Токовый трансформатор (CT) — это устройство, используемое в системе измерения/защиты для измерения больших значений тока/уровней, которые не могут быть измерены напрямую; он преобразует ток от 400, 1000 и 3000 A в полезное значение 5 или 1 A. Это изменение происходит при определенных условиях, которые должны соблюдаться устройством CT: полярность должна быть правильной, нагрузка должна быть точной, вторичная проводка никогда не должна быть подвержена открытому контурному соединению, пока ток течет. В руководстве содержатся спецификации о подключении проводки CT к измерительным, релейным и мониторинговым устройствам, как поэтапно настроить проводку и как должны быть подключены трехфазные модели.
В случае, если первичный ток или проводник, подключенный к устройству, допускается проходить через трансформатор P1 и P2, то показания, зафиксированные на вторичных клеммах P1 и P2, могут быть неверными из-за того, что S1 может не совпадать с P1 во всех случаях, что приводит к измерению напряжения тока на соединениях S1 S2. При использовании одного трансформатора оба соединения S1 и S2 не используются относительно всех трехфазных соединений. Нет необходимости в каком-либо другом методе подключения, если используется один CT, так как это всегда будет прямое соединение для двух S1 и S2. В случае трехфазной проводки трансформатор должен быть подключен с использованием метода соединения “Y” или звезда, при этом S1 подключается к трем входам приборов, где использование соединений S2 осуществляется в точке соединения, где S2 будет подключен к общему звездному пункту независимо от того, какой из двух вышеуказанных методов используется.
Что делает токовый трансформатор и почему важно подключение
CT — это специализированные трансформаторы, которые могут работать только одним способом: принимая первичный ток и производя пропорциональный вторичный ток, гарантируя изоляцию от первичной цепи. Токовый трансформатор 400/5 производит пять ампер на вторичной стороне, когда первичный ток составляет 400 ампер. Кроме того, он обеспечивает два с половиной ампера при половинной нагрузке, и подключенный счетчик или реле интерпретируют эту информацию и возвращают ее к первичному.
| Тип CT | Конструкция | Типичное использование |
|---|---|---|
| Барный первичный (окно) CT | Первичный — это фиксированный бар или шина, проходящая через окно | Распределительное оборудование, панельное измерение, модернизация вокруг существующих шин |
| Обмоточный первичный CT | Первичный — это обмотка, выведенная на клеммы (P1/P2) | Приложения с низким и специальным коэффициентом |
| Разделенный сердечник CT | Зажимы вокруг существующего проводника без отключения | Модернизация мониторинга энергии, субизмерение |
| Вводной CT | Встроен в ввод трансформатора или выключателя | Защита трансформатора и распределительного оборудования |
| Ядро-баланс (нулевая последовательность) CT | Все фазные проводники проходят через одно ядро | Обнаружение земного короткого замыкания и чувствительное измерение утечки |
Существует два важных фактора, которые показывают, как должен быть подключен трансформатор тока (CT). Соотношение для вторичного тока означает, сколько тока CT будет предоставлять для определенного первичного тока (например, 400/5 или 1,000/1). Нагрузка в VA указывает на количество нагрузки (учет и релейная защита), которая должна быть подключена к CT без влияния на его производительность. Таким образом, если CT работает в соответствии с правильным соотношением, но неправильно нагружен, показания не будут точными.
Клеммы и полярность: P1, P2, S1, S2
Клеммы CT следуют установленной конвенции, согласно которой проводка всегда однозначна, как только буквы поняты:
| Клемма | Значение | Правило подключения |
|---|---|---|
| P1 | Первичная сторона, помеченная полярностью | Обычно обращена к источнику (входная сторона проводника) |
| P2 | Первичная сторона, не помеченная | Обращена к нагрузке |
| S1 | Вторичная, соответствует P1 | Подключается к входу прибора, помеченному S1 (или входу “линии”/полярности) |
| S2 | Вторичная, соответствует P2 | Подключается к входу прибора, помеченному S2, или к звезде/общей точке в трехфазных схемах |
Правило полярности является основной причиной сбоев при наладке. Поскольку S1 всегда должен соответствовать входу S1 прибора, а P1 - источнику, изменение ориентации CT или перехода от S1 к S2 приведет к тому, что измеренные токи будут перевернуты. Приложения с защитой, чувствительной к направлению, могут также потерпеть неудачу, как и показания мощности (кВт), где импорт может отображаться как экспорт. С другой стороны, K и L как обозначения могут использоваться некоторыми производителями, принцип остается тем же (K соответствует P1, а L - P2), что означает, что табличка должна диктовать проводку, а не образ жизни.
Три конфигурации проводки, которые вы на самом деле будете использовать
Почти каждая установка CT делится на три типа конфигурации:
- Один CT используется в сочетании с одним прибором. Один CT с измерителем или датчиком: S1 подключается к S1 прибора, а S2 подключается к S2 прибора, в то время как вторичная сторона заземляется в одном месте (обычно на панели прибора). Это стандартный способ использования для выделенной панели питания или мониторинга тока двигателя. Та же процедура повторяется три раза в случае трехфазного, четырехпроводного учета.
- Использование трех CT в Y-конфигурации для трехфазного учета и защиты. Здесь все три провода S1 подключены к соответствующему входу тока прибора, в то время как все три провода S2 соединены в одну звезду. Эта звезда - это точка, где вторичная сторона заземляется. Звездная конфигурация используется как стандартная конфигурация для трехфазных счетчиков энергии и счетчиков мощности, так как она обеспечивает точное копирование фазных токов и также предоставляет путь для токовых дисбалансов.
- Трансформатор с балансировкой сердечника используется для обнаружения земляных коротких замыканий. В этом случае все три фазных проводника (и нейтраль, в зависимости от применения) проходят через один сердечник трансформатора. В нормальном состоянии векторная сумма токов равна нулю, и, следовательно, вторичная обмотка трансформатора показывает ноль; любое земляное короткое замыкание приводит к тому, что некоторый ток возвращается через землю вместо нейтрали и создает остаточный сигнал, который обнаруживается реле защиты от земляных коротких замыканий. Проводка в этой конфигурации менее сложная (только два вторичных провода идут к реле), но необходимо соблюдать определенные физические правила: никакие другие провода не могут проходить через сердечник, и экран или броня кабеля не могут создавать параллельный путь, который отменяет остаточный ток.
Если тот же трансформатор должен предоставлять данные как для счетчика, так и для реле защиты, то два нагрузки соединяются последовательно (сначала счетчик, затем реле, или с использованием альтернативных сердечников, если у трансформатора есть несколько вторичных обмоток) и не параллельно или с неиспользуемыми сердечниками. Философия защиты, лежащая в основе остаточных соединений, объясняется далее в нашем основах защиты от земляных замыканий руководстве.
Схема подключения трансформатора, объясненная
Необходимо читать схему подключения трансформатора, начиная с первичной стороны и заканчивая прибором. Вот пример того, как будет выглядеть установка трехфазного учета, представленная в виде схемы:
| От | Чтобы | Проводник |
|---|---|---|
| Кондуктор фазы A (сторона источника) | CT-A P1 | Первичный контур — не проводка CT |
| CT-A S1 | Вход тока счетчика IA (S1) | 5-4 мм² медь, номинальное напряжение 600 В |
| CT-A S2 | Звездная точка | Такой же размер, как S1 |
| CT-B S1 | Вход тока счетчика IB (S1) | Такой же размер |
| CT-B S2 | Звездная точка | Такой же размер |
| CT-C S1 | Вход тока счетчика IC (S1) | Такой же размер |
| CT-C S2 | Звездная точка | Такой же размер |
| Звездная точка | Земля (только одна точка) | Заземляющий проводник в соответствии с местным кодом |
| Каждая пара S1/S2 | Блок клемм для короткого замыкания/тестирования | Установлен между CT и прибором |
Если в вашем проекте имеется предоставленная схема проводки, она должна использоваться в качестве основного документа. Однако все три следующих условия должны быть выполнены для проверки перед окончательной установкой: использование пары S1 к S1, использование одной точки заземления и наличие механизма короткого замыкания в цепи. Любые несоответствия в этих трех аспектах могут привести к неправильной настройке и создать небезопасные условия.
Пошагово: как подключить токовый трансформатор
- Первый шаг — проверить данные CT и проверить требования прибора. Проверьте табличку на наличие коэффициента, класса точности, нагрузки (ВА) и маркировки полярности. Подтвердите, что номинал входа прибора (1 А или 5 А) соответствует вторичному выходу CT, потому что если 5 А CT подключен к 1 А входу, прибор будет показывать неверные значения в пять раз и может перенапрячь вход.
- Устройство должно быть изолировано, после чего необходимо проверить состояние “мертвой” цепи. Первичный контур должен быть обесточен, и должны быть применены соответствующие меры блокировки/маркировки. Важно помнить, что "даже если первичный контур был изолирован, может все еще быть активный вторичный выход CT, который питается от другого источника", и поэтому важно считать каждую цепь CT активной, пока не будет доказано обратное.
- Следующий шаг — короткое замыкание вторичного контура. Соединительная перемычка на тестовом клеммном блоке должна быть замкнута или может быть использовано подходящее устройство для короткого замыкания для соединения S1 и S2. Эта процедура устраняет опасность выхода CT из строя.
- Следующий шаг — найти полярность, что включает в себя определение точек P1 и P2 первичного, а также S2 и S1 вторичного. Важно подтвердить, что ориентация первичного (где P1 указывает на источник) и физическая компоновка соответствуют схеме.
- Выберите подходящий вторичный кабель. Необходимы медные проводники соответствующего размера как для нагрузки, так и для длины (стандарт 2.5 мм², 600 вольт) с целью избежать прокладки силовых проводников в оболочке, обеспечивая все три фазы.
- Завершение должно происходить на приборе с S1 в входе S1 (полярность) на приборе и S2 на втором входе.
- Убедитесь, что заземление происходит только в одной точке, обычно на приборе или панели реле.
- Проверьте клеммы на настройки крутящего момента в соответствии с производителем и нанесите ярлыки на фазы, включая ярлык коэффициента.
- Соединительная перемычка должна быть удалена перед началом тестирования с проверкой коэффициента и полярности.
- Включите цепь питания, чтобы прибор правильно отображал данные по всем трем фазам при текущем считывании.
Нагрузка и размер кабеля: расчет, который большинство установщиков пропускает.
Токовые трансформаторы (CT) имеют номинальную нагрузку, выше которой они не будут точными. Общая нагрузка включает все устройства, подключенные к вторичной цепи, и сопротивление вторичной проводки:
- Нагрузка прибора: это нагрузка в ВА (или омная), указанная производителем счетчика или реле. Она может варьироваться в зависимости от типа прибора, но обычно находится в диапазоне 0.2-1 ВА на вход тока для современных электронных приборов и более высокие нагрузки для старых электромеханических реле.
- Нагрузка проводки: сопротивление проводки рассчитывается следующим образом: 2 x длина в одну сторону x сопротивление на метр (например, сопротивление для медной проводки 2.5 мм2 составляет примерно 7.4 ом/км), умноженное на квадрат вторичного тока. В зависимости от длины проводки, не редкость, когда нагрузка прибора превышается просто из-за нагрузки проводки.
- Нагрузка соединения: сопротивление на клеммах и тестовых блоках обычно невелико, но если общая нагрузка проводки близка к нагрузке CT, это значение следует учитывать.
Если общая нагрузка превышает номинал CT, он не может обеспечить точные показания и может насыщаться во время токов короткого замыкания — когда защита нужна больше всего. Возможные решения включают более короткий кабель, более крупный проводник, использование прибора с меньшей нагрузкой или покупку CT с более высоким номиналом ВА.
Классы точности сами по себе — 0.5 и 1 для учета, 5P и 10P для защиты — объясняются в нашем руководстве по классам точности трансформаторов.
И логика выбора соотношения для данной установки, от нагрузки и уровня короткого замыкания до окончательного выбора на табличке, рассматривается в нашем выборе соотношения токового трансформатора статье.
Тестирование и проверка
Три теста используются для обеспечения правильной установки CT перед тем, как ему разрешат нести нагрузку:
| Испытание | Что это доказывает | Метод |
|---|---|---|
| Тест соотношения | CT выдает ожидаемый вторичный ток для известного первичного тока | Первичное инжектирование при доле от номинального тока или метод вторичного напряжения для больших CT |
| Тест полярности | S1 действительно соответствует P1, и прибор правильно измеряет активную мощность | Импульс постоянного тока или первичное инжектирование с полярностно-чувствительным прибором |
| Изоляция и непрерывность | Нет коротких или открытых вторичных проводников и адекватная изоляция до земли | Проверка сопротивления изоляции и непрерывности перед подачей напряжения |
Проверка после подачи напряжения также важна, потому что необходимо сравнить показания трансформатора тока с показанием клещевого измерителя на первичной стороне, проверить, что показания согласованы по всем трем фазам, и подтвердить, что цепи защиты от замыкания на землю показывают нулевые остатки на исправном вводе. Где трансформатор тока является частью схемы защиты, эта координация — и ссылки на заземление, от которых она зависит — являются предметом наших основах заземления трансформаторов руководстве.
Правил безопасности и ошибок, которые повреждают оборудование
Вторичные обмотки трансформаторов тока пропускают только небольшие количества тока при низких напряжениях — пока что-то не пойдет не так. Следующие рекомендации обязательны для работы с цепями трансформаторов тока:
- Никогда не открывайте вторичные цепи трансформатора тока, пока первичная цепь под напряжением. Трансформатор тока попытается создать очень высокие напряжения (сотни или тысячи вольт) на вторичных клеммах, когда он открыт, что приведет к экстремальной ситуации перенапряжения, насыщению сердечника, перегреву и потенциально к взрыву и пожару.
- Заземляйте вторичную обмотку трансформатора тока только в одной точке. Подключение заземления в двух точках приведет к ненужному току, циркулирующему через землю, что приведет к неправильным измерениям и потенциально вызовет ненужное срабатывание защитного оборудования.
- Избегайте установки выключателя или предохранителя в цепи трансформатора тока, который не является короткозамыкательным тестовым блоком. Стандартные цепи могут выйти из строя, что создаст ту же ситуацию, что и разомкнутая цепь.
- Не оставляйте запасные сердечники трансформатора тока открытыми. Закоротите неиспользуемые катушки и отметьте их на чертеже, иначе будущие техники могут неправильно привести обслуживающий персонал к предположению, что они разомкнутые цепи.
- Обязательно соблюдайте правильную полярность при каждом подключении. Соединения S1-S1 и P1-источник не являются произвольными соглашениями, которые могут быть изменены позже.
- Держите провода трансформатора тока подальше от силовых и кабелей с переменной частотой (VFD), и не пропускайте трансформатор тока вокруг только одной части проводника в схеме балансировки сердечника.
Два других практических момента, которые следует помнить, это то, что трансформатор тока должен быть подключен с рейтингом входа прибора, соответствующим вторичному рейтингу трансформатора (либо 1A, либо 5A), и что первичный проводник должен проходить через окно только в одном направлении. Пропускание шины или кабеля обратно через сердечник в обратном направлении изменит эффективную полярность трансформатора тока. Для счетчиков, которые необходимо снимать для калибровки, тестовый блок должен быть такого типа, который автоматически коротит трансформатор тока, когда прибор отключен; практики проводки вокруг измерительных и инструментальных трансформаторов также охватываются в нашем руководство по установке трансформатора тока.
Часто задаваемые вопросы
Каковы недостатки использования трансформатора тока?
Существует несколько недостатков; открытая вторичная цепь опасна, так как создает возможность серьезного травмирования; расчет подключенной нагрузки должен быть выполнен правильно, иначе будут получены неточные показания; неправильная полярность может привести не только к неточным показаниям, но и к неисправности защитных устройств; трансформатор тока вводит небольшое фазовое смещение, что приводит к незначительной неточности в измерениях; дополнительные расходы и место на панели; необходим правильный размер, иначе трансформатор тока будет насыщаться в условиях короткого замыкания. Хотя современные электронные счетчики уменьшают некоторые проблемы, связанные с этими недостатками, все их устранить невозможно.
Как подключаются трансформаторы тока?
Чтобы подключить первичный провод через трансформатор тока, есть P1 (сторона источника) и P2 (сторона нагрузки) или линия проходит через шину / окно. Вторичная сторона будет S1 и S2, при этом S1 соответствует P1. S1 и S2 будут вести либо к счетчику, реле или преобразователю напрямую для одного трансформатора тока или в звездной конфигурации для трехфазного учета (три S1 к счетчику и три S2, соединенные с одной заземленной звездной точкой и т.д.). На стыке трансформатора тока и прибора установлен блок короткого замыкания/тестирования.
Имеет ли значение, какой провод куда идет на трансформаторе?
Для любого трансформатора имеет; однако, у трансформаторов тока есть уникальные требования. Это связано с тем, что провода имеют определенную полярность (т.е. S1 соответствует P1). Обратное подключение этих двух проводов вызывает протекание тока в противоположном направлении, создавая неточные показания мощности и возможность неисправности защитных устройств. Это применимо как к первичным, так и к вторичным проводам трансформаторов.
Как подключить электрический трансформатор?
В случае трансформатора прибора, такого как трансформатор тока: проверьте соотношение и нагрузку, изолируйте трансформатор и убедитесь, что он отключен, закоротите вторичную сторону, определите, какой провод соответствует P1, а какой провод соответствует S1; подключите правильно подобранный вторичный кабель так, чтобы S1 и S2 вели к соответствующим входам прибора, заземлите вторичную сторону в одной точке, пометьте и затяните соединение, уберите заземление; и, наконец, введите известный стандарт в систему для проверки полярности и соотношения. Процесс подключения силового трансформатора отличается от этой процедуры, но все же требует от человека проверки характеристик, полярности, заземления и тестирования перед подачей нагрузки.
Ссылки
- IEEE — C57.13, Стандартные требования к трансформаторам приборов
- IEC — Серия 61869, Трансформаторы приборов
- NFPA — Национальный электрический кодекс (Цепи трансформаторов приборов)
- NETA — Спецификации приемочного тестирования для электрического оборудования
Заключение
Установка трансформатора тока имеет большое значение, хотя может показаться незначительной задачей. Функция трансформатора тока заключается в снижении величины первичного тока, протекающего через провод, до безопасного значения для счетчика или реле. Поэтому вы можете увидеть, насколько важна эта задача в долгосрочной перспективе. Для первичного провода (P1) вам нужно будет провести провод к источнику, в то время как вторичный провод (S1) будет идти от трансформатора тока к счетчику или реле. Если вы подключаете трехфазные счетчики, цепи должны быть соединены по звездной схеме и заземлены в одной точке к земле. Используйте трансформатор тока с балансом по сердечнику для остаточных токов; убедитесь, что вы правильно подобрали размер вторичного провода в соответствии с нагрузкой. Всегда используйте тестовый блок для короткого замыкания цепи перед ее включением и никогда не разрывайте цепь, пока ток течет через первичную сторону. Убедитесь, что вы сначала проверили показания, используя первичную инъекцию, а затем запишите соотношение на листе для будущей справки.