Схемы подключения трансформатора | Полезные статьи

Для осуществления максимальной токовой защиты применяются различные схемы подключения трансформаторов тока (ТТ). Какая из схем будет использоваться, зависит от того, где именно применяются ТТ. Так например, в городских сетях может использоваться схема «полной звезды», а в сельских – «неполной звезды». В дифференциальных и других защитах трансформаторы могут включать в треугольник, а реле — в звезду.

Полная звезда

Схема подключения трансформаторов тока «полная звезда» (рис.1), при которой ТТ устанавливают во всех трёх фазах, а нулевые точки вторичных обмоток последовательно соединены одним нулевым проводником. При таком подключении в реле тока (обозначены на рисунке I, II и III) протекают токи равные токам проходящие через первичные обмоток ТТ, делённые на коэффициент трансформации nT. В нулевом же проводе протекает геометрическая сумма всех токов Iн.п., которая в случае равенства этих трёх токов равна нулю.

Коэффициент схемы Ксх, представляющий собой отношение тока в реле к току в фазе, равен 1, поскольку ток в каждом из трёх реле равен току в соответствующей фазе.

 

 

Неполная звезда

На рис. 2 показана схема «неполная звезда». Отличием данной схемы от предыдущей является то, что ТТ установлены только на дух фазах из трех. В остальном же схема аналогична: обмотки реле (I и III) и вторичные обмотки ТТ установлены так же, как в полной звезде. В нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов тех двух фаз, к которым подключены трансформаторы.

Также, как и для предыдущей схемы коэффициент Ксх = 1.

 

 

Треугольник

На рис. 3 показана схема подключения устройств максимальной токовой защиты в «треугольник». При такой схеме подключения вторичные обмотки ТТ соединены последовательно с противоположными выводами, образуя треугольник. Таким образом, в каждом из реле протекает ток, равный геометрической разнице тока в соответствующей фазе и тока в фазе, следующей за ней: 

При этом Ксх = , поскольку ток в каждом из реле в раз больше, чем ток соответствующей фазе.

 

 

«Восьмёрка» («неполный треугольник»)

На рис. 4 показано подключение ТТ по схеме «восьмёрка» (неполный треугольник). В данной схеме трансформаторы установлены только в двух фазах, а вторичные обмотки соединены друг с другом противоположными выводами. Ток в реле равен разнице токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы. При такой схеме подключения Ксх = 2.

 

 

 

Последовательное и параллельное включение трансформаторов тока

На рис.5 представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. При таком соединении вторичных обмоток ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации сила тока такая же, как при включении в цепь только одного из трансформаторов, при этом нагрузка распределяется поровну по двум. Такая схема может применяться при использовании трансформаторов малой мощности.

При соединении трансформаторов тока по схеме указанной на рисунке 6 ток в реле равен сумме токов во вторичных обмотках каждого из трансформаторов. Обычно, данная схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.

Трансформаторы тока. Нюансы схем соединения.

Приветствую, уважаемые друзья.

Сегодня буквально короткой строкой о последствиях путаницы в маркировки выводов обмоток трансформаторов тока.

Бригада релейщиков  настраивала токовую защиту электродвигателя в ячейке КСО в РУ-6кВ

 Схемы на ячейку не было. Визуально определили, что схема соединений вторичных обмоток трансформаторов тока «НЕПОЛНАЯ ЗВЕЗДА» с реле в нулевом проводе. (см. рисунок выше).

Как видно из векторной диаграммы, ток через реле равен току в фазе, т.е. коэффициент схемы единица.

Исходя из этого, прогрузили реле вторичным током.

Запустили электродвигатель. Через некоторое время произошел останов двигателя в результате срабатывания защиты. Никаких аварийных режимов не наблюдалось.

Стали разбираться. Оказалось один из трансформаторов тока (фаза С) перевернут. То есть маркировка выводов первичной обмотки трансформатора тока (часто она представляет собой просто шину) Л1 и Л2 направлена следующим образом Л2 в сторону секции шин (источник энергии), Л1 в сторону двигателя (нагрузка).

В этом случае происходит и переворот выводов вторичной обмотки трансформатора тока (И2 становится как бы началом обмотки, а И1 – концом ). Показано в скобках на рисунке   ниже.

То есть получается, что схема соединения вторичных обмоток трансформаторов тока меняется и превращается из «НЕПОНОЙ ЗВЕЗДЫ» в «РАЗНОСТЬ ТОКОВ» — когда начало вторичной обмотки одного трансформатора тока соединяется с концом вторичной обмотки другого, как показано на рисунке ниже.

И как видно из векторной диаграммы ток, протекающий через реле, гораздо больше ожидаемого. Действительно коэффициент схемы для соединения вторичных обмоток на «РАЗНОСТЬ ТОКОВ» составляет 1,73.

Вот почему произошло ложное срабатывание защиты при одном и том же первичном токе токи во вторичных цепях совершенно разные.

Вот в принципе и все.

Вывод: обращайте внимание на маркировку выводов обмоток трансформаторов тока. Кстати это может повлиять и на учет электроэнергии. И еще при монтаже старайтесь устанавливать трансформаторы тока единообразно, чтобы не возникало путаницы.

Желаю успехов.

Кстати поздравьте меня. Я сегодня в очередной раз подтвердил пятую группу по электробезопасности.             

13.Схемы соединения трансформаторов тока и реле.

 

Схемы соединения трансформаторов тока и реле

 

В схемах с включением реле на полные токи фаз токи в реле Iр в общем случае отличаются от вторичных фазных токов I_2ф измери­тельных преобразователей. Это отличие характеризуется коэффи­циентом схемы

kcx =Iр/I_2ф,

который может зависеть от режима ра­боты защищаемого элемента.

Если ток I_2ф выразить через первич­ный ток I_1ф и коэффициент трансформации K_I измерительного пре­образователя, то

kcx = Iр *K_I / I_1ф.

Это соотношение справедливо так­же для тока срабатывания реле Iс.р и тока срабатывания защиты Iс.з, т. е.

kcx =Iс.р*KI/Iс.з.

 При определении токов срабатывания обычно рассматривается симметричный режим. В этом случае ко­эффициент схемы обозначают как.

 

Применяются следующие схемы:

 

1. Трехфазная схема соединения в полную звезду.

 

Имеется три трансформатора в каждойц фазе.

Достоинства.

1.      Реагирует на все виды однофазных и многофазных КЗ.

2.     Равная чувствительность схемы при всех видах КЗ. 

3.     Коэффициент схемы равен 1.

Недостатки

1.     Большое количество оборудования.

2.     Возможность неселективного действия при КЗ на землю разных фаз в двух точках сети с изолированной нейтралью.

 

2.     Двухфазная двухрелейная схема соединения в неполную звезду.

Достоинства.

1. Схема реагирует на все виды КЗ за исключением КЗ на землю фазы в который TA не установлен, поэтому данная схема применяется для междуфазных защит.

2. Коэффициент схемы равен 1.

Недостатки.

1. Коэффициент чувствительности в некоторых случаях может быть в два раза меньше чем у схемы полной звезды. Например, при КЗ за трансформатором, с соединением обмоток Y-D или  D- Y.

3.

Схема на разность токов двух фаз.

 

 

Ток реле равен геометрической разности токов двух фаз

Достоинство.

1.     Экономичность. Используется только одно реле.

Недостатки.

1.     Различная чувствительность при различных видах КЗ.

2.     Данная схема отказывает в действии при некоторых вида двухфазных КЗ.

 

4. Трехфазная схема соединения ТА в полный треугольник, а реле — в полную звезду.

Схема используется в дифференциальных защитах.

Токи в обмотках реле равены геометрической разности фазных токов.

Коэффициент схемы равен .

Недостатки.

Схема имеет неодинаковую чувствительность к различным видам КЗ. Чувствительность минимальна при однофазных и двойных КЗ.

Во всех этих схемах измерительные органы включают на пол­ные токи фаз.

Применяются также схемы включения на составляющие токов нулевой и обратной последовательности. В этих схемах реле подключается к  фильтрам тока нулевой и обратной последовательностей.

 

5. Схема соединения реле на сумму токов трех фаз.

Схема используется для защиты от замыканий на землю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения трансформаторов тока.

ТКЛ -3                ТПОЛМ-10     К- катушечный         Ш- шинный

ТПЛ-10               ТШЛ-10          Л- с литой изоляцией  М-масло

ТПОЛ-10            ТШЛП-10       П- проходной         У- усиленный

ТПЛУ-10             ТПШЛ-10   О – одновитковый,  Число – напряжение в кВ.

 

Подключение счетчика через трансформаторы тока

Добрый день, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».

Решил написать подробную статью на тему подключения счетчиков электроэнергии через трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН).

В статье про схемы подключения электросчетчиков прямого включения мы познакомились с подключением однофазных и трехфазных электросчетчиков прямого, или его еще называют, непосредственного включения в сеть. В той же статье я упоминал, что существует способ подключения электросчетчиков и через трансформаторы тока и напряжения.

Давайте рассмотрим на примере трехфазных счетчиков самые распространенные схемы.

Счетчики необходимы для учета электроэнергии потребителями в трехпроводных и четырехпроводных сетях переменного тока с частотой 50 (Гц).

Трехфазные счетчики электрической энергии выпускаются на напряжение 3х57,7/100 (В) или 3х230/400 (В).

Подключение счетчиков электрической энергии к вышеперечисленным сетям осуществляется через измерительные трансформаторы тока (ТТ) со вторичным током 5 (А) и трансформаторы напряжения (ТН) со вторичным напряжением 100 (В).

