Измерительные трансформаторы. 
Трансформаторы тока

Трансформаторы тока (ТТ) относятся к классу измерительных аппаратов (или датчиков) и предназначены для преобразования тока первичной сети в ток вторичной сети, имеющие нормированные значения 1 или 5 А [1, 6|. Первичная цепь ТТ при этом постоянно включена в цепь высокого напряжения и изолирована от низковольтной вторичной цепи, находящейся под потенциалом земли. Сигнал с вторичной цепи ТТ, имеющей две обмотки, используется как для подключения к измерительным приборам, так и для систем релейной защиты.

Первичная обмотка ТТ включается в контролируемую цепь тока последовательно, поэтому она должна иметь малое сопротивление, чтобы падение напряжения на ней практически отсутствовало. Вторичная обмотка замыкается на измерительные или другие приборы с малым сопротивлением, поэтому режим работы трансформатора тока считается близким к режиму короткого замыкания.

Основными параметрами ТТ являются:

• номинальный коэффициент трансформации /е_мом — отношение номинального первичного тока ТТ к его вторичному току.

• токовая погрешность — относительная погрешность трансформации — разность между номинальным и действительным коэффициентами трансформации, выраженная в процентах от первичного тока трансформации

• • угловая погрешность ТТ — угол между вектором первичного тока и повернутым на 180° вектором вторичного тока. Если повернутый вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока, то угловая погрешность считается положительной;
• • кратность первичного тока ТТ — отношение действительного первичного тока к его номинальному значению;
• • номинальная вторичная нагрузка Z_2hom — полное сопротивление внешней вторичной цепи ТТ, при котором гарантируется установленный класс точности;
• • номинальная предельная кратность — кратность первичного тока по отношению к номинальному, при котором погрешность не превышает 10% при номинальной вторичной нагрузке Z_2lI0M и номинальном коэффициенте мощности cos (p_2ll0M

Важный параметр ТТ — класс точности определяется по наибольшей допустимой погрешности трансформатора при номинальном первичном токе и выражается в процентах. Установлено шесть классов точности ТТ: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10%.

Трансформатор тока представляет собой две магнитосвязанные обмотки N_{ и iV₂, размещенные на ферромагнитном сердечнике (рис. 9.16, а). В основе работы ТТ лежит закон электромагнитной индукции Ленца, согласно которому при протекании первичного тока 1_Х по обмотке N_x в магнитопроводе появляется переменный магнитный поток Ф_{ той же частоты, что и ток 1_{. Этот поток индуцирует во вторичной обмотке N₂ ЭДС Е₂, которая при замкнутой вторичной цепи создает в ней ток /₂, противоположно направленный току 1_Х.

Рис. 9.16. Принципиальные схемы:

а — трансформатора тока; б — замещения трансформатора Ток /₂, в свою очередь, протекая по вторичной обмотке iV₂, создает в магнитопроводе магнитный поток Ф₂ направленный встречно по отношению к потоку Ф_х. В результате чего в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф₀= Ф_х — Ф₂. При отсутствии потерь на перемагничивание магнитные потоки Ф, и Ф₂ равны по значению и противоположны по фазе, следовательно, Ф₀ = 0, что имеет место в идеальном ТТ. На рис. 9.16, б представлена упрощенная схема замещения ТТ, в которой параметрами первичной цепи пренебрегают ввиду их незначительности, а цепь намагничивания дана в виде реактивной х₀ (активное магнитное сопротивление магнитопровода) и активной г₍₎ (активные потери в магнитопроводе) составляющих. Вторичная цепь представлена сопротивлениями х₂ и г₂ вторичной обмотки ТТ и нагрузки Х₂ и R₂.

Наглядно работу ТТ удобно рассматривать с помощью векторной диаграммы (рис. 9.17). Начинается построение диаграммы с вектора F₂ МДС вторичной обмотки, создаваемой вторичным током /₂ трансформатора.

Рис. 9.17. Векторная диаграмма трансформатора тока.

Ток /₂, протекая по вторичной цепи ТТ, создает падение напряжения на нагрузке и вторичной обмотке.

сумма которых и составляет ЭДС Е₂. ЭДС /;₂ создает поток намагничивания Ф₀ во вторичной обмотке, который опережает ЭДС на 90°. Для его создания требуется иметь намагничивающую МДС Т_0р и /'_0а для покрытия активных потерь в магнитопроводе. Их сумма равна МДС намагничивания F₀. Таким образом, первичная МДС F_t представляет собой сумму вторичной МДС F₂ и МДС намагничивания F₀, величина которого зависит от потерь в магнитопроводе

или.

где 1₀ — ток намагничивания, который протекает по первичной обмотке и создает магнитный поток намагничивания Ф₀.

Для идеального трансформатора 1₀ = 0, тогда I,/V, = I₂N₂ и векторы I, = 1₂ совпадают по фазе. В реальном ТТ имеется угловая погрешность 8 — угол между векторами первичной и вторичной МДС (токов) и токовая погрешность A.I — разность между проекцией вектора первичной МДС на вектор вторичной МДС (или токов).

Используя векторную диаграмму (см. рис. 9.13), можно определить токовую и угловую погрешности ТТ. Если угол а определяет характер вторичной цепи ТТ, а угол |/ — потери в магнитонроводе, то номинальная токовая погрешность ТТ.

или.

а угловая погрешность.

При этом, согласно ГОСТ 7746, принимаем, что условные положительные направления токов в обмотках следующие: ток l_f направлен к началу первичной обмотки, а ток 1₂ — от начала вторичной во внешнюю цепь, а обе обмотки намотаны в одну сторону (см. рис. 9.16, а).

По конструктивному исполнению и применению трансформаторы тока бывают:

• • встроенные — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства;
• • опорные — трансформатор тока, предназначенный для установки на опорной плоскости;
• • проходные — трансформатор тока, предназначенный для использования его в качестве ввода;
• • шинные — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства (шинные трансформаторы тока имеют изоляцию, рассчитанную на наибольшее рабочее напряжение);
• • втулочные — проходной шинный трансформатор тока;
• • разъемные — трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого может размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током.

На рис. 9.18 представлены два типа трансформаторов тока: опорный (а) и шинный (б).

Трансформатор тока ТОГ-110 кВ (рис. 9.18, а) представляет собой конструкцию, в верхней части которой расположен металлический корпус, закрепленный на опорном изоляторе. Изолятор, в свою очередь, закреплен на основании, в котором находится коробка выводов вторичных обмоток.

На металлическом корпусе крепятся первичная обмотка и ее выводы, внутри корпуса размещаются вторичные обмотки. Внутренняя полость корпуса и изолятора заполнена изолирующим газом. Конструкция первичной обмотки позволяет получить различные коэффициенты трансформации при изменении количества витков путем последовательно-параллельного соединения секций первичной обмотки. Вторичные обмотки помещены в электростатические экраны, которые выравнивают внутреннее электрическое поле. Активная часть магнитопровода вторичной измерительной обмотки изготовлена с применением нанокристаллического сплава на основе железа, защитных обмоток — из холоднокатаной анизотропной электрической стали.

Рис. 9.18. Измерительные трансформаторы тока:

а — серии ТОГ-110; б — ТШЛП-10.

Контроль состояния газовой среды (элегаза) производится с помощью сигнализатора плотности, имеющего температурную компенсацию.

В верхней части трансформатора тока расположено защитное устройство, которое соединяет внутренний газовый объем с атмосферой при значительном превышении внутреннего давления (например, при избыточном заполнении газом или внутреннем дуговым перекрытием), ч то делает аппарат взрывобезопасным. В трансформаторе отсутствует внутренняя твердая изоляция, что снижает уровень частичных разрядов до минимума и повышает его надежность.

Элегазовый пожаровзрывобезопасный измерительный трансформатор тока на напряжение 110 кВ типа ТОГ-110 работает на элегазе до нижнего рабочего значения температуры воздуха -60°С. При этом в качестве внешней изоляции используется высокопрочный газоплотный фарфор, рассчитанный на давление до 15 атм. Трансформатор не требует обслуживания во время работы.

Трансформатор тока ТШЛП-10 (см. рис. 9.18, б) предназначен для передачи сигнала измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических цепях переменного тока в комплектных распределительных устройствах на класс напряжения до 10 кВ.

Трансформатор рассчитан на номинальный первичный ток 1000, 1500, 2000, 3000 А, при номинальном вторичном токе 5 А. Номинальная вторичная нагрузка (при costp = 0,8) составляет 30 В • А. Класс точности вторичной обмотки для измерений или защиты равен 0,5/ЮР, 5Р. Исполнение вторичных обмоток для измерений — 0,2, 0,5, 0,5S; для защиты — ЮР.

Трансформатор представляет собой лигой блок, в качестве изоляции которого применяется компаунд, магнитопровод витой ленточный, ТШЛП-10 состоит из измерительного сердечника с обмоткой и защитного сердечника с обмоткой.

Выводы вторичных обмоток ТШЛП-10 обозначены как 1И1 1И2 (для измерения), 2И1 2И2 (для защиты).

Трансформатор устанавливают в шкафах КРУ, КРУН и других распределительных устройствах.