Измерительные трансформаторы

1. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

1.1. Общие сведения

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) представляют собой аппараты для преобразования токов первичных цепей в стандартные токи (5 или 1 А) для измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики. Нормально трансформаторы тока работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания вторичной обмотки. Размыкание вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи недопустимо, так как при этом может быть повреждена изоляция трансформатора с вытекающими отсюда последствиями.

Трансформаторы тока выполняются для внутренней и наружной установки на всю шкалу токов и напряжений. Трансформаторы тока обладают погрешностями по току и по углу.

Для уменьшения погрешности по току осуществляют подгонку числа витков вторичной обмотки (несколько уменьшая их). Угловая погрешность зависит от коэффициента мощности нагрузки вторичной обмотки. Подгонка витков не влияет на величину угловой погрешности,

Величина погрешностей по току в процентах при первичном токе, равном 100-120 % iihom, определяет класс точности работы трансформаторов тока.

В зависимости от погрешности по ГОСТ 7746-78 различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. Класс точности выбирается в соответствии с его назначением. Более точные ТТ (класс 0,2; 0,5; 1) используются для измерений, более грубые - для релейной защиты.

В зависимости от нагрузки вторичной обмотки один и тот же трансформатор тока может работать в различных классах точности. С увеличением нагрузки сверх номинальной в данном классе точности трансформатор переходит работать в худший класс точности. Сопротивление вторичной нагрузки зависит как от параметров подключенных элементов (реле, измерительных приборов), так и от схемы соединения трансформаторов тока с этими элементами.

В электроустановках используют одновитковые (стержневые, шинные, встроенные), многовитковые (катушечные, звеньевые) и каскадные трансформаторы тока.

Выбор того или иного типа трансформатора тока зависит от напряжения сети, значения длительного максимального тока цепи, значения и характера нагрузки вторичных цепей, а также от тока КЗ и длительности его протекания в цепи.

Каждый трансформатор тока состоит из следующих частей: первичной обмотки, сердечника, вторичной обмотки и изоляции.

На рис. 1.1 показаны принципиальные схемы устройства трансформаторов тока.

Рис. 1.1. Принципиальные схемы устройства трансформаторов тока: а - одновитковый; б - многовитковый с одним сердечником; в – многовитковый с двумя сердечниками; 1 - первичная обмотка; 2 - изоляция; 3 - сердечник; 4 - вторичная обмотка.

Первичная обмотка 1 включается последовательно в измеряемую цепь. Ток этой обмотки и является измеряемым током. Вторичная обмотка 2 должна обязательно быть замкнута на нагрузку (на измерительный прибор, цепь защиты и т.д.) не превосходящую определенного значения. Разомкнутое состояние вторичной обмотки является аварийным режимом.

Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в сердечнике резко возрастает, так как его величина будет теперь определяться намагничивающей силой первичной обмотки. В этом режиме сердечник может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

1.2. Конструкции одновитковых трансформаторов тока

Отличительной особенностью одновитковых трансформаторов тока является использование в качестве первичной обмотки одного прямолинейного проводника.

Стержневой трансформатор - с первичной обмоткой в виде стержня круглого сечения.

Шинный трансформатор - поставляется заводом без первичной обмотки (при монтаже через окно проходного изолятора пропускается шина распределительного устройства, которая в дальнейшем играет роль первичной обмотки).

Встроенный трансформатор - представляет собой кольцевой сердечник с намотанной на него вторичной обмоткой, который одевается на проходной изолятор масляного выключателя или силового трансформатора, причем первичной обмоткой служит стержень изолятора.

Выполнение первичной обмотки в виде одного прямолинейного проводника упрощает конструкцию трансформатора, снижает ее размеры и вес. Вместе с тем одновитковые трансформаторы тока целесообразно применять только при относительно больших номинальных первичных токах (обычно от 600 А и выше), так как при малых токах они не обеспечивают необходимой точности измерения.

Для трансформаторов тока внутренней установки до 35 кВ и наружной установки до 10 кВ применяется литая изоляция на основе эпоксидных смол.

Стержневые трансформаторы тока с литой изоляцией типа ТПОЛ (Т - трансформатор тока, П - проходной, О - одновитковый, Л - с литой изоляцией). Предназначены для внутренней установки и изготавливаются на напряжения от 10 до 35 кВ на токи от 600 до 1500 А. На рис. 1.2 показана конструкция проходного одновиткового ТТ с литой изоляцией из эпоксидной смолы типа ТПОЛ-10 на 10 кВ 1000 А с двумя сердечниками.

Рис. 1.2. Проходной одновитковый трансформатор тока ТПОЛ-10:

а - расположение сердечников с обмотками; б -конструкция: 1 - сердечник; 2 - вторичная обмотка; 3 - крепежное кольцо; 4 - стержень первичной обмотки

Первичная обмотка выполнена в виде круглого медного стержня, концы которого имеют прямоугольную форму. Стержень первичной обмотки пронизывает два тороидальных сердечника, представляющих собой свернутые спиралью ленты трансформаторной стали. На каждый сердечник поверх картона намотана вторичная обмотка, выполненная изолированным проводом. Между сердечниками установлено фигурное полукольцо, на котором укреплен прямоугольный опорный фланец.

Сердечники с первичной обмоткой залиты компаундом, образуя изоляционный блок в виде проходного изолятора. Выводы вторичной обмотки расположены на боковом приливе блока.

Шинные трансформаторы тока (проходные и опорные) строят на большие номинальные первичные токи. Роль первичной обмотки выполняет шина, пропускаемая внутри трансформатора.

На напряжение 0,66 кВ и токи от 800 до 10000 А есть трансформаторы типа ТНШЛ-0,66 (Н - низкого напряжения, Ш - шинный, Л - с литой изоляцией), см. рис. 1.3.

-330 (210)

Рис. 1.3. трансформатор тока ТНШЛ-0,66 на 3000-5000 А

Встроенные трансформаторы тока типа ТВ и ТВТ (Т- трансформатор тока, В - встроенный, Т - встроенный в силовой трансформатор) составляют часть конструкции выключателей с большим объемом масла на напряжение 35 кВ и выше и силовых трансформаторов.

Встроенный трансформатор тока представляет собой стержневой трансформатор тока, использующий в качестве основной изоляции изоляцию масляного выключателя или силового трансформатора. Поэтому встроенные трансформаторы весьма дешевы и не требуют особого места для установки.

Основным недостатком встроенного трансформатора тока является низкая точность измерения - порядка 10 (особенно при небольших номинальных токах). Это объясняется тем, что кольцевой сердечник встроенного трансформатора тока выполняется с большим внутренним диаметром, определяемым размерами изолятора выключателя.

1.3. Многовитковые трансформаторы тока

При малых первичных токах (ниже 400 А) для получения высокого класса точности применяются многовитковые ТТ. Чем меньше номинальный ток, тем, очевидно, большее число витков должна иметь первичная обмотка.

Конструктивно многовитковые трансформаторы тока сложнее одновитковых. Наличие нескольких витков в первичной обмотке усложняет конструкцию и затрудняет обеспечение необходимой устойчивости аппарата по отношению к электродинамическим силам при коротких замыканиях.

По форме первичной обмотки и её расположению относительно сердечника многовитковые ТТ подразделяют на катушечные и звеньевые, по способу крепления - на опорные и проходные, по виду изоляции - с литой изоляцией и маслонаполненные.

На рис. 1.4 показан многовитковый трансформатор тока ТПЛ-10 (Т -

трансформатора тока, П - проходной, Л - с литой изоляцией, на напряжение 10 кВ). На прямоугольном шихтованном магнитопроводе 1 расположена вторичная обмотка 2. Первичная обмотка 3 выполняется из медной шины. Первичная обмотка выведена на контакты 5, вторичная - на контакты 6. Все детали ТТ залиты эпоксидным компаундом 4.

Рис. 1.4. Трансформатор тока ТПЛ-10 с двумя сердечниками

При напряжении 35 кВ и выше для открытых установок применяются ТТ с масляной изоляцией.

Рис. 1.6. ТТтипаТФН-35

Первичная и вторичная обмотки изолируются кабельной бумагой 5. После наложения изоляции магнитопровод с обмотками крепится к основанию ТТ с помощью лап 3. К этому же основанию крепится фарфоровый кожух, который защищает обмотки от воздействий окружающей среды. Внутренняя полость ТТ после вакуумной сушки заполняется трансформаторным маслом. Масло пропитывает кабельную бумагу и заполняет все пустоты. Такие ТТ выполняются на напряжение до 220 кВ. Общий вид маслонаполненного ТТ опорного исполнения, с обмотками звеньевого типа ТФН-35 (Т трансформатор тока, Ф - в фарфоровом корпусе, Н - для наружной установки, на напряжение 35 кВ) представлен на рис. 1.6. Здесь 1 - вывод ветвей первичной обмотки; 2 - вывод первичной обмотки; 3 - магнитопровод; 4 - вторичная обмотка; 5 - изоляция из кабельной бумаги; 6 - фарфоровая покрышка; 7 -трансформаторное масло.

Трансформатор тока ТГФ - наружной установки, с элегазовой изоляцией, в фарфоровой покрышке, пожаробезопасен, герметичен, не требует постоянного обслуживания в течение всего срока службы и предназначен для использования вместо трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией. В настоящее время разработана покрышка из полимерных материалов.

Номинальный первичный ток при напряжении 110 кВ - от 100 до 2000 А; 220 кВ-от 600 до 3000 А.

Рис. 1.7. XT ТГФ-ПО	Рис. 1.8ТТТГФ-220
Рис. 1.9. Двухступенчатый каскадный ТТ: а - принципиальная схема; б - общая компоновка

Недостатком каскадного ТТ является увеличение погрешности из-за увеличения сопротивления обмоток.

Дата добавления: 2015-09-03