Как рассчитать трансформатор тока
Перейти к содержимому

Как рассчитать трансформатор тока

  • автор:

Простой расчет трансформаторов тока и датчиков тока для схем защиты ИИП

Трансформаторы тока используются в схемах защиты силовых ключей от перегрузки по току в импульсных источниках питания (ИИП). Еще одним фактором применения трансформатора тока в ИИП является необходимость потенциальной развязки цепей схемы управления ИИП и цепей силовой части. Поэтому их расчет является актуальным при создании ИИП. В данной статье мы рассмотрим детально простой расчет трансформаторов тока одно и двухтактных ИИП. Расчет однотактного трансформатора тока. Исходные данные. Амплитуда тока силового ключа Iкл_max=3 А . Напряжение срабатывания защиты схемы управления Uзащ=1 В . Максимальная длительность импульса tимп.макс.=25 мксек . Минимальная длительность импульса tимп.мин.=10 мксек . Частота переключения fп=20 кГц . Рисунок 1. Предлагаемое решение получения сигнала для схемы защиты верхнего силового ключа с помощью трансформатора тока в ШИМ регуляторе тока нагрузки. Решение включает в себя трансформатор тока Т1, датчик тока — резистор R2, фильтр низких частот – резистор R1 и конденсатор C1. Данное решение применимо для так же и для понижающего ИИП. Расчет. Для нормальной работы защиты схемы управления и исключения ложных срабатываний сигнал, подаваемый на вход защиты должен быть уменьшен на 25-30%. Таким образом рабочее напряжение на датчике тока R2 должно быть: Uдт=Uзащ-30%=0,7 В . Для расчета трансформатора тока необходимо задаться коэффициентом трансформации. Рекомендации по выбору коэффициента трансформации основаны на уменьшении тока вторичной обмотки до десятков или сотен миллиампер. Оптимальным является диапазон 50÷100 mА. В нашем случае примем ток вторичной обмотки Iw2_max=100 mA. Тогда коэффициент трансформации Kтр= ( Iкл_max)/(Iw2_max)= 3/0,1=30 . Обычно у трансформаторов тока первичная обмотка делается одним витком. Тогда число витков вторичной обмотки w2= Kтр*w1=30*1=30 витков . Рассчитаем сопротивление датчика тока R2= ( Uдт)/(Iw2_max )= 0,7/0,1=7 Ом . Выберем в соответствии с рядом сопротивлений Е24, R2=7,5 Ом. Тогда рабочее напряжение датчика тока и рабочее напряжение на входе схемы защиты Uдт= Iw2_max*R2=0,1*7,5=0,75 В . Это значение соответствует условиям рекомендаций. Расчет мощности выделяемой на резисторе R2 произведем по формуле PR2=( Iw2_rms) 2 *R2 . В нашем случае для прямоугольной формы тока Iw2_rms=Iw2_max*√((tимп.макс.)/T) . Где T= 1/fп = 1/20000=0,00005=50*10 -6 ,сек. — период частоты переключения. Тогда Iw2_rms=Iw2_max*√((tимп.макс.)/T)=0,1*√((25*10 -6 )/(50*10 -6 ))=0,0707 А . Следовательно PR2= 0,0707 2 *7,5=0,0375 Вт . Мощность выделяемая на резисторе R2 имеет низкое значение. Для выбора сердечника трансформатора тока руководствуемся следующими рекомендациями. Для высокочастотных (десятки-сотни кГц) ИИП в качестве материала сердечника применяются в основном ферриты. Тип сердечника может быть любой, но предпочтение отдается кольцевым сердечникам. Кольцевой сердечник легко можно одеть на силовой провод или на вывод компонента ИИП. Например, в блоках питания персональных компьютеров часто встречается такое конструктивное решение. Трансформатор тока там установлен на выводе разделительного конденсатора. Провод, напрямую пропущенный сквозь кольцо, представляет собой 1 виток. Определяем требуемое сечение сердечника по формуле Sст= (Uдт*tимп.макс.)/(w2*dB) мм 2 . Где: Sст – сечение сердечника в квадратных миллиметрах. Uдт – рабочее напряжение на датчике тока, вольт. tимп.макс. – максимальная длительность импульса в микросекундах. w2 — число витков вторичной обмотки, витков. dB – перепад магнитной индукции за время импульса, Тесла. Рекомендация по выбору dB. Для однотактных применений dB не должно превышать значения 0,05 Тл. Иначе сердечник может войти в насыщение и форма импульса на датчике тока будет далека от реальной. Тогда: Sст= (Uдт*tимп.макс.)/(w2*dB)= (0,7*25)/(30*0,05)= 11,7 мм 2 . Выбираем сердечник из феррита марки 2000НМ1 типоразмер К16×10×4,5 с сечением сердечника Sст=13,5 мм 2 . Сечение выбранного сердечника должно быть обязательно больше расчетного. Выбор сердечника обязательно должен учитывать способ крепления трансформатора тока. Например, если трансформатор тока крепится винтом, то внутренний диаметр сердечника должен позволить поместить обмотки, винт, изоляцию. При таком способе крепления винт можно использовать в качестве витка первичной обмотки. Фильтр низких частот R1 – C2 предназначен для фильтрования высокочастотных помех, неизбежно появляющихся при переключении силового ключа. Рекомендация по выбору: постоянная времени фильтра должна быть гораздо меньше минимальной длительности импульса τ=R1*C2≪ tимп.мин. . Делается это для того чтобы избежать искажения формы импульса. Примем τ=(1/20)*tимп.мин.