Класифікація та принцип роботи трансформатора струму

Трансформатори струму класифікуються:

• по числу коефіцієнтів трансформації: з одним коефіцієнтом трансформаціі- з декількома коефіцієнтами трансформації, які отримуються зміною числа витків первинної або вторинної обмотки, або обох обмоток, або застосуванням декількох вторинних обмоток з різним числом витків, відповідним різному номінальному вторинному току;
• по числу ступенів трансформації: одноступенчатие- каскадні (багатоступінчасті), т. е. з декількома ступенями трансформації струму;
• по виконанню первинної обмотки: одновітковие- багатовиткові.

Одновиткового трансформатоьри струму мають 2 різновиди: без власної первинної обмоткі- з власної первинної обмоткою. Одновиткового трансформатори струму, які не мають власної первинної обмотки, виконуються вбудованими, шинними або розємними.

Вбудований трансформатор струму являє собою муздрамтеатр з намотаною на нього вторинною обмоткою. Він не має власної первинної обмотки. Її роль виконує токоведущий стрижень прохідного ізолятора. Цей трансформатор струму не має ізоляційних елементів між первинною і вторинною обмотками. Їх роль виконує ізоляція прохідного ізолятора.

Власна первинна обмотка ТТ - токоведущий стрижень прохідного ізолятора (шина). У шинному трансформаторі струму роль первинної обмотки виконують одна або кілька шин розподільного пристрою, що пропускалися при монтажі крізь порожнину прохідного ізолятора. Останній ізолює таку первинну обмотку від вторинної.

Розємний трансформатор струму 2 теж не має власної первинної обмотки. Його магнітопровід складається з 2-х частин, які стягуються болтами. Він може розмикатися і замикатися навколо провідника зі струмом, що є первинною обмоткою цього ТТ. Ізоляція між первинною і вторинною обмотками накладена на муздрамтеатр із вторинною обмоткою.

Одновиткового ТТ, мають власну первинну обмотку, виконуються зі стрижневою первинної обмоткою або з U-подібної.

Трансформатор струму 3 має первинну обмотку у вигляді стрижня круглого або прямокутного перерізу, закріпленого в прохідному ізоляторі.

Трансформатор струму 4 має U-подібну первинну обмотку, виконану таким чином, що на неї накладено майже вся внутрішня ізоляція ТТ.

Багатовиткові трансформатори струму виготовляються з катушечной первинної обмоткою, яка одягається поверх магнітопровод- з петлевою первинної обмоткою 5, що складається з декількох вітков- зі ланковий первинної обмоткою 6, виконаної таким чином, що внутрішня ізоляція трансформатора струму конструктивно розподілена між первинною і вторинною обмотками, а взаємне розташування обмоток нагадує ланки ланцюги-з римовідной первинної обмоткою, виконаною таким чином, що внутрішня ізоляція трансформатора струму нанесена в основному тільки на первинну обмотку, що має форму рима.

Основними параметрами і характеристиками трансформатора струму відповідно до ГОСТ 7746-78 «Трансформатори струму. Загальні технічні вимоги »є:

1. Номінальна напруга - діюче значення лінійної напруги, при якому призначений працювати трансформатор струму, що визначене в паспортній таблиці трансформатора струму. Для вітчизняних трансформаторів струму прийнята наступна шкала номінальних напруг, кВ: 0,66- 6- 10- 15- 20- 24- 27- 35- 110- 150- 220- 330- 500- 750- 1150.
2. Номінальний первинний струм I1н, що указується в паспортній таблиці трансформатора струму, - струм, що проходить по первинній обмотці, при якому передбачена тривала робота трансформатора струму. Для вітчизняних трансформаторів струму прийнята наступна шкала номінальних первинних струмів, А: 1- 5- 10- 15- 20- 30- 40- 50- 75- 80- 100- 150- 200- 300- 400- 500- 600- 750- 800 - 1000- 1200- 1500- 2000- 3000- 4000- 5000- 6000- 8000- 10 000- 12 000- 14 000- 16 000- 18 000- 20 000- 25 000- 28 000 - 32 000, 35 000- 40 000. в трансформаторах струму, призначених для комплектування турбо- і гідрогенераторів, значення номінального струму понад 10 000 А можуть відрізнятися від наведених у даній шкалі значень. Трансформатори струму, розраховані на номінальний первинний струм 15- 30- 75- 150- 300- 600- 750- 1200- 1500- 3000 і 6000 А, повинні допускати необмежено тривалий час найбільший робочий первинний струм, рівний відповідно 16- 32- 80- 160 - 320, 630 800 1250 1600- 3200 і 6300 А. У решті випадків найбільший первинний струм дорівнює номінальному первинному струмі.
3.  Номінальний вторинний струм I2н, що указується в паспортній таблиці трансформаторів струму, - струм, що проходить по вторинній обмотці. Номінальний вторинний струм приймається рівним 1 або 5 А, причому струм 1 А допускається тільки для трансформаторів струму з номінальною первинною струмом до 4000 А. За узгодженням із замовником допускається виготовлення трансформатора струму з номінальним вторинним струмом 2 або 2,5 А.
4.  Вторинна навантаження трансформатора струму z2н відповідає повного опору його зовнішньої вторинному ланцюзі, вираженого в Омасі, із зазначенням коефіцієнта потужності. Вторинна навантаження може також характеризуватися повною потужністю у вольт-амперах, споживаної нею при даному коефіцієнті потужності і номінальному вторинному струмі. Вторинна навантаження з коефіцієнтом потужності cos СР2 = 0,8, при якій гарантується встановлений клас точності трансформатора струму або гранична кратність первинного струму щодо його номінального значення, називається номінальною вторинною навантаженням трансформатора струму z2н.ном Для вітчизняних трансформаторів струму встановлені наступні значення номінальної вторинної навантаження S2н .ном, вираженої в вольт-амперах, при коефіцієнті потужності cos р2 = 0,8: 1- 2- 2,5- 3- 5- 7,5- 10- 15- 20- 25- 30- 40- 50- 60 - 75- 90- 100- 120. Відповідні значення номінальної вторинної навантаження (в Омасі) визначаються виразом Z2н. ном = S2н. ном / I2н ^ 2.
5. Коефіцієнт трансформації трансформатора струму дорівнює відношенню первинного струму до вторинного. У розрахунках трансформаторів струму застосовуються 2 величини: дійсний коефіцієнт трансформації n і номінальний коефіцієнт трансформації n н. Під дійсним коефіцієнтом трансформації n розуміється відношення дійсного первинного струму до дійсного вторинному. Під номінальним коефіцієнтом трансформації n н розуміється відношення номінального первинного струму до номінального вторинного.
6. Стійкість трансформатора струму до механічних і теплових впливів характеризується струмом електродинамічної стійкості і струмом термічної стійкості.

Струм електродинамічної стійкості Iд дорівнює найбільшій амплітуді струму короткого замикання за весь час його протікання, яку трансформатор витримує без пошкоджень, що перешкоджають його подальшій справній роботі. Струм I д характеризує здатність трансформатора струму протистояти механічним (електродинамічним) впливів струму короткого замикання.

Електродинамічна стійкість може характеризуватися також кратністю Kд, що представляє собою відношення струму електродинамічної стійкості до амплітуди номінального первинного струму. Вимоги електродинамічної стійкості не поширюються на шинні, вбудовані і розємні трансформатори струму.

Струм термічної стійкості Itт дорівнює найбільшому діючому значенню струму короткого замикання за проміжок Tт, яке трансформатор струму витримує протягом всього проміжку часу без нагріву струмоведучих частин до температур, що перевищують допустимі при токах короткого замикання і без пошкоджень, що перешкоджають його подальшій роботі.

Елементами, які беруть участь в перетворенні струму, є первинна 1 і вторинна 2 обмотки, намотані на один і той же муздрамтеатр 3. Первинна обмотка включається послідовно (у розтин струмопроводу високої напруги 4), т. Е. Обтекается струмом лінії I1. До вторинної обмотці підключаються вимірювальні прилади (Амперметр, струмовий обмотка лічильника) або реле. При роботі трансформатора струму вторинна обмотка завжди замкнута на навантаження.

Первинну обмотку спільно з ланцюгом високої напруги називають первинної ланцюгом, а зовнішній ланцюг, яка одержує вимірювальну інформацію від вторинної обмотки трансформатора струму (т. Е. Навантаження і зєднувальні дроти), називають вторинною ланцюгом. Ланцюг, утворену вторинною обмоткою і приєднаної до неї вторинної ланцюгом, називають гілкою вторинного струму.

З принципової схеми трансформатора видно, що між первинною і вторинною обмотками немає електричного звязку. Вони ізольовані один від одного на повний робочий напруга. Це і дозволяє здійснити безпосереднє приєднання вимірювальних приладів або реле до вторинної обмотки і тим самим виключити вплив високої напруги, прикладеного до первинної обмотці, на обслуговуючий персонал. Так як обидві обмотки накладені на один і той же муздрамтеатр, то вони є магнітно-звязаними.

На рис. 1 зображені тільки ті елементи трансформатора струму, які беруть участь в перетворенні струму. Звичайно, трансформатор струму має багато інших елементів, які забезпечують необхідний рівень ізоляції, захист від атмосферних впливів, належні монтажні та експлуатаційні характеристики. Однак вони не беруть участі в перетворенні струму і будуть розглядатися нижче у відповідних розділах.

Перейдемо до розгляду принципів дії трансформатора струму. За первинної обмотці 1 трансформатора проходить струм I1 званий первинним. Він залежить тільки від параметрів первинного кола. Тому при аналізі явищ, що відбуваються в трансформаторі струму, первинний струм можна вважати заданою величиною. При проходженні первинного струму по первинній обмотці в муздрамтеатрі створюється змінний магнітний потік Ф1, що змінюється з тією ж частотою, що і струм I1. Магнітний потік Ф1 охоплює витки як первинної, так і вторинної обмоток.

Перетинаючи витки вторинної обмотки, магнітний потік Ф1 при своїй зміні індукує в ній електрорушійну силу. Якщо вторинна обмотка замкнута на деяке навантаження, т. Е. До неї приєднана вторинне коло, то в такій системі «вторинна обмотка - вторинна ланцюг» під дією індукованої е. д. з. буде проходити струм. Цей струм відповідно до закону Ленца матиме напрям, протилежний напрямку первинного струму I1.

Струм, що проходить по вторинній обмотці, створює в муздрамтеатрі змінний магнітний потік Ф2, який спрямований зустрічно магнітному потоку Ф1. Внаслідок цього магнітний потік в магнітопроводі, викликаний первинним струмом, буде зменшуватися. В результаті складання магнітних потоків Ф1 і Ф2 в муздрамтеатрі встановлюється результуючий магнітний потік Ф0 = Ф1 - Ф2, що становить кілька відсотків магнітного потоку Ф1. Потік Ф0 і є тією ланкою, за допомогою якого здійснюється передача енергії від первинної обмотки до вторинної в процесі перетворення струму.

Результуючий магнітний потік Ф0, перетинаючи витки обох обмоток, індукує при своїй зміні в первинній обмотці протидії е. д. з. Ех, а у вторинній обмотці - е. д. з. Їй. Так як витки первинної і вторинної обмоток мають приблизно однакову зчеплення з магнітним потоком в муздрамтеатрі (якщо знехтувати розсіюванням), то в кожному витку обох обмоток індукується одна і та ж е. д. з. Під впливом е. д. з. Е2 у вторинній обмотці протікає струм I2, званий вторинним струмом.

Якщо позначити число витків первинної обмотки через W1, а вторинної обмотки - через W2, то при протіканні по ним відповідно струмів I1 і I2 в первинній обмотці створюється магнитодвижущая сила F1 = I1 * W1, звана первинної магнитодвижущей силою (м. Д. С), а у вторинній обмотці - магнитодвижущая сила F2 = I2 * W2, звана вторинної м. д. с. Магніторушійна сила вимірюється в амперах.

При відсутності втрат енергії в процесі перетворення струму магніторушійних сили F1 і F2 повинні бути чисельно рівні, але спрямовані в протилежні сторони. Трансформатор струму, у якого процес перетворення струму не супроводжується втратами енергії, називається і де а л ь н и м. Для ідеального трансформатора струму справедливо наступне векторне рівність:

F1 = -F2 або I1W1 = I2W2

З цієї рівності випливає, що I1 / I2 = W2 / W1 = n т. Е. Струми в обмотках ідеального трансформатора струму обернено пропорційні числам витків.

Ставлення первинного струму до вторинного I1 / I2 або числа витків вторинної обмотки до числа витків первинної обмотки W2 / W1 називається коефіцієнтом трансформації п ідеального трансформатора струму. З огляду на це рівність, можна написати I1 = I2 * W2 / W1 = I2 * n т. Е. Первинний струм I1 дорівнює вторинному току I2, помноженому на коефіцієнт трансформації трансформатора струму n.

У реальних трансформаторах струму перетворення струму супроводжується втратами енергії, що витрачається на створення магнітного потоку в муздрамтеатрі, на нагрів і перемагничивание муздрамтеатру, а також на нагрів проводів вторинної обмотки і вторинної ланцюга. Ці втрати енергії порушують встановлені вище рівності для абсолютних значень м. Д. С. F1 і F2.

У реальному трансформаторі первинна м. Д. С. повинна забезпечити створення необхідної вторинної м. д. з, а також додаткової м. д. з, що витрачається на намагнічування магнітопровода і покриття інших втрат енергії. Отже, для реального трансформатора рівняння матиме такий вигляд:
де - повна м. д. с. намагнічування, що витрачається на проведення магнітного потоку Фо по магнітопровода, на нагрів і перемагничивание його.

Відповідно до цього рівність набуде вигляду

i1 * W1 = i2 * W2 + i0 * W1

де i0 - струм намагнічування, що створює в муздрамтеатрі магнітний потік Ф0 і є частиною первинного струму 11ш. Розділивши всі члени рівняння на W1, отримаємо i1 = i2 * W2 / W1 + i0. При первинному струмі, що не перевищує номінальний струм трансформатора, струм намагнічування зазвичай становить не більше 1-3% первинного струму, і їм можна знехтувати. В цьому випадку I1 = I2 * n. Таким чином, вторинний струм трансформатора пропорційний первинному току. Для зниження вимірюваного струму необхідно, щоб число витків вторинної обмотки було більше числа витків первинної обмотки.

Реальний трансформатор струму дещо спотворює результати вимірювань, т. Е. Має погрешності.Іногда користуються так званим приведенням струму до первинної або вторинної обмотці I0 = I0 / n.

Частина наведеного первинного струму йде на намагнічування магнітопровода, а інша частина трансформується у вторинну ланцюг, т. Е. Первинний струм як би розгалужується по 2-м паралельним ланцюгах: по ланцюгу навантаження і кола намагнічування. Опір первинної обмотки трансформатора струму на схемі заміщення не показано, так як воно не впливає на роботу трансформатора.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!