ElectroContacts | Библиотека

Login

Registration

Site statistics

Companies
262
 online 0
People 12
 online 0
News 532
Press releases 16
Products 1404
Ads 1018
companies 941
private 77
Articles 36
Prices 67
Vacancies 0
CVs 0

Библиотека

СОДЕРЖАНИЕ

Трансформаторы тока

Трансформатор тока (ТТ) - это измерительный трансформатор, в котором вторичный ток при нормальных условиях применения является примерно пропорциональным первичному току и отличается по фазе от него на угол, который при правильном присоединении примерно равен нулю. ТТ применяются преимущественно в распределительных устройствах низкого, среднего и высокого напряжения и предназначены для передачи информационных сигналов измерительным устройствам, счетчикам, а также устройствам защиты и управления, поэтому они обычно имеют несколько вторичных обмоток. Первичные обмотки ТТ включаются в рассечки линейных проводников. Некоторые конструкции этих трансформаторов позволяют устанавливать их, не разрывая линейные цепи.

В наиболее распространенном исполнении ТТ представляет собой однослойную обмотку на тороидальном магнитопроводе, свитым из тонкой ленты, изготовленной из высококачественной электротехнической стали (рис. 1).

Принцип действия трансформатора тока
Рис. 1. К пояснению принципа действия ТТ.

Обмотка на тороидальном магнитопроводе является вторичной обмоткой, а первичной обмоткой может быть шина, пропущенная сквозь отверстие тороида, или несколько витков, намотанных на тороиде. Если через первичную обмотку пропустить переменный ток i1, то он создаст переменный магнитный поток в магнитопроводе, который наведет ЭДС во вторичной обмотке. Подключение вторичной обмотки к амперметрe приведет к ее закорачивани., поскольку внутреннее сопротивление амперметра близкj к нулю. При этом в обмотке будет течь ток i2, примерно пропорциональный току i1:

где w1, w2 - соответственно количество витков первичной и вторичной обмоток; k - теоретический (идеальный) коэффициент трансформации. Это выражение применяется как к мгновенным, так и к среднеквадратическим значениям токов. Значение вторичного тока устанавливается, как правило, равным 5 или 1 А.

ТТ характеризуются следующими величинами, в соответствии со стандартом IЕС60044-1 (учитываются также элементы, связанные с типом схемы монтажа, с характеристиками местоположения оборудования, например с температурой и др., с частотой сети и т.д.).

Установленный уровень изоляции трансформатора тока ТТ - это наибольшее напряжение, которое выдерживает первичная цепь ТТ. Напомним, что первичная цепь подключается к высокому напряжению, а вторичная цепь, как правило, одним из выводов подсоединяется к земле.

Как для любого электротехнического оборудования устанавливаются также следующие параметры:
- максимальное одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты;
- максимальное импульсное испытательное напряжение.
Пример: при номинальном напряжении 24 кВ трансформатор тока должен выдерживать в течение 1 минуты при частоте 50 Гц напряжение 50 кВ и импульсное напряжение 125 кВ.

Класс точности - это обобщенная характеристика ТТ, которая определяет установленные стандартом IЕС60044-1 пределы токовой и угловой погрешностей при определенных условиях работы трансформатора. Класс точности обозначается числом, равным предельной токовой погрешности (в процентах) при токе I1n в первичной цепи.
Предельный коэффициент точности (FLP) - это соотношение номинального предельного тока и установленного значения тока.
Для класса Р: 5Р10 означает погрешность 5% при 10In, а 10Р15 составляет погрешность 10% при 15In, где: 5Р и 10Р – нормализованные классы точности трансформаторов тока для защиты; 5In, 10In, 15In, 20In – нормализованные значения предельного номинального тока.
Класс PR определяется коэффициентом остаточной намагниченности, отношением остаточного потока к потоку насыщения, и это значение должно быть меньше 10%. 5РR и 10РR – нормализованные классы точности трансформаторов тока для защиты.
Класс РХ соответствует другому методу определения характеристик трансформатора тока - по "напряжению точки перегиба", сопротивлению вторичной цепи, намагничивающему току (рис. 2).

Номинальная мощность - полная мощность в ВА, подаваемая ТТ во вторичную цепь при гарантированной точности определения вторичного тока. Мощность потребляется всеми подключенными приборами, а также соединительными проводами. Если нагрузка ТТ меньше номинальной, то фактическая точность трансформатора будет больше установленной точности, и, соответственно, перегруженный ТТ теряет в точности.

Кратковременный допустимый ток, выраженный действующим значением в кА, максимальный допустимый ток (Ith) за 1 секунду (при короткозамкнутой вторичной цепи) представляет термическую устойчивость ТТ к токам перегрузки. ТТ должен выдерживать ток короткого замыкания в течение времени, необходимого для устранения повреждения. Если время устранения повреждения больше или меньше 1 с, ток, который выдерживает ТТ, рассчитывается по формуле:

Электродинамическая устойчивость, выраженная пиковым значением в кА, составляет не менее 2,5Ith. Нормализованные значения определяемого первичного тока (в А) следующие: 10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 и их кратные или десятые доли.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТТ В РЕЖИМЕ НАСЫЩЕНИЯ
При подаче на ТТ первичного тока большой силы происходит насыщение трансформатора. Вторичный ток больше не является пропорциональным первичному току. В результате погрешность по току, соответствующая току намагничивания, достигает очень большого значения.

Напряжение точки перегиба (рис. 2)
Эта характеристика соответствует точке кривой намагничивания ТТ, для которого при увеличении на 10% напряжения Е требуется увеличение на 50% тока намагничивания Im.

Эквивалентная схема вторичной цепи и кривая намагничивания
Рис. 2. Эквивалентная схема вторичной цепи ТТ (а) и кривая намагничивания ТТ (б).

Характеристика вторичной цепи ТТ может быть представлена уравнением:
(R ТТ + R цепей + R нагрузки) × FLP × Isn2 = const,
где: Isn – установленный вторичный ток; FLP – предельный коэффициент точности; Isat = FLP × Isn.

ТТ ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ В ФАЗАХ
Для максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени (постоянной): если насыщение не наступает при значении тока, в 1,5 раза превышающем значение уставки, срабатывание защиты обеспечивается независимо от силы тока повреждения (рис. 3а). Для максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени (обратной): насыщение не должно наступать при значении тока, в 1,5 раза превышающем ток, соответствующий наибольшему рабочему значению кривой срабатывания (рис. 3б).

Трансформатор тока для максимальной токовой защиты в фазах
Рис. 3. ТТ для максимальной токовой защиты в фазах.

ТТ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ (РИС. 4)
Обязательные характеристики ТТ устанавливаются для каждого вида применения в соответствии с алгоритмом работы защиты и принципом функционирования защищаемого оборудования; для этого следует ознакомиться с соответствующим техническим руководством по защите.

Трансформатор тока для дифференциальной защиты
Рис. 4. ТТ для дифференциальной защиты.

ТИПЫ ТТ
Хотя принцип действия ТТ не зависит от напряжения сетей, где они применяются, но напряжение сети существенно влияет на требования к изоляции обмоток, а следовательно и на их конструкцию. На рис. 5 изображены некоторые конструкции ТТ для сетей низкого напряжения. Как видим, большинство конструкций этих трансформаторов не предусматривает наличия первичных обмоток, роль которых выполняют шины и кабели.

Внешний вид трансформатора тока для сетей низкого напряжения
Рис. 5. Внешний вид ТТ для сетей низкого напряжения:
а - ТТ с первичной обмоткой в виде шины и первичной изоляцией; б - ТТ без первоначального проводника, но с первичной изоляцией, предназначенный для установки на неизолированную шину; в - ТТ без первоначального проводника и без первичной изоляции, предназначенный для установки на изолированный кабель; г - ТТ с разъемным сердечником, предназначенный для установки на изолированный кабель; д - мобильный ТТ с разъемным сердечником (измерительные клещи).

ТТ для сетей средних и высоких напряжений обычно имеют первичные обмотки с терминалами для присоединения внешних шин или проводников. Фото некоторых ТТ для сетей средних напряжений изображены на рис. 6. Несмотря на существенные различия конструкций трансформаторов для внутренней и наружной установки, их следует отнести к опорным трансформаторам, поскольку они поддерживают проводники первичных цепей.

Трансформаторы тока для сетей средних напряжений
Рис. 6. ТТ для сетей средних напряжений:
а - внутренней установки; б - наружной установки.

ТТ для сетей высоких напряжений - это аппараты наружной установки, которые представляют собой герметичный, заполненный трансформаторным маслом или элегазом металлический бак, внутри которого смонтирован сердечник трансформатора с первичной и вторичной обмотками (рис. 7). Бак установлен на закрепленном на металлической основе проходном изоляторе, через который проходят выводы вторичной обмотки. Терминалы первичной обмотки выведены на поверхность бака, а терминалы вторичных обмоток расположены в отдельном боксе, закрепленном на основе трансформатора.

Трансформаторы тока для сетей высокого напряжения
Рис. 7. ТТ для сетей высокого напряжения:
а - внешний вид; б - разрез; в - фрагмент высоковольтной подстанции (ДНЕПРОГЭС) - на переднем плане трехполюсный элегазовый выключатель, за ним - трансформаторы тока.

В некоторых случаях, в частности в коммутационных модулях с элегазовой изоляцией применяют ТТ, смонтированные на проходных изоляторах, а роль первичной обмотки выполняет вводный проводник, проходящий сквозь изолятор.



Статья подготовлена по материалам компании
А также с использованием учебного пособия Клименко Б. В. «Электрические аппараты. Электромеханическая аппаратура коммутации, управления и защиты. Общий курс».