Классификация и принцип работы трансформатора тока

В системе обеспечения электрической энергией трансформаторы выполняют различные функции.

Конструкции классического вида применяются для изменения определенных свойств тока до значений, наиболее подходящих для осуществления измерений. Существуют и другие виды трансформаторов, которые выполняют задачи по корректировке свойств напряжения до значений, подходящих наилучшим образом для последующего распределения и передачи электроэнергии. Трансформаторы тока согласно своему назначению имеют особенности конструкции, и перечень основных и вспомогательных функций.

Назначение

Основной задачей такого трансформатора является преобразование тока.

Он корректирует свойства тока с помощью первичной обмотки, подключенной в цепь по последовательной схеме. Вторичная обмотка измеряет измененный ток. Для такой задачи установлены реле, измерительные приборы, защита, регуляторы.

По сути дела, трансформаторы тока – это измерительные трансформаторы, которые не только измеряют, но и осуществляют учет с помощью приборов.

Запись и сохранение рабочих параметров тока нужно для рационального применения электроэнергии при ее транспортировке. Это одна из функций трансформатора тока. Модели конструкций бывают преобразующего типа и силовые варианты исполнений.

Устройство

Обычно все варианты исполнений трансформаторов подобного вида снабжены магнитопроводами с вторичной обмоткой, которая при эксплуатации нагружена определенными значениями параметров сопротивления.

Выполнение показателей нагрузки важно для дальнейшей точности измерений. Разомкнутая цепь обмотки не способна создавать компенсации потоков в сердечнике. Это дает возможность чрезмерному нагреву магнитопровода, и даже его сгоранию.

С другой стороны, магнитный поток, образуемый первичной обмоткой, имеет отличие в виде повышенных эксплуатационных характеристик, что также приводит к перегреву магнитопровода. Сердечник трансформатора тока изготавливают из нанокристаллических аморфных сплавов. Это вызвано тем, что трансформатор может работать с более широким интервалом эксплуатационных величин, которые зависят от класса точности.

Отличие от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряженияпо условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Виды

Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

Сухие. Тороидальные.

Высоковольтные (масляные, газовые).

У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели.

Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Принцип работы и применение

При эксплуатации в цепях с большим током появляется необходимость использовать небольшие устройства, которые бы помогали контролировать нужные параметры тока бесконтактным методом. Для таких задач широко применяются токовые трансформаторы. Они измеряют ток, а также выполняют много вспомогательных функций.

Такие трансформаторы производятся в значительном количестве и имеют разные формы и модели исполнения. Отличительными параметрами этих устройств является интервал измерения, класс защитыустройства и его конструкция.

В настоящее время новые трансформаторы тока работают по простому методу, который был известен в то время, когда появилось электричество.

При действии с нагрузкой в проводе образуется электромагнитное поле, улавливающееся чувствительным прибором (трансформатором тока). Чем сильнее это поле, тем больший ток проходит в проводе. Нужно только рассчитать коэффициент усиления прибора и передать сигнал в управляющую цепь, либо в цепь контроля.

Трансформаторы выполняют функцию рамки на силовом проводе и реагируют на значение сети питания.

Современные измерительные трансформаторы выполнены из большого числа витков, имеют хороший коэффициент трансформации. Во время настройки устройства определяют вольтамперные свойства для расчета точки перегиба кривой. Это нужно для выяснения участка графика с интервалом устойчивости функции трансформатора, который также имеет свой коэффициент усиления.

Кроме задач измерения, измеритель дает возможность разделить цепи управления и силовые цепи, что является важным с точки зрения безопасности. Применяя современные трансформаторы тока, получают сигнал небольшой мощности, не опасный для человека и удобный в работе.

В качестве нагрузки такого устройства может быть любой прибор измерения, который может работать с ним.

При большом расстоянии оказывает влияние внутреннее сопротивление линии. В этом случае прибор калибруют. Также, сигнал можно передавать в цепь защиты и управления на основе электронных приборов.

С помощью них производят аварийное отключение линий. Приборы производят контроль сети, определяют нужные параметры.

При проектировании встает задача по подбору прибора для измерения и контроля. Трансформаторы выбирают по средним параметрам сети и конструкции прибора измерения. Чаще всего мощные установки комплектуются своими измерительными устройствами.

На современном производстве широко применяются измерительные трансформаторы.

Также они нашли применение и в обыденной жизни. Чувствительные приборы осуществляют защиту дорогостоящего оборудования, создают безопасные условия для человека. Они работают в электроцепях, создавая контроль над эксплуатационными параметрами.

Коэффициент трансформации

Этот коэффициент служит для оценки эффективности функционирования трансформатора.

Его значение по номиналу дается в инструкции к прибору. Коэффициент означает отношение тока в первичной обмотке к току вторичной обмотки. Это значение может сильно меняться от числа секций и витков.

Нужно учитывать, что этот показатель не всегда совпадает с фактической величиной. Есть отклонение, определяемое условиями работы прибора.

Назначение и метод работы определяют значения погрешности. Но этот фактор также не может быть причиной отказа от контроля коэффициента трансформации. Имея значение погрешности, оператор сглаживает ее аппаратурой специального назначения.

Установка

Простые модели трансформаторов, работающие на шинах, устанавливаются очень просто, и не требуют инструмента или техники. Прибор ставится одним мастером при помощи крепежных зажимов. Стационарные модели требуют оборудования фундамента, монтажа несущих стоек.

Каркас крепится сваркой. К этому каркасу монтируется аппаратура. Комплект оснащения зависит назначение устройства и его особенности.

Подключение

Чтобы облегчить процесс соединения проводов с устройством, изготовители маркируют комплектующие детали цифровым и буквенным обозначением. С помощью такой маркировки операторы, которые обслуживают устройство, могут легко сделать соединение элементов.

Способ подключения взаимосвязан с устройством, принципом работы и назначением прибора.

Также оказывает влияние и схема обслуживаемой сети. Трехфазные линии с нейтралью предполагают установку прибора только на двух фазах. Эта особенность вызвана тем, что электрические сети на напряжение 6-35 киловольт не оснащены нулевым проводом.

Контроль

Это мероприятие состоит из разных операций: визуальный осмотр, дается оценка всей конструкции, проверяется маркировка, паспортные данные и т.

д. Далее, осуществляется размагничивание трансформатора с помощью медленного повышения тока на первичной обмотке. Далее, величину тока уменьшают.

Затем готовят главные мероприятия по измерению параметров. Поверка основывается на оценке правильности полярности клемм катушек по нормам, также определяют погрешность с дальнейшей сверкой с паспортными данными.

Безопасность

Основные опасности при функционировании измерительных трансформаторов обусловлены качеством намотки катушек. Необходимо учитывать, что под витками действует основа из металла, которая в открытом виде создает опасность и угрозу для обслуживающего персонала.

Поэтому создается график обслуживания, по которому проводится периодическая проверка устройства. Персонал обязан следить за состоянием обмоток катушек. Перед проведением проверки трансформатор отключается и подключаются шунтирующие закоротки и заземление обмотки.

Похожие темы:

Содержание:

В электротехнике довольно часто возникает необходимость измерения величин с большими значениями.

Для решения этой задачи применяются трансформаторы тока, назначение и принцип действия которых делает возможным проведение любых измерений. С этой целью выполняется последовательное включение первичной обмотки устройства в цепь с переменным током, значение которого необходимо измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам.

Между токами в первичной и вторичной обмотке существует определенная пропорция. Все трансформаторы этого типа отличаются высокой точностью. В их конструкцию входит две и более вторичных обмоток, к которым подключаются защитные устройства, измерительные средства и приборы учета.

Что такое трансформатор тока?

К трансформаторам тока относятся устройства, в которых вторичный ток, применяемый для измерений, находится в пропорциональном соотношении с первичным током, поступающим из электрической сети.

Включение в цепь первичной обмотки осуществляется последовательно с токопроводом. Подключение вторичной обмотки выполняется на какую-либо нагрузку в виде измерительных приборов и различных реле.Между токами обеих обмоток возникает пропорциональная зависимость, соответствующая количеству витков. В трансформаторных устройствах высокого напряжения выполняется изоляция между обмотками из расчета на полное рабочее напряжение.

Как правило производится заземление одного из концов вторичной обмотки, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно одинаковыми.Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут совмещаться.Измерительные трансформаторы передают полученную информацию к подключенным измерительным приборам.Они устанавливаются в цепях с высоким напряжением, в которые невозможно включить напрямую приборы для измерений. Поэтому только во вторичную обмотку трансформатора выполняется подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток ваттметров и прочих приборов учета.

В результате, трансформатор преобразует переменный ток даже очень высокого значения, в переменный ток с показателями, наиболее приемлемыми для использования обычных измерительных приборов.Одновременно обеспечивается изоляция измерительных приборов от цепей с высоким напряжением, повышается электробезопасность обслуживающего персонала.Защитные трансформаторные устройства в первую очередь передают полученную измерительную информацию на устройства управления и защиты. С помощью защитных трансформаторов, переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток с наиболее подходящим значением, обеспечивающим питание устройств релейной защиты. Одновременно выполняется изоляция реле, к которых имеется доступ персонала, от цепей высокого напряжения.

Назначение трансформаторов

Трансформаторы тока относятся к категории специальных вспомогательных приборов, используемых совместно с различными измерительными устройствами и реле в цепях переменного тока. Главной функцией таких трансформаторов является преобразование любого значения тока до величин, наиболее удобных для проведения измерений, обеспечения питания отключающих устройств и обмоток реле. За счет изоляции приборов, обслуживающий персонал оказывается надежно защищен от поражения током высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей с высоким напряжением, когда отсутствует возможность прямого подключения измерительных приборов.

Их основное назначение заключается в передаче полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключаемые к вторичной обмотке.Немаловажной функцией трансформаторов является контроль над состоянием электрического тока в цепи, к которой они подключены. Во время подключения к силовому реле, выполняются постоянные проверки сетей, наличие и состояние заземления. Когда ток достигает аварийного значения, включается защита, отключающая все используемое оборудование.

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление.

Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Классификация трансформаторов тока

Все трансформаторы тока можно классифицировать, в зависимости от их особенностей и технических характеристик:

По назначению. Устройства могут быть измерительными, защитными или промежуточными. Последний вариант используется при включении измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты и других аналогичных схемах.

Кроме того, существуют лабораторные трансформаторы тока, отличающиеся высокой точностью и множеством коэффициентов трансформации.По типу установки. Существуют трансформаторные устройства для наружной и внутренней установки, накладные и переносные. Некоторые виды приборов могут встраиваться в машины, электрические аппараты и другое оборудование.В соответствии с конструкцией первичной обмотки.

Устройства разделяются на одновитковые или стержневые, многовитковые или катушечные, а также шинные, например, ТШ-0,66.Внутренняя и наружная установка трансформаторов предполагает проходные и опорные способы монтажа этих устройств.Изоляция трансформаторов бывает сухая, с применением бакелита, фарфора, и других материалов. Кроме того, применяется обычная и конденсаторная бумажно-масляная изоляция. В некоторых конструкциях используется заливка компаундом.По количеству ступеней трансформации, устройства могут быть одно- или двухступенчатыми, то есть, каскадными.Номинальное рабочее напряжение трансформаторов может быть до 1000 В или более 1000 В.

Все характерные классификационные признаки присутствуют в условных обозначениях трансформаторовтока, состоят из определенных буквенных и цифровых символов.

Параметры и характеристики

Каждый трансформатор тока обладает индивидуальными параметрами и техническими характеристиками, определяющими область применения этих устройств.

Номинальный ток.

Позволяет устройству работать в течение длительного времени без перегрева. В таких трансформаторах имеется значительный запас по нагреву, а нормальная работа возможна при перегрузках до 20%.Номинальное напряжение. Его значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора.

Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.Коэффициент трансформации. Представляет собой отношение между токами в первичной и вторичной обмотке и определяется по специальной формуле. Его действительное значение будет отличаться от номинального в связи с определенными потерями в процессе трансформации.Токовая погрешность.

Возникает в трансформаторе под влиянием тока намагничивания.Абсолютное значение первичного и вторичного тока различается между собой как раз на эту величину. Ток намагничивания приводит к созданию в сердечнике магнитного потока. При его возрастании, токовая погрешность трансформатора также увеличивается.Номинальная нагрузка.Определяет нормальную работу устройства в своем классе точности.

Она измеряется в Омах и в некоторых случаях может заменяться таким понятием, как номинальная мощность. Значение тока является строго нормированным, поэтому значение мощности трансформатора полностью зависит лишь от нагрузки.Номинальная предельная кратность.Представляет собой кратность первичного тока к его номинальному значению. Погрешность такой кратности может достигать до 10%.

Во время расчетов сама нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.Максимальная кратность вторичного тока. Представлена в виде отношения максимального вторичного тока и его номинального значения, когда действующая вторичная нагрузка является номинальной. Максимальная кратность связана со степенью насыщения магнитопровода, при котором первичный ток продолжает увеличиваться, а значение вторичного тока не меняется.

Возможные неисправности трансформаторов тока

У трансформатора тока, включенного под нагрузку, иногда возникают неисправности и даже аварийные ситуации. Как правило, это связано с нарушениями электрического сопротивления изоляции обмоток, снижением их проводимости под влиянием повышенных температур. Негативное влияние оказывают случайные механические воздействия или некачественно выполненный монтаж.

В процессе работы оборудования наиболее часто происходит повреждение изоляции, вызывающее межвитковые замыкания обмоток, что существенно снижает передаваемую мощность.

Токи утечки могут появиться в результате случайно созданных цепей, вплоть до возникновения короткого замыкания.С целью предупреждения аварийных ситуаций, специалистами с помощью тепловизоров периодически проверяется вся действующая схема. Это позволяет своевременно устранить дефекты нарушения контактов, снижается перегрев оборудования. Наиболее сложные испытания и проверки проводятся в специальных лабораториях.

1.1 Назначение трансформаторов тока

Трансформаторомтока (ТТ) называется трансформатор, вкотором при нормальных условияхэксплуатации вторичный ток практическипропорционален первичному току и приправильном включении сдвинут относительнонего по фазе на угол, близкий к нулюградусов.

ПервичнаяобмоткаW1ТТ включается в цепь последовательно(в рассечку токопровода), а вторичнаяобмотка W2замыкается на некоторую нагрузку (реле,измерительные приборы). По вторичнойобмотке и по подключённой к ней нагрузкепроходит вторичный ток I2,пропорциональный первичному.

Рисунок 1.1 Схема включения ТТ, егоусловное обозначение на схемах иупрощённая векторная диаграмма токов(первичного и вторичного)

В трансформаторахтока, используемых в сетях с высокимклассом напряжения, первичная обмоткаизолирована от вторичной, а также отмагнитопровода (от земли) на полноерабочее напряжение первичной цепи.

Одинконец вторичной обмотки в целяхэлектробезопасности обычно заземляется(рисунок 1.1,б). Поэтому точка заземленияимеет нулевой потенциал, а все остальныеучастки вторичной цепи имеют потенциалотносительно земли близкий к нулю, ноне равной нулю. Следует отметить, чтоналичие защитного заземления вторичнойцепи не нарушает её работу, – весьвторичный ток I2проходит по обмотке реле (через входнуюцепь реле) КА и не ответвляется на землю.

Нормальным режимомработы ТТ является режим близкий ккороткому замыканию (КЗ), т.е. суммарноесопротивление обмотки (-ок) реле,соединительных проводов, контактныхсоединений должно быть близко к нулю.При Zн→ 0 погрешности в работе ТТ оказываютсянаименьшими.

Трансформаторытока по своему назначению разделяютсяна ТТ для электроизмерений и на ТТ длярелейной защиты (РЗ). В некоторых случаяхфункции измерения и обслуживанияустройств РЗ совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторытока для измерений предназначаются дляпередачи информации о значении тока вконтролируемой цепи измерительнымприборам.

Они (ТТ) устанавливаются вцепях с большими токами (сотни и тысячиампер) и с высоким классом напряжения,т. е. в цепях, в которых невозможнонепосредственное включение измерительногоприбора.

Ко вторичнойобмотке ТТ для измерений подключаютсяамперметры, токовые обмотки ваттметров,счётчиков и др. Таким образом, трансформаторытока для измерений обеспечивают:

1) преобразованиепеременного тока любого значения впеременный ток, значение которогоприемлемо для измерения с помощьюстандартных измерительных приборов.Реальное значение тока в первичной цепиполучают путём умножения показанияамперметра на коэффициент трансформациитрансформатора тока

I1= KI· IA

2) изолированиеизмерительных приборов, к которым имеетдоступ обслуживающий персонал, от цепей,находящихся под высоким напряжением.

Трансформаторытока для релейной защиты предназначеныдля передачи информации о значении токав первичной (защищаемой) цепи в устройстваРЗ, где преобразованный трансформаторомтока первичный ток сравнивается суставкой по току срабатыванияизмерительного органа (токового релеКА). Соответственно этому ТТ для РЗобеспечивают:

1) преобразованиепеременного тока в защищаемом элементелюбого значения (тысячи и десятки тысячампер) в переменный ток, приемлемый повеличине для функционирования устройствРЗ;

2) изолированиереле, к которым имеет доступ обслуживающийперсонал, от цепей с высоким классомнапряжения.

Применение ТТ вэлектроустановках высокого напряжения(ВН) является необходимым даже в техслучаях, когда уменьшение тока первичнойцепи I1для измерительных приборов или реле нетребуется. В этом случае ТТ обеспечиваетлишь гальваническую развязку низковольтнойвторичной цепи от высоковольтнойпервичной цепи.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются:

– ТТ, предназначенныедля работы на открытом воздухе;

– ТТ, предназначенныедля работы в закрытых помещениях;

– ТТ, предназначенныедля встраивания во внутренние полостиэлектроустановок, например, ТТ, встроенныево вводы трансформаторов;

– ТТ, предназначенныедля специальных установок (шахты, суда,электровозы, электропечи и др.).

2. По числукоэффициентов трансформации:

– ТТ с однимкоэффициентом трансформации;

– ТТ с несколькимикоэффициентами трансформации, получаемымиизменением числа витков W1и W2.

3. По числу ступенейтрансформации:

– ТТ одноступенчатые,рисунок 1.2,а);

– ТТ многоступенчатые(каскадные), рисунок 1.2,б.

Рисунок 1.24. По выполнениюпервичной обмотки:- ТТ с одновитковойпервичной обмоткой;- ТТ с многовитковойпервичной обмоткой.Одновитковые ТТимеют две разновидности:-ТТ без собственнойпервичной обмотки;- ТТ с собственнойпервичной обмоткой.Одновитковые ТТ,не имеющие собственной первичной обмоткивыполняются встроенными, шинными илиразъёмными.Встроенный ТТ(рисунок 1.3,а) представляет собоймагнитопровод с намотанной на неговторичной обмоткой.

Собственной первичнойобмотки у этого ТТ нет.Её роль выполняеттоковедущий стержень проходногоизолятора. Этот ТТ не имеет собственныхизоляционных элементов между первичнойи вторичной обмотками. Их роль выполняетизоляция проходного изолятора.

Рисунок 1.3

В шинном ТТ (рисунок1.3,а) роль первичной обмотки выполняютодна или несколько шин распределительногоустройства, которые пропускаются примонтаже сквозь внутреннюю полостьпроходного изолятора (последний нарисунке 1.3 не показан).

Разъёмный ТТ(рисунок 1.3,б) тоже не имеет собственнойпервичной обмотки. Его магнитопроводсостоит из двух частей, стягиваемыхболтами. При монтаже части магнитопроводасмыкаются вокруг проходного изолятора,который также состоит из двух частей.Через внутреннюю полость проходногоизолятора проходит токовод, которыйвыполняет роль первичной обмотки.

Одновитковые ТТ,имеющие собственную первичную обмотку,выполняются со стержневой первичнойобмоткой (рисунок 1.4,а) или с U-образной (рисунок 1.4,б).

Трансформатортока (рисунок 1.4,а) имеет собственнуюпервичную обмотку в виде стержня круглогоили прямоугольного сечения, закреплённогов проходном изоляторе (последний нарисунке 1.4 не показан).

Рисунок 1.4

МноговитковыеТТ (рисунок 1.5) изготавливаются скатушечной первичной обмоткой, надеваемойна магнитопровод; с петлевой первичнойобмоткой, состоящей из несколькихвитков; со звеньевой первичной обмоткой.

Рисунок 1.5 Многовитковые трансформаторытока: а) с катушечной первичной обмоткой; б) с петлевой первичнойобмоткой; в)со звеньевой первичнойобмоткой

По роду изоляции между первичной и вторичной обмотками .

Трансформаторытока изготавливаются:

– с твёрдой изоляцией (фарфор, литая твёрдая изоляция,прессованная изоляция и др.);

– с вязкой изоляцией(заливочные компаунды);

– с комбинированной (бумажно-масляная конденсаторноготипа);

– с газообразнойизоляцией (воздух, элегаз).

Источники:

• electrosam.ru
• electric-220.ru
• studfiles.net