Трансформаторы тока-все что необходимо знать

Классификация и принцип работы трансформатора тока

 

Трансформаторы тока классифицируются:

  • по числу коэффициентов трансформации: с одним коэффици­ентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансфор­мации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки, или обеих обмоток, или применением не­скольких вторичных обмоток с различным числом витков, соот­ветствующим различному номинальному вторичному току.
  • по числу ступеней трансформации: одноступенчатые; кас­кадные (многоступенчатые), т. е. с несколькими ступенями транс­формации тока.
  • по выполнению первичной обмотки: одновитковые; многовит-ковые.

Одновитковые трансформатоьры тока имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с собственной первичной обмоткой. Одновитковые трансформаторы тока, не имеющие собственной первичной обмотки, выполняются встроенными, шинными или разъемными.

Встроенный трансформатор тока (см.рис.) представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной обмоткой. Он не имеет собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной и вто­ричной обмотками. Их роль выполняет изоляция проходного изо­лятора.

Трансформаторы тока-классификация

 Рис.1   Схема трансформатора тока

собственная первичная обмотка ТТ;—токоведущнй стержень проходного изолятора (шнна)

В шинном трансформаторе тока / роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин распределительного устрой­ства, пропускаемые при монтаже сквозь полость проходного изоля­тора. Последний изолирует такую первичную обмотку от вто­ричной.

Разъемный трансформатор тока 2 тоже не имеет собственной первичной обмотки. Его магнитопровод состоит из двух частей, стягиваемых болтами. Он может размыкаться и смыкаться вокруг проводника с током, являющимся первичной обмоткой этого ТТ. Изоляция между первичной и вторичной обмотками наложена на магнитопровод со вторичной обмоткой.

Одновитковые ТТ, имеющие собственную первичную обмотку, выполняются со стержневой первичной обмоткой или с U-образ-ной.

Трансформатор тока 3 имеет первичную обмотку в виде стержня круглого или прямоугольного сечения, закрепленного в проход­ном изоляторе.

Трансформатор тока 4 имеет U-образную первичную обмотку, выполненную таким образом, что на нее наложена почти вся внутренняя изоляция ТТ.

Многовитковые трансформаторы тока (рис. 1-1) изготовляются с катушечной первичной обмоткой, надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой 5, состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмот­кой 6, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первич­ной и вторичной обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи; с рымовидной первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансфор­матора тока нанесена в основном только на первичную обмотку, имеющую форму рыма.

 

Основными параметрами и характеристиками трансформатора тока в соответствии с ГОСТ 7746—78 «Трансформаторы тока. Общие технические требования» являются:

1. Номинальное напряжение — действующее значение ли­нейного напряжения, при котором предназначен работать трансформатор тока, указываемое в паспортной таблице трансформатора тока. Для отечественных трансформаторов тока принята следующая шкала номинальных на­пряжений, кВ:

0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150

2. Номинальный первичный ток I1н — указываемый в паспортной таблице трансформатора тока — ток, проходящий по первичной обмотке, при

котором предусмотрена продолжительная работа трансформатора тока. Для оте­чественных трансформаторов тока принята следующая шкала номинальных первичных токов, А:

1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000- 8000; 10 000; 12 000; 14 000; 16 000; 18 000; 20 000; 25 000; 28 000 ; 32 000, 35 000; 40 000.

В трансформаторах тока, предназначенных для комплектова­ния турбо- и гидрогенераторов, значения номинального тока свыше 10 000 А могут отличаться от приведенных в данной шкале зна­чений.

Трансформаторы тока, рассчитанные на номинальный первич­ный ток 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 и 6000 А, должны допускать неограниченно длительное время наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно 16; 32; 80; 160; 320, 630; 800; 1250; 1600; 3200 и 6300 А. В остальных случаях наибольший первичный ток равен номинальному первичному току.

3. Номинальный вторичный ток I2н — указываемый в пас­портной таблице трансформаторов тока  ток, проходящий по вторичной обмотке. Номинальный вторичный ток принимается равным 1 или 5 А, причем ток 1 А допускается только для трансформаторов тока с номинальным пер­вичным током до 4000 А. По согласованию с заказчиком допу­скается изготовление трансформатора тока с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А.

4. Вторичная нагрузка трансформатора тока z2н соответствует полному сопро­тивлению его внешней вторичной цепи, выраженному в омах, с указанием коэффициента мощности. Вторичная нагрузка может также характеризоваться полной мощностью в вольт-амперах, потребляемой ею при данном коэффициенте мощности и номиналь­ном вторичном токе. ,

Вторичная нагрузка с коэффициентом мощности cos ср2 = 0,8, при которой гарантируется установленный класс точности трансформатора тока или предельная кратность первичного тока относительно его но­минального значения, называется номинальной вто­ричной    нагрузкой  трансформатора тока  z2н.ном

Для отечественных трансформаторов тока установлены следую­щие значения номинальной вторичной нагрузки S2н .ном, выра­женной в вольт-амперах, при коэффициенте мощности cos р2 = 0,8:

1; 2; 2,5; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 90; 100; 120.

Соответствующие значения номинальной вторичной нагрузки (в омах) определяются выражением

Z2н. ном = S2н. ном/I2н^2

5. Коэффициент трансформации трансформатора тока  равен отношению первич­ного тока ко вторичному току.

В расчетах трансформаторов тока применяются две величины: действительный коэффициент трансформации n и номинальный коэффициент трансформации nн. Под действительным коэффици­ентом трансформации n понимается отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Под номиналь­ным коэффициентом трансформации nн понимается отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.

6. Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

 

Ток электродинамической стойкости Iд равен наибольшей амп­литуде тока короткого замыкания за все время его протекания, которую трансформатор тока выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Ток Iд характеризует способность трансформатора тока противостоять механическим (электродинамическим) воздей­ствиям тока короткого замыкания. Электродинамическая стой­кость может характеризоваться также кратностью Kд, представля­ющей собой отношение тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального первичного тока. Требования электро­динамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные трансформаторы тока.

Ток термической стойкости Itт равен наибольшему действую­щему значению тока короткого замыкания за промежуток , которое трансформатор тока выдерживает в течение всего промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допу­стимые при токах короткого замыкания   и без повре­ждений, препятствующих его дальнейшей работе.

 

Принципиальная схема одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схема замещения приведены на рис. 2. Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока,

Рис. 2

Принципиальная схема трансформатора тока

 

участвующими в преобразо­вании тока, являются пер­вичная 1 и вторичная 2 об­мотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в рас­сечку токопровода высокого напряжения 4), т. е. обтекается током линии I1. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При ра­боте трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Первичную обмотку совместно с цепью высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получаю­щую измерительную информацию от вторичной обмотки трансфор­матора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной об­моткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичного тока.

Из принципиальной схемы трансформатора видно, что между первичной и вторичной обмотками не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напря­жение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоеди­нение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, при­ложенного к первичной обмотке, на обслуживающий персонал. Так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.

На рис. 2 изображены только те элементы трансформатора тока, которые участвуют в преобразовании тока. Конечно, трансформатор тока  имеет много других элементов, обеспечивающих требуемый уро­вень изоляции, защиту от атмосферных воздействий, надлежащие монтажные и эксплуатационные характеристики. Однако они не принимают участия в преобразовании тока и будут рассмат­риваться ниже в соответствующих главах.