При подключении счетчика необходимо строго следить за полярностью начала и конца обмоток трансформаторов тока, как первичной (Л1 и Л2), так и вторичной (И1 и И2). Также необходимо соблюдать полярность обмоток трансформатора напряжения (подробнее об этом Вы можете почитать в статье про трансформатор напряжения НТМИ-10).

Все схемы подключения электросчетчиков в данной статье относятся, как к индукционным счетчикам, так и к электронным.

О том, как правильно выбрать трансформаторы тока и трансформаторы напряжения я расскажу Вам в следующей статье. Чтобы не пропустить выходы новых статей на сайте — подпишитесь на рассылку новостей.

Итак, приступим.

 

Схема подключения счетчика к трехфазной трехпроводной или четырехпроводной сети с помощью 3 трансформаторов тока и 3 трансформаторов напряжения

ТН1 — ТН3 — трансформаторы напряжения, ТТ1 — ТТ3 — трансформаторы тока.

Пунктиром на схеме показано соединение, которое может отсутствовать.

Общая точка вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения должна быть заземлена с целью безопасности.

 

Схема подключения счетчика к трехфазной трехпроводной или четырехпроводной сети с помощью 3 трансформаторов тока

ТТ1 — ТТ3 — трансформаторы тока. 

Пунктиром на схеме показано соединение, которое может отсутствовать.

Эта схема подключения счетчика аналогична схеме выше, но без использования трансформаторов напряжения. Примером такого подключения является счетчик ЦЭ6803В 3х220/380 (В), 1-7,5 (А).

Более подробно и наглядно по этой схеме подключения Вы можете узнать из моей статьи про схему подключения трехфазного счетчика ПСЧ-4ТМ.05.04 в четырехпроводную сеть напряжением 380/220 (В) с помощью 3 трансформаторов тока.

 

Схема подключения счетчика к трехфазной трехпроводной сети с помощью 2 трансформаторов тока

ТТ1 — ТТ2 — трансформаторы тока. Трансформаторы напряжение отсутствуют.

 

Схема подключения счетчика к трехфазной трехпроводной сети с помощью 2 трансформаторов тока и 3 трансформаторов напряжения

ТН1 — ТН3 — трансформаторы напряжения, ТТ1 — ТТ2 — трансформаторы тока.

Более подробно и наглядно по этой схеме подключения Вы можете узнать из моих следующих статей:

Схема подключения счетчика к трехфазной трехпроводной сети с помощью 2 трансформаторов тока и 2 трансформаторов напряжения

ТН1 — ТН2 — трансформаторы напряжения, ТТ1 — ТТ2 — трансформаторы тока.

Подключение счетчика через трансформаторы тока. Выводы

В завершении статьи о подключении счетчика через трансформаторы тока и напряжения, хочу напомнить Вам, что практически у любого счетчика на крышке от клеммных зажимов изображена схема его подключения с маркировкой и нумерацией выводов. А также имеется паспорт, где все подробно описано.

Однако, лучше все таки заранее знать тип счетчика, место установки, класс напряжения и соответственно схему его подключения.

Электромонтаж токовых цепей и цепей напряжения должен проводиться строго по ПУЭ. Требования ПУЭ к сечению проводов токовых цепей — не меньше 2,5 кв. мм, а цепей напряжения — не меньше 1,5 кв.мм. Все сечения указаны только для медного провода.

Рекомендую Вам при подключении счетчиков электроэнергии обязательно применять цифровую и буквенную маркировку проводов вторичных цепей, чтобы облегчить Вам и Вашим коллегам дальнейшую эксплуатацию и обслуживание.

P.S. В данной статье размещены не все схемы подключения электросчетчиков, а только самые распространенные и востребованные. Если Вас интересуют и Вы знаете другие схемы, то с удовольствием обсудим их в комментариях.

Чтобы облегчить восприятие материала этой статьи по подключению счетчика через трансформаторы тока и напряжения, я приведу Вам наглядные примеры на каждую из вышеперечисленных схем, используя фото- и видео-ролики, созданные лично мною.

Следите за обновлениями или подпишитесь на новости сайта.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Пять обязательных испытаний для оценки исправности ТТ

Введение

Трансформатор тока – это устройство, которое пропорционально преобразует переменный первичный ток в пониженный вторичный ток для использования его реле, счетчиками электроэнергии, контрольным оборудованием и другими приборами. ТТ широко применяются в электроэнергетической отрасли и играют важную роль в мониторинге и защите электроэнергетических систем. Неисправность ТТ может вызвать значительные повреждения основного электрооборудования, что может сказаться на бесперебойности питания ответственных потребителей электроэнергии. Для обеспечения надежной работы систем проводится периодическая проверка трансформаторов тока, основной целью которой являются проверка работоспособности и оценка их технического состояния.

Поскольку ТТ представляют собой разные по типу исполнения и размерам устройства – от небольших приборов внутри терминалов до громоздких конструкций, устанавливаемых на железобетонных опорах на территориях ОРУ (рис.1), – для их проверки требуется испытательное оборудование с широким диапазоном выходных и измеряемых параметров.

а)                                                                                       б)
Рис. 1. Трансформаторы тока: а) 660 В 150/5А; б) 500 кВ 1500/5А

В основном выделяют такие причины неисправностей ТТ, как повреждение изоляции, повреждение магнитопровода, дефекты в обмотках. Периодическая проверка позволяет выявить неисправности на ранней стадии и предотвратить серьезные последствия, вызванные повреждениями трансформаторов тока. Визуальный осмотр позволяет оценить чистоту поверхностей, наличие сколов на изоляции, состояние клемм подключения, а также выявить наличие внешних дефектов. Для полноценного анализа необходимо проведение электрических проверок, которые описаны в нормативной документации [1-9] и будут рассмотрены далее.

1. Измерение сопротивления изоляции

Измерение сопротивления изоляции производится на закороченной обмотке относительно корпуса. Другая обмотка должна быть закорочена и заземлена. Показания сопротивления записываются через 1 минуту после начала измерений. Резкое падение значений сопротивления изоляции во время измерения указывает на ухудшение качества изоляции, и для диагностики проблемы требуются дальнейшие исследования.

Для трансформаторов тока напряжением более 600 В измерения производятся с применением мегаомметра на 2500 В, а для ТТ меньшего класса напряжения – обычно выполняются при 1000 В.

На рис. 2 приведена схема испытаний с применением устройства РЕТОМ-6000. Благодаря встроенному мегаомметру прибор позволяет измерять сопротивление изоляции ТТ в пределах от 100 кОм до 2 ГОм. При этом измерения максимально автоматизированы – пользователь задает уровень испытательного напряжения, а на экране отображаются ток утечки и длительность измерения.

Рис. 2. Измерение сопротивления изоляции первичных цепей ТТ

У каскадных ТТ сопротивление изоляции измеряется для трансформатора тока в целом. При неудовлетворительных результатах сопротивление изоляции дополнительно измеряется на каждой ступени. Граничные значения сопротивлений изоляции приведены в соответствующей нормативной документации [1].

2. Измерение коэффициента трансформации

Коэффициент трансформации ТТ представляет собой отношение первичного входного тока ко вторичному выходному току. Измеренное значение данного коэффициента сравнивается с паспортными данными с целью выявления короткозамкнутых витков обмотки. В случае отсутствия проверочного оборудования с необходимым диапазоном выдачи переменного тока для измерения может быть использован источник напряжения, который подключается к вторичной обмотке, а замеры выходного напряжения производятся на первичной обмотке. Для обеспечения точности при таком подходе необходимо учитывать потери, поэтому формула для расчета коэффициента трансформации ТТ будет выглядеть следующим образом (1):

                               (1)

где U_ТЕСТ  – напряжение, прикладываемое ко вторичной обмотке ТТ,

I_ТЕСТ – ток, протекающий по вторичной обмотке во время проведения измерения,

R_ОБМ – сопротивление вторичной обмотки,

U_ПЕРВ – напряжение на первичной обмотке ТТ.

Рис. 3. Схема измерения коэффициента трансформации ТТ

Для данного типа испытаний применяются комплексы РЕТОМ-21 или РЕТОМ-25, которые позволяют выдавать ток от сотен миллиампер до 3,5 кА (при совместном использовании блока РЕТ-3000), что обеспечивает измерение коэффициента трансформации практически всей номенклатуры ТТ. Пример схемы измерения с помощью устройства РЕТОМ-21 приведен на рис. 3. Проверка выполняется путем подачи тока на первичную обмотку и измерения его выходного значения на вторичной обмотке. Одновременно с данным измерением может быть произведена проверка фазовой погрешности и полярности (описано далее), что позволяет ускорить тестирование ТТ.

3. Проверка полярности ТТ

Под полярностью ТТ понимается определенный порядок расположения выводов его вторичной обмотки, обеспечивающий условия для передачи токового сигнала в нужной фазе. 

Существует несколько способов проверки полярности ТТ с помощью оборудования НПП «Динамика»:

• применение комплексов РЕТОМ-21/25, которые обеспечивают тестирование любых ТТ. Схема подключения соответствует схеме измерения коэффициента трансформации (рис. 3), однако необходимо настроить прибор для отображения на экране значения разности фаз между измерителем первичного и вторичного тока. При нулевой разнице фазы считается, что катушки включены правильно, в противном случае (разница фаз – 180 градусов), контакты второй обмотки необходимо поменять местами.
• применение вольтамперфазометра РЕТОМЕТР-М2 (рис. 4), в котором предусмотрен специальный режим для определения прямого или обратного подключения обмоток ТТ мощностью до 10 ВА. Прибор автоматически определяет полярность выводов, а также сигнализирует о наличии внешнего напряжения или обрыве обмотки ТТ.
• применение блока РЕТ-ПТ, позволяющего определять полярность ТТ мощностью до 10 ВА, а также целостность цепей (рис. 5). Блок удобен в эксплуатации благодаря компактности, автономности и простоте использования – проверка производится буквально одним нажатием кнопки.

Рис. 4. Проверка полярности ТТ с помощью ВАФ РЕТОМЕТР-М2

Рис. 5. Проверка полярности ТТ с помощью блока РЕТ-ПТ

Выбор устройства для проверки полярности ТТ определяется целью испытания, местом его проведения и имеющимся в арсенале пользователя проверочным оборудованием. При комплексной проверке ТТ целесообразно применение устройства РЕТОМ-21/25, а при экспресс-проверках – более компактных приборов РЕТОМЕТР-М2 или РЕТ-ПТ.

4. Проверка характеристики намагничивания ТТ

Характеристика намагничивания (или вольт-амперная характеристика) трансформатора тока представляет собой зависимость напряжения на выводах вторичной обмотки от тока, протекающего по ней, и является одной из наиболее важных характеристик ТТ. При проведении данного испытания выводы первичной обмотки остаются разомкнутыми, а на выводы вторичной обмотки подаётся регулируемое напряжение от независимого источника.

Для снятия ВАХ может применяться комплекс РЕТОМ-25 – для проверки ТТ с напряжением насыщения 250 В, или РЕТОМ-21 – для ТТ с напряжением насыщения 500 В.

На рис. 6 приведена схема измерения характеристики намагничивания ТТ с помощью РЕТОМ-21, а также блока РЕТ-ВАХ-2000, который увеличивает выдаваемое прибором напряжение до допустимых нормативной документацией 1800 В.

Рис. 6. Схема измерения характеристики намагничивания ТТ с помощью РЕТОМ-21 и РЕТ-ВАХ-2000

Процедура измерения характеристики намагничивания описана во многих нормативных документах, среди которых ПУЭ-7 (п. 1.5.17), СТО 34.01-23.1-001-2017, ГОСТ-7746-2001 (п. 9.8), РД 153-34.0-35.301-2002 (п. 3.7), МЭК 60044, МЭК 61869-2, IEEE C57/13 [1-9]. Знакомство с этими документами позволяет сделать вывод о том, что разные стандарты регламентируют разные типы измерения для снятия ВАХ (табл.1), а также разный выходной результат: несколько точек ВАХ, график целиком или рассчитанная точка перегиба. Принятой нормой является отклонение результатов на величину не более 10%. Поэтому важным аспектом данного испытания является наличие в испытательном устройстве измерителей тока и напряжения с поддержкой различных стандартов. В РЕТОМ-21/25 реализованы все типы измерения, позволяющие проводить расчет точки перегиба по любому из приведенных в таблице стандартов.

Таблица 1. Типы измерений для снятия вольт-амперной характеристики ТТ
Стандарт	Тип измерения напряжения/тока
ГОСТ 7746-2001	Среднее/RMS
РД 153-34.0-35.301-2002	Среднее/RMS
МЭК 60044-1	RMS/RMS
МЭК 60044-6	RMS (ЭДС)/Амплитудное
МЭК 61869-2	Средневыпрямленное/RMS
IEEE C57/13	RMS (ЭДС)/RMS

Полностью автоматизировать процесс снятия ВАХ позволяет программа «Трансформатор тока», входящая в состав ПО комплексов РЕТОМ-21/25. При работе с данной программой пользователю достаточно выбрать схему подключения согласно необходимому максимальному уровню тока и напряжения ВАХ, задать шаг и запустить проверку. Программа в автоматическом режиме строит кривую намагничивания, повышая выходное напряжение и фиксируя значения тока и напряжения на каждом шаге. По завершении построения программа автоматически плавно снижает напряжение и тем самым размагничивает ТТ (рис. 7). В результате формируется протокол испытаний, отображающий график кривой намагничивания, табличные значения напряжений и токов, а также контрольные точки ВАХ, заданные пользователем. 

Рис. 7. Характеристика намагничивания трансформатора тока 3000/5

5. Измерение сопротивления обмоток ТТ

Измерение сопротивления обмотки постоянному току является важным испытанием для определения ее целостности и наличия обрывов/замкнутых витков, поэтому данную проверку рекомендуется проводить с определенной периодичностью.

Сопротивление обмотки трансформатора тока определяется отношением падения напряжения на обмотке (измеренного милливольтметром постоянного тока) к протекающему через обмотку постоянному току (2). Схема представлена на рис. 7.

                         (2)

Несмотря на то, что индуктивная составляющая сопротивления ТТ значительно ниже, чем в силовых трансформаторах, измерение требуется проводить с применением источников стабилизированного постоянного тока при насыщении магнитопровода трансформатора (рис.8). Пульсации тестового тока или недостаточное намагничивание магнитопровода могут значительно увеличить погрешность измеренного сопротивления. После измерения сопротивления обмотки ТТ следует размагнитить во избежание бросков тока намагничивания при включении его в работу.

  

 а)                                                                                       б)
Рис. 8. а) Схема проведения измерения сопротивления обмотки;
б) диаграмма изменения тока и напряжения во время измерения

Измерение сопротивления обмотки ТТ можно проводить с использованием микроомметра РЕТ-МОМ.2 (рис. 9, а) или комплексов РЕТОМ-21/25 совместно со сглаживающим фильтром РЕТ-СФ (рис. 9, б).

 а)                                                                                           б)
Рис. 9. Схемы измерения сопротивления обмотки ТТ: а) с применением РЕТ-МОМ.2;б) с применением РЕТОМ-21 совместно с РЕТ-СФ

Поскольку сопротивление проводников зависит от температуры, сравнение результатов измерений с заводскими (паспортными) возможно только при приведении измеренного сопротивления к необходимой температуре. Пересчет сопротивления производится по формуле (3).

                        (3)

где R₁ – сопротивление, измеренное при температуре t₁,

R₂ – сопротивление, приводимое к температуре t₂;

К – коэффициент, равный 245 для обмоток из алюминия и 235 – для обмоток из меди.

Микроомметр РЕТ-МОМ.2 специально разработан для измерения активного сопротивления цепей с большой индуктивностью (обмоток трансформаторов, генераторов, двигателей) и позволяет проводить испытания в автоматическом режиме с приведением сопротивления к необходимой температуре.

При отсутствии специализированного оборудования для тестирования обмоток рекомендуется воспользоваться  комплексами РЕТОМ-21/25 с дополнительным сглаживающим фильтром РЕТ-СФ, позволяющим полностью исключить пульсации, которые могут негативно сказаться на точности измерения сопротивления индуктивных цепей.

Заключение

Не существует единого универсального метода проверки трансформаторов тока. Каждый из приведенных способов предоставляет лишь часть информации о техническом состоянии ТТ. Поэтому необходимо применение комплексного подхода к их тестированию с использованием методов и средств испытаний, отвечающих всем современным требованиям. В статье приведены основные этапы проверок трансформаторов тока с использованием оборудования серии РЕТОМ, которое обеспечивает комплексные испытания трансформаторов тока с получением достоверных результатов измерений и, таким образом, позволяет оценить их общее техническое состояние. Актуальная информация о техническом состоянии ТТ позволит при необходимости организовать мероприятия по устранению выявленных недостатков для обеспечения надежной работы систем релейной защиты и автоматики, а также поддержания бесперебойности электроснабжения потребителей.

Литература

1. ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.
3. СТО 34.01-23.1-001-2017. «Объем и нормы испытаний. Электрооборудования.
4. ГОСТ-7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия».
5. ГОСТ IEC 60044-1-2013 Трансформаторы измерительные. Часть 1.
6. ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 Трансформаторы измерительные. Часть 2.
7. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования».
8. РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения».
9. С57.13-2016 — IEEE Standard Requirements for Instrument Transformers.

 

Плеханов А.В.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июль 2021

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока | Энергофиксик

Мы все знакомы с прямым подключением приборов учета. Ведь все однофазные и множество трехфазных счетчиков в частном секторе именно так и подключены. Но в случае того, если потребление электроэнергии превышает показатель в 100 Ампер, то прямое включение не подойдет. В таких случаях прибор учета подсоединяется через трансформаторы тока.

В данном материале я покажу наиболее распространенные схемы подключения счетчиков электроэнергии через трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока

Схема подключения трехфазного электрического счетчика через три ТТ (трансформатор тока) и три ТН (трансформатор напряжения).

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока

Под обозначением ТН1-ТН3 подразумеваются трансформаторы напряжения, а соответственно ТТ1-ТТ3 — это трансформаторы тока. Также посмотрите на пунктирное обозначение: так показана общая точка заземления трансформаторов, которая выполняется с целью обеспечения безопасности, но она может также и отсутствовать.

Схема присоединения трехфазного счетчика через три ТТ

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока

На этой схеме также пунктиром обозначено соединение, которое может и не быть.

Схема соединения счетчика с применением двух трансформаторов тока

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока

Схема присоединения счетчика через парочку трансформаторов тока и тройку трансформаторов напряжения

Схемы подключения счетчика через трансформаторы тока

Схема присоединения прибора учета через два ТТ и два ТН

Схемы взяты с сайта zametkielectrika.ru

Схемы взяты с сайта zametkielectrika.ru

Выводы

Выше были приведены самые распространенные схемы присоединения приборов учета. Но хочу так же напомнить, что у подавляющего числа приборов учета (непосредственно на крышке или же в паспорте) присутствует схема подключения.

Еще важно учесть, что токовые цепи монтируются медными проводами с минимальным сечением в 2,5 квадрата, а цепи напряжения допустимо выполнять проводами сечением 1,5 квадрата. Причем использовать алюминий категорически запрещено.

Если статья оказалась вам полезна, то ставьте палец вверх.

Спасибо за внимание!

Защита трансформатора тока — условия обрыва цепи

W ЧТО ТАКОЕ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА?

Трансформатор тока (CT) используется для измерения тока другой цепи. Трансформаторы тока используются во всем мире для контроля высоковольтных линий в национальных электрических сетях. ТТ предназначен для создания переменного тока во вторичной обмотке, пропорционального измеряемому току в первичной обмотке. При этом трансформатор тока снижает ток высокого напряжения до более низкого значения и, следовательно, обеспечивает безопасный способ контроля электрического тока, протекающего в линии передачи переменного тока.

Опасности при эксплуатации

Опасности при работе могут возникнуть, если вторичная цепь ТТ остается разомкнутой, пока первичная находится под напряжением. Обрыв цепи может произойти непреднамеренно из-за планового технического обслуживания нагрузки или повреждения выводов вторичной цепи. В этих ситуациях могут возникать переходные процессы высокого напряжения и повреждать изоляцию обмотки ТТ; возможно, что сделает его неработоспособным. Кроме того, эти переходные процессы могут вызвать высокие вихревые токи в сердечнике ТТ.Это может отрицательно сказаться на характеристиках намагничивания трансформатора тока и привести к ошибкам в точности измерения.

IEEE C57.13 рекомендует оборудовать устройства ограничения напряжения вторичными обмотками для защиты от опасного напряжения. В нем указано, что устройство ограничения напряжения должно выдерживать обрыв цепи в течение одной минуты без повреждения вторичной цепи. Блоки защиты трансформатора тока (CTPU) Metrosil предлагают такую ​​защиту и, в отличие от других устройств ограничения напряжения, не требуют немедленной замены после выхода из нормального состояния.Они могут оставаться на месте без вмешательства пользователя.

Устройства защиты трансформатора тока

В нормальных рабочих условиях или в условиях неисправности с подключенной нагрузкой варистор подвергается действию приложенного напряжения. Он действует как пассивная нагрузка и потребляет небольшой ток, что предотвращает неточности измерения ТТ. Во время разомкнутой цепи варистор подвергается действию приложенного тока и действует как активная нагрузка. Таким образом, он ограничивает напряжение на клеммах ТТ и предотвращает любые повреждения.Термостатический переключатель управляет термоциклированием внутри Metrosil CTPU, когда ТТ находится в состоянии разомкнутой цепи. Второй термостатический выключатель может быть установлен на пластине радиатора для удаленного контроля. Варисторы Metrosil могут управлять величиной обратной ЭДС, рассеивая накопленную в катушке энергию на соответствующую нагрузку.

CTPU Метросил может быть выполнен в одно- и трехполюсном исполнении для удобства установки. Все CTPU проходят заводской аудит по ISO9001-2015.CTPU Метросил защищают трансформаторы тока от повреждений в условиях холостого хода. Они не защищают системы реле или трансформаторов тока от перенапряжений, возникающих из-за высоких вторичных токов замыкания. Для защиты релейных систем с высоким импедансом от перенапряжений в условиях неисправности, пожалуйста, обратитесь к нашему проспекту реле Metrosil . Для получения помощи в использовании CTPU Metrosil в сочетании с реле Metrosil для высокоомных релейных систем, пожалуйста, свяжитесь с командой Metrosil .

Шкафы CTPU

Линейка предварительно смонтированных шкафов CTPU Метросил обеспечивает улучшенную защиту от разрушительного воздействия разомкнутых цепей вторичной стороны.Эти блоки прошли типовые испытания и прошли независимую сертификацию согласно IEC 61439, части 1 и 2, доступны в адаптируемых конфигурациях и гибких вариантах установки.

Почему Метросил?

Варисторы из карбида кремния Metrosil были произведены в отделении высокого напряжения Метрополитен-Виккерс в 1936 году, и серийно произведены в 1937 году. Metrosil, являвшаяся крупнейшей электростанцией в 20 ^-м веках, была известна своим промышленным электрооборудованием. в том числе генераторы, паровые турбины, распределительное устройство, трансформаторы, электроника и тяговое оборудование для железных дорог.Следовательно, резисторы Metrosil были включены в крупные флагманские проекты, проложившие путь к эффективному распределению электроэнергии. По сей день наши резисторы остаются на своих местах в установленных сетях электроснабжения, что вызывает доверие как у крупных OEM-производителей, так и у коммунальных предприятий. По мере развития современной энергетической инфраструктуры мы продолжаем внедрять инновации и специализироваться на подстанциях в глобальном масштабе.

Трансформатор тока — конструкция, основные моменты и ошибки

В этом посте мы обсудим трансформатор тока — Конструкция, Фазор и Ошибки.Трансформатор тока широко используется для измерения высокого тока. Трансформатор тока понижает высокое значение тока до низкого значения, которое измерительный прибор может считывать. Если ток в 2000 ампер должен быть считан счетчиком, это невозможно, потому что необходимо использовать небольшое сопротивление шунта высокой номинальной мощности, параллельное гальванометру. Однако непрактично использовать шунтирующее сопротивление небольшого значения с высокой номинальной мощностью для считывания высокого тока непосредственно с помощью счетчика. Вот почему трансформатор тока используется для понижения величины тока, чтобы измерительный прибор и защитное реле могли считывать ток.

Строительство трансформатора тока (ТТ)

Трансформатор тока имеет две обмотки, называемые первичной и вторичной. Первичная обмотка имеет меньшее количество витков и включена последовательно с первичной цепью. Ток всей цепи проходит через первичную обмотку, и желательно, чтобы падение напряжения на первичной обмотке было как можно меньше. Трансформатор тока имеет меньше витков с большим поперечным сечением и, таким образом, падение напряжения в первичной обмотке значительно уменьшается.

Вторичная обмотка имеет большее количество витков по сравнению с первичной обмоткой и соединена с амперметром, счетчиком энергии, ваттметром, преобразователем и реле защиты. Вторичная обмотка трансформатора тока должна быть соединена с измерителем низкого импеданса, чтобы магнитный поток в сердечнике не превышал его номинальной магнитной емкости. Поток в сердечнике, превышающий номинальную мощность, вызывает насыщение магнитопровода, что приводит к полному выходу из строя трансформатора тока.Вторичную обмотку ТТ нельзя оставлять открытой, потому что в этом состоянии магнитный поток в сердечнике многократно увеличивается, что вызывает насыщение сердечника ТТ.

В зависимости от конструкции существует два типа трансформаторов тока — ТТ с живым резервуаром и ТТ с мертвым резервуаром. В трансформаторах тока обоих типов сердечник и обмотка заключены в фарфоровую структуру, и эта структура заполнена минеральным маслом с изоляцией, которое действует как охлаждающая среда, а также обеспечивает необходимую электрическую изоляцию.

Обозначение трансформатора тока (ТТ)

Клемма P ₁ и P ₂ показывает первичную обмотку ТТ, а клеммы S1 и S2 показывают вторичную обмотку ТТ.Коэффициент CT 2000/1 означает, что вторичный ток будет 1 ампер, если первичный ток через CT равен 2000 ампер.

Эквивалентная схема трансформатора тока (ТТ)

Эквивалентная схема ТТ приведена ниже.

Первичная обмотка трансформатора тока имеет мало витков и очень низкое сопротивление. Сопротивление и реактивное сопротивление первичной обмотки обозначено R _p и X _p соответственно. Сопротивление и реактивное сопротивление вторичной обмотки обозначено R _s и X _s соответственно.Составляющие намагничивания трансформатора тока Rc и X _m . R _c отвечает за компонент потерь в сердечнике, а X _m — реактивное сопротивление намагничивания ТТ. Остальные параметры CT приведены ниже.

Фазорная схема трансформатора тока (ТТ)

Эквивалентная схема трансформатора тока аналогична схеме замещения силового трансформатора и асинхронного двигателя. Трансформатор тока имеет два типа ошибок.

• Ошибка соотношения
• Ошибка угла сдвига фаз

Из векторной диаграммы можно вычислить ошибку соотношения ТТ и ошибку фазового угла.

CT Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации

CT рассчитывается следующим образом. Для нахождения коэффициента трансформации нам необходимо вычислить первичный ток I _p согласно определению, а затем разделить его на вторичный ток Is.

Давайте рассмотрим ту часть вектора, которая важна для вычисления I _p , как показано ниже.

Исходя из приведенного выше вектора, первичный ток Ip представляет собой сумму векторов nI _с и I ₀ . Первичный ток Ip трансформатора тока можно рассчитать с помощью формулы сложения векторов.

Ток намагничивания Io очень мал по сравнению с первичным током I _p . Поэтому приведенное выше выражение можно упростить следующим образом.

Из приведенного выше выражения ясно, что коэффициент трансформации не равен передаточному отношению.Коэффициент трансформации и коэффициент поворота будут равны, если α = 0 и δ = 0. Это условие может быть достигнуто , если потери в сердечнике равны нулю и нагрузка является чисто резистивной. Это идеальное состояние , однако это условие практически невозможно.

Погрешность фазового угла трансформатора тока

Фазовый угол трансформатора тока определяется как угол между первичным током Ip и вторичным током I _s . На приведенной выше векторной диаграмме θ — это фазовый угол.

Вывод формулы погрешности фазового угла трансформатора тока

Рассмотрим прямоугольный треугольник obc на приведенной выше векторной диаграмме.

Ошибка соотношения трансформатора тока

Ошибка коэффициента трансформации ТТ определяется как отклонение на единицу коэффициента трансформации от номинального. Ошибка соотношения выражается в процентах.

Так как нагрузка ТТ обычно резистивная. Следовательно, коэффициент мощности нагрузки равен единице и, следовательно, δ = 0

Погрешность фазового угла трансформатора тока

Фазовый угол между первичной и вторичной обмотками трансформатора тока должен составлять 180 градусов.Первичный и вторичный ток должны быть в противофазе. Отклонение фазового угла первичного и вторичного тока называется ошибкой фазового угла. Фазовый угол между первичным и вторичным током ТТ обозначается углом θ.

Так как нагрузка ТТ обычно резистивная. Следовательно, коэффициент мощности нагрузки равен единице и, следовательно, δ = 0. Погрешность фазового угла CT определяется следующим выражением.

Трансформатор тока (ТТ) — типы, установка, характеристики и применение

Трансформаторы тока (ТТ) — конструкция, типы, установка, характеристики и применение

Что такое трансформатор тока (ТТ)?

Трансформаторы тока ( CT ) используются в установках высокого напряжения ( HV ) и среднего напряжения ( MV ) ^[1] для отображения электрического тока к реле и блокам защиты и измерительному оборудованию, и они предназначены для обеспечения тока во вторичной обмотке, пропорционального току, протекающему в первичной обмотке.

CT подключены последовательно, а защитные устройства и измерительное оборудование подключены к вторичной обмотке CT в последовательной ассоциации , как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема подключения трансформатора тока

Установка и процедура трансформатора тока

ТТ высокого напряжения обычно устанавливаются на открытом воздухе на подстанциях AIS ( подстанция с воздушной изоляцией ) — Рисунок 2 — или внутри помещений на подстанциях GIS ( с газовой изоляцией Подстанция ) — Рисунок 3. MV CT обычно устанавливаются внутри помещений, в распределительных устройствах MV — Рисунок 4.

Рисунок 2 — Трансформатор тока на подстанции AIS

Рисунок 3 — Трансформатор тока на подстанции GIS

Рисунок 4 — Трансформатор тока в распределительном устройстве среднего напряжения

Вторичная цепь CT должна быть заземлена, а заземлена только в одной точке . Если вторичная обмотка CT оставить ненагруженной , существует риск взрыва .

Следует соблюдать особые меры предосторожности при подключении CT , первичный (точки подключения обычно обозначаются P1 и P2 ) и вторичный y (точки подключения обычно обозначаются S1 и S2 ) для обеспечения правильного протекания электрического тока и правильного функционирования устройств, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5 — Подключение трансформатора тока

При этом подключении направления первичного и вторичного токов следующие:

• P1 è P2
• S1 è S2
  )

При тестировании CT с использованием 90 198 Тестовое оборудование Omicron можно проверить, правильно ли подключен CT :

• Если подключение правильное, тестовое оборудование покажет угол 0 ° .
• Если подключение неправильное, тестовое оборудование покажет угол 180 ° .

Вы также можете прочитать: Фазирование трансформатора: точечная нотация и условное обозначение

Конструкция и типы трансформаторов тока

Производятся два типа CT :

• «Онлайн» ( прямо — через ) CT (Рисунок 6) — первичный тип бар и первичный тип с обмоткой.
• «кольцевого типа» ( пончик ) CT (Рис. 7)

«кольцевого типа» CT состоит из стального тороида, который образует сердечник трансформатора, и намотан вторичными витками. Пончик надевается на проводник первичной обмотки, который составляет один виток первичной обмотки.

Рисунок 6 — Сетевой CT

Рисунок 7 — Кольцевой CT

Кольцевой CT обычно используется в кабелях, сборных шинах и вводах трансформаторов.

Обычно HV CT используют нефть или газ ( SF6 ) в качестве изоляционной среды, а MV CT используют синтетические смолы .

CT может иметь одно или несколько ядер; Типичные области применения этих ядер:

• Core 1 — измерение; учет энергии; запись.
• Сердечники 2 и 3 — защита.

Использование более одного ядра для защиты оправдано, когда в установке есть два набора защиты — основной и резервный .

Характеристики и спецификации трансформаторов тока

Основные электрические характеристики CT :

• Номинальное напряжение ( максимальное напряжение CT выдерживает )
• Номинальный первичный ток
• Ratio
• Класс точности
• Нагрузочная способность
• Коэффициент мощности ( RF )
• Кривая намагничивания

Согласно IEC ^[2] Стандарт 61869-2, раздел 5.201 , номинальные первичные токи CT составляют: 10 — 12,5 — 15 — 20 — 25 — 30 — 40 — 50 — 60 — 75 А и их десятичные кратные или дробные части .

Отношение CT — это соотношение между значениями первичного и вторичного токов ; обычные вторичные значения: 1 A и 5 A .

Некоторые CT имеют специальных первичных обмоток , которые позволяют удвоить коэффициент , когда предусматривается увеличение установки на (пример: 200-400 / 1 A ) — см. Рисунок 8.

Рисунок 8 — Схема подключения первичных обмоток ТТ с двойным передаточным числом

Класс точности ТТ составляет -процентную допустимую погрешность и связан с нагрузочной мощностью , полной мощностью , выраженное в ВА , которое принимается от вторичной жилы ( вторичная нагрузка ), и для которого гарантируется точность.

В соответствии с упомянутым выше стандартом IEC , CT наиболее распространенными точностями и нагрузками являются:

• Измерение энергии : 2 или 0.5 / 2,5
• Измерение : 5/10 ВА
• Защита : PX, 5P10, 10P10, 5 P20 или 10P20 / 15 ВА или 30 ВА ; первые цифры ( « 5 » и « 10 ») связаны с максимальной допустимой погрешностью , а вторые цифры (« 10 » и « 20 » ”) связаны с коэффициентом предела точности ( ALF ), который представляет способность сердечников воспроизводить токи короткого замыкания без насыщения. ^[3] .« P » означает защиту .

Class PX является наиболее точным и обычно используется для основных защит . Этот класс точности был сохранен в стандарте IEC в 1966 году в поправке № . 1 – прежний Стандартный 60044, включающий класс точности « X », определенный на отозванном BS 3938: 1973 .

Этот трансформатор имеет низкое реактивное сопротивление утечки, для которого знание характеристик вторичного возбуждения трансформатора, сопротивления вторичной обмотки, нагрузочного сопротивления вторичной обмотки и коэффициента трансформации достаточно для оценки его характеристик по отношению к системе защитных реле, с которой он будет использоваться. .

Спецификация погрешности PX CT составляет:

• Номинальный первичный ток
• Коэффициент (максимальная погрешность: 25% )
• Напряжение в точке изгиба
• Ток намагничивания (возбуждения) (при заданном напряжении)
• Вторичное сопротивление (при 75 ° C )

Общая точность и допустимая нагрузка, а также пределы погрешности в соответствии со стандартом IEC 61869 указаны в таблице 1.

Таблица 1 — Общая точность и допустимая нагрузка ТТ и пределы погрешности

RF , который является характеристикой измерительных и измерительных ядер , представляет собой величину , на которую ток первичной нагрузки может быть увеличен сверх номинала, указанного на паспортной табличке, без превышения допустимого повышения температуры , т.е. так сказать, перегрузочная способность трансформатора .Общее значение для РФ — 1,5 .

И наоборот, минимальный первичный ток , который ТТ может точно измерить , составляет « легкая нагрузка » или 10% номинального тока

Коэффициент мощности CT в значительной степени зависит от температуры окружающей среды . Большинство CT имеют рейтинговые коэффициенты для 35 ° C и 55 ° C . Общее значение для РФ — 1,5 .

Также важно учитывать в CT кривую намагничивания , аналогичную кривой, показанной на рисунке 9.

Рисунок 9 — Кривая намагничивания CT

Для того, чтобы этот CT работал удовлетворительно при максимальных токах повреждения , он должен работать на линейной части кривой намагничивания , т. Е. На ниже точки, в которой происходит насыщение. встречается , известная как точка перегиба .

Точка перегиба определяется как точка, в которой повышение напряжения на 10% приводит к увеличению тока намагничивания на 50% .

Напряжение точки перегиба менее применимо для измерения трансформаторов тока , поскольку их точность, как правило, намного выше, но ограничена в пределах очень небольшой полосы пропускания номинального тока трансформатора, обычно от 1,2 до 1,5 номинального тока . Однако концепция напряжения точки перегиба очень уместна для защитных трансформаторов тока , поскольку они обязательно подвергаются воздействию токов , в 20 или 30 раз превышающих номинальный ток во время отказов , и наиболее критичны для дифференциальной защиты, которая будет обсудим позже.

Точка на кривой намагничивания , в которой работает CT , зависит от сопротивления вторичной цепи CT .

Полезно знать:

^[1] При U _n номинальное напряжение сети: HV — U _n ≥ 60 кВ ; MV — 1 кВ n ≤ 49,5 кВ .

^[2] IEC : Международная электротехническая комиссия.

^[3] Магнитный материал считается насыщенным на , когда увеличение на приложенного внешнего магнитного поля не увеличивает намагниченность материала .

Об авторе: Мануэль Болотинья

— Ученая степень в области электротехники — Энергетика и энергетические системы (1974 — Высший технический институт / Лиссабонский университет)
— Степень магистра в области электротехники и вычислительной техники (2017 — Faculdade de Ciências e Tecnologia / Нова Лиссабонский университет)
— старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор

Вы также можете прочитать:

Трансформатор тока: принцип работы, назначение, параметры и технические характеристики

В электротехнике величины с большими значениями необходимо вычислять относительно часто.Для решения этой проблемы используются трансформаторы тока, назначение и принцип работы которых позволяют проводить некоторые измерения. По этой причине первичная обмотка устройства последовательно подключается к цепи переменного тока, частоту которой необходимо определить. Первичная и вторичная обмотки имеют определенную пропорцию между токами. Все такие трансформаторы отличаются высокой точностью. Их конструкция включает две или более вторичных обмотки, которые подключены к защитным устройствам, измерительным приборам и приборам учета.

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока — это электрическое устройство, которое используется для увеличения или уменьшения переменного тока, подаваемого на него. Трансформаторы тока обеспечивают, когда вторичный ток, используемый для расчета, равен основному току электрической сети. Включение в цепь первичной обмотки производится последовательно с токоподводом. Вторичная обмотка в виде измерительных приборов и различных реле подключается к любой нагрузке. Существует пропорциональное соотношение, относящееся к количеству витков между токами обеих обмоток.Изоляция между обмотками в системах трансформаторов высокого напряжения основана на максимальном рабочем напряжении. Как правило, один из концов вторичной обмотки заземляется, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно равны.

Что такое трансформатор тока?

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут быть совмещены.

Измерительные трансформаторы передают полученную информацию в соответствующие измерительные приборы.Они устанавливаются в цепи высокого напряжения, в которые нельзя напрямую подключать измерительные приборы. Поэтому подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток счетчиков мощности и других приборов учета осуществляется только во вторичной обмотке трансформатора. В результате трансформатор преобразует переменный ток, даже очень высокого значения, в переменный ток с помощью индикаторов, которые лучше всего подходят для использования обычных измерительных приборов. При этом сохраняется разделение измерительных приборов от цепей высокого напряжения и улучшается электрическое состояние обслуживающего персонала.

Защитные трансформаторные устройства в основном передают полученную информацию об измерениях на устройства управления и безопасности. С помощью защитных трансформаторов переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток наиболее подходящего значения, обеспечивая устройства релейной защиты максимальной мощностью.

Для чего нужен трансформатор тока?

Трансформаторы тока относятся к группе специальных вспомогательных устройств, используемых в цепях переменного тока вместе с различными измерительными приборами и реле.Такие трансформаторы имеют главную функцию преобразования любого значения тока в наиболее удобные для измерения значения, обеспечивая питание для отключения устройств и обмоток реле. Рабочие по обслуживанию должным образом защищены от поражения электрическим током благодаря изоляции оборудования.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей высокого напряжения, в которых прямое подключение измерительных приборов невозможно. Основное назначение — ретрансляция полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключенные к вторичной обмотке.

Трансформаторы

выполняют важную функцию по контролю состояния электрического тока в цепи, к которой они подключены. При подключении к силовому реле проводятся постоянные проверки сети, наличия и состояния заземления. Когда ток достигает аварийного значения, срабатывает система безопасности, которая отключает все используемое оборудование.

Каков принцип работы трансформатора тока?

Принцип действия трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции.С определенным количеством витков напряжение от внешней сети поступает на первичную силовую обмотку и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению магнитного потока, захваченного магнитной цепью вокруг катушки. Которая перпендикулярна текущему направлению. Благодаря этому при преобразовании будут минимальные потери электрического тока. Поток также варьируется в зависимости от типа магнитного материала.

Принцип работы трансформатора тока

Электродвижущая сила стимулирует магнитный поток на пересечении переключателей вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно.Ток возникает под управлением ЭДС, которая требуется для определения полного сопротивления катушки и выходной нагрузки. На источнике вторичной обмотки одновременно наблюдается падение напряжения.

Трансформатор тока Параметры и характеристики:

Каждый трансформатор тока имеет индивидуальные параметры и технические характеристики, определяющие область применения данных устройств.

Технические характеристики трансформатора тока

1. Номинальный ток.

Позволяет аппарату работать без перегрева длительное время.У таких трансформаторов есть значительный запас на нагрев и возможна нормальная работа с перегрузками до 20 процентов.

2. Расчетное напряжение.

Надежность гарантирует, что трансформатор работает нормально. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых заземлена под высоким напряжением, а другая.

3. Коэффициент трансформации.

В первичной и вторичной обмотках описывает соотношение между токами и определяется специальной формулой.Из-за некоторых потерь в процессе фактическое значение может отличаться от номинального.

4. Текущая ошибка.

Это происходит под действием тока намагничивания в трансформаторе. Именно по этому факту абсолютные значения первичного и вторичного тока различаются между собой. Текущее намагничивание создает магнитный поток в сердечнике. Погрешность трансформатора тока также увеличивается с ее ростом.

ВА Нагрузка ТТ | Журнал Electrical India по энергетике и электротехнике, возобновляемым источникам энергии, трансформаторам, распределительным устройствам и кабелям

Трансформатор тока (CT) — это измерительный трансформатор, который просто понижает высокий ток и обеспечивает его в диапазоне 5A / 1A для измерения.ТТ состоит из тороидального сердечника с первичной обмоткой в ​​качестве проводника, проходящего через центр сердечника. В зависимости от требуемого вторичного тока, количество витков наматывается на сердечник в качестве вторичной обмотки. Согласно IEEE

Как и другие трансформаторы, на вторичной обмотке ТТ будет нагрузка, и эта нагрузка называется нагрузкой.

Почему нагрузка на ТТ называется нагрузкой?
Причина, по которой мы назвали нагрузку на ТТ обузой, заключается в том, что, как и в обычном трансформаторе, вторичная обмотка ТТ не может оставаться разомкнутой.Когда высокий ток снижается до более низкого значения, разомкнутая вторичная обмотка ТТ вызовет ток 0А во вторичной обмотке, что в конечном итоге приведет к высокому напряжению, которое может сжечь вторичную обмотку ТТ и повредить систему. Таким образом, необходимо постоянно нагружать вторичную обмотку ТТ, и в конечном итоге она оказывает нагрузку на ТТ, и поэтому нагрузка на ТТ называется нагрузкой.

На рис. 2. В цепи вторичной обмотки ТТ происходит короткое замыкание при отсутствии нагрузки. Из-за этого ток 5А проходит через контур, но напряжение равно нулю из-за короткого замыкания клемм ТТ.

На рис. 3. Вторичная цепь ТТ остается разомкнутой при отсутствии нагрузки, что приводит к повышению напряжения до 1000 В и обнулению вторичного тока ТТ из-за состояния разомкнутой цепи. Это высокое напряжение приведет к нарушению изоляции или необратимому повреждению изоляции, что приведет к неточным показаниям после подключения к прибору и, в худшем случае, может привести к возгоранию катушки трансформатора тока.

Нагрузка, подключенная к вторичной обмотке ТТ, указывается в ВА (обычно), как и в трансформаторе, подключенная нагрузка бывает резистивной, емкостной или индуктивной.

Нагрузка ТТ может быть указана как вольт-ампер, потребляемый при определенном коэффициенте мощности, то есть ВА, которая может потребляться нагрузкой. Нагрузку также можно выразить как полное сопротивление в единицах Ом, подключенных к вторичной обмотке трансформатора тока, то есть контрольному проводнику и нагрузке прибора (I2 x R = VA).

Чтобы упростить вышеупомянутый пункт, возьмем пример: для ТТ 100 / 5A с нагрузкой импеданса 0,4 Ом, нагрузку можно выразить как 10ВА при вторичном токе 5A «I2 x R = 52 x 0,4 = 10ВА. ». В промышленности VA — более часто используемая единица измерения нагрузки CT

Нагрузка CT
Существует 2 типа CT.2 х 0,02 х 2 х 2 = 2 ВА.

Нагрузка на кабель будет соответствовать его площади поперечного сечения и длине. Сопротивление кабеля зависит от калибра и длины кабеля. Нагрузка различных счетчиков указана в соответствующих таблицах данных и каталогах, предоставленных производителями.

Для лучшего понимания нагрузка различных счетчиков указана в таблице 1.

Таким образом, если вы используете аналоговый счетчик с кабелем длиной 2 м, то общая нагрузка на трансформатор тока будет 1 ВА + 2 ВА = 3 ВА.

Нагрузка для класса защиты CT будет аналогична типу «Измеритель», только вместо счетчиков нагрузка будет на отдельные реле.Нагрузка по классу защиты CT = «Общая нагрузка в ВА кабелей, соединяющих ТТ с реле + общая ВА отдельных реле».

Нагрузка различных реле или защитных систем указана в таблице 2

Влияние нагрузки на точность ТТ и ISF
Для любого ТТ коэффициент защиты прибора (ISF) представляет собой не что иное, как отношение максимального ограниченного первичного тока к номинальному первичному току. Текущий.

В основном, ISF используется для защиты нагрузки, подключенной на вторичной стороне измерительного ТТ i.е и т. д. Сердечник ТТ будет насыщаться при более высоком токе, т.е. в 5-10 раз (в зависимости от ISF) выше номинального первичного тока.

Если ISF ТТ 100/5 равно 5, то при 500 А ТТ будет обеспечивать эквивалент 25 А на вторичной стороне, но как только ток выйдет за пределы этого значения, то есть 600 А или 1000 А, сердечник станет насыщенным, и счетчик будет защищен.

Если нагрузка ТТ выбрана намного выше, чем требуется, то точность ТТ снижается при нагрузке менее 100% и увеличивается при нагрузке более 120%, или мы можем сказать, что точность ТТ выходит из фазы, а также ISF CT увеличивается (см. таблицы 3 и 4).Проектирование ТТ для более высокой нагрузки увеличивает характеристику насыщения сердечника, вызывая риск для нагрузки, подключенной во вторичной обмотке ТТ, а также приводит к отказу ТТ. Если ТТ с конструкцией 10 ВА против требуемой нагрузки 2,5 ВА приведет к увеличению ISF в 4 раза, т.е. если ISF для 10 ВА заявлено как 5, это означает, что напряжение насыщения будет 10 Вольт
(т.е. «»), но если он работает при 2,5 ВА, тогда Напряжение насыщения будет 2,5 В против 10 В, что приводит к увеличению ISF до 20. Таким образом, если течет большой ток, то трансформатор тока обеспечит в 20 раз больше вторичного выходного тока, что приведет к выходу из строя или повреждению измерителя или цепи, подключенной к вторичной обмотке.Давайте проверим точность 100 / 5A CT 10VA класса 1, испытанного при полной номинальной нагрузке 10VA и испытанного при номинальной нагрузке 2,5VA.

Из приведенного выше теста ясно, что конструкция ТТ с более высокой нагрузкой, если используется с меньшей нагрузкой, приводит к более высокой погрешности измерения, даже если ТТ находится на 100% номинального первичного тока, а также что точность ТТ становится более высокой. даже лучше при работе с почти номинальной нагрузкой даже при 50% номинального первичного тока.

Часто можно увидеть, что нагрузка на ТТ в основном состоит только из счетчиков и кабелей (макс.Это может быть 10 ВА для измерительного ТТ), поэтому мы предлагаем, чтобы номинальная нагрузка для измерительного ТТ была стандартным значением и как можно ближе к подключенной нагрузке.

Толщина сердечника ТТ зависит от ВА. Следовательно, для более высокой ВА и для ТТ меньшего номинала толщина сердечника будет увеличиваться, что приведет к трудностям при установке ТТ в соответствующих приложениях.

---

— Рахул Пансаре,
менеджер по продукции по аналогам,
Rishabh Instruments Pvt. Ltd

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается структурная схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны Учебник по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE ​​Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители радиокомпонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Трансформаторы тока

: как спроектировать

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 20 января 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 21 ноября 2020 г.

Если вам нужно измерить ток от источника переменного тока, трансформатор тока может быть недорогим и точным вариантом.Вы можете найти трансформаторы тока, разработанные специально для применения в линиях электропередач 50/60 Гц и более высоких частотах, которые больше подходят для промышленного / научного оборудования или мониторинга процессов. Трансформаторы тока являются бесконтактными и бесконтактными, что означает, что для многих моделей вам не нужно пропускать переменный ток через печатную плату. Вместо этого провод проходит через отверстие трансформатора, или сам трансформатор может открыться, чтобы позволить ему защелкнуться на проводе.

Провод, проходящий через трансформатор тока, служит как одиночной обмоткой трансформатора, так и первичной обмоткой.Корпус трансформатора имеет от десятков до тысяч обмоток, образующих вторичную обмотку. В отличие от трансформаторов напряжения, трансформатор тока имеет обратное соотношение. Это означает, что трансформатор тока с соотношением 1000: 1 будет создавать 0,001 А во вторичной обмотке на каждые 1 А через провод, являющийся первичной обмоткой.

Вы можете найти трансформаторы тока с передаточными числами, подходящими для измерения от одного ампер до тысяч ампер и выше, что позволяет использовать их в гораздо более широком диапазоне приложений, чем датчики тока на печатной плате / кондуктивные датчики.

В этом проекте мы рассмотрим несколько способов преобразования выхода трансформатора тока во что-то более полезное для взаимодействия с микроконтроллером. На первый взгляд это может показаться довольно простой задачей, но если вы углубитесь, трансформаторы тока станут немного интереснее, особенно если вы их раньше не использовали. Таким образом, этот проект будет немного более практичным и практическим, чем некоторые из моих предыдущих проектов. Во-первых, мы вытащим макет, функциональный генератор и осциллограф, чтобы понять трансформаторы тока.Затем мы фактически построим плату прецизионного выпрямителя, чтобы иметь возможность оптимально использовать трансформатор тока с входом АЦП микроконтроллера. Вы можете найти файлы печатной платы и схемы для этого проекта на GitHub.

Базовый выход трансформатора тока

Используя закон Ома (V = IR), мы можем преобразовать выходной ток трансформатора в полезное напряжение. Я использую Talema AC1010 в качестве трансформатора тока для всего, что описано в этой статье. Для этого датчика нагрузочный резистор 100 Ом будет генерировать среднеквадратичное напряжение 1 В для 10 А на проводе, проходящем через трансформатор тока.

Соединив трансформатор и резистор параллельно, вы можете просто подключить один конец структуры к земле, а другой — к АЦП, чтобы получить показания. Однако это, вероятно, очень плохая идея. Я представляю эту схему только для того, чтобы показать самый простой способ увидеть трансформатор тока в действии.

Вот как будет выглядеть выходной сигнал АЦП на моем осциллографе. Это выходной сигнал моего функционального генератора для имитации 7-амперной нагрузки, а не фактический выходной сигнал датчика тока — мы скоро вернемся к этому.

Здесь следует отметить несколько важных моментов:

• Размах сигнала составляет 2 В, но я сказал, что это нагрузка 7 А (т.е. 0,7 В)!
• Форма волны переменного тока, поэтому от + 1 В до -1 В, что не понравится микроконтроллеру.

Трансформаторы тока просто преобразуют ток в линии, поэтому фактический ток будет среднеквадратическим (RMS) сигнала. Функциональный генератор выдает почти идеальную синусоидальную волну, но в зависимости от вашей нагрузки ток в реальной цепи трансформатора тока может быть не таким идеальным.Грубую оценку тока можно определить, считывая только пиковое напряжение, но чтобы получить точное измерение тока, вам нужно будет выполнить множество измерений, чтобы определить общую площадь под кривой, которая представляет собой потребление тока.

С размахом выходного сигнала 2 В, сосредоточенным вокруг земли, это не очень удобно для микроконтроллеров. Нам нужно что-то сделать с сигналом, чтобы его можно было использовать.

Отвод земли

Поскольку трансформатор тока представляет собой просто плавающее напряжение на нагрузочном резисторе, единственный способ получить эталонное напряжение трансформатора — это привязать его к земле.Вместо того, чтобы связывать его с землей, мы можем вместо этого привязать одну ногу к напряжению смещения постоянного тока, полученному через резистивный делитель. Вместо этого это обеспечит смещение постоянного тока для сигнала переменного тока.

Это простой делитель напряжения, который будет иметь половину входного напряжения 3,3 В в средней точке между резисторами, что дает смещение 1,65 В постоянного тока. Теперь наш сигнал полного размаха 2 В должен колебаться около 1,65 В для диапазона от 0,65 до 2,65 В.

Мы можем показать это с помощью осциллографа. Я использую очень дешевые комплектные резисторы, которые не дают мне единицы.65В в центре делителя напряжения. Синий — это размах сигнала 2 В, а желтый — сигнал со смещением постоянного тока.

У меня есть нагревательная подушка мощностью 1,1 кВт для предстоящего проекта, если я пропущу ее через трансформатор тока AC1010 и те же резисторы, я получу синусоидальную волну напряжения смещения. Обратите внимание на то, что форма волны не так совершенна, как у функционального генератора; реальные нагрузки почти никогда не будут идеальными синусоидальными волнами.

Разрешение АЦП

Обратной стороной этого метода измерения является то, что мы смещаем напряжение сигнала, чтобы оно оставалось в пределах диапазона нашего АЦП, а это означает, что существует значительная часть диапазона напряжений, которую мы не используем эффективно.

Относительно недорогой современный микроконтроллер ARM Cortex будет иметь 12-битный АЦП, в то время как некоторые новые модели поставляются с 14-битными или 16-битными АЦП в стандартной комплектации, а некоторые старые — с 10-битными. Однако в этой статье я буду работать над предпосылкой 12-битного АЦП.

Простой 12-битный АЦП даст 212 или 4096 возможных значений. Применительно к диапазону 3300 мВ это дает нам разрешение около 0,8 мВ. Нагрузка, изображенная выше, имеет полный размах напряжения 1219 мВ и должен быть около 4.Нагрузка 5-4,7А. 1219 мВ дают нам возможные 1523 значения напряжения, отображаемого с нашим расчетным разрешением, что соответствует примерно 3 мА на значение АЦП при использовании нашего нагрузочного резистора 100 Ом (помните: это среднеквадратичное значение!). Этого более чем достаточно для датчика на 10 ампер. Однако, если вы начнете считывать все большие и большие значения силы тока или использовать трансформатор тока с гораздо большим числом витков, чем AC1010, это может не соответствовать вашим требованиям.

Тем не менее, это смещение постоянного напряжения по-прежнему является самым простым способом считывания показаний трансформатора тока, для чего требуется всего 3 резистора.Вы также должны включить TVS-диоды для ограничения нагрузки, чтобы гарантировать, что она не может превысить максимальное номинальное напряжение микроконтроллера во время всплеска тока.

Прецизионный выпрямитель

Вы можете использовать мостовой выпрямитель для выпрямления формы волны из трансформатора тока, но прямое напряжение диодов значительно снизит вашу способность измерения тока. Диод может легко удалить более половины вашего диапазона измерения тока, делая нечитаемым все, что меньше половины диапазона ампер датчика.Еще хуже то, что прямое напряжение диода изменяется в зависимости от напряжения, температуры и других условий, поэтому выпрямленное напряжение вряд ли будет особенно полезным.

Вместо простого мостового выпрямителя мы можем построить прецизионный выпрямитель с использованием двух операционных усилителей. Один операционный усилитель даст вам однополупериодный выпрямитель, которого может хватить для некоторых измерений силы тока. Тем не менее, стоимость дополнительных компонентов для двухполупериодного выпрямителя незначительна, поэтому мы могли бы использовать его даже в ситуациях, в которых было бы достаточно полуволнового выпрямителя.Прецизионные выпрямители широко используются в таких измерительных приборах, как это, и представляют собой фантастический способ генерировать пригодное для использования напряжение. В качестве бонуса, поскольку вы используете операционные усилители, вы также можете усилить выпрямленную форму волны, пока вы работаете с ней.

Я использую дешевый операционный усилитель AD8542 с двумя усилителями в одном корпусе. Несмотря на то, насколько удивительно точна настройка операционных усилителей в наши дни, наличие обоих усилителей в одном корпусе значительно увеличивает вероятность того, что оба усилителя будут применять одинаковое усиление, что очень важно.В моем окончательном проекте я также буду использовать резисторы 0,1% по той же причине.

Наконец, у меня есть простой RC-фильтр 600 Гц на выходе операционного усилителя для удаления любых шумов переменного тока, которые могли быть уловлены. Этот фильтр имеет достаточно высокую частоту среза, чтобы не влиять на сигнал 50 Гц.

В прототипе на моей макетной плате, однако, используются загадочные резисторы, которые, как утверждается, составляют 5%, поэтому наши результаты не так точны.

Обратите внимание, что отрицательная волна немного ниже по напряжению, чем положительная.Это потому, что резисторы, которые я использую, не очень хорошо согласованы.

Поскольку мы тестируем это с нагревательным элементом в качестве нагрузки, ошибка не так заметна. Как и раньше, синий — это сигнал, выходящий из трансформатора тока, а желтый — выход прецизионного выпрямителя.

Поскольку я даю операционному усилителю опорное заземление (а не отрицательное напряжение для работы), у нас есть небольшое смещение постоянного тока 103 мВ для выпрямленного сигнала. Это смещение приемлемо для моего приложения, поскольку оно согласовано и, следовательно, может быть запрограммировано в микроконтроллер во время тестирования платы.

Разрешение АЦП

Для той же нагрузки, приложенной с помощью метода смещения напряжения, у нас был сигнал 1219 мВ. Тем не менее, с прецизионным выпрямителем и двукратным усилением на выходе мы фактически имеем 2066 мВ размаха для этого сигнала. Мы только что удвоили разрешение!

Поскольку на этот раз мы также можем посмотреть на исходную форму сигнала с помощью осциллографа, мы можем рассчитать среднеквадратичное напряжение для формы сигнала, чтобы определить потребляемый ток. Значение 442,9 мВ должно означать, что мы получаем 4.429А через ТЭН. Если это верно, то наш 12-битный АЦП дает разрешение считывания тока 1,71 мА, что достаточно для моего приложения.

Правильный ли датчик тока?

Вопрос в том, как я могу проверить правильность текущего измерения или, по крайней мере, близкое к нему? Каждое устройство будет иметь свой собственный допуск и точность, а логарифмические графики таблицы данных AC1010 затрудняют определение допуска для этой части с нагрузочным резистором 100 Ом. Вместо этого мы можем рассчитать нашу ожидаемую нагрузку и сравнить ее с измеренной формой сигнала от датчика.В идеале я бы сделал это с несколькими загрузками, но в этой статье я просто воспользуюсь одной, чтобы увидеть, насколько мы хотя бы отдаленно близки к ожидаемому результату.

Измерение нагревательного элемента

Я использовал 4-проводное измерение сопротивления для измерения нагревательного элемента. После того, как мой мультиметр на некоторое время усреднил показания, он установился на уровне 50,262 Ом.

Измерение нагрузочного резистора

Учитывая, насколько плохи некоторые из резисторов 10 кОм, которые я использую, я был приятно удивлен, обнаружив, что резистор нагрузки 100 Ом, который я использовал, имеет номинал 99.983 Ом.

Измерение мощности переменного тока

После того, как резистор нагрузки оказался настолько близким к указанному на этикетке значению, я не ожидал того же от моего переменного напряжения. Другие страны, в которых я жил, утверждают, что на них есть 240 В, но я измерил 270 В переменного тока у стены. В Великобритании 240 В + 10 / -20%, а в моем доме 239,632 В! Для меня это просто потрясающе.

Собираем все вместе

Теперь вернемся к закону Ома, V = IR, наш 239.623 В при нагрузке 50,262 Ом означает, что мы должны увидеть 4,76766 А. В последнем тесте с прецизионным выпрямителем мы измерили 4,429 В RMS от датчика. С нагрузочным резистором на 99,983 Ом это должно равняться 4,4297А, то есть примерно на 7% меньше.

Вы можете купить более точные трансформаторы тока, но они дешевые, и для моего применения достаточно 10% допуска.

Конструкция прецизионного выпрямителя

Прецизионный выпрямитель имеет довольно простую конструкцию и очень часто используется в точных измерительных приборах.Первый операционный усилитель инвертирует сигнал, а ссылка на землю отсекает отрицательное напряжение, давая нам только положительный наполовину выпрямленный сигнал. Чтобы обеспечить симметрию выпрямленного сигнала, коэффициент усиления первого операционного усилителя равен единице (R3 = R6). Второй операционный усилитель объединяет два сигнала, и с резисторами R8 и R5, установленными на 5 кОм и 10 кОм, мы удваиваем выходное напряжение.

R2 и C1, как упоминалось ранее, образуют RC-фильтр на выходе.

Максимальное напряжение

Максимальное напряжение, которое могут выдавать операционные усилители, равно V + минус прямое напряжение на диоде.Это следует учитывать при проектировании прецизионного выпрямителя. Если усиление слишком велико при попытке использовать весь диапазон напряжений, который может считывать АЦП, вы обрежете верхнюю часть осциллограммы.

Максимальный ток

Вы также должны оставить некоторый запас для скачков силы тока. Фактические текущие нагрузки, которые будет считывать этот датчик, должны быть меньше нагрузки 1100 Вт, которую я применил к нему для тестирования. Однако даже на полном диапазоне у этого прецизионного выпрямителя будет около 2.Выход 8В при полной нагрузке 10А. Этого должно быть более чем достаточно для моего приложения, но имейте это в виду на тот случай, если это не для ваших приложений.

Давайте спроектируем печатную плату!

Конструкция платы для этого проекта очень проста, так как на ней всего несколько компонентов и ничего высокочастотного. Это был бы очень хороший первый проект печатной платы для нового пользователя Altium.

Я планирую использовать 6 таких трансформаторов тока в следующем проекте, поэтому я хотел поработать над тем, чтобы конструкция была как можно меньше.Я добавил к плате защелкивающийся соединитель серии Molex SL 70553, который сделает ее практичной автономной платой для измерения тока внутри механизма или другого оборудования. С трансформатором тока, определяющим ширину, и разъемом, определяющим длину платы, мы получаем площадь 25×25 мм для размещения схемы. Я использую компоненты 0603, чтобы сделать этот проект «дружественным для новичков» к сборке и ручной пайке. Версия MSOP-8 операционного усилителя AD8542 может несколько противоречить этому, но она также доступна в корпусе SOIC-8, который можно легко разместить в дополнительном пространстве на плате.Изменение конструкции для использования более крупной ИС может стать хорошим упражнением для новичка.

Я также добавил в конструкцию несколько больших развязывающих конденсаторов 1206. Если эта плата находится на конце кабеля, всегда хорошо иметь немного дополнительной встроенной емкости.

Поскольку эта конструкция имеет частоту 50 или 60 Гц в зависимости от страны, в которой вы живете, нет сигналов, требующих согласования импеданса, или каких-либо других соображений, которые усложняют процесс разработки платы.

Трансформатор тока выглядит огромным на этом трехмерном изображении, что действительно показывает, насколько мала эта плата.На самом деле трансформатор тока AC1010 меньше, чем я ожидал, несмотря на то, что он смоделировал его в 3D, чтобы добавить в свою библиотеку Altium с открытым исходным кодом.

Примечание к схеме

Если вы планируете использовать его с моделью трансформатора тока на 15 А или 20 А, вы можете подумать о замене резистора 5 кОм на резистор 10 кОм или, возможно, даже на более высокий, чтобы обеспечить усиление второго каскада операционного усилителя. не обрезать сигнал. Резистор 5 кОм хорошо подходит для датчика 10 А.

Наконец

Надеюсь, этот проект развеял для вас мифы о трансформаторах тока. Вы можете найти файлы дизайна печатной платы и схему для этого проекта на GitHub. Дизайн бесплатный и с открытым исходным кодом, поэтому не стесняйтесь использовать его как хотите.

.