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).

1. 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.
2. Вторичная обмотка изготавливается с учетом рабочих параметров силовой линии с коэффициентом, достаточным для обеспечения работы счетчика.
3. Приборы учета и средства контроля (защиты) подключаются к контактам «И1», «И2».
4. Сила тока вторичной обмотки «I2» собственно является объектом измерения, учета и сигнальным параметром для срабатывания устройств защиты.
5. 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:

1. 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.
2. 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