Перейдем к рассмотрению принципов действия трансформатора тока. По первичной обмотке 1 трансформатора тока про­ходит ток I1  называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается перемен­ный магнитный поток Ф1, изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Магнитный поток Ф1 охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф1 при своем изменении индуцирует в ней элект­родвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некото­рую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе «вторичная обмотка — вторичная цепь» под действием индуцируемой э. д. с. будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное на­правлению первичного тока I1. Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф2, который направлен встречно магнитному потоку Ф1. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться. В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Ф2 в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф0 = Ф1 — Ф2, составляющий несколько процентов магнитного по­тока Ф1. Поток Ф0 и является тем передаточным звеном, посред­ством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

 

Результирующий магнитный поток Ф0, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-э. д. с. Ех, а во вторичной обмотке — э. д. с. Ей. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если прене­бречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же э. д. с. Под воздействием э. д. с. Е2 во вторичной обмотке протекает ток I2, называемый вторичным током.  Если обозначить число витков первичной обмотки через W1, а вторичной обмотки — через W2, то при протекании по ним соот­ветственно токов I1 и I2 в первичной обмотке создается магнито­движущая сила F1 = I1*W1, называемая первичной маг­нитодвижущей силой (м. д. с), а во вторичной обмотке — магнитодвижущая сила F2 = I2*W2, называемая вто­ричной м. д. с. Магнитодвижущая сила измеряется в ам­перах. При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F1 и F2 должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется и де а л ь-н ы м. Для идеального трансформатора тока справедливо следую­щее векторное равенство:

 

F1=-F2 или  I1W1=I2W2 из этого равенства следует ,что I1/I2=W2/W1=n  т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному I1/I2  или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки W2/W1 называется коэффициентом трансформа­ции  п идеального трансформатора тока. Учитывая  это равенство , можно написать I1=I2*W2/W1=I2*n   т. е. первичный ток I1 равен вторичному току I2, умноженному на коэффициент трансформации трансформатора тока n.

В реальных трансформаторах тока  преобразование тока сопровождается потерями энергии, расходуемой на создание магнитного потока в магнито-проводе, на нагрев и перемагничивание магнитопровода, а также на нагрев проводов вторичной обмотки и вторичной цепи. Эти потери энергии нарушают установленные выше равенства для абсолютных значений м. д. с. F1 и F2. В реальном трансформа­торе первичная м. д. с. должна обеспечить создание необходимой вторичной м. д. с, а также дополнительной м. д. с, расходуе­мой на намагничивание магнитопровода и покрытие других по­терь энергии. Следовательно, для реального трансформатора урав­нение будет иметь следующий вид:

 

где — полная м. д. с. намагничивания, затрачиваемая на про­ведение магнитного потока Фо по магнитопроводу, на нагрев и перемагничивание его.

В соответствии с этим равенство   примет вид

 i1*W1=i2*W2+i0*W1

где   i0 — ток  намагничивания,  создающий  в магнитопроводе магнитный поток Ф0 и являющийся частью первичного тока 11ш Разделив все члены уравнения  на W1, получим  i1=i2*W2/W1+i0  При первичном токе, не превышающем номинальный ток трансформатора тока, ток намагничивания обычно составляет не более 1—3 % первич­ного тока и им можно пренебречь. В  этом случае I1=I2*n
Таким образом, вторичный ток трансформатора пропорциона­лен первичному току.  Для понижения измеряемого тока необходимо чтобы число витков вторичной обмотки было больше числа витков первичной обмотки.

Реальный транс­форматор тока несколько искажает результаты измерений, т. е. имеет погрешности.Иногда пользуются так называемым приведением тока к пер­вичной или вторичной обмотке I0’=I0/n.

Часть приведенного первичного тока идет на намагничивание магнитопровода, а остальная часть трансформируется во вторичную цепь, т. е. первичный ток   как бы разветвляется по двум параллельным цепям: по цепи нагрузки и цепи намагничивания. Этому соответ­ствует схема замещения, приведенная на рис. 2, где в цепь ветви намагничивания zо от тока I’1 ответвляется ток I’о. Остальная часть тока I’1 проходит по вторичной цепи, представляя собой вторичный ток I2. Сопротивление первичной обмотки трансформатора тока на схеме замещения не показано, так как оно не оказывает влияния на работу трансформатора.

Заказать трансформатор тока

К списку статей

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню