Трансформатор тока: как работает?

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- многовитковые.

Схема подключения трёхфазного электросчётчика через трансформаторы тока.

Одновитковые трансформатоьры тока имеют 2 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 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.

Трансформатор тока ТПЛ-10: 1 - сердечник Р- 2 - сердечник класса 0,5- 3 - литой корпус- 4 - выводы первичной обмотки- 5 - выводы вторичных обмоток- 6 - крепежный уголок- 7 - заземляющий болт- 8 - паспортный щиток- 9 - предупредительная табличка.

Собственная первичная обмотка ТТ - токоведущий стержень проходного изолятора (шина). 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 2-х 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-образной.

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 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:

Электромагнитная схема трансформатора.

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.
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.
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.
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.
Коэффициент трансформации трансформатора тока равен отношению первичного тока ко вторичному. В расчетах трансформаторов тока применяются 2 величины: действительный коэффициент трансформации n и номинальный коэффициент трансформации nн. Под действительным коэффициентом трансформации n понимается отношение действительного первичного тока к действительному вторичному. Под номинальным коэффициентом трансформации nн понимается отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному.
Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

Измерительный трансформатор тока. Схема включения.

Ток электродинамической стойкости Iд равен наибольшей амплитуде тока короткого замыкания за все время его протекания, которую трансформатор 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 Tт, 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.

Элементами, 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.

Видео по теме "Устройство трансформатора тока ТФРМ-750([email protected])1.avi"

Рисунок 1. Схема трансформатора тока.

На рис. 1 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 проходит ток I1 называемый первичным. 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 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.

Видео по теме "Последствия от перегрузки трансформаторов тока (реальный пример)"

Понижающий трансформатор напряжения.

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

Видео по теме "Трансформатор тока- устройство и подключение"

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 магнитопроводе, 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.

Видео по теме "КАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА"

В соответствии с этим равенство примет вид

Видео по теме "Как надо менять трансформаторы тока"

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, 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 2-м параллельным цепям: по цепи нагрузки и цепи намагничивания. Сопротивление первичной обмотки трансформатора тока на схеме замещения не показано, так как оно не оказывает влияния на работу трансформатора.