= (1/20)*10*10 -6 =0,5 мксек . Зададимся значением емкости конденсатора из ряда Е24, С2=470 pF . Тогда R1= τ/C2= (0,5*10 -6 )/(470*10 -12 )=1064 Ом . Выбираем значение резистора R1 из ряда Е24 1,1 кОм. Еще одной из главных причин применения трансформаторов тока является выделение большой мощности на датчике тока при бес трансформаторной схеме. В сильноточных ИИП применение в качестве датчика тока просто резистора приводит к выделению мощности на нем в несколько ватт. В качестве примера рассмотрим случай, когда ток ключа составляет 10 А и в качестве датчика тока применяется просто резистор. Остальные исходные данные такие же, как в нашем расчете приведенном выше. Тогда для обеспечения Uдт=0,7 В датчик тока должен иметь сопротивление Rдт= Uдт/Iкл_max = 0,7/10=0,07 Ом . Тогда Iкл_rms=Iкл_max*√(tимп.мкса./T)=10*√(25*10 -6 )/(50*10 -6 )=7,07 А . Мощность выделяемая на датчике тока составит PR_дт = (7,07 2 )*0,07=3,5 Вт. Для надежной работы ИИП придётся установить резистор мощностью не менее 5 ватт. Применение в этом случае трансформатора тока приведет к сокращению мощности выделяемой на датчике тока в десятки раз. Расчет окончен. Моделирование работы однотактного трансформатора тока в программе Multisim. Рисунок 2 . Модель ключа с трансформатором тока. Как видно из скриншота, Пробник 1 (подключен к нагрузке) показывает амплитуду тока через нагрузку 3,01 А. Пробник 2 (подключен к датчику тока) показывает амплитудное значение тока через датчик тока 100 mА. Действующее значение тока 70,8 mА. Амплитуда напряжения на датчике тока 751 mВ. Частота 20 кГц. Ваттметр, подключенный к датчику тока, показывает мощность 37,4 милливатт. Все значения подтверждают расчет. Рисунок 3. Осциллограммы напряжения на датчике тока и конденсаторе фильтра. Как видно из осциллограмм амплитуда напряжения на датчике тока составляет 751 mВ и соответствует расчету. Осциллограмма напряжения на конденсаторе фильтра показывает небольшие завалы фронта и спада импульса, обусловленные зарядом и разрядом емкости фильтра. При этом существенных изменений формы импульса не наблюдается, а амплитуда импульса остается неизменной. Окончательное решение по значениям резистора и конденсатора фильтра принимается при настройке ИИП. ВАЖНО! При установке трансформатора тока в однотактных ИИП необходимо соблюдать фазировку обмоток! Иначе импульс напряжения на датчике тока будет иметь минусовую полярность, и схема защиты работать не будет. Расчет двухтактного трансформатора тока. Исходные данные. Максимальный ток силовых ключей Iкл_max=2 А . Напряжение срабатывания схемы защиты Uзащ=1 В . Максимальная длительность импульса tимп.макс.=10 мксек . Минимальная длительность импульса tимп.мин.=5 мксек . Частота переключения fп=40 кГц . Рисунок 4. Предлагаемое решение получения сигнала для схемы защиты силовых ключей с помощью трансформатора тока в полу мостовом ИИП. Решение включает в себя трансформатор тока Т1, датчик тока — резистор R1, выпрямитель VD3 – VD6, регулировочный резистор R3, фильтр низких частот – резистор R2 и конденсатор C4. Расчет. Поскольку в схеме применен регулировочный резистор R3, для обеспечения входного сигнала схемы защиты на уровне 0,75 В при 50% регулировке R3, напряжение подаваемое на R3 должно быть равным UR3=1,5 В . Рабочее напряжение на датчике тока должно учитывать падение напряжения на двух диодах выпрямителя. Для быстродействующих импульсных диодов падение напряжения в открытом состоянии при малых токах составляет около 0,7 В. Тогда: Uдт=UR3+ 2*UVD=1,5+2*0,7=2,9 В . Примем ток вторичной обмотки Iw2_max=100 mA. Тогда коэффициент трансформации Kтр= Iкл_max/Iw2_max = 2/0,1=20 . Тогда число витков вторичной обмотки w2= Kтр*w1=20*1=20 витков . Рассчитаем сопротивление датчика тока R1= Uдт/Iw2_max = 2,9/0,1=29 Ом . Выберем в соответствии с рядом сопротивлений Е24, R1=30 Ом. Расчет мощности выделяемой на резисторе R1 произведем по формуле PR1= (Iw2_rms) 2 *R1 . В нашем случае для прямоугольной формы тока Iw2_rms=Iw2_max*√((2*tимп.макс.)/T) . Где T= 1/fп = 1/40000=0,000025=25*10 -6 ,сек. — период частоты переключения. Тогда Iw2_rms=Iw2_max*√((2*tимп.макс.)/T)=0,1*√(2*10*10 -6 )/(25*10 -6 )=0,089 А . Следовательно PR1= 0,089 2 *30=0,24 Вт . Мощность выделяемая на резисторе R1 имеет низкое значение. Для нормальной работы необходимо выбрать резистор с мощностью рассеяния не менее 0,5 Вт. Определяем требуемое сечение сердечника. Рекомендация по выбору dB. У феррита марки 2000НМ1 значение магнитной индукции насыщения составляет 0,34 Тл. Максимальное рабочее значение магнитной индукции составляет 0,31 Тл. Однако при таком значении индукции и высокой частоте переключения потери в сердечнике значительны. Производители ферритов нормируют значение потерь при максимальной индукции 0,2 Тл и частоте 16 кГц. При этом считается, что потери в сердечнике приемлемы и не вызывают сильного перегрева сердечника. Поскольку у нас частота переключения составляет 40 кГц, необходимо максимальное рабочее значение индукции снизить еще. Поэтому выбираем максимальное рабочее значение магнитной индукции Вмакс=0,1 Тл. Тогда dB=2*Вмакс=2*0,1=0,2 Тл . Тогда: Sст= (Uдт*tимп.макс.)/(w2*dB)= (3*10)/(20*0,2)= 7,5 мм 2 . Выбираем сердечник из феррита марки 2000НМ1 типоразмер К10×6×4,5 с сечением сердечника Sст=9 мм 2 . Конструктивно трансформатор тока располагаем на печатной плате, причем один из выводов разделительного конденсатора проходит через окно сердечника и является витком первичной обмотки. Количество витков вторичной обмотки не велико и позволит разместить обмотку в один слой. Исходя из вышеизложенного типоразмер сердечника не изменяем.

Регулировочный резистор R3 позволит произвести настройку порога срабатывания. Номинал резистора R3 должен быть много больше номинала резистора датчика тока. Это необходимо для исключения влияния сопротивления резистора R3 на формирование падение напряжения на датчике тока R1. Поэтому выбираем номинал резистора R3 – 1 кОм, что много больше номинала R1. Примем τ=(1/20)*tимп.мин.= ( 1/20)*5*10 -6 =0,25 мксек . Зададимся значением емкости конденсатора из ряда Е24, С4=240 pF . Тогда R1= τ/C2= (0,25*10 -6 )/(240*10 -12 )=1041 Ом . Но! Поскольку мы ведем расчет на 50% движка резистора R3, значит, резистор R3 будет оказывать влияние на заряд конденсатора C2. При 50% установке движка соответственно это 500 Ом. Тогда значение сопротивления резистора R1 = 1041 – 500 = 541 Ом. Выбираем значение резистора R1=510 Ом. Фазировку обмоток при установке трансформатора тока в двухтактных ИИП соблюдать нет необходимости. Расчет окончен. Моделирование работы двухтактного трансформатора тока в программе Multisim. Рисунок 5 . Модель полумостового ИИП с трансформатором тока. Как видно из скриншота, Пробник 1 (подключен к коллектору верхнего транзистора) показывает амплитуду тока через ключ 2,02 А. Ваттметр, подключенный к датчику тока, показывает мощность 236 милливатт. Эти значения соответствуют исходным данным и расчету. Рисунок 6 . Осциллограммы напряжения на датчике тока. Как видно из осциллограммы амплитуда напряжения на датчике тока составляет 3,049 В и соответствует расчету. Небольшое падение амплитуды напряжения на датчике тока к концу импульса обусловлено частичным зарядом разделительного конденсатора. Рисунок 7 . Осциллограммы напряжения на регулировочном резисторе и конденсаторе фильтра. Осциллограмма напряжения на регулировочном резисторе полностью повторяет форму тока обеих ключей. Амплитуда напряжения на регулировочном резисторе составляет 1,657 В. Это значение немного выше расчетного в 1,5 В. Амплитуда напряжения на конденсаторе фильтра составляет 788 mВ, что очень близко к расчету. Осциллограмма напряжения на конденсаторе фильтра показывает небольшие завалы фронта и спада импульса, обусловленные зарядом и разрядом емкости фильтра. При этом существенных изменений формы импульса не наблюдается, а амплитуда импульса остается неизменной. Окончательное решение по значениям резистора и конденсатора фильтра принимается при настройке ИИП. Существует еще одно схемное решение получения сигнала для схемы защиты силовых ключей с помощью трансформатора тока в двухтактном ИИП. Оно связано с применением выпрямителя со средней точкой. Для этого вторичную обмотку трансформатора тока необходимо намотать со средней точкой. Этот прием сократит количество диодов до двух. Рисунок 8. Предлагаемое решение получения сигнала для схемы защиты силовых ключей с помощью трансформатора тока со средней точкой в полу мостовом ИИП. В этом случае меняется расчет датчика тока. Аналогично вышеизложенному. Резистор датчика тока R1 в схеме трансформатора тока со средней точкой подключен параллельно двум последовательно соединенным полу обмоткам. Тогда напряжение одной полу обмотки будет составлять половину падения напряжения на резисторе R1. После выпрямления получим амплитуду сигнала равную напряжению одной полу обмотки минус падение напряжения на диоде. Т.е. в половину меньше, чем требуется. Поскольку в схеме применен регулировочный резистор R3, для обеспечения входного сигнала схемы защиты на уровне 0,75 В при 50% регулировке R3, напряжение подаваемое на R3 должно быть равным UR3=1,5 В . Таким образом для получения требуемого уровня сигнала для схемы защиты напряжение на датчике тока должно быть равно Uдт=2*(UR3+ UVD)=2*(1,5+0,7)=4,4 В При токе вторичной обмотки 0,1 А, действующее значение тока вторичной обмотки составит 0,089 А. А мощность рассеиваемая на резисторе R1 равна PR1=Iw2_rms*Uдт=0,089*4,4=0,392 Вт. Это достаточно много. Для уменьшения мощности рассеиваемой на резисторе R1, примем ток вторичной обмотки Iw2_max=50 mA. Тогда коэффициент трансформации Kтр= (Iкл_max)/(Iw2_max) = 2/0,05=40 . Тогда число витков вторичной обмотки w2= Kтр*w1=40*1=40 витков . Число витков одной полу обмотки соответственно – 20 витков. Т.е. обмотка состоит из двух полу обмоток 20 + 20 витков. Рассчитаем сопротивление датчика тока R1= Uдт/Iw2_max = 4,4/0,05=88 Ом . Выберем в соответствии с рядом сопротивлений Е24, R1=91 Ом. Действующее значение тока Iw2_rms=Iw2_max*√((2*tимп.макс.)/T)=0,05*√(2*10*10 -6 )/(25*10 -6 )=0,045 А Мощность выделяемой на резисторе R1 PR1= (Iw2_rms) 2 *R1=(0,045 2 )*91=0,184 Вт . Это вполне приемлемо. Моделирование работы двухтактного трансформатора тока со средней точкой в программе Multisim . Моделирование проведем по упрощенной схеме. Рисунок 9. Модель с трансформатором тока со средней точкой. Полумостовой ИИП заменен на биполярный источник тока с амплитудой 2 ампера. Ваттметр, подключенный к датчику тока, показывает мощность 179 милливатт. Это значение очень близко к расчетному. Рисунок 10 . Осциллограммы напряжения на датчике тока. Как видно из осциллограммы амплитуда напряжения на датчике тока составляет 4,51 В и соответствует расчету. Рисунок 11 . Осциллограммы напряжения на регулировочном резисторе и конденсаторе фильтра. Амплитуда напряжения на регулировочном резисторе составляет 1,607 В. Это значение чуть выше расчетного в 1,5 В. Осциллограмма напряжения на конденсаторе фильтра показывает небольшие завалы фронта и спада импульса, обусловленные зарядом и разрядом емкости фильтра. При этом существенных изменений формы импульса не наблюдается, а амплитуда импульса остается неизменной. Амплитуда напряжения на конденсаторе фильтра при 50% повороте движка R3 составляет 0,803 В. Это чуть выше расчетного значения. Окончательное решение по значениям резистора и конденсатора фильтра принимается при настройке ИИП.

Теги:

SERGR Опубликована: 16.02.2021 0 2

Вознаградить Я собрал 0 2

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ананян В., Кириллов И.В., Громов М.А., Рахманов И.

Трансформатор тока представляет собой повышающий трансформатор, предназначенный для преобразования тока большой величины до значения, удобного для измерения. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током, а ко вторичной подключаются измерительные приборы. Целью данной работы является расчет конструкции трансформатора тока ТПЛО-10

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ананян В., Кириллов И.В., Громов М.А., Рахманов И.

Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования

Комплексная модель для исследования функционирования цифровой дифференциальной защиты силового трансформатора

РАЗРАБОТКА УПРОЩЕННОЙ МОДЕЛИ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

Алгоритм автоматизированного выбора и проверки измерительных трансформаторов тока в составе САПР электрических подстанций

Сравнительный анализ технических характеристик силовых трансформаторов и их влияние на бросок тока намагничивания

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CALCULATION OF THE CURRENT TRANSFORMER

A current transformer is a step-up transformer designed to convert a large current to a value that is convenient for measurement. The primary winding of the current transformer is a conductor with a measured alternating current, and measuring devices are connected to the secondary. The purpose of this work is to calculate the design of the current transformer TPL-10

Текст научной работы на тему «РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА»

Проводя данную исследовательскую работу, установка была подробно изучена. Для реализации цели была собрана модель прибора, выполнив необходимые расчеты, получили ток высокой частоты и потенциала. В ходе проведения исследований гипотеза о передаче энергии на расстояние была подтверждена опытным путём, поставленный опыты могут быть поставлены в учебных учреждения на темах Электромагнитные поля их взаимодействия , явления наблюдаемые при работе прибора вызывают явный интерес что могло бы привлечь молодежь к изучению физики.

Передача энергия при помощи данного прибора весьма затратна и не актуальна сегодня, при затрате огромных мощностей мы получает очень маленький КПД ,что было доказано в опыте, но с другой стороны он имеет научный интерес, например для изучения стримеров.

