Библиотека

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).

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 I_1n 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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.