Советы профессионалов, как выбрать и рассчитать трансформатор тока

Основной параметр трансформатора

Основной характеристикой любого трансформатора является коэффициент трансформации. Он определяется как отношение количества витков первичной обмотки к числу витков во вторичной обмотке. Кроме того, эта величина может быть рассчитана путем деления соответствующих показателей ЭДС в обмотках.

Формула

При наличии идеальных условий, когда отсутствуют электрические потери, решение вопроса, как определить коэффициент, осуществляется с помощью соотношения напряжений на зажимах каждой из обмоток. Если в трансформаторе имеется больше двух обмоток, данная величина рассчитывается поочередно для каждой обмотки.

В понижающих трансформаторах коэффициент трансформации будет выше единицы, в повышающих устройствах этот показатель составляет от 0 до 1. Фактически этот показатель определяет во сколько раз трансформатор напряжения понижает подаваемое напряжение. С его помощью можно определить правильность числа витков. Данный коэффициент определяется на всех имеющихся фазах и на каждом ответвлении сети. Полученные данные используются для расчетов, позволяют выявить обрывы проводов в обмотках и определить полярность каждой из них.

Определить реальный коэффициент трансформации тока трансформатора можно с использованием двух вольтметров. В трансформаторах с тремя обмотками измерения выполняются как минимум для двух пар обмоток с наименьшим током короткого замыкания. Если некоторые элементы трансформатора и ответвления закрыты кожухом, то определение коэффициента становится возможным только для зажимов обмоток, выведенных наружу.

В однофазных трансформаторах для расчета рабочего коэффициента трансформации используется специальная формула, в которой напряжение, подведенное к первичной цепи, делится на одновременно измеряемое напряжение во вторичной цепи. Для этого нужно заранее знать, в чем измеряется каждый показатель.

Запрещается подключение к обмоткам напряжения существенно выше или ниже номинального значения, указанного в паспорте трансформатора. Это приведет к росту погрешностей измерений вследствие потерь тока, потребляемого измерительным прибором, к которому подключается трехфазный трансформатор. Кроме того, на точность измерений влияет ток холостого хода. Для большинства устройств разработана специальная таблица, где указаны довольно точные данные, которые можно использовать при расчетах.

Измерения должны проводиться вольтметрами с классом точности 0,2-0,5. Более простое и быстрое определение коэффициента возможно с помощью специальных универсальных приборов, позволяющих обойтись без использования посторонних источников переменного напряжения.

Измерение потерь холостого хода

Такие испытания проводятся для трансформаторов, мощность которых превышает 1000 кВт. Установки мощностью до 1000 кВт можно проверять только после проведения капитального ремонта и частичным изменением магниопровода.

Потери холостого хода у трансформаторов трехфазного типа фиксируются при наличии однофазного возбуждения тока. При проведении работ следует использовать схемы, предоставленные производителем.

Обратите внимание, что коэффициенты установок во время ремонта или эксплуатации не должны отличаться от заводских стандартов более чем на 5%. Для трансформаторов однофазного типа аналогичные значение не превышают 10%.. Решение о начале измерений принимается техническим руководителем на предприятии

Поводом для начала исследований могут стать данные хроматографического анализа газов, растворенных в масле. В этом случае полученные показатели не должны отличаться от исходных норм более чем на 30%. В конце исследования все технические параметры заносятся в соответствующий отчет. Этот документ может использоваться в будущем технологами предприятия для определения уровня амортизации оборудования и его общего технического состояния.

Решение о начале измерений принимается техническим руководителем на предприятии. Поводом для начала исследований могут стать данные хроматографического анализа газов, растворенных в масле. В этом случае полученные показатели не должны отличаться от исходных норм более чем на 30%. В конце исследования все технические параметры заносятся в соответствующий отчет. Этот документ может использоваться в будущем технологами предприятия для определения уровня амортизации оборудования и его общего технического состояния.

Как устроен трансформатор тока?

На следующем рисунке схематично обозначены процессы, протекающие в трансформаторе тока при превращении электроэнергии.

По первичной силовой обмотке с количеством витков ω1 течет ток I1, при этом он преодолевает ее полное сопротивление Z1. Вокруг катушки возникает магнитный поток Ф1, он фиксируется с помощью магнитопровода, находящегося перпендикулярно по отношению к вектору I1. Подобный способ расположения позволяет превращать электрическую энергию в магнитную с наименьшими потерями.

При пересечении перпендикулярных витков обмотки ω2 поток Ф1 создает в них электродвижущую силу Е2, под ее действием во вторичной обмотке появляется ток I2, который преодолевает полное сопротивление катушки Z2 и подсоединенной на выходе нагрузки Zн. В процессе напряжение U2 на зажимах вторичной цепи падает.

Коэффициент трансформации К1, можно посчитать, разделив вектор I1 на вектор I2. Это один из основных параметров трансформаторов тока, он определяется прежде, чем начинают проектировать устройство, а в действующих трансформаторах его измеряют. Однако, как и при работе любых приборов, реальные показания отличаются от теоретических. Для учета таких погрешностей существует специальная метрологическая характеристика, или класс точности трансформатора тока.

В отличие от расчетов, при работе трансформатора тока в жизни величины токов в обмотках не являются константами, так что коэффициент трансформации рассчитывают по номиналам. К примеру, если коэффициент трансформации равен 1000/5, то это значит, что в первичном витке течет ток величиной 1 кА, а во вторичных действует нагрузка 5 А. Исходя из данных величин, можно понять, как долго трансформатор тока прослужит.

Магнитный поток Ф2, возникающий благодаря вторичному току I2, понижает величину потока Ф1 в магнитопроводе. В процессе возникающий поток трансформатора Фт рассчитывается как геометрическая сумма векторов Ф1 и Ф2.

Определение и расчет коэффициента трансформации счетчика электроэнергии

Все приборы учета электроэнергии, которые рассчитаны на большие токи (от 100 А и выше) имеют в своем составе понижающие трансформаторы. Они уменьшают ток, поступающий непосредственно на измерительную часть. Одним из основных параметров для потребителя в этом случае является коэффициент трансформации счетчика электроэнергии. Он необходим для правильного снятия показаний с таких измерительных приборов.

Техническая характеристика коэффициента

Коэффициент трансформации – отношение токов нагрузки и электрического счетчика. В данном случае он всегда будет больше единицы, так как токи потребления превышают измерительные. При подсчете израсходованной электроэнергии, показания на циферблате или панели, умножаются на данный коэффициент. Получившееся значение является правильным количеством потребленных киловатт-часов.

А также трансформаторы имеют класс точности. Для оборудования учета электроэнергии он равен 0,2 или 0,5. Чем ниже значение класса, тем более высокая точность измерительных приборов.

Виды электросчетчиков

Существует огромное количество различных электросчетчиков. Однако их всех можно разбить на три основных вида:

Механические устройства

Конструктивно индукционные счетчики выполнены следующим образом – между двух катушек, токовой и напряжения, находится алюминиевый диск, который механически связан со шкалой.

Принцип работы – ток, протекающий по катушкам, создает электромагнитное поле, которое заставляет вращаться диск. Он через червячную передачу передает свое вращение на механизм отсчета. Чем больший ток протекает через катушки, тем большая индуктивность электромагнитного поля, которое заставляет быстрее вращаться диск, а следственно и шкалу.

В классификации счетчиков индуктивные являются самыми неточными. Это обусловлено погрешностями, возникающими при преобразовании электромагнитного поля во вращение диска. А также довольно серьезные погрешности могут возникать и в механизме вращения шкалы.

Главным достоинством данного вида – низкая цена.

С электронным механизмом

Электронные приборы учета электроэнергии появились относительно недавно. Основаны они на измерении тока посредством аналоговых датчиков. Информация с датчиков поступает на микроконтроллер, где преобразуется и выводится на ЖК дисплей.

К достоинствам электронных относится:

• Небольшие размеры.
• Возможность настраивать несколько алгоритмов подсчета электроэнергии.
• Самый высокий класс точности среди других видов из-за отсутствия большого числа элементов при измерении.
• Возможность настроить систему АСКУЭ.

Главными недостатками являются высокая цена и большая чувствительность к скачкообразному изменению напряжения в сети.

Смешанные модели

Гибридные приборы, как видно из названия, являются комбинацией компонентов индуктивных и электронных счетчиков. Измерительная часть у них взята от механических, а обработка и вывод показаний осуществляется с помощью микроконтроллера.

Данный вид был создан с целью уменьшения цены на оборудование, которое можно было бы подключить в систему АСКУЭ. Данный вид нечувствителен к скачкам напряжения.

К недостаткам можно отнести большие размеры и невысокую точность по сравнению с электронными.

Определение коэффициента трансформации

Как было сказано выше, при подсчете затраченной электроэнергии важно знать коэффициент трансформации счетчика. Информацию о нем можно найти как в паспорте на счетчик электроэнергии, так и на лицевой панели прибора

Иногда в электронных приборах его можно найти в меню. Обозначается он либо через знак деления, либо просто числом. Обычно это значения из ряда 10, 20, 30 и 40.

Но нередки случаи, когда паспорт на оборудование отсутствует. В этом случае коэффициент трансформации можно высчитать самому. Для этого необходимо иметь либо два мультиметра, либо специальное оборудование.

В первом случае, одним мультиметром измеряется напряжение на первичной обмотке, вторым на вторичной

Важно помнить, что замеры делаются только на холостом варианте работы трансформатора, то есть без нагрузки. Ни в коем случае не следует превышать значение номинального напряжения, указанного в паспорте, так как это значительно увеличит погрешность

Использование специального оборудования позволяет не использовать внешний источник питания, что существенно упрощается процедуру измерения.

Измеряя показатель трансформации, следует использовать измерительные приборы с классом точности не менее 0,5.

Что такое потери электрической энергии?

Под потерями электроэнергии в широком смысле следует понимать разницу между поступлениями в сети и фактическим потреблением (полезным отпуском). Расчет потерь предполагает определение двух величин, что выполняется через учет электрической энергии. Одни стоят непосредственно на подстанции, другие у потребителей.

Потери могут рассчитываться в относительных и абсолютных величинах. В первом случае исчисление выполняется в процентах, во втором – в киловатт-часах. Структура разделена на две основных категории по причине возникновения. Общие потери именуются фактическими и являются основой эффективности работы подразделения.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Существуют следующие виды трансформаторов, кроме рассмотренных:

• силовой;
• автотрансформатор;
• импульсный;
• сварочный;
• разделительный;
• согласующий;
• пик-трансформатор;
• сдвоенный дроссель;
• трансфлюксор;
• вращающийся;
• воздушный и масляный;
• трехфазный.

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотка выполнены одним проводом, причем вторичная является частью первичной. Импульсный масштабирует короткие импульсные сигналы прямоугольной формы. Сварочный работает в режиме короткого замыкания. Разделительные используются там, где нужна особая безопасность по электротехнике: влажные помещения, помещения с большим количеством изделий из металла и подобное. Их k в основном равен 1.

Пик-трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Сдвоенный дроссель – это две сдвоенные катушки, но по своим конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода, обладающего большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Вращающийся передает сигналы на вращающиеся объекты.

Воздушные и масляные трансформаторы отличаются способом охлаждения. Масляные применяются для масштабирования большой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.

Более подробную информацию можно узнать о коэффициенте трансформации трансформатора тока в таблице.

Почти у всех перечисленных приборов есть сердечник для передачи магнитного потока. Поток появляется благодаря движению электронов в каждом из витков обмотки, и силы токов не должны быть равны нулю. Коэффициент трансформации тока зависит и от вида сердечника:

Коэффициентом трансформации трансформаторов называется отношение напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) к напряжению обмотки низшего напряжения (НН) при холостом ходе:

Где: Кл- коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 — линейное напряжение обмотки ВН;

U2 — линейное напряжение обмотки НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или фазного коэффициента трансформации трехфазных

трансформаторов отношение напряжения можно приравнять к отношению чисел витков обмотки

где: Кф — фазный коэффициент трансформации;

U1ф,U2ф — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;

WI,W2 — число витков обмоток ВН и НН соответственно.

При измерении линейного коэффициента трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения высшего и низшего линейных напряжения обмоток и соответственно числа витков ВН и НН сохраняется лишь при одинаковых группах соединения этих обмоток.

Если первичная и вторичная обмотки соединены по одинаковой схеме, например, обе в звезду, обе в треугольник и так далее, фазный и линейный коэффициенты трансформации равны друг другу. При различных схемах соединений обмоток, например, одной в звезду, а другой в треугольник, линейньй и фазный коэффициенты трансформации неодинаковы (они в данном случае отличаются друг от друга в 3 раз).

Определение коэффициента трансформации производится на всех ответвлениях обмоток и для вех фаз. Эти измерения, кроме проверки самого коэффициента трансформации дают возможность проверить также правильность установки переключателя напряжения на соответствующих ступенях, а также целостность обмоток.

Для определения коэффициента трансформации применяют метод двух вольтметров (рис.2)

Рис.2 Определение коэффициента трансформации.

Со стороны высокого напряжения (ВН) подводится трехфазовое напряжение 220 В и измеряется напряжение на вторичной обмотке.

Внимание! Напряжение подводится только к обмоткам ВН (А, В, С). Результаты измерений заносятся в таблицу 2

Пределы измерения вольтметров: PV1-250 В,PV2-15В

Результаты измерений заносятся в таблицу 2. Пределы измерения вольтметров: PV1-250 В,PV2-15В.

Примечание: В данной работе трансформатор имеет одно положение переключателя.

Коэффициент трансформации отдельных фаз, замеренных на одних и тех же ответвлениях не должен отличаться друг от друга более чем на 2%.

Где выполняется расчет?

Расчет потерь электроэнергии в электрических сетях выполняется по следующим направлениям:

1. Для предприятий, генерирующих энергию и отдающих в сеть. Уровень зависит от технологии производства, правильности определения собственных нужд, наличия технических и коммерческих учетов. Потери генерации ложатся на коммерческие организации (включаются в стоимость) или добавляются в нормативы и фактические величины на районы или предприятия электрических сетей.
2. Для высоковольтной сети. Передача на дальние расстояния сопровождается высоким уровнем потерь электроэнергии в линиях и силовом оборудовании подстанций 220/110/35/10 кВ. Рассчитывается путем определения норматива, а в более совершенных системах через приборы электронного учета и автоматизированных систем.
3. Распределительные сети, где происходит разделение потерь на коммерческие и технические. Именно в этой области сложно прогнозировать уровень величины из-за фактора сложности обвязки абонентов современными системами учета. Потери при передаче электроэнергии рассчитываются по принципу поступило за минусом платы за потребленную электрическую энергию. Определение технической и коммерческой части выполняется через норматив.

Примеры расчета коэффициента

Вывод! У ПАО АНК «Башнефть» в 2016 году экономическая рентабельность снизилась в связи с масштабной реорганизацией корпорации, которая повлекла за собой снижение балансовой прибыли. В 2017 году ее удалось не только восстановить до уровня 2015 года, но и повысить на 8,7%. Такого результата удалось достичь благодаря обновлению технологической базы и внедрению новых методик управления запасами.

Вывод! Показатель ЭР для корпорации «Юлмарт» увеличивается на протяжении 3 лет (2015-2017) ввиду активного увеличения балансовой прибыли. Причиной роста итогового финансового результата стали рост оборачиваемости активов и снижение затрат на реализацию товаров.

Несмотря на то что оба рассмотренных предприятия функционируют эффективно и демонстрируют рост коэффициента Economic Efficiency, у торгового предприятия «Юлмарт» он выше, чем у капиталоемкого производства «Башнефть». Это обусловлено высокой стоимостью активов последнего.

Подробная схема расчета коэффициента ЭР представлена в табличном редакторе Excel в приложенном документе.

Коммерческие потери: основное направление повышения эффективности в электроэнергетике

Коммерческие потери электроэнергии считаются сложно прогнозируемой величиной, так как зависят от потребителей, от их желания обмануть предприятие или государство. Основой указанных проблем являются:

1. Сезонная составляющая. В представленное понятие вкладывается недоплата физических лиц по реально отпущенной электрической энергии. К примеру, в Республике Беларусь существует 2 причины появления «сезонки» — это наличие льгот по тарифам и оплата не на 1, а на 25 число.
2. Несовершенство приборов учетов и их неправильная работа. Современные технические средства для определения потребленной энергии значительно упростили задачу абонентской службе. Но электроника или неправильно налаженная система учета может подвести, что и становится причиной рост коммерческих потерь.
3. Воровство, занижение показаний счетчиков коммерческими организациями. Это отдельная тема для разговора, которая предполагает различные ухищрения физических и юридических лиц по сокращению расходов на электрическую энергию. Все это сказывается на росте потерь.

Как подготовить приборы к расчету?

Современные устройства для измерения коэффициентов способны работать в полуавтоматическом режиме, поэтому сложностей при их настройке не возникает. Несмотря на это, пользователю следует знать некоторые особенности выполнения такого задания.

Для определения коэффициентов в трансформаторах с одной и тремя фазами воспользуйтесь схемами, представленными ниже.

Инженерные универсальные приборы для измерения показателей должны соответствовать государственным стандартам. Используйте только ту технику, которая имеет сертификаты качества и соответствия

Важно обращать внимание на материал корпуса и комплектующих. Они должны состоять из надежных составляющих. Такие материалы переносят большие напряжения и отличаются длительным сроком эксплуатации.

Такие материалы переносят большие напряжения и отличаются длительным сроком эксплуатации.

Перед использованием прибора убедитесь в том, что датчики находятся на нулевом значении. Несмотря на высокую точность измерений, следует снизить уровень погрешности путем проведения нескольких испытаний. Более точные значения можно получить после нахождения общего арифметического всех полученных результатов.

Стоит запомнить, что номинальное напряжение всегда выше подводимого. Универсальные приборы современного типа предназначены не только для определения коэффициента трансформации. Такие приспособления показывают полярность катушек и значение тока возбуждения в трансформаторах различного типа.

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 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.

Какой срок службы электросчетчика

Электросчётчики бывают двух типов, использующих разные принципы измерения, а соответственно разную конструкцию.

Индукционного или механического

В основе конструкции – принцип электромагнитной индукции. Потребляемый ток проходит через катушку, которая создаёт магнитное поле. Это поле вращает диск, который связан червячной передачей с шестерёнками циферблата. Чем больше проходит тока, тем больше магнитное поле и тем быстрее вращается диск.

Счетчик однофазный индукционный СО-И446М

Срок службы индукционных счётчиков немалый, около 30 лет.

Электронного

Современные электронные приборы учёта отличает не только высокая точность, но и отсутствие подвижных механизмов, что теоретически увеличивает срок его службы. «Теоретически», поскольку устройства совсем недавно вошли в нашу жизнь, и проверить временем их ещё не успели.

В инструкциях к электронным счётчикам указан срок годности – 25 лет – 30 лет.

Счетчик электронный

Гибридного

Понятия «гибридного» счётчика, по сути, не существует. Конструкция прибора либо механическая, либо электронная. Гибридными иногда называют модели, имеющие внешние черты того и другого.

Модель может иметь механическую начинку, но при этом быть компактной, с привлекательным интерфейсом, ЖК-дисплеем.

С другой стороны, многие электронные приборы оснащаются более простым и привычным механическим циферблатом с перелистывающимися числами на валиках.

Такой смешанный вариант обычно стоит несколько дешевле и помогает сэкономить на покупке устройства при сохранении высокой точности электронной конструкции.