1. А. А. Пинский Физика 11

2. Ржонсницкий Б. Н. Выдающийся электротехник Никола Тесла (1856-1943) Вопросы естествознания и техники. Институт естествознания и техники АН СССР. Выпуск I. Москва 1956. с. 192

3. . Ржонсницкий Б. Н. Жизнь, отданная науке (Никола Тесла) Огонек.1956. № 28. с. 29

4. Сарич Ж. Посвящённый. Роман о Николе Тесле. М, Дельфис, 2010 с. 345

5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. — М, Наука,1968. -939 с

6. http://neo-energy.ru/publ/tesla_genera-tory/kak_sdelat_transformator_tesla/5 -1-0-58

7. http://intelogic.ru/news/kak_sdelat_transform ator_nikoly_tesly_ustrojstvo_i_primenenie/2009-09-21-23

8. http://www.elektro-journal.ru/sites/default/files/pdf_files/arts/2007_03_08 .PDF

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА

РГУФК (ГЦОЛИФК), студент Кириллов И.В., АО «УАПО», инженер-конструктор Громов М.А., НИУМЭИ, студент Рахманов И. НИУ МЭИ, студент

CALCULATION OF THE CURRENT TRANSFORMER

RSUPSYT(SCOLIPE) Kirillov I., JSC «UAPO», design engineer Gromov M., NRUMPEI, student Rakhmanov I. NRU MPEI, student

Трансформатор тока — представляет собой повышающий трансформатор, предназначенный для преобразования тока большой величины до значения, удобного для измерения. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током, а ко вторичной подключаются измерительные приборы. Целью данной работы является расчет конструкции трансформатора тока ТПЛО-10

A current transformer is a step-up transformer designed to convert a large current to a value that is convenient for measurement. The primary winding of the current transformer is a conductor with a measured alternating current, and measuring devices are connected to the secondary. The purpose of this work is to calculate the design of the current transformer TPL-10

Ключевые слова: Трансформатор тока, ТПЛ0-10.

Keywords Current Transformer, TPL-10.

Для проведения расчёта трансформатора тока необходимо задаться некими параметрами. Эти параметры приведены в таблице 1. Исходные данные.

Uhom, кВ 1ном, А SHOM K10 Исполнение

10 600 5 5 30 0,5/р

Пользуясь этими параметрами, сперва необходимо определить первичную обмотку трансформатора. Плотность тока обмотки варьируется при этом в диапазоне:

А площадь её поперечного сечения может быть определена как:

Стоит понимать, что обмотка должна выдерживать температурные нагрузки. В этой связи номинальный ток, протекающий по ней в расчётах берётся увеличенным на 10 процентов:

/1 = 1Д/1ном = 1,1 • 600 = 660Л

При этом потери в обмотке определяются согласно выражению 3.

Л = ^Д/12й1 = кп • 6602 • R

коэффициент добавочных потерь; — сопротивление стержня первичной обмотки на постоянном токе.

При расчете также допускается допущение, что теплота, выделяемая первичной обмоткой, отдается присоединенной шине, теплота, выделяемая вторичной обмоткой, отдается через эпоксидное литье и поверхность изолятора.

Таким образом, температура первичной обмотки в месте соединения с шиной определяется выражением 4.

01 = 0о + тм = 0о + Тш +-/i2fii

« 10Вт/(м2 -О С) — коэффициент теплоотдачи с шины

50 — боковая поверхность единицы длины шины, м2. Предполагается что это площадь боковой поверхности шины, длиной один метр;

Я = 395- удельная теплопроводность медной шины, Вт/(м • оС);

/СТ- длина стержня первичной обмотки трансформатора тока, м.

сечение шины, м2; Сопротивление^, Ом, и удельное сопротивлениер, Ом • м, используются при 0 «90 + 100°С

Необходимо также и учесть влияние температуры на сопротивление обмотки. В этой связи необходимо воспользоваться выражением 5.

Тип Номинальный Размеры мм Рисунок Масса

трансформатора перЬичный ток. 4 S d Н В С h кг. max

300. Ш 600 5 или 6,5 9

ТП0Л-Ю; ТП0Л-10-2′ 800 95 30 250 B.I

1000 11.5 13 m 20

10-200 6 11 38 288 Б2

ТП0Л-10-1″ 300-2000 30 250 БЗ

ТП0Л-Ю-1-3 70 290 i2 5.3. 6i 25

ТПОЛ-Ю-3′» 10-200 См. ТП0Л-10; НО 390 513 26 Б.2, Si 32

300-2000 ТП0Л-10-2 70 290 i5i i2 Б.1Б.4 25

Рисунок 1 Геометрические размеры исследуемого трансформатора тока

В соответствии с рисунком 1, сопротивление стержня трансформатора тока будет определяться как:

р/СТ _ 2,24 • 10-8 • 0,414

375 • 10-6 = 2,47 • 10-50м

Сечение магнитопровода рассчитывается с учетом активной составляющей мощности нагрузки вторичной обмотки по заданной величине индукции в сердечнике, соответствующей номинальному режиму работы, в зависимости от требуемого значения коэффициента кратности.

Таким образом, сечение магнитопровода:

При этом, магнитная индукция трансформатора находится в диапазоне:

Вт = 0,06 + 0,1Тл г2НОМ = 1/5 = 0.20м- номинальная нагрузка вторичной обмотки при номинальном токе вторичной обмотки 5А и напряжении на вторичной обмотке 1В.

При этом, число витков вторичной обмотки определяется выражением:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таким образом, сечение магнитопровода равняется 6.26 см2

Зная значение ^1#ом^1#оми класс точности, (допущен класс 0,5), становится возможным выбрать материал магнитопровода, а именно 1512.

Внутренний диаметр магнитопровода 01 определяется толщиной буферной изоляции 51, толщиной основной изоляции 53, толщиной вторичной обмотки 82 и диаметром провода первичной обмотки й1. По последующим расчетам представлен разрез трансформатора тока на рисунке 2.

Рисунок 2 Схематичное изображение трансформатора

Рй1 =d1+ 2 S1 + 2 S2 + 2 S3

есть внутренний диаметр окна трансформатора тока после намотки вторичной обмотки, который примерно равен:

^ВН = + 251 + 253 = 22 + 2 • 2 + 2 • 6 = 38мм

Диаметр провода вторичной обмотки.

= 0,75 -л-22 = 716.5 мм2

Далее необходимо учесть толщину изоляции для вторичной обмотки Пусть, её толщина будет 5ИЗ2 = 0,5мм; для изоляции между магнитопрово-дом и вторичной обмоткой толщина изоляции будет равна 5ИЗ1 = 1мм.

Для определения толщины вторичной обмотки 82, внутренний диаметр магнитопровода определяется по формуле.

ВН + 25ИЗ1)2 + 4^КР/^ + 25ИЗ2 10

@КР — сечение кольца, занятого вторичной обмоткой в окне трансформатора тока.

Площадь поперечного сечения вторичной обмотки.

92 = /2Н0М/У = 5/1,6 = 3,125мм2 = 3,125 • 10-6м2

Зная вышеописанные параметры, становится возможным определение сечения кольца, занятого вторичной обмоткой в окне трансформатора тока:

D1 = V(38 + 2-1)2 + 4-716.5/^ + 2 — 0,5 = 51,1мм

Определение электрической прочности изоляции

Максимальная напряженность электрического поля у поверхности первичной обмотки при номинальном напряжении иН0М = 10кВ определяется согласно выражению:

При этом допустимая напряженность поля при номинальном напряжении составляет 8кВ/мм, а допустимая напряженность поля при испытательном напряжении составляет 20кВ/мм, а осевая длина магнитопровода определяется выражением:

к = 25с/^з.С.(^2 — ад 16

— внешний диаметр магнитопровода;

^З.с. = 0,9 ^ 0,95- коэффициент заполнения стали;

Д2 определяется так, что выполняется усло-

Пусть D2 = 103мм. Тогда:

fc3C (D2 — D1) 0,95(0,103 — 0,052)

D2 — D1 0,103 — 0,052

Далее необходимо определить длину средней силовой линии магнитопровода:

Пользуясь вычислениями выше, возможно определение активного сопротивления вторичной обмотки:

Р = Р2о(1 + « • (Т2 — Ti))

Есть удельное сопротивление меди, приведённое к температуре номинального режима. Т1 = 20- температура при нормальных условиях, оС;

Т2 = 130- допустимая температура нагрева изоляции класса В, оС;

а = 0,004 — температурный коэффициент удельного сопротивления, оС-1; /СР = 2К + Д, — средняя длина витка, м; Д) = + 252″, мм;

52″ = 5ИЗ1 + ^ИЗ2 + 5ИЗ2- внешняя толщина вторичной обмотки, мм;

8 — толщина вторичной обмотки внутри окна, мм;

52″ = 1 + 2,12 + 0,5 = 3,62мм

Д, = 80 + 2 • 3,62 = 87,24мм

/СР = 2 • 47 + 87,24 — 38 = 143,24мм

р130 = 1,7 • 10-8(1 + 0,004 • (130 — 20))

2,45 •Ю-5 • 143,24-120

то Х2 находится по методике:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

х2 = (6,7 + 8)Нет| — • 10-6 19

а — угол, занятой обмоткой: Н — находится по полусумме диаметров:

Далее, индуктивное сопротивление х2 находится следующим образом:

а1 = ^1/2- толщина первичной обмоток, м; 52 = 0,007 — толщина вторичной обмоток, м; К = К + 25ИЗ1 = 0,047 + 0,002 = 0,049м- высота вторичной обмотки, м; 5 = ( + = 0,08 + 3,62 • 10-3 = 0,08362- наружный диаметр вторичной обмотки, м;

Таким образом, сопротивление реактивной составляющей обмотки равно 37 мОм.

Полное сопротивление вторичной цепи при номинальном режиме при этом:

Обычно витки вторичной обмотки равномерно распределены по магнитопроводу Х2 = 0. Если обмотка не полностью охватывает магнитопровод,

= 7(0,2 + 0,135)2 + (37,3 • 10-3)2

Таким образом, полное сопротивление обмотки составляет 340 мОм.

Полученные данные являются результатом применения методики расчёта трансформаторов тока для измерения напряжения на высоковольтных объектах.

1. Электрические аппараты: учебник и практикум для академического бакалавриата/ под ред. П.А. Курбатова. — М.: Изд. Юрайт, 2018. — 250с.

2. Основы теории электрических аппаратов/Под ред. П.А. Курбатова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2015. — 592 с.: ил. — (Учебник для вузов. Специальная литература).

3. Курбатов П.А. Расчет и проектирование магнитных систем электрических аппаратов. Учебное пособие. — М.: Издательство НИУ «МЭИ», 2016 -117 с

Выбор трансформаторов тока

Коэффициент трансформации представляет собой отношение между номинальным током первичной обмотки и номинальным током вторичной обмотки и указывается на паспортной табличке в виде неупрощенной дроби.

Чаще всего используются трансформаторы тока х/5 А. Большинство измерительных приборов имеют высший класс точности на 5 А. По техническим и тем более экономическим соображениям трансформаторы тока х/1 А рекомендуются при большой длине измерительного кабеля. Потери в линии с трансформаторами на 1 А составляют всего 4 % по сравнению с трансформаторами на 5 А. Однако измерительные приборы здесь часто демонстрируют меньшую точность измерения.

Номинальный ток

Номинальный или номинальный ток (ранее обозначение) — это значение первичного и вторичного тока, указанное на паспортной табличке (первичный номинальный ток, вторичный номинальный ток), на которое рассчитан трансформатор тока. Нормируемые номинальные токи составляют (кроме классов 0,2 S и 0,5 S) 10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 А, а также их десятичные кратные и доли. Стандартные вторичные токи составляют 1 и 5 А, предпочтительно 5 А.

Стандартные номинальные токи для классов 0,2 S и 0,5 S составляют 25 – 50 – 100 А и их десятичные кратные, а также вторичные (только) 5 А.

Правильный выбор первичного номинального тока важен для точности измерения. Рекомендуемое соотношение немного превышает измеренный/определенный максимальный ток нагрузки (In).

Пример: In = 1154 А; выбранный коэффициент трансформации = 1250/5.

Номинальный ток также может быть определен на основе следующих соображений:

  • В зависимости от номинального тока сетевого трансформатора время прибл. 1,1 (следующий размер трансформатора)
  • Защита (номинальный ток предохранителя = первичный ток ТТ) измеряемой части системы (LVDSB, распределительные щиты)
  • Фактический номинальный ток умножается на 1,2 (если фактический ток значительно ниже номинального тока трансформатора или предохранителя, следует выбрать этот подход)

Следует избегать завышения параметров трансформатора тока, иначе точность измерения значительно снизится, особенно при малых токах нагрузки.

Номинальная мощность

Номинальная мощность трансформатора тока является произведением номинальной нагрузки на квадрат вторичного номинального тока и выражается в ВА. Стандартные значения: 2,5 – 5 – 10 – 15 – 30 ВА. Также допустимо выбирать значения более 30 ВА в зависимости от случая применения. Номинальная мощность описывает способность трансформатора тока «пропускать» вторичный ток в пределах погрешности через нагрузку.

При выборе соответствующей мощности необходимо учитывать следующие параметры: Потребляемая мощность измерительного прибора (при последовательном соединении), длина линии, сечение линии. Чем больше длина линии и меньше сечение линии, тем выше потери в питании, т.е. номинальная мощность ТТ должна быть выбрана такой, чтобы она была достаточно высокой.

Потребляемая мощность должна быть близка к номинальной мощности трансформатора. Если потребляемая мощность очень низкая (недогрузка), то коэффициент перегрузки по току будет увеличиваться, и измерительные приборы будут недостаточно защищены в случае короткого замыкания при определенных обстоятельствах. Если потребляемая мощность слишком высока (перегрузка), это негативно влияет на точность.

Трансформаторы тока часто уже встроены в установку и могут использоваться в случае дооснащения измерительным устройством. В этом случае необходимо обратить внимание на номинальную мощность трансформатора: Достаточно ли ее для питания дополнительных измерительных приборов?

Классы точности

Трансформаторы тока делятся на классы в зависимости от их точности. Стандартные классы точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 0,1 с; 0,2 с; 0,5 S. Знак класса соответствует кривой ошибок, относящейся к погрешностям тока и угла.

Измерительный трансформатор тока и защитный трансформатор тока

В то время как измерительные трансформаторы тока предназначены для достижения точки насыщения как можно быстрее, как только они превышают свой рабочий диапазон тока (выраженный коэффициентом перегрузки по току FS), чтобы избежать увеличения вторичного тока при неисправности (например, короткое замыкание) и чтобы защитить подключенные устройства. Насыщение защитных трансформаторов должно находиться как можно дальше.

Защитные трансформаторы используются для защиты системы в сочетании с необходимым распределительным устройством. Стандартные классы точности защитных трансформаторов – 5P и 10P. «P» здесь означает «защита». Номинальный коэффициент перегрузки по току ставится после обозначения класса защиты (в %). Поэтому, например, 10P5 означает, что при пятикратном номинальном токе отрицательное отклонение вторичной стороны от ожидаемого значения будет не более 10 % в соответствии с отношение (линейное).

Для работы измерительных приборов UMG настоятельно рекомендуется использование измерительных трансформаторов тока.

Коэффициент трансформации тока и примеры его расчетов

Все трансформаторы тока обладают рядом характеристик, которые позволяют использовать устройство в той или иной ситуации в зависимости от индивидуальных целей. Выбор конкретного трансформирующего прибора обусловлен в том числе и коэффициентом трансформатора тока. Как рассчитать эту величину и применить ее на практике? Рассмотрим основные виды трансформаторов этого типа.

Базовая классификация устройств трансформаторного тока

Это очень большая группа приборов, которая может делиться на различные группы. Среди самых распространенных:

  1. Классы по способу установки:
  • Монтируемые на поверхности или опорные трансформаторы.
  • Проходные, которые крепятся к шинопроводу и играют роль изолятора.
  • Шинные, прикрепленные к шине, выполняющей функцию первичной обмотки.
  • Встроенные, устанавливаемые устройствах силового типа, а также баковых выключателях.
  • Разъемные, оперативно устанавливающиеся на кабелях и не требующие отключения цепи.

Трансформатор тока

  • Классы по типологическим особенностям изоляции:
  • С изоляцией литого типа, в качестве которой используется эпоксидная смола и специальные изолирующие лаки.
  • Помещенные в корпус из пластмассы.
  • Имеющие высокоэффективную твердую полимерную, бакелитовую или фарфоровую изоляцию.
  • Изолированные вязкими составами, обладающими обволакивающими свойствами.
  • Масляные, изолированные специальными составами.
  • Газонаполненные, использующиеся для высоких и сверхвысоких напряжений.
  • А также смешанная бумажно-масляная изоляция с внушительным ресурсом эффективности.

Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией

Классификация в зависимости от коэффициента трансформации ↑

Еще один немаловажный момент при выборе нужного трансформатора — это коэффициент трансформации тока (Кт).

По количеству коэффициентов трансформаторы тока можно определять как:

  • Одноступенчатые, имеющие всего один коэффициент трансформации.
  • Многоступенчатые, имеющие два и более Кт. Еще их называют каскадными. Большее число Кт получается в результате изменения количества витков в обмотках, а также при наличии вариативности, то есть нескольких вторичных обмоток.

Как выбрать трансформатор тока по коэффициенту трансформации? ↑

При выборе такого типа трансформаторных устройств существует ряд определенных ограничений и правил установки дополнительного оборудования. Так, например, установка трансформатора тока, который имеет завышенный Кт, не желательна. При повышенном коэффициенте допускается установка приборов учета непосредственно на приемном вводе. Если же речь о силовых приборах трансформации, то счетчики следует монтировать со стороны напряжения с самым низким значением.

Сегодня на рынке самыми популярными являются именно трансформаторы с одним КТ, так как этот показатель у устройства гарантированно не меняется на протяжении всего времени эксплуатации.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения испытания машин постоянного тока, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать испытания машин постоянного тока или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

Как определить коэффициент трансформации самостоятельно? ↑

Как правило такие параметры обязательно указываются в документации, прилагающейся к трансформатору, а также в обязательном порядке обозначаются на оборудовании или корпусе устройства. Но бывает, что Кт трансформатора тока необходимо определить самостоятельно, имея только данные, полученные эмпирическим путем. Как это сделать?

Через первичную обмотку такого устройства необходимо пропустить ток, замкнув накоротко вторичную обмотку. Затем соответствующим прибором нужно измерить величину электрического тока, который проходит во время эксперимента по вторичной обмотке.

Первичная и вторичная обмотки

После этого, следует значение первичного тока, которое было подано на первичную обмотку, разделить на значение тока, полученное в результате наших замеров во вторичной обмотке. Частное и будет искомым коэффициентов трансформации.

Особенности расчетов коэффициента трансформации ↑

Расчет отношений первичного и вторичного токов может вестись в двух направлениях в зависимости от задач, которые стоят перед специалистом.

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно разделить на:

  • действительное значение (N);
  • номинальное значение (Nн).

В первом случае мы находим соотношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Во втором — отношение номинального первичного тока к номинальному.

К примерам стандартных величин коэффициента ТТ можно отнести: 150/5 (N=30), 600/5 (N=120), 1000/5 (N=200) и 100/1 (N=100).

Примеры расчетов ↑

Рассмотрим принцип расчета потребления на примере трансформатора тока с коэффициентов трансформации 100/5. Как определить коэффициент трансформации трансформатора тока? Если вы сняли показания счетчика по учету электроэнергии и значение показаний оказалось равно 100 кВт/часов, при этом прибор используется с трансформатором 100/5. То расчет фактического потребления не пониженных значений следует производить следующим образом:

Сперва следует узнать во сколько раз ваш трансформатор снижает ток нагрузки. Для этого нужно просто 100 разделить на 5 — вы получите значение коэффициента — 20.

Узнать реально существующий расход электроэнергии можно, взяв коэффициент и умножив его на значение вашего прибора учета, то есть на 100 кВт. Реальное потребление составило 2000 кВт/часов.

Особенности значений, получаемых при измерении коэффициента трансформации ↑

Измеряя коэффициент трансформации ТТ, следует знать, что допустимые отклонения полученного значения от прописанных в документации или показателей аналогичного полностью исправного прибора не должны быть более 2 процентов.

Особенностью замеров у встроенных устройствах является то, что все показания снимаются только на ответвлениях, которые являются рабочими. Остальные же части обмоток в расчет не берутся и не проверяются.

Разделительное трансформирующее устройство на вторичной обмотке может создавать напряжение около 5В, а значение тока должно быть около 1000А.

На что еще обратить внимание при выборе трансформатора? ↑

Не забывайте, что любое оборудование также имеет свой срок «годности». Потому, при покупке обязательно проверьте год и квартал выпуска вашего трансформатора. Напомним, что межповерочные интервалы у всех ТТ должны составлять не более 4 лет с момента изготовления.

Разновидности трансформаторов тока

Разновидности трансформаторов тока.

Чтобы избежать покупки просроченного оборудования, обязательно сверьте данные, которые указаны в паспорте изделия и на шильдике, закрепленном на корпусе трансформатора. Они должны полностью совпадать.

Если вы приобретаете трехфазный счетчик, то с момента выпуска и до пломбировки должно пройти не более года иначе вам придется потратить дополнительные средства, оплачивая государственную проверку или покупку более «свежего» прибора учета. Чтобы проверить дату, обратите внимание на свинцовую пломбу — там указан квартал выпуска римскими цифрами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *