Трансформаторы тока. Принцип действия, конструкции, марки. Векторные диаграммы, классы точности

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 2 (рис. 3.29) и две обмотки — первичную 1 и вторичную 3. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I_1, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I₂.

К основным параметрам трансформатора тока относятся: U _1ном — напряжение первичное номинальное; I _1ном — ток первичный номинальный; I _2ном — ток вторичный номинальный (1 А, 5 А, редко другие значения); k _тном — номинальный коэффициент трансформации (I _1ном/ I _2ном) и другие.

Рис. 3.29. Схема включения трансформатора тока:

1 – первичная обмотка; 2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка

По конструкции первичной обмотки различают одновитковые (стержневые, шинные и встроенные в высоковольтные выключатели и во вводы силовых трансформаторов) и многовитковые (петлевые, катушечные). При значениях первичного тока менее 600¾800 А намагничивающая сила мала, что затрудняет применение одновитковых трансформаторов тока.

Выпускаются опорные трансформаторы тока ТОЛК-6 (рис. 3.30), ТОЛК-10 на токи 50¾600 А, взрывобезопасные для КРУ с классами точности 0,2S, 02, 0,5S, 0,5, 1, 5Р,10Р, вторичный номинальный ток 1,5 А и типа ТОЛ-10 на токи10-2000 А.

.

Рис. 3.30. Опорный трансформатор тока ТОЛК-6 Рис. 3.31. ТШЛ-10

Шинные трансформаторы тока ТШЛ-10 (рис. 3.31) на токи1000¾5000 А ТШЛ-20-1 на токи 3000-18000 А с классами точности 0,2S, 02, 0,5S, 0,5,10Р.

Проходной ТТ ТПОЛ-10 20¾200 и 300¾2000 А, опорно-проходные ТТ ТЛ-10 на токи 50¾3000 А, ТПЛК-10 на ток 10-2000 А.

Для наружной установки изготавливаются трансформаторы тока ТОЛ-35III-IV (рис. 3.33) на токи 100¾2000 А. На рис. 3.34 показаны внешний вид элегазового ТТ типа ТРГ-110 кВ (рис. 3.34а) и его принципиальная схема электрических соединений (рис. 3.34б). Обмотка 5 выполняется по заказу. Первичные токи 200¾2000 А. У трансформатора тока ТРГ-220 кВ первичные токи 300¾3000 А.

Рис. 3.32. ТПОЛ-10 Рис. 3.33. ТОЛ-35III- I V

а) б)

Рис. 3.34. Элегазовый ТТ типа ТРГ- 110 кВ (а) и его принципиальная схема электрических соединений (б)

Конструкция маломасляного измерительного трансформатора тока типа IMB (ABB) приведена на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Маломасляные измерительные трансформаторы тока типа IMB (ABB):

1 — газовая подушка; 2 — крышка отверстия для заливки масла (не показано); 3 — кварцевый песок; 4 — токопровод с бумажной изоляцией; 5 — сердечники/вторичные обмотки; 6 — коробка вторичных выводов; 7 — ёмкостной вывод (поставляется под заказ); 8 — расширительная система; 9 — указатель уровня масла; 10 — вывод первичной обмотки; 11 — заземляющий вывод

Погрешности трансформаторов тока можно определить по векторной диаграмме (рис. 3.36). Погрешности по току соответствует отрезок а — б, а по углу — угол δ. В зависимости от значения погрешности по току выраженной в процентах различают следующие классы точности: 0,2; 0,5, 1; 3; 5; 10.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному току. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов и АИИС КУЭ, класса 0,5 — для АСУ ТП, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3, 5 и 10 — для релейной защиты.

Рис. 3.36. Векторная диаграмма измерительного трансформатора тока

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).