Лекция 6. Трансформаторы тока

Трансформаторы тока (ТТ) служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же для приведения величины тока к уровню удобному для измерения (стандартный номинальный ток вторичной обмотки 1А или 5 А). Устройство и схема включения ТТ показаны на рисунке 6.1. ТТ состоит из стального сердечника С и двух обмоток: первичной (с числом витков w₁) и вторичной (с числом витков w₂). Часто ТТ изготовляются с двумя и более сердечниками. В таких конструкциях первичная обмотка является общей для всех сердечников (рисунок 6.1, б). Первичная обмотка, выполняемая толстым проводом, имеет несколько витков и включается последовательно в цепь того элемента, в котором производится измерение тока, или защита которого осуществляется. К вторичной обмотке, выполняемой проводом меньшего сечения и имеющей большое число витков, подключаются последовательно соединенные реле и приборы. Ток, проходящий по первичной обмотке ТТ, называется первичным и обозначается I₁, а ток во вторичной обмотке называется вторичным и обозначается I₂. Ток I₁ создает в сердечнике ТТ магнитный поток Ф_1, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней вторичный ток I₂, также создающий в сердечнике магнитный поток Ф₂, но направленный противоположно магнитному потоку Ф₁. Результирующий магнитный поток в сердечнике равен разности:

Магнитный поток зависит не только от значения создающего его тока, но и от количества витков обмотки, по которой этот ток проходит. Произведение тока на число витков называется магнитодвижущей силой и выражается в ампервитках (А•вит.). Поэтому, выражение можно заменить выражением:

или ,

где I_о– ток намагничивания, являющийся частью первичного тока, обеспечивает результирующий магнитный поток в сердечнике (в дальнейшем обозначается I_нам);

– число витков первичной и вторичной обмоток.

Разделив все члены выражения на w₂, получим:

Поскольку при значениях первичного тока, близких к номинальному, ток намагничивания не превышает 0,5—3% номинального тока, то в этих условиях можно с некоторым приближением считать I_нам= 0.

Тогда следует: I₁ / I₂ =w₂ /w₁

Отношение витков называется коэффициентом трансформации ТТ.

Согласно действующему стандарту, отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току называется номинальным коэффициентом трансформации. Номинальные коэффициенты трансформации указываются на щитках ТТ, а также на схемах в виде дроби, в числителе которой – номинальный первичный ток, а в знаменателе – номинальный вторичный ток, например: 600/5 или 1000/1. Определение вторичного тока по известному первичному и, наоборот, производится по номинальным коэффициентам трансформации в соответствии с формулами:

Для правильного соединения ТТ между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков, выводы обмоток ТТ обозначаются (маркируются) заводами-изготовителями следующим образом: начало первичной обмотки – Л_1, начало вторичной обмотки – и₁, конец первичной обмотки – Л₂, конец вторичной обмотки – и₂ (см.рисунок 6.2). Процесс трансформации тока хорошо иллюстрируется схемой замещения ТТ, приведенной на рисунке 6.3. На этой схеме Z₁ и Z₂ – сопротивления первичной и вторичной обмоток, a Z_нам – сопротивление ветви намагничивания, которое характеризует указанные выше потери мощности. На рисунке 6.4 приведена упрощенная векторная диаграмма ТТ из которой видно, что вектор вторичного тока I₂ меньше значения первичного тока, деленного на коэффициент трансформации на величину ΔI и сдвинут относительно него на угол δ. Таким образом, соотношение значений первичного и вторичного токов в действительности имеет вид:

Для подключения реле и измерительных приборов вторичные обмотки ТТ соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные схемы приведены на рисунке 6.5. На рисунке 6.5, а дана основная схема соединения в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ; на рисунке 6.5, б – схема соединения в неполную звезду, используемая главным образом для включения защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными нулевыми точками; на рисунке 6.5, в – схема соединения в треугольник, используемая для получения разности фазных токов (например, для включения дифференциальной защиты трансформаторов); на рисунке 6.5, г – схема соединения на разность токов двух фаз. Эта схема используется для включения защиты от междуфазных КЗ, так же как схема на рисунке 6.5, б; на рисунке 6.5, д – схема соединения на сумму токов всех трех фаз (фильтр токов нулевой последовательности), используемая для включения защиты от однофазных КЗ и замыканий на землю.

Рисунок 6.5 - Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока

На рисунке 6.5, е дана схема последовательного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе. При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т. е. на каждом из них уменьшается в 2 раза. Происходит это потому, что ток в цепи, равный , остается неизменным, а напряжение, приходящееся на каждый ТТ, составляет половину общего. Рассмотренная схема применяется при использовании маломощных ТТ (например, встроенных в вводы выключателей и трансформаторов). На рисунке 6.5, ж дана схема параллельного соединения двух ТТ, установленных на одной фазе. Коэффициент трансформации этой схемы в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного ТТ. Схема параллельного соединения используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации. Например, для получения коэффициента трансформации 37,5/5 соединяют параллельно два стандартных ТТ с коэффициентом трансформации 75/5. Нагрузка вторичной обмотки ТТ складывается из последовательно включенных сопротивлений: реле, приборов, жил контрольного кабеля, переходного сопротивления в месте контактных соединении:

,

где Z р ,Zпр ,Zкаб ,Zпер– сопротивления реле, приборов, кабеля переходных контактов соответственно. Для упрощения расчетов производится арифметическое, a не геометрическое сложение полных и активных сопротивлений.

Литература1 осн [143-162], 2 осн [42 -45, 50-57].

Контрольные вопросы:

1. Объясните принцип работы трансформатора тока.

2. Виды погрешностей трансформаторов тока.

3. Что такое угловая погрешность трансформатора тока?