Подключение через трансформаторы тока
Максимальный ток счетчика электроэнергии, как правило, ограничен значением 100 А, поэтому применить их в мощных электроустановках невозможно. В этом случае подключение к трехфазной сети идет не напрямую, а через трансформаторы. Это также позволяет расширить диапазон измерения приборов учета по току и напряжению. Однако, основная задача входных трансформаторов – уменьшить первичные токи и напряжения до безопасных значений для ЭС и защитных реле.
Полукосвенное
При подключении счетчика через трансформатор необходимо следить за полярностью начала и конца обмоток трансформатора тока, как первичной (Л1, Л2), так и вторичной (И1, И2). Аналогично нужно следить за полярностью при использовании трансформатора напряжения. Общую точку вторичных обмоток трансформаторов необходимо заземлять.
Назначение контактов трансформатора тока:
- Л1 — вход фазной (силовой) линии.
- Л2 — выход фазной линии (нагрузка).
- И1 — вход измерительной обмотки.
- И2 — выход измерительной обмотки.
Рисунок 5 – Десятипроводная схема подключения через ТТ
Такой тип включения электросчетчика в сеть 380 Вольт позволяет разделить цепи тока и напряжения, что повышает электробезопасность. Минусом данной электрической схемы трехфазного подсоединения счетчика является большое количество проводов, необходимых для подключения ЭС.
Звезда
Такой тип подключения счетчика электроэнергии с заземлением к сети 380 В требует меньшего количества проводов. Включение по схеме звезда достигается объединением вывода И2 всех обмоток ТТ в одну общую точку и подсоединением к нулевому проводу (рисунок 6).
Рисунок 6 – Включение трансформаторов «звездой»
Недостатком этого способа подключения электросчетчика в сеть 380 Вольт является ненаглядность схемы соединений, что может усложнить проверку включения для представителей энергоснабжающих компаний.
Косвенное
Такая схема подключения трехфазного счетчика используется на высоковольтных присоединениях. Такой тип непрямого присоединения используется в большинстве случае лишь на крупных предприятиях и приведен лишь для ознакомления (рисунок 7).
Рисунок 7 – Косвенное включение
В этом случае используются не только высоковольтные трансформаторы тока, но и трансформаторы напряжения. Для трехфазного подключения необходимо заземлять общую точку трансформаторов тока и напряжения. Для минимизации погрешности измерений если присутствует несимметрия фазовых напряжений необходимо, чтобы нулевой проводник сети был связан с нулевым зажимом счетчика.
Напоследок рекомендуем просмотреть еще одно полезное видео по теме:
Подробное объяснение
Предложенные в статье электросхемы являются типовыми. В случае если возникает необходимость, схему подключения счетчика всегда можно посмотреть в паспорте ЭС. Надеемся, что информация была для Вас интересной и полезной!
Очень многие считают, что подключение электросчетчика очень сложная и не простая задача, которая под силу только грамотному, квалифицированному специалисту электрику. На самом деле, все до смешного легко и просто, особенно, если под рукой имеется подробная схема подключения электросчетчика, с пошаговыми фотографиями и комментариями профессионала. В данной статье, изложена именно такая инструкция, в которой детальнейшим образом описана схема подключения электросчетчика. Воспользовавшись ей самостоятельное подключение не составит для вас никаких трудностей.
Существуют счетчики различного исполнения:
- механические и электронные
- одно тарифные и двух тарифные
- прямого включения и вторичного (вторичный счетчик подключается в основном в силовых шкафах и щитах, например, на вводе в многоэтажный дом, на подстанциях, там где протекают очень большие токи, он присоединяется к цепи через трансформаторы тока), в быту применяются только счетчики прямого включения
В данной статье, мы рассмотрим подключение однофазного счетчика электрической энергии прямого включения. Нужно отметить, что схемы подключения механического и электронного счетчиков электроэнергии одинаковые.
В нашем примере, используется электронный счетчик, с механическим отсчетным механизмом.
Описание работы трансформаторов тока
Трансформаторы тока – это специальные устройства, которые используются для измерения и мониторинга электрического тока в электросистеме. Они позволяют преобразовать сильный ток, протекающий по основной цепи, в слабый ток, безопасный для работы с измерительными приборами.
Основной принцип работы трансформаторов тока заключается в прохождении применяемого тока через первичную обмотку (провод соединенный параллельно с основной нагрузкой) и индуцировании вторичными обмотками (несколько обмоток, соединенных последовательно с измерительными приборами) пропорциональных ему токов. Величина тока во вторичных обмотках зависит от отношения числа витков первичной и вторичной обмоток.
Существует несколько видов трансформаторов тока, включая сердечниковые, расчлененные и комбинированные. Сердечниковые трансформаторы имеют металлический сердечник в форме кольца или «донута», внутри которого проходит основная цепь. Расчлененные трансформаторы состоят из нескольких отдельных сердечников, которые окружают основную цепь. Комбинированные трансформаторы сочетают в себе оба этих варианта и широко используются в различных электросетях и системах специального назначения.
Применение трансформаторов тока необходимо для получения точных и надежных измерений электрического тока в различных условиях и при разных нагрузках. Они широко используются в энергетике, промышленности и бытовых устройствах, а также в электросчетчиках для учета электроэнергии.
Подключение электросчетчика с трансформаторами тока
Одной из важнейших характеристик любого электросчетчика является его номинальный ток. То есть ток, который прибор может не только посчитать, но и долговременно через себя пропускать. Если в вашем доме стоит очень мощное оборудование, а потребляемый им ток имеет большие значения, то подобрать подходящий электросчетчик не удастся – счетчиков для таких мощностей просто не существует в природе. Как тут быть? Выход из положения – установка трансформаторов тока (ТТ).
Как работает и для чего нужен
Основной задачей прибора является пропорциональное преобразование тока одной величины в ток другой. Конструктивно изделие представляет собой железный сердечник, на котором размещены две обмотки. Первая включается в разрыв сети, состояние которой нужно контролировать, а вторая – к электросчетчику. Электроэнергия, проходя по первой обмотке, будет наводить ЭДС во второй, а отношение токов в этих катушках будет пропорционально отношению количества их витков.
Принцип работы токового трансформатора
Если, к примеру, первичная обмотка имеет 2 витка, а вторичная 20, то введенный во вторичной обмотке ток будет в 10 раз ниже тока первичной. В этом случае говорят, что коэффициент трансформации прибора 10 к 1 (10/1). Предположим, ваш токарный станок потребляет ток в 200 А. Такую мощность не выдержит ни один электросчетчик. Но если вы подключите прибор через ТТ, рассмотренный выше, то максимальная нагрузка через счетчик не будет превышать 200/10 = 20 А.
Совсем другое дело – токи такой величины легко сможет контролировать практически любой электросчетчик. Подбирая трансформаторы с тем или иным коэффициентом трансформации, вы легко можете вести учет расхода электроэнергии практически любой мощности обычными электросчетчиками.
Как подключить ТТ к трехфазной сети
А теперь о схеме включения счетчика через ТТ. Конечно, она будет несколько сложнее конструкции прямого включения, но не настолько, чтобы в ней не разобрался человек, имеющий представление о простейших электрических цепях.
Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока
В этой схеме электросчетчик подключен не в разрыв сетевых проводов, а ко вторичным обмоткам ТТ, которые обозначены как И1, И2. А в этот самый разрыв подключены первичные обмотки трансформатора (на схеме Л1, Л2).
Прежде чем взяться за сборку вышеприведенной схемы, необходимо четко разобраться в нескольких вопросах. От правильного их решения будет зависеть не только безопасная и долговременная работа схемы, но и ее работоспособность. Вот основные из них:
- Правильный выбор сечения монтажных проводов.
- Фазировка катушек ТТ.
Если вы не врезаете ТТ непосредственно в линию, то соединяющие провода первичной обмотки должны иметь то же сечение, что и проводка линии. Проводники, соединяющие ТТ и счетчик, конечно, могут быть тоньше, но они должны уверенно выдерживать ток, обозначенный на корпусе электросчетчика.
