Выбор трансформатора тока для электродвигателя

Обновлено: 27.04.2024

Расчет защиты электродвигателя мощностью 800 (кВт)

Июль 22nd, 2012 Рубрика: Релейная защита и автоматика, Электролаборатория

После прочтения сегодняшней статьи Вы научитесь самостоятельно производить расчет защиты электродвигателя мощностью 800 (кВт).

Расскажу небольшую предисторию.

У нас на распределительной подстанции напряжением 10 (кВ), состоящей из двух сборных секций шин, питаются электродвигатели восьми дымососов (вентиляторов) для нужд газоочистки. Последнее время мне все чаще стали передавать замечания по тяжелому пуску этих двигателей, т.е. двигатели запускались не сразу и отключались во время пуска от токовой отсечки.

Данные замечания конечно же нельзя оставлять без внимания.

Расчет защиты электродвигателя 800 (кВт)

Перейду сразу к практике. Позвонив электрику газоочистки, я запросил у него технические данные на электродвигатели дымососов (вентиляторов):

Остальные данные имелись в таблице уставок и прочей технической документации.

трансформатор тока с коэффициентом трансформации 150/5

Схема соединения трансформаторов тока (на разность токов):

На схеме я указал, где установлены реле токовой отсечки, максимальной токовой защиты от перегруза и реле земляной защиты.

Первая обмотка (по схеме Т-1) используется для цепей релейной защиты и собрана по схеме на разность токов двух фаз. Вторая обмотка (по схеме Т-2) используется для цепей измерения и учета электроэнергии (электросчетчики, амперметры) и собрана по схеме неполная звезда.

1. Токовая отсечка (ТО)

Ток срабатывания токовой отсечки (ТО) от междуфазных коротких замыканий можно расчитать двумя способами.

Первый способ заключается в расчете пускового тока электродвигателя дымососа при полном напряжении питающей сети.

Во втором способе необходимо произвести расчет броска тока в первый момент короткого замыкания в сети.

Предпочтительнее является первый способ. Поэтому по нему я и произведу расчет защиты нашего электродвигателя.

Найдем пусковой ток для электродвигателя при пуске от полного напряжения сети:

Найдем первичный ток срабатывания защиты:

Коэффициент надежности обычно принимается равным 1,2. Коэффициент возврата реле смотрим по протоколам проверки релейной защиты. Он равен 0,85. Подставляем в формулу наши данные и получаем:

Найдем вторичный ток срабатывания защиты:

Проверим уставку токовой отсечки на чувствительность. Чувствительность защиты проверяется отношением двухфазного тока короткого замыкания на выводах электродвигателя к первичному току срабатывания защиты.

Ток трехфазного короткого замыкания мы берем из таблицы токов короткого замыкания, составленной мною для удобства расчетов, либо из проекта. Подставляя данные, получаем:

Коэффициент чувствительности, согласно ПУЭ, должен быть больше 2, что удовлетворяет нашему условию.

2. Максимальная токовая защита (МТЗ) от перегруза

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ) от перегруза рассчитывается от максимального рабочего (номинального) тока электродвигателя.

Найдем первичный ток срабатывания защиты:

Коэффициент надежности и возврата принимаем аналогичными, как при расчете токовой отсечки.

Найдем вторичный ток срабатывания защиты:

Проверим уставку максимальной токовой защиты от перегруза на чувствительность. Чувствительность защиты проверяется отношением двухфазного тока короткого замыкания на выводах электродвигателя к первичному току срабатывания защиты.

Ток трехфазного короткого замыкания мы берем из таблицы расчетов токов короткого замыкания, составленной мною для удобства, либо из проекта. Подставляя данные, получаем:

Коэффициент чувствительности согласно ПУЭ должен быть больше 2, что удовлетворяет нашему условию.

Выдержка по времени максимальной токовой защиты от перегрузки составляет 16 (сек.) и выполняется на реле времени.

Вывод

После расчета защиты электродвигателя дымососа сравним действующие и полученные результаты, и сделаем вывод. Чтобы нагляднее проводить сравнение уставок, занесу данные в таблицу.

В первой колонке таблицы указаны виды защит электродвигателей дымососов, в следующих колонках указаны действующие и расчетные уставки.

А видим мы то, что ранее произведенный расчет защиты электродвигателя дымососа мощностью 800 (кВт) был произведен не верно.

Но это еще не все. После проделанных мною расчетов я стал искать причину не верного расчета, потому как у меня в голове не укладывалось, почему проектная организация могла так сильно ошибиться в расчетах.

Нашел я в своем архиве проект на монтаж этой распределительной подстанции, откуда запитаны 8 дымососов и стал его изучать.

И наткнулся на следующее. Во всех таблицах технических данных и расчетов фигурировала мощность дымососов (вентиляторов) 630 (кВт), вместо 800 (кВт).

Но ответ на эту загадку остался в далеких 1975 годах.

Все что было написано мною в этой статье было предоставлено в виде отчета на стол главного энергетика, изучив весь материал, он своей подписью заверил мой расчет и было отдано распоряжение на изменение уставок на расчетные.

Изменив уставки, проблему частых отключений от токовой защиты во время пуска электродвигателей дымососов (вентиляторов) мы устранили.

P.S. Если во время прочтения материала у Вас возникли вопросы, то задавайте их в форме комментариев. Если Вам есть, чем поделиться и рассказать свою подобную историю, то с радостью Вас послушаем. Не забывайте подписываться на новые статьи с сайта (вверху в правой колонке сайта), чтобы быть в курсе всех событий.

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

Мнда.. Ну что сказать- молодчина Дмитрий, докопался до истины! Повезло что документы проектантов сохранились, а то бы причину ошибки в уставках так и не узнали бы.

Методика расчета взята из известной книги Чернобровова по релейной защиты.

Про пуск с Вами согласен, но энергетик предприятия и цеха газоочистки решили оставить уставку прежнюю. Вот и все.

Здравствуйте. О расчетах этих защит на самом деле не только в книге Чернобровова описано не плохо, их большое количество. Но земляная защита у Вас осталась не затронута? Вы ее не пересчитывали? О ней мало говорится в книгах, было бы здорово увидеть наглядный расчет.

Расчет земляной защиты очень сложен на самом деле. Нам на кафедре в институте про него рассказывали, но к практике расчетов так и не перешли. В общем земляная защита на нашем предприятии выбирается по общепринятому (по проекту от 1958 года) току замыкания на землю, который равен 10 (А). Вот и отстраиваем все реле земляной защиты на этот ток. Сам ищу подробные методики этих расчетов.

Очень интересно ЗНАТЬ: Какой КПД у двигателя 800 Квт. ?

Это нужно смотреть в паспорте и технической документации на двигатель. Пока доступа к данным у меня нет и ответить на Ваш вопрос я не могу.

Филл, примерно 92-95%.

В данном примере вы произвели расчет для высоковольтного двигателя,
есть ли разница в расчетах для двигателей 0.4 кВ. Если да, то где это прописано в каких нормативах, или расчетных материалах ?!

Отсечку для АВ я подбираю так.
Iотс >= kн*Iпуск.дв= 1,05*kз*kап*kр*Iпуск.дв,

Могли бы вы подсказать метод расчета отсечки для двигателей на 0.4 кВ.

Однако из сказанного ОЧЕВИДНО, чем выше эффективность, тем выше возможность самозапитки такой электромашины на веки вечные(пока подшипники не сотрутся). А количеством КПД и массы системы, я увеличиваю эффективность маятника вращения(ротор БТГ).

ну если это перегруз,то дело другое.Ну тогда выходит,что двигатель вообще в принципе без защит.Даже отсечка и та будет работать,когда начнет плавиться изоляция(ну или что то подобное).Т.е.защищается надежно только кабель?А почему бы тогда не поставить токовую фильтровую защиту(обратной последовательности).И чувствительность обеспечит и селективность.Т.е. будет нормальная МТЗ,но отстроенная от пусковых токов.

По поводу ТЗОП. ТЗОП реагирует на ток ОП, появляющийся при несимметричных режимах. Несимметричные режимы работы могут быть следующие:
- двухфазные К.З.;
- двухфазные замыкания на землю;
- небаланс (перекос) фаз;
- обрыв фазы;
- витковое замыкание в обмотке двигателя.
Защита выполняется на 2 ступени: сигнал и отключение. На трехфазные КЗ защита не реагирует.
Все это прекрасно, только надо иметь в наличии 3 штуки ТТ иначе на 2-х ТТ нет и смысла ее ставить. Т.е на старых присоединениях с 2-мя ТТ и электромеханикой нет смысла ставить еще один ТТ и городить РТОП. Экономически не выгодно и не все виды КЗ отключает.

На очень дорогих мощных двигателях (от 20 МВт) сегодня ставят по 2 комплекта защит. Диффзащиту отдельно и набор резервных защит отдельно. На разных ТТ. Сегодня вообще подход к конструктиву двигателей иной. У нас есть СД 45 МВт фирмы АВВ с тиристорным самовозбуждением на роторе. У него плавный частотный пуск производится с валоповорота 100 об/мин. при полном поданном возбуждении. При подсинхной скорости просто шунтируется байпас. Соответственно и наборы защит таких двигателей должны быть навороченными. Диффзащита выполнена как ФТНП на бубликах. А резервные защиты на ТТ линии 10 кВ.

ПРУТКОВ Филипп :

Электродвигатель соединен с насосом для перекачки воды. В первичной схеме стоят трансформаторы тока ТПЛМ-10 100/5 по фазам А и С. Одновременность выставили, разность составляет 1-2 мм. ОПН в схеме отсутствуют. Двигатель трехфазный включен звездой. Особой просадки напряжения не наблюдалось. Слегка моргнет и все.
Да, а вот сопротивление контактов МВ (маслянного выключателя не проверяли).
Заосциллографировать к сожалению возможности нет. Уставки по току выполняли прибором ЭУ5000 (или еще называют УПЗ).

Какие у вас заданы (выставлены) уставки на индукционных реле? Какие сейчас стоят реле?

releboy, спасибо. По регистраторам Hioki и Нева-ИПЭ поищу информацию, попробую обосновать их покупку, хотя в сегодняшнее время это будет сделать не легко.

Какие у вас заданы (выставлены) уставки на индукционных реле? Какие сейчас стоят реле?

ПРУТКОВ Филипп :

Примерно вот так должны выглядеть ваши уставки на двигатель. Желательно знать примерное время разгона двигателя. В этом случае можно более точно выбрать характеристику и отстроить отсечку.

Здравствуйте. Вопрос такой. Накидайте пжлста план расчета уставок. Например. Имеется ПС 6кВ. На отходящей линии (ВЛ) длиной 4 км питается экскаватор (технические данные не важны, т.к. прошу накидать только план расчета). Перед самим экскаватором стоит ЯВП (ячейка высоковольтная промежуточная со своими МТЗ и ТО, которые, как я понял можно рассчитать по вышеизложенному материалу). Мне нужен именно план расчета МТЗ и ТО для этой линии,желательно как считается для вл и кл. Заранее спасибо

Забыл добавить. Можно пжлста формулы и пояснения к расчетам

Здравствуйте, подскажите пожалуйста как правильно рассчитывается МТЗ на вводной ячейке 6 кВ; расчет перегруза и максимальной токовой защиты силового трансформатора? Если можно, напишите пожалуйста как это рассчитывается. Спасибо.

Правильный выбор трансформатора тока по ГОСТу

Задача данной статьи дать начальные знания о том, как выбрать трансформатор тока для цепей учета или релейной защиты, а также родить вопросы, самостоятельное решение которых увеличит ваш инженерный навык.

В ходе подбора ТТ я буду ссылаться на два документа. ГОСТ-7746-2015 поможет в выборе стандартных значений токов, мощностей, напряжений, которые можно принимать для выбора ТТ. Данный ГОСТ действует на все электромеханические трансформаторы тока напряжением от 0,66кВ до 750кВ. Не распространяется стандарт на ТТ нулевой последовательности, лабораторные, суммирующие, блокирующие и насыщающие.

Кроме ГОСТа пригодится и ПУЭ, где обозначены требования к трансформаторам тока в цепях учета, даны рекомендации по выбору.

Выбор номинальных параметров трансформаторов тока

До определения номинальных параметров и их проверки на различные условия, необходимо выбрать тип ТТ, его схему и вариант исполнения. Общими, в любом случае, будут номинальные параметры. Разниться будут некоторые критерии выбора, о которых ниже.

1. Номинальное рабочее напряжение ТТ. Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки, где требуется установить трансформатор тока. Выбирается из стандартного ряда, кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

2. Далее, перед нами встает вопрос выбора первичного тока ТТ. Величина данного тока должна быть больше значения номинального тока электрооборудования, где монтируется ТТ, но с учетом перегрузочной способности.

Приведем пример из книги. Допустим у статора ТГ ток рабочий 5600А. Но мы не можем взять ТТ на 6000А, так как турбогенератор может работать с перегрузкой в 10%. Значит ток на генераторе будет 5600+560=6160. А это значение мы не замерим через ТТ на 6000А.

Выходит необходимо будет взять следующее значение из ряда токов по ГОСТу. Приведу этот ряд: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000. После 6000 идет 8000. Однако, некоторое электрооборудование не допускает работу с перегрузкой. И для него величина тока будет равна номинальному току.

Но на этом выбор первичного тока не заканчивается, так как дальше идет проверка на термическую и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

2.1 Проверка первичного тока на термическую стойкость производится по формуле:

Данная проверка показывает, что ТТ выдержит определенную величину тока КЗ (IТ) на протяжении определенного промежутка времени (tt), и при этом температура ТТ не превысит допустимых норм. Или говоря короче, тепловое воздействие тока короткого замыкания.

iуд - ударный ток короткого замыкания

kу - ударный коэффициент, равный отношению ударного тока КЗ iуд к амплитуде периодической составляющей. При к.з. в установках выше 1кВ ударный коэффициент равен 1,8; при к.з. в ЭУ до 1кВ и некоторых других случаях - 1,3.

2.2 Проверка первичного тока на электродинамическую стойкость:

В данной проверке мы исследуем процесс, когда от большого тока короткого замыкания происходит динамический удар, который может вывести из строя ТТ.

Для большей наглядности сведем данные для проверки первичного тока ТТ в небольшую табличку.

3. Третьим пунктом у нас будет проверка трансформатора тока по мощности вторичной нагрузки. Здесь важно, чтобы выполнялось условие Sном>=Sнагр. То есть номинальная вторичная мощность ТТ должна быть больше расчетной вторичной нагрузки.

Вторичная нагрузка представляет собой сумму сопротивлений включенных последовательно приборов, реле, проводов и контактов умноженную на квадрат тока вторичной обмотки ТТ (5, 2 или 1А, в зависимости от типа).

Величину данного сопротивления можно определить теоретически, или же, если установка действующая, замерить сопротивление методом вольтметра-амперметра, или имеющимся омметром.

Сопротивление приборов (амперметров, вольтметров), реле (РТ-40 или современных), счетчиков можно выцепить из паспортов, которые поставляются с новым оборудованием, или же в интернете на сайте завода. Если в паспорте указано не сопротивление, а мощность, то на помощь придет известный факт - полное сопротивление реле равно потребляемой мощности деленной на квадрат тока, при котором задана мощность.

Схемы включения ТТ и формулы определения сопротивления по вторичке при различных видах КЗ

Не всегда приборы подключены последовательно и это может вызвать трудности при определении величины вторичной нагрузки. Ниже на рисунке приведены варианты подключения нескольких трансформаторов тока и значение Zнагр при разных видах коротких замыканий (1ф, 2ф, 3ф - однофазное, двухфазное, трехфазное).

zр - сопротивление реле

rпер - переходное сопротивление контактов

rпр - сопротивление проводов определяется как длина отнесенная на произведение удельной проводимости и сечения провода. Удельная проводимость меди - 57, алюминия - 34,5.

Кроме вышеописанных существуют дополнительные требования для ТТ РЗА и цепей учета - проверка на соблюдение ПУЭ и ГОСТа.

Выбор ТТ для релейной защиты

Трансформаторы тока для цепей релейной защиты исполняются с классами точности 5Р и 10Р. Должно выполняться требование, что погрешность ТТ (токовая или полная) не должна превышать 10%. Для отдельных видов защит эти десять процентов должны обеспечиваться вплоть до максимальных токов короткого замыкания. В отдельных случаях погрешность может быть больше 10% и специальными мероприятиями необходимо обеспечить правильное срабатывание защит. Подробнее в ПУЭ вашего региона и справочниках. Эта тема имеет множество нюансов и уточнений. Требования ГОСТа приведены в таблице:

Хоть это и не самые высокие классы точности для нормальных режимов, но они и не должны быть такими, потому что РЗА работает в аварийных ситуациях, и задача релейки определить эту аварию (снижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, частоты) и предотвратить - а для этого необходимо уметь измерить значение вне рабочего диапазона.

Выбор трансформаторов тока для цепей учета

К цепям учета подключаются трансформаторы тока класса не выше 0,5(S). Это обеспечивает бОльшую точность измерений. Однако, при возмущениях и авариях осциллограммы с цепей счетчиков могут показывать некорректные графики токов, напряжений (честное слово). Но это не страшно, так как эти аварии длятся недолго. Опаснее, если не соблюсти класс точности в цепях коммерческого учета, тогда за год набежит такая финансовая погрешность, что “мама не горюй”.

ТТ для учета могут иметь завышенные коэффициенты трансформации, но есть уточнение: при максимальной загрузке присоединения, вторичный ток трансформатора тока должен быть не менее 40% от максимального тока счетчика, а при минимальной - не менее 5%. Это требование п.1.5.17 ПУЭ7 допускается при завышенном коэффициенте трансформации. И уже на этом этапе можно запутаться, посчитав это требование как обязательное при проверке.

По требованиям же ГОСТ значение вторичной нагрузки для классов точности до единицы включительно должно находиться в диапазоне 25-100% от номинального значения.

Диапазоны по первичному и вторичному токам для разных классов точности должны соответствовать данным таблицы ниже:

Исходя из вышеописанного можно составить таблицу для выбора коэффициента ТТ по мощности. Однако, если с вторичкой требования почти везде 25-100, то по первичке проверка может быть от 1% первичного тока до пяти, плюс проверка погрешностей. Поэтому тут одной таблицей сыт не будешь.

Таблица предварительного выбора трансформатора тока по мощности и току

Пройдемся по столбцам: первый столбец это возможная полная мощность нагрузки в кВА (от 5 до 1000). Затем идут три столбца значений токов, соответствующих этим мощностям для трех классов напряжений - 0,4; 6,3; 10,5. И последние три столбца - это разброс возможных коэффициентов трансформаторов тока. Данные коэффициенты проверены по следующим условиям:

при 100%-ой нагрузке вторичный ток меньше 5А (ток счетчика) и больше 40% от 5А
при 25%-ой нагрузке вторичный ток больше 5% от 5А

Я рекомендую, если Вы расчетчик или студент, сделать свою табличку. А если Вы попали сюда случайно, то за Вас эти расчеты должны делать такие как мы - инженеры, электрики =)

К сведению тех, кто варится в теме. В последнее время заводы-изготовители предлагают следующую услугу: вы рассчитываете необходимые вам параметра тт, а они по этим параметрам создают модель и производят. Это выгодно, когда при выборе приходится варьировать коэффициент трансформации, длину проводов, что приводит и к удорожанию схемы и увеличению погрешностей. Некоторые изготовители даже пишут, что не сильно и дороже выходит, чем просто серийное производство, но выигрыш очевиден. Интересно, может кто сталкивался с подобным на практике.

Вот так выглядят основные моменты выбора трансформаторов тока. После выбора и монтажа, перед включением, наступает самый ответственный момент, а именно пусковые испытания и измерения.

Форум АСУТП

Выбор трансформатора тока для двигателя (400В)?

Автор темы

Выбор трансформатора тока для двигателя (400В)?

Добрый день, необходимо в ПЛК завести сигналы – токов двигателей,
Для этого поставим трансформаторы тока ТТ (5A на вторичке) + (преобразователь тока вход

5A выход 4..20mA, напр., Weidmueller WAZ1 CMA LP 1/5/10A ac - CURRENT TRANSDUCER),
Вопрос по выбору ТТ, кто-нибудь встречал какие-либо рекомендации по выбору ТТ?
всегда брал с запасом (в 2-3 от номинала двигателя), плюс унификация по проекту (стараюсь брать несколько типоразмеров на весь проект).
Но возможно кто-то встречал рекомендации по выбору ТТ? (мерять четко пусковой ток x5-7 номинала не требуется),
Как думаете если брать такие ТТ будет нормально?

Напр., двигатели
15kW/29A – беру ТТ 100/5A

30kW/55A – беру ТТ 200/5A
37kW/66A – беру ТТ 200/5A

55kW/103A – беру ТТ 250/5A
75kW/134A – беру ТТ 250/5A

132kW/230A – беру ТТ 400/5A

Неедавно увидел рекомендации от Schneider Electric где была такая фраза
Для измерения тока в линии электродвигателя необходимо выбрать ТТ с первичным током Ip=Id/2 (Id=пусковой ток двигателя).

ТТ используем от Siemens серии 4NC (CLASS 1, 5VA, eg. 4NC5222-2CE20).

Вы для таких задач (когда сигнал нужно передать в ПЛК) используете ТТ на 5 или 1 A (вторичный ток)?
В общем, у кого какие мысли на этот счет…касательно примера по выбору ТТ (в зависимости от мощности)?

Выбор трансформатора тока для двигателя (400В)?

От вида нагрузки двигателя зависит,
для S1-S3 по ГОСТ Р 52776-2007 желательно выполнять требования пункта 1.5.17 ПУЭ Автор темы

Выбор трансформатора тока для двигателя (400В)?

11 апр 2019, 13:00 желательно выполнять требования пункта 1.5.17 ПУЭ

не могли бы Вы объяснить на пальцах, на примере.

ПУЭ
Учет с применением измерительных трансформаторов
1.5.16. Класс точности трансформаторов тока и напряжения для присоединения расчетных счетчиков электроэнергии должен быть не более 0,5. Допускается использование трансформаторов напряжения класса точности 1,0 для включения расчетных счетчиков класса точности 2,0.

Для присоединения счетчиков технического учета допускается использование трансформаторов тока класса точности 1,0, а также встроенных трансформаторов тока класса точности ниже 1,0, если для получения класса точности 1,0 требуется установка дополнительных комплектов трансформаторов тока.

Трансформаторы напряжения, используемые для присоединения счетчиков технического учета, могут иметь класс точности ниже 1,0.

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40% номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке - не менее 5%.

Как я понимаю этот раздел больше относится к счетчикам электроэнергии. чем к измерению тока двигателя.
Но если и так. то что значит "при максимальной нагрузке присоединения" для мотора, это какой ток можно брать номинальный или пусковой,
если номинальный
то , например,
30kW/55A – беру ТТ 200/5A
55A это 27% от номинала ТТ. получается что 200/5 слишком большой ТТ для такого мотора?

Выбор трансформатора тока для двигателя (400В)?

11 апр 2019, 13:56

Как я понимаю этот раздел больше относится к счетчикам электроэнергии. чем к измерению тока двигателя.

Да, но использовать его положения для величин мощности 11 апр 2019, 13:56
Но если и так. то что значит "при максимальной нагрузке присоединения" для мотора, это какой ток можно брать номинальный или пусковой,
если номинальный номинальный ток двигателя
11 апр 2019, 13:56 то , например,
30kW/55A – беру ТТ 200/5A
55A это 27% от номинала ТТ. получается что 200/5 слишком большой ТТ для такого мотора?

Да, излишний диапазон,
НО может выбор продиктован электродинамической и термической стойкостью.

Для КИП встречается в нормах и правилах - применение в диапазоне от 1/3 до 2/3 шкалы измерения, но в электроснабжении расчетов побольше

Силовой трансформатор: формулы для определения мощности, тока, uk%

Силовой трансформатор представляет собой сложную систему, которая состоит из большого числа других сложных систем. И для описания трансформатора придумали определенные параметры, которые разнятся от машины к машине и служат для классификации и упорядочивания.

Разберем основные параметры, которые могут пригодиться при расчетах, связанных с силовыми трансформаторами. Данные параметры должны быть указаны в технических условиях или стандартах на тип или группу трансформаторов (требование ГОСТ 11677-85). Сами определения этих параметров приведены в ГОСТ 16110.

Номинальная мощность трансформатора - указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном ответвлении, которое гарантируется производителем при установке в номинальном месте, охлаждающей среды и при работе при номинальной частоте и напряжении обмотки.

Числовое значение мощности в кВА изначально выбирается из ряда по ГОСТ 9680-77. На изображении ниже приведен этот ряд.

Значения в скобках принимаются для экспортных или специальных трансформаторов.

Если по своим характеристикам оборудование может работать при разных значениях мощностей (например, при различных системах охлаждения), то за номинальное значение мощности принимается наибольшее из них.

К силовым трансформаторам относятся:

трехфазные и многофазные мощностью более 6,3 кВА
однофазные - более 5 кВА

Номинальное напряжение обмотки - напряжение между зажимами трансформатора, указанное на паспортной табличке, на холостом ходу.

Номинальный ток обмотки - ток, определяемый мощностью, напряжением обмотки и множителем, учитывающим число фаз. То есть если трансформатор двухобмоточный, то мы будем иметь ток с низкой стороны и ток с высокой стороны. Или же ток, приведенный к низкой или высокой стороне.

Напряжение короткого замыкания - дадим два определения.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи
Взято из ГОСТ 16110

Напряжение короткого замыкания uk - это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному
Источник - Электрооборудование станций и подстанций

Определились с основными терминами, далее разберем как определить мощность, ток и сопротивление трансформатора на примере:

ТМ-750/10 с номинальными напряжениями 6 кВ и 0,4 кВ. Ток с высокой стороны будет 72,2 А, напряжение короткого замыкания - 5,4%. Определим ток из формулы определения полной мощности:

Так что, если недобрали данных для расчетов, всегда можно досчитать. Но это рассмотрен случай двухобмоточного Т.

Чтобы определить сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах (Ом), например, для расчета тока короткого замыкания, воспользуемся следующими выражениями:

x - искомое сопротивление в именованных единицах, Ом
xT% - относительное сопротивление, определяемое через uk% (в случае двухобмоточных эти числа равны), отн.ед.
Uб - базисное напряжение, относительно которого мы ведем наш расчет (более подробно будет рассмотрено в статье про расчет токов КЗ), кВ
Sном - номинальная мощность, МВА

В формуле выше важно следить за единицами измерения, не спутать вольты и киловольты, мегавольтамперы с киловольтамперами. Будьте начеку.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

Трехобмоточный и автотрансформаторы

В данном случае схема эквивалентируется в три сопротивления (по секрету, одно из них частенько бывает равно нулю, что упрощает дальнейшее сворачивание).

Трехфазный у которого НН расщепленная

Частенько в схемах ТЭЦ встречаются данные трансформаторы с двумя ногами.

В данном случае всё зависит от исходных данных. Если Uk дано только для в-н, то считаем по верхней формуле, если для в-н и н1-н2, то нижней. Схема замещения представляет собой звезду.

Группа двухобмоточных однофазных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или на три ветви

Хоть внешне и похоже на описанные выше, и схемы замещения подобны, однако, формулы будут немного разные.

Онлайн расчет трансформатора тока

Данный онлайн калькулятор позволяет произвести расчет и выбор измерительных трансформаторов тока (ИТТ/ТТ) для подключения электрического счетчика по мощности.

Расчет трансформатора тока

ПРИМЕЧАНИЕ: После расчета выбранный трансформатор тока необходимо проверить по загрузке при максимальных и минимальных значениях проходящих через него нагрузок.

Проверку выполнения данного требования можно произвести с помощью следующего онлайн калькулятора:

Расчет загрузки трансформаторов тока

Справочно: Расчет производится для счетчика с номинальным (базовым) током 5 Ампер.

Оказался ли полезен для Вас данный онлайн калькулятор? Или может быть у Вас остались вопросы? Напишите нам в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Рис.1 Общий вид трансформатора

Значение трансформаторов как в электроэнергетике в целом, так и в повседневной жизни каждого человека трудно переоценить, они применяются повсеместно: на подстанциях, в городах и поселках, стоят силовые трансформаторы, понижающие высокое напряжение в тысячи и даже десятки тысяч Вольт до привычных нам 380/220 Вольт, на предприятиях стоят сварочные трансформаторы которые совершенно незаменимы на производстве, трансформаторы так же применяются и у нас дома в бытовой технике: в СВЧ-печах, блоках питания компьютеров и даже зарядных устройствах для телефонов.

В этой статье мы разберемся в том как устроены и как работают трансформаторы, какие бывают виды трансформаторов, а так же приведем их общие характеристики.

Общее устройство и принцип работы трансформаторов

В общем виде трансформатор представляет собой две обмотки расположенных на общем магнитопроводе. Обмотки выполняются из медного или алюминиевого провода в эмалевой изоляции, а магнитопровод изготовлен из тонких изолированных лаком пластин электротехнической стали, для уменьшения потерь электроэнергии на вихревые токи (так называемые токи Фуко).

Рис.2 Схема общего устройства трансформатора

Металлическая часть находящаяся на которой располагается электрическая обмотка (катушка), т.е. которая находится в ее центре, называется сердечником, в трансформаторах этот сердечник имеет замкнутое исполнение и является общим для всех обмоток трансформатора, такой сердечник называется магнитопроводом.

Теперь подадим напряжение 1 Вольт на первую обмотку, ее единственный виток условно создаст магнитный поток величиной в 1 Вб (Справочно: Вебер (Вб) — единица измерения магнитного потока) в магнитопроводе, так как магнитопровод имеет замкнутое исполнение магнитный поток будет протекать в нем по кругу при этом пересекая 2 витка второй обмотки, при этом в каждом из этих витков за счет электромагнитной индукции наводит (индуктирует) электродвижущую силу (ЭДС) в 1 Вольт, ЭДС этих двух витков складывается и на выходе со второй обмотки мы получаем 2 Вольта.

Таким образом, подав на первичную обмотку 1 Вольт на вторичной обмотке мы получили 2 Вольта, т.е. в данном случае трансформатор будет называться повышающим, т.к. он повышает поданное на него напряжение.

Но этот трансформатор может работать и в обратную сторону, т.е. если на вторую обмотку (с двумя витками) подать 2 Вольта, то с первой обмотки по тому же принципу мы получим 1 Вольт, в этом случае трансформатор будет называться понижающим.

Общие характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

номинальную мощность;
номинальное напряжение обмоток;
номинальный ток обмоток;
коэффициент трансформации;
коэффициент полезного действия;
число обмоток;
рабочую частоту;
количество фаз.

Мощность является одним из главных параметров трансформаторов. В паспортных (заводских) данных трансформатора указывается его полная мощность (обозначается буквой S), она зависит от типа используемого магнитопровода, количества и диаметра витков в обмотках, то есть от массогабаритных показателей электромагнитного аппарата.

Формулы расчета мощности:

Следует помнить, что полная мощность состоит из активной (P) и реактивной (Q) мощностей:

Активная мощность определяется по формуле: P=U х I х cosφ ,Ватт (Вт)
Реактивная мощность определяется по формуле: Q=U х I х sinφ ,вольт-ампер реактивный (Вар)
Коэффициент мощности: cosφ=P/S;
Коэффициент реактивной мощности:sinφ=Q/S

Формулы расчета КПД (η) трансформатора:

Как уже было указано выше КПД определяет величину потерь в трансформаторе или иными словами эффективность работы трансформатора и определяется оно отношением выходной мощности (P₂) к входной (P₁):

Это хорошо видно из так называемой энергетической диаграммы трансформатора (рис.3):

Зависимость КПД от нагрузки представлена на следующем графике (рис.4):

Так же kт определяется как отношение напряжений на зажимах обмоток: kт=U1н/U2н.

Примечание: для трансформаторов тока kт определяется как отношение номинальных значений первичного и вторичного токов kт=I1н/I2н

Число обмоток у однофазных трансформаторов чаще две, но может быть и больше. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а с вторичной обмотки снимают другое значение.

Когда требуются различные напряжения для питания нескольких приборов, то в этом случае вторичных обмоток может быть несколько. Также есть трансформаторы с общей точкой на вторичной обмотке для двуполярного питания.

Рабочая частота трансформаторов может быть различной. Но при одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышается нагрев магнитопровода и обмоток, приводящий к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Конечно, трансформатор должен быть рассчитан на эту частоту. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее.

В зависимости от назначения трансформаторы изготавливают однофазными и трехфазными.

Однофазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в однофазной цепи. В основном имеет две обмотки, первичную и вторичную, но вторичных обмоток может быть и несколько.

Трехфазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно состоит из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним ярмом. На каждый стержень надеты обмотки W1 и W2 высшего (U1) и низшего (U2) напряжений каждой фазы (рис.5).

Виды трансформаторов

Все трансформаторы можно разделить на следующие виды:

силовые;
автотрансформаторы;
измерительные;
разделительные;
согласующие;
импульсные;
пик-трансформаторы;
сварочные.

Силовые трансформаторы являются наиболее распространенным типом промышленных трансформаторов. Они применяются для повышения или понижения напряжения. Являются неотъемлемой частью сети электроснабжения предприятий, населенных пунктов и т.д.

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка с числом витков W1. Часть этой обмотки с числом витков W2 принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям:

Данный тип трансформаторов применяется в приборах автоматического регулирования напряжения. Эти устройства используются, например, в образовательных учреждениях для проведения лабораторных работ, их можно встретить в электролабораториях различных предприятий для проведения тестовых работ.

Внешний вид автотрансформаторов:

Пример измерительных трансформаторов:

Разделительные трансформаторы, данные устройства мало чем отличается от обычных понижающих или повышающих трансформаторов. Единственное различие заключено в том, что на общем магнитопроводе размещаются абсолютно идентичные обмотки. То есть у них полностью совпадают такие параметры как сечение провода, количество витков, изоляция. Поэтому коэффициент трансформации у них равен единице.

Задачей этих устройств является обеспечение гальванической развязки, т.е. исключение непосредственной электрической связи между электрической сетью и подключаемому к ней, через данный трансформатор, оборудованию.

Применяются в тех областях где предъявляются повышенные требования к электробезопасности, например подключение медицинского оборудования.

Согласующие трансформаторы применяются для согласования сопротивления различных частей каскадов электронных схем, а также для подключения нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям источника сигнала, что позволяют передать максимум мощности в такую нагрузку. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения.

Они применяются в усилителях низкой частоты в качестве входных, межкаскадных и выходных трансформаторов.

В качестве входных, согласующие трансформаоры применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов и звукоснимателей различных типов.

Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приёмным и передающим устройствам.

Незаменимы там, где для запуска исполнительного устройства требуется единичный импульс с установленной амплитудой напряжения. Это, например, управляющие электронные схемы, собранные на тиристорах. Так же применяются в качестве генераторов импульсов, главным образом в высоковольтных исследовательских установках, в технике связи и радиолокации. Наибольшее применение пиковые трансформаторы получили в автоматизации технологических процессов.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Читайте также: