Меню

Пусковые токи сухих трансформаторов



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Что такое пусковой ток

Пусковой ток – это максимальный ток, потребляемый электрической цепью во время ее включения. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или привести в действие автоматический выключатель. Пусковой ток обычно появляется во всех устройствах, где присутствует магнитный сердечник, таких как трансформаторы, промышленные двигатели и т. д. Пусковой ток также известен как входной импульсный ток или импульсный ток включения.

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Почему появляется пусковой ток

Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.

Пусковой ток

Пиковый ток: это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.

Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.

Пусковой ток трансформатора

Пусковой ток трансформатора определяется как максимальный мгновенный ток, потребляемый трансформатором, когда вторичная сторона не нагружена или находится в состоянии разомкнутой цепи. Этот бросок тока вредит магнитным свойствам сердечника и вызывает нежелательное переключение автоматического выключателя трансформатора.

Пусковой ток трансформатора

Величина пускового тока зависит от точки волны переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока достигает своего пика, тогда пусковой ток не возникает при запуске, и если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, то значение броска ток будет очень высоким, и он также будет превышать ток насыщения, как вы можете видеть на изображении выше.

Пусковой ток двигателя

Как и трансформатор, асинхронный двигатель не имеет непрерывного магнитного пути. Сопротивление асинхронного двигателя высокое из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за такого характера индуктивного устройства с высоким сопротивлением требуется большой ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. График ниже показывает пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.

Пусковой ток двигателя

Как вы можете видеть на графике, пусковой ток и пусковой момент очень высоки в начале. Этот высокий пусковой ток может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя. Если уменьшить начальное значение напряжения на 50%, это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для преодоления этих проблем используются схемы питания с плавным пуском.

Как ограничить пусковой ток

Всегда следует помнить о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных цепях, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечников. Как упоминалось ранее, пусковой ток – это максимальный пиковый ток, наблюдаемый в системе, и он может быть в два-десять раз больше нормального номинального тока. Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, пусковой ток может вызвать срабатывание выключателя при каждом включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение.

Находясь в электронной схеме, некоторые компоненты должны выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение при быстром запуске очень велико. Поэтому лучше использовать схему защиты от пускового тока при проектировании электронной схемы или печатной платы.

Для защиты от пускового тока вы можете использовать активное или пассивное устройство. Выбор типа защиты зависит от частоты пускового тока, производительности, стоимости и надежности.

Вы можете использовать NTC-термистор (с отрицательным температурным коэффициентом), который является пассивным устройством, работает как электрический резистор, сопротивление которого очень высоко при низкотемпературном значении. Термистор NTC соединяется последовательно с входной линией питания. Обладает высокой устойчивостью при температуре окружающей среды. Поэтому, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, который протекает в систему. По мере непрерывного протекания тока температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток и позволяет постоянному току течь в цепь. Термистор NTC широко используется для ограничения тока из-за его простой конструкции и низкой стоимости. У него также есть некоторые недостатки, например, нельзя полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.

Читайте также:  В ванной бьет током от плитки

Активные устройства ограничения пускового тока стоят дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Они состоят из чувствительных компонентов, которые переключают высокий входящий ток. Некоторые из активных устройств – устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного тока.

Эти средства защиты используются для защиты как электрической, так и механической системы путем ограничения мгновенного пускового тока. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты. Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.

ограничить пусковой ток

Как измерить пусковой ток

Сегодня на рынке представлено большое количество клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерение пускового тока. Также вы можете использовать токовые клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, которое выше номинального значения автоматического выключателя, но, тем не менее, автоматический выключатель не отключается. Причина этого заключается в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени, например, если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 А, поэтому пусковой ток, превышающий 10 А, должен протекать через автоматический выключатель больше, чем номинальное время.

Токовые клещи

Выполните следующие шаги для измерения пускового тока:

  • Тестируемое устройство должно быть отключено изначально.
  • Поверните циферблат и установите переключатель на Hz-A.
  • Поместите провод под напряжением в клещи или используйте датчик, соединенный с измерителем.
  • Нажмите кнопку измерения пускового тока, как показано на рисунке выше.
  • Включив испытуемое устройство, вы получите значение пускового тока на дисплее прибора.

Источник

Варианты защиты от пусковых токов трансформатора

Специалисты знают, что пусковой ток трансформатора достигает параметров, в разы превышающих рабочие токи. Начальный бросок длится приблизительно 10 мсек. За этот период частота переменного тока увеличивается в несколько раз, пока напряжение не придет в норму. Сразу после включения происходит мгновенное повышение силы тока.

Какие проблемы возникают при увеличении пусковых нагрузок

На амплитуду пускового броска влияют особенности строения и то, насколько высоко качество изготовления трансформатора. Значение имеет и импеданс сети. Если он низкий, возникнет больший бросок. Катушки при пуске берут очень много электричества некоторое время, до восстановления параметров в сердечнике.

Пусковой ток нагревает элементы блока питания. Это может стать причиной их выхода из строя в результате подгорания контактов в выключателях из-за появления «дуги». Завышенный пусковой бросок сглаживается при использовании дополнительных элементов так называемого «мягкого включения». Стартовые броски и подача излишнего напряжения приходят в норму, а поэтому исключается срабатывание предохранительных приборов.

Пусковой трансформатор

Пути снижения пусковых токов

Рассмотрим, что следует предпринять для понижения стартовых бросков. Есть несколько вариантов:

  • Подключение трансформатора с пониженной индукцией. Подобная силовая характеристика значительно утяжеляет прибор, увеличивает его стоимость. Пусковой ток при включении трансформатора, понизится до значения равного номинальной величине тока или ниже без подключения активной нагрузки, если индукция меньше номинала вдвое.
  • Подача на обмотки напряжения в период, когда оно наивысшее. Эффективность этого действия достигается применением дополнительных соединительных приборов.
  • Последовательно с первичной обмоткой преобразователя подсоединяется активное сопротивление. У этого варианта есть минус – перегрев сопротивления, которое приводит к понижению коэффициента полезного действия.

Если применить сопротивление с обратным температурным коэффициентом, эффективность будет выше. Это происходит из-за того, что термистор при нагреве имеет свойство понижать свое сопротивление.

Пусковой трансформатор

Специалистам-энергетикам известно, что сейчас на рынке стали предлагать так называемые пакетники серий ESB и ESBH на предельные параметры (ампер), соответственно, 10 и 16. Работа данных приборов предполагает включение последовательно с нагрузкой сопротивления ограничивающего напряжение. Параметр этого полупроводника, как правило, 5 Ом. В описанном случае сопротивление замыкается контактными прерывателями со срабатыванием от 20 до 50 мсек.

При подсоединении преобразователя к электролинии используют элементы защиты (автоматы). Стандарты, которым должны соответствовать характеристики срабатывания следующие: IEC/МЭК 898 (отключение D) и ДИН ВДЕ 0660 (отключени K). Прерывающие элементы с указанными параметрами производятся для электрических двигателей, трансформаторов. То есть для аппаратов с большой кратностью стартового тока к номинальной величине. Выключатели D имеют кратность 15, для автоматов K этот параметр равен 10.

Читайте также:  Макс ток сечение проводника

Что делать, если надо подсоединить трансформатор, а элементы защиты с указанными характеристиками отсутствуют? В таком случае возьмите самые распространенные выключатели, на которых стоит маркировка B, C. Помните, что такие элементы надо предусмотреть с дву- или трехкратным заделом по напряжению. Автомат сработает, если сила стартового броска превысит номинальный параметр в 2 – 3 раза, то есть основная функция защиты значительно снизится.

Пусковой трансформатор

Формула расчета стартового броска

Как мы уже выяснили, для защиты линии включения трансформатора необходимо подключить выключатель с соответствующей характеристикой. Чтобы правильно подобрать автомат, необходимо сделать расчет пускового тока трансформатора. Для этого понадобится техническая документация на прибор. Выпишите оттуда данные:

  • мощность (Pн) номинальная;
  • напряжение (UH) номинальное;
  • КПД;
  • коэффициент мощности cos φH:
  • кратность постоянного тока по отношению к номинальному значению Кп.

Трансформатор тока

Для расчета номинального значения трехфазного аппарата используется формула:

  • Iн = 1000Pн / (UH х cosφH х √КПД), А.

Следующим шагом определяем величину стартового броска. Расчет производим по следующей формуле:

IH – определенная ранее номинальная величина;

Кп – кратность постоянного тока к номинальному значению.

После произведенных расчетов, подберите подходящий по параметрам выключатель.

схема пускового тока трансформатора

Как защитить жилье от возгорания проводки

В жилом помещении электролиния должна иметь элементы защиты. Расчет параметров производится просто. Вычислите суммарный ток, который понадобится всем электрическими устройствами в квартире, если их включить одновременно. Он определяется таким образом:

  • суммируем мощности приборов;
  • полученное число делим на вольтаж сети;
  • полученный параметр исчисляется в амперах, он фиксирует значение величину, на которую следует ориентироваться при выборе защитных элементов.

У мастера, обслуживающего ваш участок, выясните предельный параметр силы тока электролинии. Если выяснится, что она предполагает меньшее потребление тока, чем вы получили при расчете необходимого величины для всех установленных в жилье электроприборов (работающих одновременно), уменьшите и параметр, на который рассчитаны защитные элементы.

Соблюдайте правило: никогда одновременно не подключайте к сети устройства (кухонный комбайн, чайник, кондиционер) потребляющие суммарный ток, превышающий максимальный параметр электролинии.

Важная информация! Когда в электророзетках соединения между кабелем и клеммами ослабли, проводка не выдержит силу тока, на которую она рассчитана. Чтобы восстановить утраченную способность, проверьте розетки и, при необходимости, подтяните клеммы. Следите за тем, чтобы не перетягивать винты, что может привести к повреждениям розетки. Работы проводятся при обесточенной проводке.

Источник

Ток включения трансформатора

Ток включения трансформатора3При включении трансформатора в сеть толчком на полное напряжение в трансформаторе могут возникнуть весьма большие броски тока намагничивания , превышающие в десятки раз ток намагничивания (холостого хода) при нормальной работе.

Так как ток намагничивания в трансформаторе не превосходит нескольких процентов номинального тока трансформатора, то максимальные значения бросков токов намагничивания при включении трансформатора толчком превышают номинальный ток не более чем в 6 — 8 раз.

С точки зрения динамической устойчивости обмоток трансформатора указанные броски тока намагничивания для трансформатора безопасны, так как обмотка рассчитывается на большие кратности токов, имеющие место при коротких замыканиях за трансформатором. Защита же трансформатора отстраивается от упомянутых бросков тока намагничивания путем применения соответствующих устройств (насыщающихся промежуточных трансформаторов и др.).

При включении обмотки на полное напряжение в обмотке могут возникнуть перенапряжения вследствие неравномерного распределения напряжения по обмотке и возникновения переходных волновых процессов. Но указанные перенапряжения для обмоток трансформатора безопасны, так как изоляция их рассчитывается на более значительные атмосферные (грозовые) перенапряжения.

Поэтому включение всех трансформаторов в сеть толчком на полное напряжение является совершенно безопасным, оно производится без предварительного подогрева трансформатора вне зависимости от времени года и температуры масла трансформатора.

Указанное распространяется также на включение в сеть трансформатора после монтажа или капитального ремонта, так как опыт показал, что при включении толчком и наличии повреждения трансформатор своевременно отключается защитой и размеры повреждения при этом бывают не больше, чем при включении трансформатора путем медленного подъема напряжения с нуля, что вызывает значительные трудности в условиях эксплуатации, а зачастую невозможно.

Трансформаторы должны включаться толчком на полное напряжение со стороны питания, где должна быть установлена соответствующая защита.

Испытание включением толчком на номинальное напряжение

При 3—5-кратном включении не должны иметь место явления, указывающие на неудовлетворительное состояние трансформатора. Этим опытом проверяется также отстройка максимальной токовой защиты от бросков тока намагничивания трансформатора. Физически возникновение сверхтока объясняется следующим. При включении трансформатора возникает переходный процесс, в течение которого магнитный поток можно рассматривать как сумму двух составляющих: периодической с неизменной амплитудой и медленно затухающей апериодической.

Читайте также:  Почему от электроплиты бьет током

В момент включения эти составляющие равны по значению и противоположны по знаку, сумма их равна нулю. Когда же периодическая составляющая приобретает ту же полярность, что и апериодическая, они суммируются арифметически. Наибольшее возможное значение этой суммы близко к двукратной амплитуде периодической составляющей. Вследствие глубокого насыщения стали магнитопровода бросок тока холостого хода может превысить установившееся значение его в десятки и сотни раз и в 4—6 раз — номинальный ток.

Источник

Пусковые токи трансформатора. Методы их снижения.

Часто величина пусковых токов трансформатора значительно превышает рабочие токи. Так, например, для тороидального трансформатора номинальной мощностью 5 кВА импульс пусковой ток достигает 1000. 2000 А. Пусковые токи могут привести к активации устройства защиты по току (например, автоматических выключателей). Возникает весьма резонный вопрос: «Как предотвратить эту ситуацию?» ГК «Штиль» предлагает следующие решения для снижения пусковых токов:

  • Использование трансформаторов с пониженной индуктивностью. Таким образом, снижение индукции в два раза относительно номинального снижает пусковой ток до величины, не превышающей номинальный ток холостого хода. Обычно номинальное значение равно 1,5 Тл. Следует отметить, что снижение индукции ведет к увеличению потерь в проводах обмоток трансформатора и, соответственно, к увеличению таких параметров, как масса и габариты. На предприятиях ГК «Штиль» такие трансформаторы изготавливаются по специальному заказу в соответствии с требованиями Заказчика.
  • Подключение трансформатора к сети электропитания в момент, когда напряжение сети имеет максимальное значение (то есть, в момент ? = ?/2 ). Этот метод является наиболее эффективным, но он требует применения специальных устройств коммутации.
  • Включение активного сопротивления (резистора) последовательно с первичной обмотки трансформатора. Но этот метод имеет такие надостатки, как нагрев резистора и ,соответственно, снижение эффективности.

На наш взгляд, целесообразнее в этом случае использовать термистор, т. е. резистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Сопротивление терморезистора в горячем состоянии значительно ниже, чем в холодном, в связи с чем, потери тепла соответственно значительно меньше по сравнению с обычным резистором. Например, для использования вместе с трансформатором мощностью 2 кВА специалисты ГК «Штиль» рекомендуют термистор типа SCK-2R515 с сопротивлением в холодном состоянии 2,5 Ом, который рассчитан на номинальный ток 15 а.

Относительно недавно были представлены так называемые однофазные ограничители серий ESB и ESBH, рассчитанные на номинальные токи от 10 А и 16 А. В основе принципа действия вышеуказанных ограничителей – включение последовательно с нагрузкой серии с нагрузкой токоограничительного резистора (обычно 5 Ом). При этом, резистор замыкается контактами реле с задержкой времени (настройка в пределах от 20 до 50 мс). Автоматические выключатели, используемые для подключения трансформатора к сети, должны быть характеристики переключения «D» (стандарт МЭК/IEC 898) и «K» (стандарт DIN VDE 0660). Автоматы защиты с такими характеристиками разработаны специально для активно-индуктивной нагрузки таких компонентов, как электродвигатели и трансформаторы. Для подобных автоматов характерна высокая кратность номинального значения тока, т.е. соотношение пускового тока к номинальному значению. Для автоматических выключателей с характеристикой «D» кратность составляет порядка 15, а для автоматов с характеристикой «K» — порядка 10. Если у вас нет подобных автоматических выключателей, а трансформатор должен быть подключен срочно, вы можете также использовать устройства наиболее распространенные — с литерами B, C. При этом, надо помнить, что они должны иметь 2-3-кратный запас по току. И в данном случае выключатель будет срабатывать при значении тока в 2-3 раза больше номинального. Т.е. защитные функции коммутатора будут несколько ухудшаться. Проблема пусковых токов наиболее остро стоит для разработчиков оборудования, а не для завода- производителя трансформаторов, т.к. производитель трансформаторов не может изменить значение этого параметра. В зависимости от конкретного случая разработчик сам решает, какой способ уменьшения значения пускового ток следует применить. Для трансформаторов с мощностью менее 1 кВА, как правило, нет острой необходимости решать проблему пусковых токов. Однако в ряде случаев относительно большое внутреннее сопротивление питающей сети могут снизить пусковой ток до вполне приемлемой величины.

Источник