Первичные измерительные преобразователи тока.

К измерительным органам воздействующая величина — ток — обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного тока получить стандартное значение вторичного тока. Наиболее распространенными первичными преобразователями тока являются измерительные трансформаторы тока ТА. В системах электроснабжения применяют также измерительные преобразователи тока, названные магнитными трансформаторами тока (МТТ). На их основе разработаны так называемые дискретные трансформаторы тока (ДТТ).

Измерительные трансформаторы тока имеют стандартный номинальный вторичный ток I_2ном= 1; 5 А при любых значениях номинального первичного тока I_1ном; допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током I_2ном = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока используют и в сетях напряжением до 1 кВ.

Для правильного действия особенно релейной защиты требуется точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах к. з., которые во много раз могут превышать их номинальные первичные токи, особенно в сетях напряжением до 1 кВ. Правильная работа быстродействующих устройств защиты и автоматики должна обеспечиться при переходных процессах в трансформаторах тока. Особенностью измерительных трансформаторов тока является режим короткого замыкания (близкий к короткому замыканию) его вторичной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТА с числом витков ω₁ включается в цепь первичного тока I₁ сети, а ко вторичной обмотке с числом витков ω₂ подключаются цепи тока измерительных органов, например измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением (рис. 6.1, а). Начала и концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах. Выводы первичной обмотки Л₁ и Л₂ маркируются произвольно, а выводы вторичной обмотки И₁ и И₂— с учетом принятого обозначения выводов первичной обмотки. При этом за начало вторичной обмотки И₁ принимается вывод, из которого мгновенный ток i₂ направляется в цепь нагрузки, когда в первичной обмотке ток i₁ направлен от начала Л₁ к концу Л₂. При такой маркировке мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направление, что и при включении непосредственно в защищаемую цепь (без трансформатора).

На рис. 6.1, а показаны направления токов i₁, i₂ для некоторого момента времени и принятой намотки витков. Направление магнитного потока Ф_i при заданном направлении тока i₁ определяется по правилу буравчика. Ток i₂ всегда направлен так, что размагничивает магнитопровод. При этом результирующий магнитный поток Ф, согласно закону полного тока, создается совместным действием магнитодвижущих сил (МДС) i₁ω₁ и i₂ω₂ обеих обмоток.

Рис. 6.1. Измерительный трансформатор тока и векторные диаграммы токов.

Соотношение синусоидальных токов (напряжений, потоков и др.) изображается обычно векторной диаграммой. Векторная диаграмма может быть изображена и имеет определенный смысл только при условии, что для каждой из величин выбрано условное положительное направление. Так, из диаграммы (рис. 6.1, б) следует, что ток I₂ отстает по фазе от тока I₁’ на угол ψ. Это означает, что ток i₂ достигает, например, положительного максимального мгновенного значения позже, чем ток i₁, на время t=ψ/ω. Однако указанный момент времени становится неопределенным, если неизвестно, какое из двух возможных направлений тока I₂ считается положительным. Если для одного положительного направления ток I₂ отстает по фазе от тока I₁’ на угол ψ, для другого (противоположного) направления тока I₂ (при неизменном положительном направлении тока I₁’) угол сдвига фаз равен ψ+π (на рис. 6.1, б показано пунктиром). Поэтому при построении векторной диаграммы первичного и вторичного токов трансформатора тока ТА необходимо задаться их условными положительными направлениями. Если для первичного тока I₁ принять положительное направление от начала к концу обмотки, а для вторичного I₂ — от конца к началу обмотки, как показано стрелками на рис. 6.1, а, то векторы МДС первичной и вторичной обмоток оказываются направленными противоположно. При этом, согласно закону полного тока,

I₁ω₁ - I₂ω₂=F_нам (6.1)

Результирующая МДС F_нам создается частью тока I₁, которая называется током намагничивания I_нам, т. е. F_нам=I_намω.

В идеальном трансформаторе результирующая МДС F_нам=0. При этом

I₁ω₁ - I₂ω₂=0. (6.2)

I₂ = I₁ω₁/ω₂=I₁. (6.3)

Токи I₂ и I₁’равны и совпадают по фазе. На векторной диаграмме их изображают одним вектором (рис. 6.1, в). Если положительное направление токов I₁ и I₂ принято от начала обмоток к их концам, то МДС обеих обмоток направлены одинаково, а токи I₂ и I₁’

Рис. 6.2. Схемы замещения трансформатора тока, его векторная диаграмма и зависимость вторичного тока от кратности первичного тока

изображаются векторами, сдвинутыми по фазе на угол π (рис. 6.1, г). В дальнейшем при построении векторных диаграмм условное положительное направление тока I₁ принимается от начала к концу обмотки, а тока I₂ — от конца к началу (см. рис. 6.1, а, в). Для реального трансформатора и принятых условных положительных направлениях токов I₁ω₁ - I₂ω₂= I_намω₁ , откуда I₁ω₁/ω₂= I₂ + I_намω₁ /ω₂ или

I₁'=I₂+ I_нам'. (6.4)