Трансформатор тока 150/5 для точных измерений в энергетике

Надежность электроснабжения во многом зависит от точности измерительной аппаратуры. Одним из ключевых компонентов в схемах учета является трансформатор тока, преобразующий силу тока в удобный для измерений диапазон. В статье мы рассмотрим особенности применения трансформаторов тока на номинальное напряжение 0,66 кВ для получения метрологически достоверных данных.

Назначение и принцип действия трансформаторов тока

Трансформатор тока предназначен для преобразования первичного тока во вторичный пропорциональный ему ток с целью передачи сигнала измерительным приборам, устройствам релейной защиты и автоматики. Основное назначение трансформаторов тока в электрических сетях:

• Измерение токов и мощностей в цепях коммерческого и технического учета электроэнергии
• Питание цепей управления и автоматики
• Питание цепей релейной защиты

По конструкции трансформаторы тока делятся на:

• Однофазные
• Трехфазные

По типу исполнения бывают:

• Сухие
• Масляные
• Литые
• Встраиваемые

Принцип действия трансформаторов тока основан на явлении электромагнитной индукции. Первичная обмотка с номинальным током 150 А пропускается через магнитопровод, намагничивая его. Вторичная обмотка на 5 А наматывается поверх магнитопровода. При протекании тока в первичной обмотке во вторичной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная току в первичной обмотке с коэффициентом трансформации К=I1/I2.

Выбор трансформатора тока для конкретных задач

При выборе трансформатора тока для учета электроэнергии важное значение имеет класс точности:

• 0,2S - для точного коммерческого учета
• 0,5S - для технического учета
• 1,0 - для измерения и защиты

Также следует обращать внимание на номинальную мощность трансформатора. Она должна соответствовать мощности нагрузки. Для систем учета рекомендуется запас по мощности не менее 50%.

При выборе трансформатора тока для релейной защиты важный параметр - наличие защиты от воздействия высоких токов короткого замыкания, например предохранителем на первичной обмотке.

Рассмотрим характеристики популярных моделей трансформаторов тока класса 150/5А на напряжение 0,66 кВ:

Особенности монтажа и подключения

При монтаже трансформаторов тока 150/5А необходимо соблюдать следующие требования:

• Устанавливать трансформатор вертикально и надежно закреплять на опорной поверхности
• Обеспечить свободный доступ воздуха для охлаждения
• Соединить заземляющий болт трансформатора с контуром заземления
• Проверить надежность электрических соединений

Схема подключения трансформатора тока 150/5А к системе учета электроэнергии:

• Первичная обмотка подключается последовательно в фазный провод линии 0,66 кВ
• Вторичная обмотка подключается к счетчику электроэнергии
• Нулевой провод счетчика подключается к N шинопровода

Для проверки работоспособности трансформатора тока рекомендуется:

1. Измерить сопротивление изоляции вторичной обмотки (должно быть не менее 1 МОм)
2. Подключить к вторичной обмотке амперметр и включить ток в первичной цепи
3. Убедиться, что ток во вторичной цепи пропорционален току в первичной с коэффициентом трансформации

Техническое обслуживание и эксплуатация

В процессе эксплуатации трансформатора тока 150/5А необходимо:

• Периодически проверять затяжку болтовых соединений
• Следить за отсутствием механических повреждений
• Измерять сопротивление изоляции вторичных обмоток
• При обнаружении неисправностей отключить трансформатор и устранить их

Основные неисправности трансформаторов тока:

• Обрыв вторичной обмотки
• Пробой или снижение сопротивления изоляции
• Нарушение контактов в клеммных соединениях
• Несоответствие коэффициента трансформации

Ремонт трансформаторов тока 150/5А обычно заключается в замене вторичной обмотки или магнитопровода. При значительном износе целесообразна полная замена трансформатора.

Метрологическое обеспечение трансформаторов тока

Согласно правилам все трансформаторы тока подлежат периодической поверке для подтверждения их метрологических характеристик. Поверка проводится в следующем порядке:

1. Внешний осмотр
2. Проверка электрического сопротивления изоляции
3. Определение погрешности и класса точности
4. Испытание электрической прочности изоляции

Для поверки трансформаторов тока 150/5А применяют специальные эталонные катушки или мосты. Погрешность измеряется при различных значениях тока в первичной цепи.

Межповерочный интервал для трансформаторов тока составляет 4-8 лет в зависимости от условий эксплуатации. Для обеспечения метрологической надежности рекомендуется ежегодный метрологический контроль.

Перспективные направления развития

В последние годы активно ведутся разработки цифровых датчиков тока на основе оптоволоконных и магниторезистивных преобразователей. Их преимущества:

• Высокая точность без дрейфа параметров
• Устойчивость к электромагнитным помехам
• Компактные размеры и вес

Однако высокая стоимость пока ограничивает широкое применение таких датчиков.

Перспективно применение наноструктурированных магнитных материалов и высокотемпературной сверхпроводимости для создания миниатюрных трансформаторов тока нового поколения.

Актуальна задача локализации производства трансформаторов тока в России. Это позволит снизить стоимость и повысить качество при сохранении технических характеристик.

Требования к квалификации персонала

Для выполнения монтажа, эксплуатации и ремонта трансформаторов тока 150/5А персонал должен иметь соответствующую квалификационную группу по электробезопасности и пройти инструктаж по охране труда. Работа должна осуществляться с соблюдением правил ПУЭ, ПТЭ и ПТБ для электроустановок до 1000 В.

Для проведения поверки и калибровки трансформаторов тока 150/5А необходим аттестованный персонал в области метрологии, имеющий опыт работы с эталонной измерительной техникой и испытательным оборудованием.

Транспортировка и хранение трансформаторов тока

Транспортировка трансформаторов тока 150/5А должна производиться в заводской упаковке, предохраняющей их от механических повреждений и атмосферного воздействия. При погрузочно-разгрузочных работах следует избегать резких толчков и ударов.

Хранение трансформаторов тока осуществляется в сухих отапливаемых помещениях при температуре от +5 до +40°С и относительной влажности до 80%. Длительное хранение может потребовать подсушивания обмоток.

Утилизация трансформаторов тока по окончании срока службы

После окончания срока эксплуатации трансформаторы тока 150/5А подлежат списанию и утилизации как опасные отходы класса 3 с предварительным демонтажем.

Порядок утилизации:

1. Демонтаж трансформаторов
2. Разборка на материалы
3. Разделение лома черных и цветных металлов
4. Передача металлолома на вторичную переработку

Утилизация должна быть поручена специализированной организации, имеющей лицензию на обращение с опасными отходами.

Анализ отказов трансформаторов тока и методы повышения надежности

Основные причины отказов трансформаторов тока 150/5А:

• Нарушение изоляции вторичных обмоток
• Старение магнитопровода, разрушение стали
• Механические повреждения, вибрация, коррозия
• Перегрузки, работа вне допустимого диапазона токов

Для повышения надежности рекомендуется:

• Применение качественных материалов с запасом по механической и электрической прочности
• Контроль температурного режима и режимов работы
• Своевременное техобслуживание и замена вышедших из строя трансформаторов
• Использование моделей со встроенными защитами от перегрузок