытаниях.

Затем, производится проверка относительно корпуса металлоконструкции мегаомметром на напряжение 1000 В. Сопротивление должно быть не ниже 1 МОм.

Проверка нагрузки на выводах трансформаторов тока

Вторичные обмотки трансформатора тока работают в режиме короткого замыкания в идеальном случае. Однако, провода, устройства защиты и измерения, включенные во вторичные цепи последовательно, могут создавать ощутимое сопротивление (нагрузку) на трансформатор тока. Следствием этого может быть выход трансформатора из класса точности, что в свою очередь на уставках с большим током приведет к отказу защиты. Проще говоря, чтобы обеспечить гарантированную погрешность работы трансформатора в 10% для обмоток 10Р, сопротивление нагрузки не должно превышать номинального значения. При пусконаладочных работах этот параметр нужно проверять обязательно. Алгоритм проверки описан далее.

Шаг 1: Определение фактической вторичной нагрузки трансформатора тока Z_2ФАКТ:

При полностью собранных вторичных цепях производится измерение нагрузки. Для этого в первичную обмотку подается ток не менее 10% от номинала. На зажимах вторичной обмотки 1И-2И измеряется напряжение (U_2Д) и протекающий в цепи ток (I_2Д). Фактическая нагрузка обмотки определяется по формуле:

Z_2ФАКТ = U_2Д / I_2Д

Шаг 2: Определение коэффициента предельной кратности при Z_2ФАКТ:

Коэффициент предельной кратности выбирается по мощности вторичной нагрузки из кривой предельной кратности трансформатора тока. Находим мощность:

S_2ФАКТ = I²_2НОМ·Z_2ФАКТ

Где:

• I²_2НОМ — номинальный вторичный ток трансформатора тока (для 300/5 — это 5 А);

По кривой предельной кратности находим коэффициент К. Эта кривая приводится в руководстве по эксплуатации на конкретный трансформатор тока. Откладывая по оси абсцисс полученную мощность S_2ФАКТ, находим К.

Шаг 3: Определяем ток насыщения от первичной обмотки I_1НАС:

I_1НАС = K·I_1НОМ

Где:

• I_1НОМ — номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока (для 300/5 — это 300);

Шаг 4: Определение допустимого вторичного тока по кривым от фактической нагрузки

Из расчетов уставок защит проекта нужно взять самый максимальный первичный ток короткого замыкания (I₁) в зоне защиты присоединения. Так правило этот ток находится в уставках на токовую отсечку. Нам понадобится кривая зависимости токов вторичной обмотки от токов короткого замыкания в первичной обмотке. Эта кривая точно так же приводится в руководстве по эксплуатации на трансформатор тока.

Откладывая по оси абсцисс отношение I₁/I_1НАС определяем по оси ординат отношение I₂/I_2НАС. Здесь требуется знать еще и Cos φ вторичной нагрузки трансформатора тока. Если определить его сложно, то нужно использовать наихудший вариант — Cos φ=0,8.

Тогда допустимый вторичный ток для короткого замыкания в первичной цепи присоединения находится из выражения:

I_2ДОП = I_2НОМ·K·K_2ДОП

Где:

• I_2НОМ — номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока (для 300/5 — это 5 А);
• K — коэффициент кратности, определенный в шаге 2;
• K_2ДОП — определенное из кривой зависимости токов вторичной обмотки от токов короткого замыкания в первичной обмотке отношение I₂/I_2НОМ.

Шаг 5: Сравнение полученного результата

Для того, чтобы защита отработала при возникновении короткого замыкания на проверяемом присоединении, необходимо, чтобы ток самой большой уставки (токовой отсечки) был меньше, чем допустимый вторичный ток, то есть:

I_2ТО ≤ I_2ДОП

Если это не так, то возможные меры — увеличение сечения проводов, выбор
трансформатора тока с большей номинальной нагрузкой или с большим
коэффициентом трансформации.

Меры безопасности при проверке токовых цепей

Перед
любыми переключениями во вторичных цепях следует
убедиться, что питание установки отключено и ток в первичной цепи
проверяемого трансформатора отсутствует. Отключение питания проводят при
помощи коммутационного устройства, расположенного до регулятора
напряжения или непосредственно после него.

При работе с одной из обмоток трансформаторов тока,
имеющих две и более вторичных обмотки, каждая из которых размещена на
отдельном магнитопроводе, другие вторичные обмотки должны быть замкнуты
на нагрузку, не превышающую номинального значения, или накоротко.