CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Трансформаторы для измерения токов: ABB TRFM, Т-0,66, АИСТ ТП05С

Этот пост зрел давно, так как трансформаторы тока ABB TRFM я применяю чуть ли не с 2011-2012 годов, а написать про них не доходили руки. Сейчас же мне Bayk сделал подгон компактных трансформаторов тока с Modbus, а от одного заказчика (про щит которого я рассказал в этом посте) я узнал про многоканальные измерители токов от WirenBoard WB-MAPx. Вот сейчас в этом посте мы по ним всем и пробежимся.

Перед тем, как мы начнём, давайте сообразим, где и зачем нам нужно измерять ток. Вот мои примеры и применения:

• Параметры вводов по всему дому/квартире/коттеджу. Понятно для чего — чтобы знать то, что творится с напряжением и током и определять нагрузку по фазам или видеть реакцию системы на включение каких-то нагрузок.
  Самый мой любимый пример — это то, как один мой читатель таким образом отловил залипание реле давления в насосе скважины: насос работал постоянно, и читатель увидел это при помощи контроля токов. Тока не должно было быть, а он был.
• Контроль работы какого-то прибора по наличию его тока. Если ток есть — значит работает. В одном из проектов мы такое делаем «тоже» на насос скважины.
• Контроль корректной работы группы нагрузок по их номинальному току: если ток отклонился от нормы — значит, что-то не в порядке (например, в длинном коридоре подохла часть ламп).

Контролировать ток можно следующими способами:

• Просто смотреть на щите при помощи измерительных приборов (реле напряжения, например НоваТек РН-ххх, вольметроамперметров, например Меандр ВАР). Такие приборы чаще всего просто показывают параметры на своих дисплеях и никуда их не передают.
• Использовать реле контроля тока (ограничители мощности), например НоваТек РМТ, ОМ-310. Такие реле имеют уставку тока и срабатывают, если ток в течение заданного времени больше уставки. Некоторые из них позволяют передавать данные измерений по протоколу Modbus.
• Использовать специальные щитовые мультиметры, например OMIX Elnet Reg или ОВЕН КМС-Ф1. Эти мультиметры могут и отображать разные значения (напряжение, ток) и отдавать их в ПЛК по протоколу Modbus (чаще всего).
• Напрямую при помощи ПЛК, Логических реле или других контроллеров автоматизации, к которым подключаются измерительные модули (пост про модули ввода-вывода ОВЕН), которые и меряют ток при помощи трансформаторов тока или других средств. Существуют целые системы измерения токов — например, ABB CMS, про которую я написал большой пост.

В этом посте я кратко расскажу про обычные трансформаторы тока, которые применяются вместе с разными приборами и измерительными модулями, и про систему измерения токов от WirenBoard на базе токовых трансформаторов.

1. Что такое и зачем нужен трансформатор тока (немного теории)?

А что такое вообще трансформатор тока? Да вы не поверите! Это устройство, которое аналогично трансформатору напряжения, но которое работает с током. Для аналогии можно выразиться так: в трансформаторе напряжения нам важно то, какое напряжение есть на входе и выходе (а на ток в некоторых пределах наплевать, если он не превышает максимума воможностей трансформатора напряжения), а в трансформаторе тока нам важно то, какой ток на входе и на выходе, а на напряжение при этом можно наплевать. Напряжение нам важно тогда, когда речь идёт о качестве изоляции. Например, в силовой энергетике есть трансформаторы тока, которые меряют ток в сетях 110/220 кВ и выше.

Однако у трансформаторов тока есть одна важная особенность. Что будет, если мы не подключим нагрузку на трансформатор напряжения? А ничего: ток в цепи будет равен нулю. Если же по аналогии не подключить нагрузку на трансформатор тока, то по закону Ома (Ток = Напряжение / Сопротивление, из которого вытекает то, что Напряжение = Ток * Сопротивление) получается что при бесконечном сопротивлении напряжение будет тоже бесконечно.

А почему вообще появился трансформатор тока? Да потому что при помощи него удобно измерять токи, особенно большие, не заставляя эти токи течь через электронную схему, которая их меряет. Вот представьте, если бы вам понадобилось измерять ток на 100А в вашей электронной схеме, которая размещена на печатной плате. Это ж надо будет делать на этой плате толстые дорожки, ставить мощный шунт, делать мощные силовые клеммы для подключения провода на 25 квадратов, делать какую-то развязку от напряжения сети…

А с трансформатором тока силовой провод разрезать и закручивать в клеммы не надо: он пройдёт через трансформатор тока, который ещё и позволит сделать развязку от силовой цепи. А плату и шунт на ней надо будет рассчитать на небольшой ток.

Вот поэтому трансформаторы тока вовсю и применяются. Они могут быть и в виде отдельных компонентов, а могут быть и миниатюрными, которые впаиваются в отверстия на печатной плате так же, как и обычные выводные комоненты. Для больших токов выпускаются разъёмные трансформаторы тока, которые позволяют защелкнуть их в щите на силовой шине, чтобы не отвинчивать её.

Так как наши трансформаторы тока чаще всего используются для измерения токов в силовых цепях переменного тока, то для удобства их выход стандартизировали под ток 5А. В большинстве случаев все трансформаторы тока имеют выход 5А на вторичной обмотке (исключения будут только у трансформаторов тока для электроники — там ток может измеряться миллиамперами). Это означает следующее: при максимальном токе первичной обмотки трансформатора тока (этот ток и является его характеристикой) на вторичной обмотке будет 5А (схема внутри измерительного прибора создаст нагрузку для этого). Обычно значения токов в трансформаторе записываются через слэш: 100/5А, 400/5А и так далее.

При подключении трансформаторов тока к измерительным приборам эти приборы нужно настраивать, указав этим приборам ток первичной обмотки трансформатора тока (100А, 400А и так далее). Иногда некоторые приборы требуют указывать не ток, а коэффициент трансформации, который получается делением токов: 100/5 = 20, 400/5 = 80 и так далее.

Так как мы работаем на переменном токе, то для некоторых приборов важно то, в каком направлении течёт ток в цепи, например, для трёхфазных мультиметров, который по сдвигу графиков напряжений и токов считают Cos Fi и другие параметры сети. Если ток потечёт не в том направлении, такие приборы могут выдать что-то типа «-27А».

У приборов и трансформаторов тока указывается полярность подключения (на контактах) и направление протекания тока (стрелкой на корпусе).

При сборке щитов с трансформаторами тока следует помнить то, что по ним будет течь именно тот ток, который и указан в характеристиках вторичной обмотки трансформатора тока — те самые 5А. Поэтому провода, которыми подключается трансформатор тока в щите, должны быть рассчитаны на такой ток. Слишком тонкие провода приведут к тому, что точность измерений исказится.

2. Трансформаторы тока ABB TRFM.

Трансформаторы тока ABB TRFM с выходом 5А на DIN-рейку в формате обычного модульного оборудования

Начнём мы с самых удобных и классных тарсформаторов тока — ABB TRFM. Я применял и применяю их везде, где мне надо померить токи при помощи самых разных устройств. Вот проекты, в которых эти трансформаторы тока засветились:

• Организация домашнего измерительного стенда на базе мультиметра OMIX Elnet Reg;
• Моя домашняя электрика, в которой при помощи регистратора НоваТек РПМ-16-4-3 меряются токи моей и соседской квартир;
• Щит на базе ПЛК ОВЕН (2016 год), где при помощи измерительного модуля измеряются напряжения и токи на вводе во всей квартире;
• Щит для коттеджа в город Долгопрудный, где стоит регистратор НоваТек РПМ-416, который также меряет токи при помощи этих трансформаторов.

Главное достоинство этих трансформаторов тока в том, что они имеют корпус, который позволяет установить их на DIN-рейку под пластрон щита. Даже неглубокого, обычного! При этом отверстие в корпусе трансформатора позволяет провести через него провод очень большого сечения, а сами трансформаторы выпускаются номиналами аж до 600А.

Правда, ряд номиналов токов у этих трансформаторов странный: 40, 60, 100, 150, 250, 400, 600А. Поэтому если ваш щит рассчитан на номинал ввода в 63А, то вам придётся брать трансформатор тока на сразу 100А.

Занимают эти трансформаторы тока 3 модуля на DIN-рейке.

Вот пример установки их в щит с регистратором РПМ-416 для измерения четырёх токов:

Применение трансформаторов ABB TRFM для работы регистратора НоваТек РПМ-416

А вот трансформатор тока справа в этажном щите. При помощи него я меряю ток соседской квартиры просто так по приколу.

Применение трансформаторов ABB TRFM для измерения потребления тока квартиры в этажном щите

Давайте изучим эти трансформаторы тока и разберём один, чтобы посмотреть на то, как он устроен.

Сбоку трансформатора есть наклейка, на которой указаны его характеристики и стрелкой показано то, как через него должен проходить ток.

Обозначения протекания тока и полярности выхода на корпусе трансформатора тока ABB TRFM

На самом деле эта стрелка показывает следующее: если ток протекает через трансформатор тока сверху вниз, то контакт 1 будет условным «плюсовым», а контакт 2 — «минусовым». Однако, если вы меняете направление тока в первичной обмотке (например, в примерах выше мне удобно было пропустить провода ввода от клемм снизу вверх), то не забудьте поменять и полярность во вторичной обмотке, иначе получите какие-то дикие значения.

Контакты вторичной обмотки трансформатора тока ABB TRFM выведены на клеммы сверху справа его корпуса. Эти клеммы принимают провода сечением до 2х1,5 кв.мм.

Клеммы для подключения вторичной цепи трансформатора тока ABB TRFM

Сам трансформатор тока крепится на DIN-рейку таким же зажимом, как и вся модулька ABB. Он отлично держится как на обычных, так и на более прочных и высоких DIN-рейках системы CombiLine, выполненных из толстого металла.

Нижняя часть трансформатора тока ABB TRFM

Внутри трансформатор тока представляет собой тороидальный сердечник, на который намотана вторичная обмотка. Первичной обмоткой у этих трансформаторов тока является провод, который пропускается через него.

Внутреннее устройство трансформатора тока ABB TRFM

Вообще, это очень классное достоинство, так как позволяет пропустить через этот трансформатор тока и провод и даже шину, если очень хочется. Дальше я покажу внутренности Российского трансформатора тока, которые меня в этом плане ОЧЕНЬ удивили (негативно, конечно).

Из того, чем меня удивил ABB TRFM — так это тем, как некрасиво подпаивается вторичная обмотка к клеммам. При этом само соединение надёжно и никаких проблем у меня не вызывало.

Пайка вторичной обмотки к выходным клеммам ABB TRFM

Вот и вся конструкция этих трансформаторов.

Все компоненты внутренней начинки трансформатора тока ABB TRFM

Мне бы хотелось, чтобы они были меньше по ширине в DIN-модулях. Вот были бы они в два DIN-модуля шириной!

3. «Щитовые» трансформаторы тока ТОП (Т)-0,66 с якобы шинным выводом.

Щитовой трансформатор тока Т-0,66 с шинными выводами

А теперь переместимся в суровые и депрессивные реалии к щитовым трансформаторам тока Т-0,66. Когда я писал пост про ABB CMS, я хотел быстренько здесь и сейчас купить любые дешманские трансформаторы тока, чтобы подцепить их к модуля CMS-700 для измерения тока по фазам ввода.

Да! Много раз я видел эти трансформаторы тока в разных щитовых, где они используются для подключения счётчиков учёта электроэнергии на большие токи (в таких счётчиках вход рассчитан на 5А, и в настройках счётчика задаётся коэффициент трансформации по аналогии с коэффициентом трансформации в измерительных приборах и модулях измерениях токов).

Такие трансформаторы рассчитаны на подключение к ним силовых шин (пост про шины) или проводов, обжатых наконечниками ТМЛ (или аналогичными). С завода эти трансформаторы имеют выводы в виде куска шины, к которым и подключается цепь в щите. Когда я покупал эти трансформаторы, я думал что выдерну оттуда шину и протащу провод, так как иметь на столе открытые выводы с сетевым напряжением в мои планы не входило. Но…

На боковой стороне корпуса трансформатора показаны начала и концы обмоток. Здесь цифры «1» — начала, а «2» — концы. Правило протекания тока — такое же, как и у ABB TRFM.

Указание направления тока на корпусе трансформатора тока Т-0,66

Сверху на корпусе у трансформатора есть наклейка, сделанная из обычной наклейки для печати на термотрансферных принтерах, на которой нанесена его маркировка и номинальный ток. Там же находятся контакты для подключения вторичной обмотки.

Верхние клеммы и шильдик трансформатора тока Т-0,66

Верхняя часть (контакты вторичной обмотки) закрывается крышкой, которую можно пломбировать.

Так как эти трансформаторы могут использоваться для коммерческого учёта электроэнергии, то к каждому из них прилагается паспорт с клеймом поверки.

Комплектный паспорт трансформатора тока Т-0,66

…в общем, «Ща выну шину — и будут трансы тока с проводами», — думал я.

«А вот хрен вам», — думали проектировщики и производители. Заглянем внутЫрь этого поделия:

Внутреннее устройство трансформатора тока Т-0,66 (не очень-то обнадёживающее)

Если посмотреть с этого ракурса, то кажется что через сердечник проходит шина. Заодно видно клеммы вторичной обмотки, которая намотана проводом в лаковой изоляции, как у ABB TRFM.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора тока Т-0,66

Но что это за чёрный провод? Зачем он тут? Ведь тут должна быть одна обмотка…

В общем, «нас наебали, расходимся» ©. ЭТО НИ ХРЕНА НЕ ШИНА, а два сраных кусочка АЛЮМИНИЯ, приклёпанные к стеклотекстолиту, чтобы держались!

Пластины для подключения выводов трансформатора тока Т-0,66 не являются шиной

А неведомый чёрный провод — это первичная обмотка. Которая сделана из двух кусков обычного гибкого провода ПуГВ на 6 кв.мм.

Первичная обмотка трансформатора тока Т-0,66 намотана сдвоенным проводом ПуГВ 1x6 О_о

Я в шоке! Это ж примерно как Китайцы в аккумуляторы песок насыпают, чтобы масса больше была. А тут вместо шины — куски провода!

И это ещё не всё! Чтобы показать всю глубину наших глубин, надо срезать заклёпки со стеклотекстолита и продолжить разбирать это поделие.

Снятие заклёпок с пластины первичной обмотки, чтобы можно было разобрать трансформатор дальше

Извлечём первичную обмотку. Чтобы всё было аутентично, ей концы ещё и синей изолентой заизолированы. Правильно: электроника работает на волшебном дыме, а электрика — на синей изоленте.

Разобранная первичная обмотка трансформатора тока Т-0,66

Если начать разматывать изоленту, то виды огрызки медных жил…

Некрасивый и тупой способ изоляции соединения первичной обмотки с пластиной

И ДНО ПРОБИТО! Многопроволочный ПуГВ скручен и просто зажат под АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНТАКТЫ!!!

Соединение медного провода первичной обмотки и алюминиевой пластины вывода

И вот через это чудо должна идти нагрузка в 50А. Сука! Как так-то? Все со школы знают, что соединение меди и алюминия образует гальваническую пару, которая приводит к ослаблению контакта и разрушению соединения! А здесь — хуяк — и промышленное решение!

И ещё бумажку-всражку выдали. Паспорт! Ещё раз я горестно убеждаюсь, что наследие совка никуда не ушло из менталитета: у нас все используют формальный подход, при котором важно наличие бумажки, а не качественных внутренностей. Я из этих трансформаторов даже провода на медь не стал брать — выкинул.

4. Компактные трансформаторы тока с ModBus ТП05С от EltransTech/АИСТ.

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С

А теперь переходим к интересной конторе АИСТ (ElTransTech, http://eltranstech.ru/), которая делает различные трансформаторы тока с кучей разных вариантов: с выходом 5А, 4..20 мА, 0..10V и протоколом Modbus. Вот именно такие трансформаторы (ТП05С) и прислал мне Bayk на поиграться (вот ссылка на сайт производителя).

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С (упаковка и паспорт)

Трансформаторы выпускаются с разными габаритами и номинальными токами. Питание — +24V, потребляемый ток — около 0,05 мА на один трансформатор. В карте регистров есть значения для текущих и максимальных тока и частоты в форматах FLOAT32 (порядок регистров 2143, в старой версии — 4321). Скорость обмена по RS-485 — до 115200 (по умолчанию 9600), параметры связи — 8, N, 1, адрес по умолчанию — 1.

Модель ТП05С имеет следующий ряд номиналов токов: 0.1, 0.3, 0.5, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75А. При этом габарит этих трансформаторов — 40х40 мм, благодаря чему они не выступают над пластроном щита (даже самого обычного без углублённых реек). Отверстие в корпусе позволяет пропустить через них провод ПуГВ с наконечником НШВИ до 16 квадратов, что как раз и покрывает номинал токов до 75А. Отлично!

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С в сравнении с ABB TRFM (встают на DIN-рейку под пластрон)

Вот так трансформатор выглядит в щите на DIN-рейке (про этот щит я рассказал вот в этом посте — это щит родственникам в Железнодорожный). Сверху расположен светодиод, который работает странно: мигает только при обработке пакета данных по Modbus.

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С не выступают за пластрон щита

Сбоку трансформатора есть наклейка с указанием его типа и номинала тока. Наклейка сделена из пластика, и это хорошо.

Контакты для подключения RS-485 и питания подписаны с другого бока трансформатора тоже наклейкой. Все подключения делаются на разъёмной клемме.

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С (вид на контакты)

На DIN-рейку трансформатор крепится при помощи держателей EKF (на них так и написано). Они винтами прикручены к корпусу трансформатора. Держатели держат трансформатор не прочно, поэтому он может сорваться с DIN-рейки, если через трансформатор пропустить провод жёсткий ПуВ, который будет пружинить и стягивать трансформатор.

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С (вид на крепления снизу)

Внутри корпуса находится тороидальный трансформатор тока и печатная плата с электроникой, залитые эпоксидкой. Трансформатор полностью неразборный.

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С (внутри всё залито эпоксидкой)

На производителя я уже поругался и столкнулся опять с совковым мышлением про «…скажи спасибо, что хоть это сделали». Я не могу терпеть такой подход и ненавижу его (и послал из-за этого своего текущего напарничка в том числе)! Да, переделывать всегда трудно! Но почему не подумать ЗАРАНЕЕ и сделать сразу всё универсально и забыть?! Да, я идеалист. И ещё и властный перфекционист (как меня читатели обозвали). И меня БЕСИТ отношение «жри что дают» вместе с отмазками про «Да мы только начинаем, опыта мало». Совок уже кончился, и хочется нормального сервиса, а не помойки в головах. А если опыта мало — наймите за деньги специалистов (а не как ЭКФ, ахахаха), или посмотрите на то, как делают другие!

Разбираем все косяки, которые я нашёл.

Во-первых, на трансформаторе полностью отсутствует режим сброса настроек на заводские параметры! Адрес и параметры связи задаются или через программку-конфигуратор, или пишутся напрямую в регистры Modbus БЕЗ проверки на корректность. Если ты записал что-то не так — трансформатору пиздец. Вот такой:

Цифровые трансформаторы тока с Modbus АИСТ ТП05С (вид на разъём и корпус)

Я сделал лишь одно действие: записал в его регистр адреса число 20 (корректный адрес Modbus). После этого трансформатор перестал отвечать на какие-либо запросы ВООБЩЕ. А до этого отвечал по стандартному адресу. Сбросить настройки нечем, программа-конфигуратор трансформатор не видит — и он пошёл на помойку.

Замечу, что второй трансформатор нормально реагировал на запись настроек адреса как через программу-конфигуратор и через Modbus — и не сбоил. Возможно, мне попался брак, но без режима сброса настроек это не проверить.

Нужен режим сброса настроек на заводские. Раз вся начинка трансформатора залита эпоксидкой, то всякие кнопки на корпусе делать не имеет смысла. Можно сделать сброс настроек, если соединить одну из линий RS-485 с +24V питания, например (внутри ставится оптопара, которая не реагирует на уровень напряжения по RS-485 и реагирует на +24V). А можно добавить пятый контакт в разъёме, который надо соединить с GND или +24V.

Также нужен режим проверки данных, которые пишутся в регистры по Modbus. Если значение какое-то не такое, надо вернуть код ошибки ERROR_ILLEGAL_DATA, а не записывать его втихую.

Во-вторых, программа-конфигуратор написана на коленке и работает как дикая дичь.

Программа-конфигуратор для трансформаторов тока с Modbus

• В поле «Адрес» можно ввести число любой длины.
• Галка «Увеличивать адрес» работает только по кнопке «Записать»: она позволяет увеличивать адрес при записи его в несколько трансформаторов тока подряд, а не сделать поиск трансформатора с неизвестным адресом.
• Нет режима поиска трансформатора с неизвестными параметрами связи (автоматического перебора скорости и адресов). На трансформаторе нет режима сброса на заводские настройки, а в конфигураторе нет режима поиска трансформатора с неизвестными настройками. Оцените глубину наших глубин.

В-третьих, разъём для подключения питания и RS-485 расположен слишком близко к краю корпуса. Поэтому если поставить трансформатор вплотную к какой-то модульке в щите (как у меня и было — нужно было впиховать невпихуемое), то разъём упрётся в эту модульку.

Вот так:

Неудобство установки трансформатора АИСТ ТП05С в щит: разъём выпирает слева

Поэтому приходится ставить что-то, что сдвинет трансформатор тока правее. Я поставил фиксатор MTU-S1 от Meyertec.

Неудобство установки трансформатора АИСТ ТП05С в щит: установлен фиксатор, чтобы разъём не выпирал

В-четвёртых, при такой установке трансформатора не видна маркировка его контактов, так как она расположена слева сбоку и закрыта другой модулькой. Наклейку надо продублировать со стороны разъёма. Мне пришлось фоткать обозначения и писать их на разъёме. Могли бы и наклеечку на разъём сделать (как WirenBoard делает).

В-пятых, при таком расположении разъёма к его винтам фиг подлезешь отвёрткой. Вот почему не разместить его сверху, горизонтально? Тогда был бы и доступ к винтам разъёма, и маркировку можно было бы нанести так, чтобы она читалась. Мне пришлось вынимать разъём, всё подключать, а потом вставлять его обратно.

В-шестых, индикаторный светодиод на корпусе. Он работает неочевидно и не так как у других: мигает только при ответе на запрос по Modbus, а в остальное время не горит. И вот подаёшь ты питание на трансформатор — и тишина. То ли питания нет, то ли трансформатор дохлый, то ли ты всё спалил. А потом подключаешь RS-485 и вдруг понимаешь что всё работает. Как с такой хернёй диагностировать работу трансформаторов в промышленных шкафах-то? С тестером лазить в неудобный разъём среди силовых проводов, которые проходят через отверстия в трансформаторе? Совок какой-то!

Нужно сделать наоборот: светодиод должен светиться при наличии питания и моргать при получении запроса по Modbus (если мы получили любой запрос по адресу датчика), а не ответе на него. Тогда будет удобно, и диагностика будет простой и интуитивной: если светодиод не горит — то транс дохлый или на него не приходит питание; если не мигает — то к нему нет запросов.

Мне обидно и горько видеть то, в каком состоянии у нас находится разработка устройств. Одни вместо шины формально пихают провод, зажимая его в алюминиевые клеммы и выдавая паспорт поверки, другие делают такие классные вещи, которые хочется ставить в щиты — и которые работают через жопу.

Итак, подключил я свой один рабочий трансформатор в щите (он расположился прямо рядом с вводными клеммами), и начал его испытывать.

Подключение трансформатора АИСТ ТП05С в щите

Мой щит собран на остатках запасов УЗМки и ВАРа, и поэтому показывает текущий ток прямо на ВАРе (нагружал щит чайником, как в посте про ОВЕНские КМСы).

Измерение тока в щите: контроль текущего значения по вольтметроамперметру ВАР-М01-08

Трансформатор тока корректно опрашивается ПРкой (напоминаю пост про реле ПР200, его третью часть, из которой можно перейти в другие), и выдаёт показания на экран ПРки (пока для теста). Частота измеряется корректно только при наличии тока через трансформатор. Без тока она гуляет от 48 до 52 Hz (ну так трансформатор без тока через него меряет фиг что).

Измерение тока в щите: контроль текущего значения через трансформатор тока ТП05С и реле ПР200 по Modbus

Итак, эти трансформаторы мне ОЧЕНЬ понравились, и я ими доволен! Но работа с ними неудобна и неприятна. На них, образно, надо не дышать: неверный чих — и он сдохнет. А верная и неверная запись по Modbus могут сломать трансформатор так, что не поймёшь: сдох он навсегда, или имеет какие-то непонятные параметры связи, которые не сбросишь на заводские, потому что нечем.

Я хочу, чтобы завод прочитал этот пост и доработал свои трансформаторы. Однако и в текущем виде их можно рекомендовать к использованию.

5. Система измерения токов WB-MAPx от WirenBoard.

Измерители напряжений и токов WirenBoard WB-MAPx и измерительные трансформаторы для них

А теперь идёт к моему горячо и пламенно любимому WirenBoard (за датчики WB-MSW и их ранее кривую карту регистров), потому что они выпустили модули для измерения напряжений и токов WB-MAPx (я видел их на выставке «Электро-2022»), про которые я хочу рассказать, так как уже работал с их монтажом на одном проекте, про который расскажу в другом посте.

Так как у меня была идея сборного поста про разные датчики и трансформаторы тока, то я попросил WirenBoard накинуть мне образцов в общую посылку (мы меняли датчики WB-MSW v3 для Mail.Ru на новые). Ребята согласились и отгрузили мне кое-какие образцы, включая и LED-диммер, про который я позже тоже напишу (как сделаю на нём хоть один проект).

Кошочка заинтересовалась кучей коробочек. Правда, некоторые говорят что она тут смотрит с укором в виде «Ну и чё за херню от WirenBoard ты принёс тут на этот раз?»

Кошочка заинтересовалась коробочками

Вообще, я понял что все любят кошочек! =) Стоит запостить — и будет куча лайков и реакций! В ОВЕНе мою кошочку вообще запостили во внутренний чат со словами «Зацените, какая кошечка у Электрошамана», ахахаха =)) Следующий проект про неё — это бесконтактный датчик на отражение луча (надо найти, выбрать и написать пост), чтобы ей вода в ванной автоматически включалась, когда она к крану подлазит и сидит там и ждёт воды.

А мы возвращаемся к измерителям WirenBoard WB-MAPx. Вот тезисы по ним:

• Меряют напряжение в диапазоне 90 — 510 вольт.
• Питаются от отдельного напряжения +24V или входа измерения напряжения (универсальное питание).
• RS-485 с развязкой через DC/DC-преобразователь.
• Меряют токи и напряжения в таких комбинациях:
  • WB-MAP3E — 3U, 3I (трёхфазный, 3 DIN-модуля)
  • WB-MAP6S — 1U, 6I (однофазный, 3 DIN-модуля)
  • WB-MAP12E — 3U, 4 x 3I (трёхфазный на 4 канала, 6 DIN-модулей)
• Можно использовать как трёхфазные измерители (с вычислением трёхфазных параметров сети), а можно использовать просто как многоканальные измерители тока.
• Могут работать как счётчики электроэнергии, так как построены на базе микросхемы Atmel M90E36A, которая для счётчиков и используется.
• Для измерения используются нестандартные разъёмные трансформаторы тока с разными диапазонами. В пределах одного модуля можно использовать разные трансформаторы тока для разных каналов измерения. Трансформаторы нужно устанавливать на провода в щите.
• Могут работать со стандартными трансформаторами тока с выходом 5А, но через извращения: вторичную обмотку такого трансформатора тока надо пропустить через измерительный трансформатор для этих модулей номиналом 5А/25 мА (KCT-6) и пересчитать коэффициент трансформации при обработке данных. Максимальный ток, который измеряет сам модуль — 60 мА.

Из минусов отмечу то, что индикаторные светодиоды работы каналов тока расположены у модулей на плате и окажутся под пластроном, и то, что КАЖДЫЙ трансформатор тока содержит уникальный поправочный коэффициент, который надо вносить в настройки канала измерительного модуля, что усложняет замену трансформаторов тока и настройку.

Также минусом является большое количество проводов: ведь от каждого трансформатора тока пойдёт свой провод до клеммников модуля. В этом плане моя любимая система измерения токов ABB CMS с его четырёхпроводным шлейфом на 32 датчика гораздо удобнее.

Снизу измерительных модулей находится стандартный разъёмный клеммник для модулей WirenBoard, который позволяет подключить питание и сигналы RS-485. Там же находятся и индикаторные светодиоды наличия токов в измерительных каналах. Это странно: зачем так сделали? Вынесли бы всё на переднюю панель модуля, а то опять там есть только красочные значки, а информации — нет.

Измерители напряжений и токов WirenBoard WB-MAPx: вид на клеммы (питание, RS-485, измерение токов) и индикаторные светодиоды снизу

Также снизу находится первая половина разъёмных клеммников для подключения проводов от измерительных трансформаторов.

Сверху модулей находятся разъёмные клеммники для подключения измеряемого ввода (однофазного или трёхфазного) и вторая половина разъёмных клеммников для измерительных трансформаторов.

Измерители напряжений и токов WirenBoard WB-MAPx: вид на клеммы сверху (измерение напряжения и токов)

Обратите внимание, что полярность подключаемых трансформаторов тока сверху и снизу РАЗНАЯ! Снизу она «плюс» — «минус», а сверху наоборот: «минус» — «плюс». Видимо, это сделано для того, чтобы разъёмный клеммник можно было вставлять и вверх и вниз, и при этом подключение трансформаторов тока было правильным.

В клеммах измеряемого ввода есть контакт PE, который надо обязательно подключать, так как он соединяется с медным регионом на печатной плате, который позволяет сократить помехи в силовой части модуля.

Для тех, кто хочет использовать измерительные модули в просторных силовых шкафах, есть вот такие вот сборки из трёх трансформаторов тока и разъёмного клеммника (WB-CT309, ссылка на сайт WirenBoard), который вставляется вместо штатного. А сами сборки соединяются между собой разъёмами RJ-12 6p6c (фотографии взяты из инета).

Готовые имерительные модули для трёх фаз и силовых щитов с монтажной панелью (фото из инета)

Вот так это выглядит при монтаже (фотка из инета). По мне — убогенько.

Готовые имерительные модули для трёх фаз и силовых щитов с монтажной панелью (пример использования, фото из инета)

Давайте заглянем внутрь и посмотрим на печатные платы измерительных модулей.

Вид на печатные платы измерителей токов WirenBoard WB-MAPx

Вот, кстати, и ответ на то, почему индикаторные светодиоды находятся на нижней плате: потому что модули как раз и собраны на одной плате, и WirenBoard не стали делать отдельную плату для индикации. ИМХО всё равно это плохо: лучше бы индикация была сверху модулей и видна над пластроном.

Каждый измерительный канал модуля на три тока собран на микросхеме Atmel M90E36A, которая представляет собой счётчик электроэнергии. Основной процессор модуля — аналог STM32 от GigaDevice.

Микросхемы Atmel M90E36A (цифровые счётчики электроэнергии), на базе которых построены измерительные каналы модулей WB-MAPx

Сзади всей силовой части печатной платы сделан полигон из меди, который как раз и подключается к PE ввода сети и должен экранировать все помехи для измерительной части. Справа снизу есть полигон для слаботочной части, который подключен к GND низковольтного питания модуля.

Вид на печатную плату измерителя токов WirenBoard WB-MAP6S с задней стороны (виден большой полигон для PE и полигон для GND)

Модуль с трёхфазным вводом и на 4 трёхфазных канала измерений выполнен так же, кроме того что у него блок питания низковольтной части сделан на отдельной плате.

Вид на печатную плату измерителя токов WirenBoard WB-MAP12E

Измерения сделаны на тех же микросхемах, только их тут больше — по числу трёхфазных каналов.

Вид на печатную плату измерителя токов WirenBoard WB-MAP12E (те же микросхемы Atmel M90E36A для каждого из каналов)

Блок питания используется тут для питания низковольтной части модуля с развязкой для RS-485. Он огромный, потому что рассчитан на питание от трёхфазного ввода сети (от любой из фаз).

Вид на печатную плату измерителя токов WirenBoard WB-MAP12E (блок питания для электроники модуля)

Структура платы здесь такая же, как и в однофазном модуле: везде есть полигоны, а около трёхфазного ввода сделана фрезеровка для того, чтобы не возникло межфазного замыкания.

Вид на печатную плату измерителя токов WirenBoard WB-MAP12E снизу (виден большой полигон для PE и полигон для GND, а так же фрезеровка для разных фаз ввода)

Теперь давайте посмотрим на сами трансформаторы тока KCT-xx, которыми предлагается мерить ток при помощи этих модулей. Они выпускаются на разные номиналы токов: 20А, 75 (80)А, 120А и другие. Чем больше номинал тока трансформаторов, тем больше их размеры.

Измерительные трансформаторы KCT на разные диапазоны токов

Поставляются эти трансформаторы тока в коробках по несколько штук в зависимости от номинала.

Измерительные трансформаторы KCT на разные диапазоны токов (упаковка в коробки)

Из каждого трансформатора выходит плоский провод длиной 3 метра, которого по расчётам хватит на большой силовой щит. На корпусе в виде отливок нанесены стрелка для направления тока и полярность подключения трансформатора.

Измерительные трансформаторы KCT на разные диапазоны токов (указание на протекание тока и полярность)

На самом деле это китайские трансформаторы тока! И если начать искать на AliExpress фразу «разъёмный трансформатор тока», то вы как раз наткнётесь на них (я наткнулся). Это не плохо и не хорошо, но надо понимать то, что у этих трансформаторов нестандартный выход в миллиамперах (а я искал малогабаритные разъёмные трансформаторы тока с выходом на стандартные 5А).

Трансформаторы сделаны на ферритовом сердечнике, края которого отполированы и для корректной работы трансформатора должны плотно прилегать друг к другу. Чтобы можно было снять мельчайшие пылинки и соринки, которые могут примагнититься к краям сердечника, в комплекте к измерительному модулю прилагаются наклейки.

Наклейки для удаления пыли с феррита трансформаторов тока KCT

По задумке соринки и пыль должны приклеиться к наклейке и отмагнититься от сердечника. Если наклейка утеряна — можно использовать и обычный скотч.

А теперь — самое важное. На каждом трансформаторе тока есть уникальные коэффициенты: K — коэффициент трансформации, Δº — фазовый сдвиг. Эти значения надо внести в ModBus-регистры измерительных модулей, чтобы они верно измеряли токи.

Калибровочные коэффициенты на трансформаторах тока KCT (для каждого трансформатора - свой)

Тут у меня есть замечание: на некоторых трансформаторах наклейки держатся плохо и могут отвалиться. Их надо печатать не на бумаге, а на гибком пластике (обычные полипропиленовые наклейки для маркировки).

На шестигранном трансформаторе тока наклейка плохо держится

А теперь — грустное. Потому что задумка хорошая, а реализация — не совсем годная. В общем, если собирать щит с расстоянием между DIN-рейками в 125 мм (например, серия ABB ComfortLine CA/U или ABB AT/U) — то трансформаторы не встанут на провода от модульки.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: трансформатор не влезает между DIN-рейками с расстоянием 125 мм

Мы с заказчиком собирали такой щит в прошлом году (вот ссылка на пост), и сильно нагорели с этим монтажом.

Пришлось мне прятать трансформаторы тока за проводами щита сзади. В общем, установить на неизвлекаемость.

Я промаркировал каждый из них, чтобы не ошибиться при подключении.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: маркировка трансформаторов по номеру автомата в щите

А потом стал устанавливать их сзади рамы щита.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: расположил их снизу щита

Получилась вот такая вот жесть. Мне не нравится, и опять обидно: задумка хорошая, «но есть нюанс» ©.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: трансформаторы надеты на провода снизу щита

Кое-где мне повезло, и удалось разместить часть трансформаторов снаружи щита.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: трансформаторы уложены среди проводов щита сверху

И только в одном месте щита они встали так, как было задумано. В этом месте щита не было шинок-гребёнок, и поэтому хватило места для установки этих трансформаторов.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: трансформаторы висят на проводах щита

Подключение трансформаторов к модулям получилось очень плотным.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: цепи трансформаторов подключены к измерителям WB-MAPx

Модули запустились, показали наличие питания, а настраивать их будет сам заказчик.

Установка трансформаторов тока WB KCT в щит: провода подключены к модулям WB-MAPx

Если подвести итоги — то данные модули могут со значительными ограничениями заменить систему ABB CMS, но для них нужно много свободного места в щите и куча настроек. Да и сами модули займут много места: у ABB CMS один измерительный модуль шириной в 8 DIN-модулей может обслуживать 32 х 3 = 96 датчиков номиналами до 80А, а тут на 12 датчиков тока тратится 6 модулей в щите. А вы все удивляетесь, почему я уже в один шкаф метр на два не укладываюсь ;)

Проекту исполнилось 15 лет! Поддержать проект материально, проспонсировать проекты Автора или сделать ему подарок можно на этой странице: "Донаты и Спонсорство, Список Желаний".