На фазировку (правильное подключение концов катушек) ТТ нужно обратить особое внимание. В противном случае прибор учета либо не заработает, либо будет врать, а то и закрутится в другую сторону, если он двунаправленный. Как разобраться с фазировкой? В этом поможет рисунок ниже:
Как разобраться с фазировкой? В этом поможет рисунок ниже:
Набор токовых трансформаторов для трехфазной сети
Даже если ваши трансформаторы не совсем похожи на приведенные, особой разницы нет – в любом случае все выводы обмоток маркируются единообразно. Контакты первичной, силовой обмотки отличить несложно – они гораздо мощнее контактов вторичной и расположены с противоположных сторон изделия. Маркируются они Л1 и Л2. Выводы обмотки 2, подключаемой к электросчетчику, в этом варианте исполнения закрыты прозрачной крышкой и имеют обозначение И1, И2. Если взглянуть на схему подключения счетчика, то можно увидеть, что катушки не только должны быть подключены каждая на свое место, но и правильно сфазированы:
- Л1 – на ввод питающей линии;
- Л2 – выход на нагрузку;
- И1 – на ввод счетчика;
- И2 – выход счетчика.
Что касается расцветки корпуса ТТ, она условна и служит только для удобства монтажа. Фактически все три трансформатора абсолютно идентичны.
Как быть, если в вашем доме однофазная сеть, но ток потребления слишком велик для электросчетчика? Такая ситуация достаточно редка, но она случается. И здесь выручит токовый трансформатор, причем всего один. Как подключить однофазный электросчетчик через ТТ понятно из рисунка ниже:
Схема подключения однофазного электросчетчика с трансформатором тока
Конструкция приспособления
Конструкция ИКК
Типовые переходные коробки выпускаются в нескольких исполнениях, различающихся своим видом и формой. Чаще всего они имеют вид прямоугольной колодки с толстыми стенками, изготовленными из прочного и негорючего материала (карболита или пластика). В таком исполнении коробка напоминает подложку с размещенными на ней группами клемм, образующих так называемую «зажимную клеть».
По ее краям делаются сквозные отверстия, используемые для крепления ИКК к стенкам распределительного щита. Ее соединительные контакты изготавливаются на основе латуни или оцинкованной стали (иногда для этого используется фосфористая бронза). Некоторые модели коробок комплектуются такими дополнительными элементами, как фланец или рычажок, упрощающий процесс монтажа.
Переходные контакты выполняются в виде подпружиненных пластин или винтовых фиксаторов, размещаемых на токопроводящих пластинах из латуни, жести или стали. Их применение объясняется устойчивостью этих материалов к коррозии и высокой проводимостью. Сверху колодка закрывается прозрачной крышкой из пластика, надежно фиксируемой на основании. При эксплуатации испытательного приспособления совместно с электросчетчиком его крышка также опечатывается. Для этого в ней предусмотрены сквозные ушки для навешивания пломбы или небольшое отверстие под контрольный винт (шуруп). Прозрачность защитного покрытия позволяет визуально контролировать расключение контактных групп.
Классификация трансформаторов тока
Принцип работы трансформатора тока, а также способы подключения и назначения позволяют провести их разделение по следующим различиям:
- назначению;
- типу установки;
- способу размещения;
- выполнению первичной обмотки;
- типу изоляции;
- рабочему напряжению;
- количеству ступеней трансформации.
Кроме того, есть другие качества, позволяющие произвести классификацию ТТ. Одна из отличительных черт – специфика конструкции.
По конструктивным особенностям ТТ различаются на:
- одновитковые;
- многовитковые;
- оптико-электронные.
У каждого из этих видов есть типы моделей, которые желательно рассмотреть отдельно.
ТТ катушечного типа
Это одни из несложных трансформаторов тока. Они относятся к ранним ТТ, построенным и продвигавшимся на структуре, где за основу взят силовой трансформатор. Обе обмотки (первая и вторая) набраны на каркас с изоляционными свойствами. Каждая из них представляет собой катушку. Отсюда происходит название. Кроме того, что они компактны и дёшевы в изготовлении, можно выделить недостаток: низкое разрядное напряжение из-за слабой изоляции катушек.
Такая конструкция позволяет использовать их только на напряжение до 3 кВ. Чтобы повысить величину Uразр., приходится увеличивать окно сердечника и отделять первичную обмотку от внутренней поверхности пластин. В образовавшийся в результате этого зазор вставляется изоляционная прокладка, имеющая п-образный вид.
Катушечный трансформатор
Проходной трансформатор
Устройства распределения (РУ), напряжением от 6 до 35 кВ, подразумевают установку подобных трансформаторов тока. Это многовитковый ТТ, где за базу взята пара проходных изоляторов, соединённых между собой посередине. Такая сборка позволяет проходить через стены и использовать их в закрытых РУ. При этом отпадает необходимость специально задействовать проходной изолятор.
Обмотка, служащая первичной, прокладывается через пустоту, расположенную внутри. Количество витков берётся из расчёта нужных «ампер-витков» для соответствующего класса точности. Под фланцем, который заземлён, помещены втулки. В их средине закреплены магнитопроводы вторичных обмоток, закрытых кожухом.
Внимание! Расположение обмоточного вывода для первичной обмотки приходится на верхнюю плоскость, относительно заземлённого фланца. Проходной высоковольтный ТТ. Проходной высоковольтный ТТ
Проходной высоковольтный ТТ
Стержневое устройство
Данный тип устройства предназначен для работы с U = 10-20 кВ и Iн = 600 и 1500 А. Такой ТТ относится к проходным одновитковым трансформаторам, имеющим фарфоровую изоляцию. У него токоведущий стержень, пронзающий фарфоровый изолятор, служит первичной обмоткой.
Стержневой трансформатор тока
Шинный прибор
Следующая конструкция предназначена для установки в комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Они реализовывают передачу информации об измерениях на контрольно-измерительные приборы (КИП). Сигналы от аналогичных ТТ передаются также на схемы защиты и управления.
Шинный ТТ типа ТШЛ-0,66-1
Преимущества и недостатки
У каждого из перечисленных устройств есть свои плюсы и минусы. Рассматривать их предпочтительнее на разделении: одновитковые и многовитковые модели.
К плюсам одновитковых ТТ можно отнести:
- простоту устройства;
- низкую стоимость;
- малые габариты;
- устойчивость к токам КЗ (короткого замыкания).
Сюда же можно добавить то, что, изменяя сечение токовода (стержня), добиваются изменения термической устойчивости.
Минусом у таких моделей является невысокая точность при маленьких измеряемых токах.
Что касается многовитковых моделей, то явным положительным моментом является наличие некоторого количества витков в первичной обмотке. Это позволило значительно повысить класс точности измерений. К отрицательным характеристикам относятся:
- сложность конструкции;
- удорожание;
- подверженность первичной обмотки межвитковым перенапряжениям.
При этом сюда же можно отнести низкую устойчивость к токам КЗ.
Подключение счетчика через трансформаторы тока
Трансформаторы тока (далее ТТ) — это устройства, предназначенные для преобразования (снижения) тока до значений, при которых возможна нормальная работа приборов учета.
Проще говоря, они используются в щитах учета для измерения расхода электроэнергии потребителей большой мощности, когда непосредственное или прямое включение счетчика недопустимо из-за высоких токов в измеряемой цепи, способных привести к сгоранию токовой катушки и выводу прибора учета из строя.
Конструктивно эти устройства представляют собой магнитопровод с двумя обмотками: первичной и вторичной. Первичная (W1) подключается последовательно к измеряемой силовой цепи, к вторичная (W2) — к токовой катушке прибора учета.
Первичная обмотка выполняется с большим сечением и меньшим количеством витков чем вторичная, часто выполняется в виде проходной шины. Снижение тока (собственно, коэффициент трансформации) — это отношение тока W1 к W2 (100/5, 200/5, 300/5, 500/5 и т. д.).
Помимо преобразования измеряемого тока до допустимых для измерения значений, ввиду отсутствия связи W1 с W2 в ТТ происходит разделение измерительных и первичных цепей.
Как выбрать трансформаторы тока для подключения расчетных счетчиков
Счетчики для выставления счетов за потребленную электроэнергию между коммунальной компанией и потребителями должны быть установлены на границе раздела сетей на основе баланса собственности и эксплуатационной ответственности между коммунальной компанией и потребителем. Количество счетчиков на объекте должно быть минимальным и обосновываться схемой электроснабжения, принятой для данного объекта, и действующими тарифами на электроэнергию для данного потребителя. Счетчики для арендаторов в жилых, общественных и других административно обособленных зданиях должны устанавливаться отдельно для каждого независимого потребителя (организации, домоуправления, цеха, магазина, мастерской, склада и т.д.).
Коэффициент трансформации трансформатора тока должен быть выбран в соответствии с подключаемой расчетной нагрузкой, с учетом аварийного режима работы установки. Трансформатор тока – это трансформатор тока, вторичный ток которого будет составлять менее 10% от номинального тока счетчика (номинальный ток счетчика составляет 5 A) при 25% номинальной подключенной нагрузки (в нормальном режиме работы).
В зависимости от величины сопротивления вторичной обмотки потребителя Z 2, Ом и нагрузки вторичной обмотки трансформатора тока S2, ВА, один и тот же трансформатор тока может работать в разных классах точности. Для обеспечения достаточной точности показаний приборов и работы защитных устройств, подключенных к трансформатору тока, значение Z2 не должно превышать номинальную нагрузку трансформатора тока.
Трансформаторы тока имеют погрешности тока ΔI и угловые погрешности δ . Текущая погрешность, выраженная в процентах, учитывается в показаниях всех приборов в соответствии с заданным коэффициентом:
где knom – номинальный коэффициент трансформации; I1 и I2 – первичный и вторичный токи трансформатора, соответственно.
Угловая погрешность определяется углом δ между векторами тока I1 и I2 и учитывается только в показаниях счетчиков и ваттметров.
Трансформаторы тока имеют следующие классы точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10, которым соответствуют текущие значения погрешности, п.е. Класс точности трансформаторов тока должен быть 0,5 для коммерческих счетчиков; 1 для электросчетчиков; 3 для реле токовой защиты; 0,2 для лабораторных приборов.
Пример выбора трансформаторов тока для подключения счетчика.
Номинальный ток фидера в нормальном режиме составляет 90 А, в аварийном режиме – 126 А.
Выберите трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n t = 150/5 в зависимости от нагрузки в аварийном режиме.
Тест. При нагрузке 25% ток в первичной цепи составляет I1 = ( 90 x 25)/100 = 22,5 A.
Ток во вторичной цепи (с коэффициентом трансформации n t = 150 : 5 = 30) составит
I 2 = I1/nt = 22 , 5/30 = 0,75 A.
Трансформаторы тока выбраны правильно, поскольку I 2 > I n измерительного прибора, т.е. 0,75 > 0,5.
Проводники или кабели между трансформаторами тока и счетчиками должны иметь сечение не менее 2,5 мм2 меди и 4 мм2 алюминия. Максимальное сечение проводов и кабелей, которые могут быть подключены к клеммам счетчика, не должно превышать 10 мм2.
При выборе трансформаторов тока для счетчиков тока рекомендуется использовать данные ПУЭ (таблица “Выбор трансформаторов тока”). Для безопасного монтажа, проверки и замены счетчиков и трансформаторов тока в электроустановках с двумя питающими проводниками (вводами) и двумя распределительными сборками с коммутационными аппаратами для их соединения (секционные разъединители, СЗР и т.д.), разъединители должны быть установлены до приборов учета, установленных на вводе, а разъединители должны быть установлены после приборов учета для обеспечения отключения цепи от распределительной сборки.
При выборе подходящего коэффициента мощности необходимо учитывать следующие параметры: Потребляемая мощность измерительных приборов (при последовательном подключении . ), длина кабеля, сечение кабеля. Чем длиннее кабель и меньше его сечение, тем выше потери в питающем кабеле, т.е. номинальная мощность трансформатора должна иметь соответствующее значение.
Включение трехфазного электросчетчика для установок высокого напряжения
4-проводные и 3-проводные 3-фазные высоковольтные электросети использует измерительную систему с двухэлементными и трехэлементными электросчетчиками выполняющие операции по замеру активно-реактивной мощности, для примера можно рассмотреть электросчетчик СЭТ-4ТМ.03.
3-проводная схема для сети высокого напряжения подключается с использованием двух ТТ.
Рис № 6. Схема присоединения электросчетчика для цепей в 3-фазной и 3-проводной сети с двумя ТТ и двумя ТН.
Также используется схема присоединения электросчетчика посредством трех ТН и двух ТТ.
Рис № 7. Монтажная схема соединения счетчика с использованием 2 ТТ и 3 ТН. Для измерения можно использовать также 3 ТТ и 3 ТН.
Рис №8. Схема подключения счетчика к 3-фазной 3 или 4-проводной сети с использованием 3 ТТ и 3 ТН.
Проведение замеров активной и реактивной мощности используется схема присоединения электросчетчиков, объединяющая приборы этих видов энергии, объединяющая вывода ТТ И1 для 3-проводной цепи, аналогичная схема существует для электросчетчиков с соединением ТТ И2 для 3-проводной цепи.
Рис №9. Схема присоединения счетчиков, измеряющих активную и реактивную энергии для соединения ТТ И1 для 3-проводной цепи.
Для установок высокого напряжения электросчетчики различаются по конструктивным особенностям ячейки, и в зависимости от используемой схемы присоединяются с помощью испытательной коробки. Это действие способствует увеличению уровня безопасного обслуживания при проведении работ по ТО и ТР электросчетчиков, а также помогает осуществлять безопасный контроль операций по выполнению измерений.
Испытательная коробка служит для расключения проводников электрических цепей для вторичной коммутации.
Параметры
Как и любое иное электрооборудование, токовые трансформаторы сопряжены с определенными требованиями, которые предъявляются к ним:
- номинальное напряжение должно находиться в широком диапазоне;
- величина номинального тока, зависящего от первичной обмотки;
- вторичный ток, проходящий через вторичную обмотку;
- величина вторичной нагрузки, характеризующее сопротивление внешней второй цепи.
Все эти данные отражаются в паспорте устройства либо в виде приложенной таблицы.
Трансформаторы тока выпускаются в различных исполнениях в зависимости от назначения и условий эксплуатации
Тороидальные трансформаторы тока
Тороидальные трансформаторы тока являются одним из наиболее распространенных типов трансформаторов, используемых для измерения тока в электросчетчиках. Они основаны на принципе работы трансформатора, где первичная обмотка, охватывающая электрическую проводку, создает магнитное поле, которое индуцирует переменный ток во вторичной обмотке, подключенной к электросчетчику.
Тороидальные трансформаторы тока обладают рядом преимуществ, которые делают их предпочтительными для применения в электросчетчиках
Во-первых, они обеспечивают высокую точность измерений, что особенно важно при коммерческом учете электроэнергии. Кроме того, они имеют компактную конструкцию, что позволяет установить их даже в ограниченных пространствах, таких как электрощитовые
Также, тороидальные трансформаторы тока обладают низкими потерями энергии, что способствует повышению эффективности работы электросчетчиков.
Типичная конструкция тороидального трансформатора тока включает в себя кольцевое ядро из магнитного материала, на котором располагаются первичная и вторичная обмотки. Ядро обычно выполнено из ленты магнитного материала, такого как кремниевая сталь, чтобы снизить потери энергии. Первичная обмотка обычно состоит из нескольких витков провода, через которые протекает измеряемый ток, а вторичная обмотка имеет большое число витков, связанных со счетчиком электроэнергии.
В целом, тороидальные трансформаторы тока идеально подходят для использования в электросчетчиках благодаря своей высокой точности, компактной конструкции и низким потерям энергии. Они обеспечивают надежные и точные измерения электрического тока, что является основой для эффективного учета и контроля энергопотребления.
