Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Для нормального функціонування пристроїв, які забезпечують релейний захист високовольтних ЛЕП, потрібно контролювати параметри електричної лінії. Знімати показання з високовольтних дротів безпосередньо – небезпечно та не ефективно. Режим роботи звичайного трансформатора не дозволяє контролювати зміну струму. Вирішує цю проблему трансформатор струму, у якого показники вторинного ланцюга змінюються пропорційно величині струму первинної обмотки.

Конструкція та принцип дії

Зовнішній вигляд типового трансформатора струму представлений малюнку 1.Характерною ознакою цих моделей є у них діелектричного корпусу. Форми корпусів можуть бути різними – від прямокутних до циліндричних. У деяких конструкціях відсутні прохідні шини у центрі корпусу. Замість них пророблено отвір для обхвату дроту, який виконує функції первинної обмотки.

Мал. 1. Трансформатор струму

Матеріали діелектриків вибирають залежно від величини напруги, для яких призначений пристрій та від умов його експлуатації. Для обслуговування промислових енергетичних систем виготовляють потужні ТТ з керамічними корпусами циліндричної форми (див. рис. 2).

Мал. 2. Промисловий керамічний трансформатор струму

Особливістю трансформатора є обов'язкова наявність навантажувального елемента (опору) у вторинній обмотці (див. рис. 3). Резистор необхідний щоб не допускати роботи у режимі без вторинних навантажень.Функціонування трансформатор струму з ненавантаженими вторинними обмотками неприпустимо через сильне нагрівання (аж до руйнування) магнітопроводу.

Мал. 3. Принципова схема трансформатора струму

На відміну від трансформаторів напруги, ТТ оснащені лише одним витком первинної обмотки (див. рис. 4). Цим витком часто є шина, що проходить крізь кільце сердечника з намотаними на нього вторинними обмотками (див. рис. 5).

Мал. 4. Схематичне зображення ТТМал. 5. Пристрій ТТ

Іноді в ролі первинної обмотки виступає провідник електричного кола. Для цього конструкція сердечника дозволяє застосувати шарнірне з'єднання частин трансформатора для обхвату дроту (див. рис. 6).

Мал. 6. ТТ із роз'ємним корпусом

Сердечники трансформаторів виконуються способом шихтування кремнистої сталі. У моделях високого класу точності сердечники виготовляють із матеріалів на основі нанокристалічних сплавів.

Принцип дії.

Основне завдання струмових трансформаторів - знизити (підвищити) значення струму до прийнятної величини. Принцип дії ґрунтується на властивостях трансформації змінного електричного струму. Змінний магнітний потік, що виникає, уловлюється магнітопроводом, перпендикулярним напрямку первинного струму. Цей потік створюється змінним струмом первинної котушки та наводить ЕРС у вторинній обмотці. Після підключення навантаження починає протікати електричний струм по вторинному ланцюзі.

Залежності між обмотками і струмами виражені формулою: k=W2/ W1=I1/ I2 .

Оскільки струм у вторинній котушці обернено пропорційний кількості витків у ній, то шляхом збільшення (зменшення) коефіцієнта трансформації, що залежить від співвідношення числа витків в обмотках, можна досягти потрібного значення вихідного струму.

На практиці, найчастіше, цю величину встановлюють підбором кількості витків у вторинній обмотці, роблячи первинну обмотку одновітковою.

Лінійна залежність вихідного струму (при номінальній потужності) дозволяє визначати параметри величин первинного ланцюга. Чисельно ця величина у вторинній котушці дорівнює добутку реального значення струму на номінальний коефіцієнт трансформації.

В ідеалі I1=kI2=I2W2/W1. З урахуванням того, що W1=1 (один виток) I1=I2W2=kI2. Ці нескладні обчислення можна закласти в програму електронного вимірювача.

Мал. 7. Принцип дії трансформатора струму

На малюнку 7 не показаний резистор навантаження. При вимірах необхідно враховувати його вплив. Усі допустимі похибки у вимірах відображає клас точності ТТ.

Класифікація

Сімейство трансформаторів струму класифікують за декількома ознаками.

    За призначенням:
    • захисні;
    • лінійки вимірювальних трансформаторів струму;
    • проміжні (використовуються для вирівнювання струмів у системах диференціальних захистів);
    • лабораторні.
  1. За способом монтажу:
    • зовнішні (див. рис. 8), застосовуються в ОРУ;
    • внутрішні (розміщуються в ЗРУ);
    • вбудовані;
    • накладні (часто поєднуються з прохідними ізоляторами);
    • переносні.
Мал. 8. Приклад зовнішнього використання ТТ
  • Класифікація за типом первинної обмотки:
    • багатовиткові, до яких належать котушкові конструкції, та трансформатори, з обмотками у вигляді петель;
    • одновіткові;
    • шинні.
  • За величиною номінальної напруги:
    • До 1 кВ;
    • Понад 1 кВ.

Трансформатори струму можна класифікувати і за іншими ознаками, наприклад, за типом ізоляції або за кількістю щаблів трансформації.

Розшифрування маркування

Кожному типу трансформаторів надаються буквенно-цифрові символи, за якими можна визначити його основні параметри:

  • Т - трансформатор струму;
  • П - літера, що вказує на те, що перед нами прохідний трансформатор. Відсутність букви П вказує, що пристрій належить до класу опорних ТТ;
  • В - вказує на те, що трансформатор вбудований в конструкцію масляного вимикача або механізм іншого пристрою;
  • ВТ - вбудований у конструкцію силового трансформатора;
  • Л- зі смоляною (литою) ізоляцією;
  • ФЗ - пристрій у фарфоровому корпусі. Ланковий тип первинної обмотки;
  • Ф - з надійною порцеляновою ізоляцією;
  • Ш - шинний;
  • О - одновитковий;
  • М - малогабаритний;
  • К - котушковий;
  • 3 - застосовується для захисту від наслідків замикання на землю;
  • У - посилений;
  • Н - для зовнішнього монтажу;
  • Р - із сердечником, призначеним для релейного захисту;
  • Д - з вторинною котушкою, призначеною для живлення електрикою диференціальних пристроїв захисту;
  • М - маслонаповнений. Застосовується для зовнішньої установки.
    Номінальна напруга (в кВ) вказується після буквених символів (перша цифра).
  1. Числами через дріб позначаються класи точності сердечників. Деякі виробники замість цифр проставляють літери Р чи Д.
  2. наведені дві цифри «через дріб» вказують на параметри первинного та вторинного струмів;
  3. після позиції дробових символів - код варіанта конструкційного виконання;
  4. літери, розташовані після коду конструкційного варіанту, позначають тип кліматичного виконання;
  5. цифра на останній позиції - категорія розміщення.

Схеми підключення

Первинні котушки трансформаторів струму включаються до ланцюга послідовно. Вторинні котушки призначені для підключення вимірювальних приладів або використовуються системами релейного захисту.

У вторинний ланцюг включаються висновки вимірювальних приладів та пристрої релейного захисту. З метою забезпечення безпеки, сердечник магнітопроводу та один із затискачів вторинної котушки повинні заземлятися.

При підключенні трифазних лічильників у мережах із ізольованою нейтраллю обмотки трансформатора з'єднуються за схемою «Неповна зірка». За наявності нульового дроту застосовується схема повної зірки.

Висновки трансформаторів маркуються. Для первинної обмотки застосовуються позначення Л1 та Л2, а для вторинної - І1 та І2. При підключенні вимірювальних приладів слід дотримуватись полярності обмоток.

Схема «неповна зірка» застосовується для двофазного з'єднання.

У диференціальних захистах, що використовуються в силових трансформаторах, обмотки включаються трикутником.

Основні схеми підключення:

Основні схеми підключення
  • У мережах з глухозаземленою нейтраллю ТТ підключається до кожної фази. З'єднання обмоток трансформатора - повна зірка.
  • Підключення за схемою неповної зірки. Застосовується в мережах із ізольованими нульовими точками.
  • Схема вісімки. Симетрично розподіляє навантаження при трифазному КЗ.
  • З'єднання ТТ у фільтр струмів нульової послідовності. Застосовується для захисту номінального навантаження від коротких замикань на землю.

Технічні параметри

Дуже важливою характеристикою трансформатора струму є клас точності. Цей параметр характеризує похибку вимірювання, тобто показує, наскільки номінальний (ідеальний) коефіцієнт трансформації відрізняється від реального.

Коефіцієнт трансформації

Оскільки у реальному коефіцієнті трансформації присутня синфазна і квадратурна складова, то значення коефіцієнта завжди відрізняються від номінального. Різницю (похибка) необхідно враховувати під час вимірювань. На результати вимірювань впливають також кутові похибки.

У всіх ТТ похибка негативна, так як у них завжди є втрати від намагнічування та нагрівання струмових котушок.З метою усунення негативного знака похибки для зміщення параметрів трансформації в позитивний бік застосовують виткову корекцію. Тому в скоригованих пристроях звична формула для обчислень не працює. Тому коефіцієнти трансформації в таких апаратах виробники визначають дослідним шляхом і вказують їх у техпаспорті.

Клас точності

Токові похибки спотворюють точність вимірювання електричного струму. Тому для вимірювальних трансформаторів високі вимоги до класу точності:

  • 0,1;
  • 0,5;
  • 1;
  • 3;
  • 10P.

Трансформатор може перебувати в межах заявленого класу точності, тільки якщо опір максимального навантаження не перевищує номінального, а струм у первинному ланцюзі не виходить за межі 0,05 - 1,2 величини номінального струму трансформатора.

Про призначення

Основна сфера застосування трансформаторів – захист вимірювального та іншого обладнання від руйнівної дії гранично високих струмів. ТТ застосовуються для підключення електричного лічильника, ізоляції реле від впливу потужних струмових навантажень.

Відео за темою

Використана література

  • В.В. Афанасьєв «Трансформатори струму» 1989
  • І С. Таєв «Основи теорії електричних апаратів» 1987
  • Вавін В. Н. «Трансформатори струму» 1966
  • Кацман М. М. «Електричні машини та трансформатори» 1971

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія: