Принцип действия измерительных трансформаторов. Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение Основные преимущества измерительных трансформаторов тока

Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

Принцип действия трансформатора тока

Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

Назначение трансформаторов

Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений.

Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними , а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

В сегодняшнем материале, я решил начать рассматривать вопросы, касающиеся основ теории трансформаторов тока. Сами эти аппараты распространены повсеместно в электроустановках, и я думаю, всем будет интересно и полезно обновить в памяти принцип их работы.

Назначение трансформаторов тока: преобразование тока и разделение цепей

Начнем с ответа на вопрос – для чего нужен трансформатор тока? Здесь существует несколько основных вопросов, которые решает установка трансформаторов тока.

Во-первых, это измерение больших токов, когда измерение непосредственно реальной величины первичного тока не представляется возможным. Измеряют преобразованную в меньшую сторону после трансформатора тока величину. Обычно это 1, 5 или 10 ампер.
Во-вторых, это разделение первичных и вторичных цепей. Таким образом, происходит защита изоляции релейного оборудования, приборов учета электроэнергии, измерительных приборов.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I 1 , создавая магнитный поток Ф 1 . Переменный магнитный поток Ф 1 пересекает обе обмотки W 1 и W 2 . При пересечении вторичной обмотки поток Ф 1 индуцирует электродвижущую силу Е 2 , которая создает вторичный ток I 2 . Ток I 2 , согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I 1 . Вторичный ток создает магнитный поток Ф 2 , который направлен встречно Ф 1 . В результате сложения магнитных потоков Ф 1 и Ф 2 образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Ф нам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф 1 . Именно поток Ф нам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w 1 создается магнитодвижущая сила F 1 =w 1 *I 1 , а во вторичной - F 2 =w 2 *I 2 . Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F 1 =-F 2 . В итоге получаем, что I 1 /I 2 =w 2 /w 1 =n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

создание магнитного потока в магнитопроводе
нагрев и перемагничивание магнитопровода
нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F 1 =F 2 +F нам или I 1 *w 1 =I 2 *w 2 +I нам *w 1 или I 1 =I 2 *(w 2 /w 1)+I нам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей. Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения и силового трансформатора

Существуют существенные отличия в работе ТТ и ТН.

Во-первых, первичный ток ТТ не зависит от вторичной нагрузки, что свойственно ТН. Это определяется тем фактом, что сопротивление вторичной обмотки ТТ на порядок меньше сопротивления первичной цепи. В трансформаторах напряжения и силовых трансформаторах же первичный ток зависит от величины тока вторичной нагрузки.

Во-вторых, ТТ всегда работает с замкнутой вторичной обмоткой и величина его вторичного сопротивления нагрузки в процессе работы не изменяется.

В-третьих, не допускается работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, для ТН и силовых при размыкании вторичной обмотки происходит переход в режим работы холостого хода.

Последние статьи

Самое популярное

Предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К трансформаторам тока предъявляются высокие требования по точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная - для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

Особенности конструкции

Вторичные обмотки трансформатора тока (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала (указанного на табличке) по модулю полного Z или cos ф (обычно cos = 0.8 индукт.) приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создает угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровод трансформатора начинает перегреваться, что так же может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою. Полностью разомкнутая вторичная обмотка ТТ не создает компенсирующий магнитный поток в сердечнике, что приводит к перегреву магнитопровода и его выгоранию. При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой имеет очень высокое значение и потери в магнитопроводе сильно нагревают его.

Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих - синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального (т.е. погрешность отрицательная) у всех трансформаторов тока. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

Схемы подключения измерительных трансформаторов тока

Два трансформатора тока в ячейке КРУ - 10кВ

В трехфазных сетях с напряжением 6-10 кВ устанавливаются трансформаторы как во всех трех фазах, так и только в двух (A и C). В сетях с напряжением 35 кВ и выше трансформаторы тока в обязательном порядке устанавливаются во всех трех фазах.

В случае установки в три фазы вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в «звезду» (рис.1), в случае двух фаз - «неполную звезду» (рис.2). Для дифференциальных защит трансформаторов с электромеханическими реле трансформаторы подключают по схеме «треугольника»

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки различают трансформаторы тока: а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах); б) для закрытой установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные - надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора); д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой); б) одновитковые (стержневые); в) шинные.

4. По способу установки трансформаторы тока для закрытой и наружной установки разделяются на:

а) проходные; б) опорные.

5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы: а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.); б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией; в) газонаполненные (элегаз); в) с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

а) одноступенчатые; б) двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение свыше 1000 В; б) на номинальное напряжение до 1000 В.

Замечания

Результирующий магнитный поток в магнитопроводе трансформатора тока равен разности магнитных потоков, создаваемых первичной и вторичной обмотками. В нормальных условиях работы трансформатора он невелик. Однако при размыкании цепи вторичной обмотки в сердечнике будет существовать только магнитный поток первичной обмотки, который значительно превышает разностный магнитный поток. Потери в сердечнике резко возрастут, трансформатор перегреется и выйдет из строя ("пожар железа"). Кроме того, на концах оборванной вторичной цепи появится большая ЭДС, опасная для работы оператора. Поэтому трансформатор тока нельзя включать в линию без подсоединённого к нему измерительного прибора. В случае необходимости отключения измерительного прибора от вторичной обмотки трансформатора тока, ее обязательно нужно закоротить.

См. также

Литература

Шабад М. А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Учебное издание. - 1998.
Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. - 3-е изд. - Л. : Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981.
Афанасьев В. В. и др. Трансформаторы тока. - Л. : Энергоатомиздат, 1989.

Ссылки

Однофазные и трёхфазные изолирующие трансформаторы для медицинских применений
Конструктивность трансформаторов и зарядных устройств

Wikimedia Foundation . 2010 .

Трансформаторы тока (далее по тексту – ТТ) относятся к категории устройств, преобразующих параметры электромагнитных систем при помощи индуктивно связанных обмоток магнитопроводов. Принцип действия трансформатора тока, основанный на законе электромагнитной индукции, используется в ТТ при передаче и распределении электрической энергии, в развязках электрических цепей, при измерении параметров высоковольтных сетей и токов большой мощности. На рис. ниже показан трансформатор тока модели ТЛМ-10, используемый в системах управления и измерений электрических цепей с номинальным напряжением 10 кВ.

Индуктивные связи в ТТ

Принцип работы трансформатора тока представляет собой техническую реализацию закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в замкнутом токопроводящем контуре при изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила, называемая в современной электродинамике индуцированной ЭДС. Простейшим объяснением для «чайников», слабо представляющих, из чего состоит трансформатор, не знающих его устройство или что такое индуцированная ЭДС, и как она может влиять на работу сложнейших трансформаторных систем, послужит схема индуктивных связей трансформатора, приведенная ниже.

Дополнительная информация. Индуктивными связями называют связи между электрическими цепями посредством магнитных полей.

На схеме показаны три основных элемента трансформатора:

поз. 1 – магнитопровод, служащий для размещения токопроводящих контуров-обмоток;
поз. 2 – первичный контур, называемый первичной обмоткой, к которому подводят электроэнергию переменного тока;
поз. 3 – вторичный контур, называемый вторичной обмоткой. К нему подключается приемник электроэнергии.

При подаче на первичный контур переменного тока напряжением u1 через первичную обмотку начинает проходить переменный ток I1 , создающий магнитный поток Ф, изменяющийся по такой же синусоидальной гармонике. При этом в обмотке первичного контура индуцируется переменная ЭДС (электродвижущая сила) e1 . Контуры трансформатора находятся в индуктивной связи, поскольку через их обмотки проходит единый поток Ф. Соответственно, изменения магнитного поля в первичном контуре будут изменять магнитный поток, а он, в свою очередь, будет индуцировать во вторичном контуре электродвижущую силу e2 , изменяющуюся в той же гармонике. Под воздействием e2 во вторичном контуре возникает переменный ток I2. При замыкании вторичной обмотки на нагрузку ZН создается вторичная цепь, которая может служить для применения в приемниках энергии, в выпрямителях, усилителях и других приборах с развязанными электрическими цепями.

По своей сути трансформатор является передатчиком энергии между проводящими контурами, преобразуя их электромагнитные характеристики (лат. transformare означает преобразовывать) в силу тока I , сопротивление R и напряжение U. В соответствии со сложившейся терминологией проволочные или ленточные изолированные проводящие обмотки, намотанные на магнитопровод из ферромагнитных сталей, называют катушками, а сам магнитопровод – сердечником катушки.

Это важно! Передачу энергии путем создания ЭДС в контурах и трансформацию ее характеристик возможно осуществлять лишь для переменного тока. Постоянный ток также формирует магнитное поле, однако оно является постоянным и неизменяемым, тогда как ЭДС в обмотках катушек трансформатора образуется только при изменении окружающего магнитного поля.

На рис. ниже показана конструкция традиционного трансформатора, состоящего из двух катушек и сердечника, собранного из стальных пластин.

Особенности трансформации энергии для ТТ

Для чего нужен трансформатор, в чем состоит его практическое предназначение? Зачем трансформаторные приборы присутствуют во всех электрических системах? На все вопросы ответ один – в практике эксплуатации электрических сетей трансформаторы выполняют важнейшую функцию изменения величины тока или напряжения, поданного от генератора переменного тока, для дальнейшего использования в промышленном электрооборудовании и бытовой технике. Данное преобразование называют масштабированием, поскольку сами трансформаторные приборы энергию не создают и не преобразовывают, а всего лишь увеличивают или уменьшают показатели системы переменного тока. Для количественной оценки изменения преобразованного параметра сети – тока или напряжения, введено понятие коэффициента трансформации K, показывающего, во сколько раз отличаются значения этого параметра на входе и выходе. Для напряжения коэффициент трансформации определяется по соотношению KU = U2 /U1, для тока – по формуле:

Если величины напряжения или тока на выходе превышают единицу (K>1), трансформатор называется повышающим. При К<1 трансформатор – понижающего типа. Для идеального трансформатора напряжения с неизменяющейся индуктивной связью между первичным и вторичным контурами коэффициент трансформации согласуется с количеством витков W обмоточного провода на катушках по прямой пропорциональной зависимости:

KU = W2 / W1 = U2 /U1

В этой формуле W2 и W1 указывают количество витков на катушках.

Если рассматривать трансформаторы тока, назначение и принцип действия этих приборов, то для них соблюдается пропорциональность первичного и вторичного тока:

I1 =I2 / KI или I2 = I1 * KI.

Функциональное назначение трансформаторов тока заключается в снижении вторичного тока до величины, гарантирующей безаварийную эксплуатацию электрооборудования и безопасность персонала, то есть канонический коэффициент трансформации по току всегда меньше единицы. Для расчета ТТ удобнее пользоваться номинальным коэффициентом трансформации, определяемым как отношение значения номинального I1 к номинальному I2 . В этом случае К больше единицы.

Величину номинального вторичного тока I2н указывают в паспорте каждого конкретного ТТ в качестве одного из параметров изделия. Значение I2н составляет 1А или 5А. Для номинального первичного тока I1н установлен стандартный числовой ряд значений от 1А до 40 000А.

Номинальный коэффициент трансформации ТТ определяют как отношение I1н к I2н и обозначают путем указания обоих параметров, например:

150/5;
1000/5 или
600/1.

На рис. ниже показан ТТ типа Т-0,66 с коэффициентом трансформации 75/5 А.

Особенности конструкции ТТ

Трансформаторы напряжения, по аналогии с ТТ, выполняют функцию изменения другого параметра электрической сети – напряжения. Однако, при сопоставлении, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения (далее – ТН), становится очевидным различное предназначение трансформаторов тока и напряжения:

ТТ уменьшают величину тока до показателей, допускающих безопасное подключение измерительной аппаратуры или систем релейной защиты;
Трансформаторы напряжения изменяют напряжение с целью подгонки определенной электрической системы под нужные стандарты. Изменяя параметры напряжения, установленные для универсальной электрической сети (например, трехфазные 220 и 380 В), с помощью ТН можно подключать любое промышленной оборудование и бытовую технику.

ТТ имеет существенное отличие от устройства ТН, поскольку заложенный в трансформатор тока принцип работы вносит свои особенности в конструкцию основных элементов ТТ и прибора в целом. К числу основных особенностей ТТ относят:

выполнение первичной обмотки просто в виде одиночной толстой шины с целью минимизации количества витков;
намотка провода вторичной обмотки на сердечник большой площади сечения;
ток во вторичном контуре ТТ равен 5А и реже 1А.

Измерительные ТТ и ТН

Трансформаторные устройства, регулируя величины напряжения и тока, обеспечивают стабильность энергетической системы. Кроме подачи электропитания требуемых параметров на приборы и оборудование, трансформаторы «помогают» проводить измерения параметров сети с большими значениями напряжения и тока для определения с высокой точностью их номинальных показателей. Назначение измерительных трансформаторов состоит в следующем:

отделение цепи измерительных устройств (амперметров, вольтметров, электросчетчиков и других приборов) или систем релейной защиты от сети с высоким напряжением или током;
преобразование высоковольтного напряжения или мощного тока до величин, удобных для измерений стандартными приборами;
получение максимально точного правильного результата измерений.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения считаются вспомогательными приборами и используются совместно со средствами измерения и реле в сетях переменного тока. Если невозможно напрямую подключиться измерительными приборами в высоковольтную сеть, то здесь будет нужен трансформатор тока. Средства измерения подключаются к его вторичной обмотке и получают все необходимые данные по замеряемому параметру.

На рис. ниже показан измерительный трансформатор тока модели ТПЛ-СЭЩ 10 кВ номинальным напряжением 10 кВ, который предназначен для работы с номинальным первичным током в диапазоне от 10 до 2000 А при номинальном вторичном токе в 5 А.

Область применения ТТ

Весь перечень прикладных задач, указывающий, для чего нужны трансформаторы тока, можно свести к двум основным направлениям:

Измерение параметров сети с помощью доступных дешевых измерительных приборов, рассчитанных на малый ток (до 5 А) и низковольтное напряжение. Тем самым обеспечивается безопасное обслуживание измерительной аппаратуры;
Контроль параметров электротока по всей цепи, в которой установлены ТТ. При достижении током предельного (аварийного) значения срабатывает аппаратура защиты, отключающая эксплуатируемое оборудование.

Это важно! Установка трансформаторов тока в контролируемых цепях позволяет концентрировать измерительную аппаратуру на специальных щитах или в составе пультов управления. Правильно выполненный монтаж трансформаторов тока дает возможность размещения измерительных приборов на безопасном удалении от коммутаций цепи и дистанционно управлять работой электрооборудования в автоматическом режиме.

Классы точности ТТ

Для ТТ определены пять классов точности, характеризующих в процентах допустимую погрешность по току при его номинальных значениях:

класс точности 0,2 ограничивает погрешность ТТ в пределах 0,2% и применим для трансформаторных устройств, используемых в лабораторных измерениях;
класс точности 0,5 допустим для ТТ, обслуживающих аппаратуру точной защиты и оборудование высокоточной наладки;
класс 1 – для цепей промышленного оборудования с подключением вольтметров, амперметров и устройств релейной защиты;
классы 3 и 10 – промышленные установки, релейные защиты.

Использование ТТ для локальных измерений в энергетических системах и в комплексе с современными системами измерений и контроля позволяет значительно повышать ресурс безаварийной эксплуатации промышленного электрооборудования и сложнейшей бытовой техники. Внедрение ТТ в автоматизированные системы управления электросетями позитивно влияет на снижение потерь электроэнергии в периоды ежедневных пиковых нагрузок и ставит барьеры для прямых хищений электрической энергии.

На рис. ниже показано подключение счетчика электроэнергии через трансформатор тока.

Видео

Человечество в значительной мере зависит от тока. Но просто так он не подчиняется, необходимы специальные аппараты. В качестве оного выступает трансформатор тока. Чем он является и каково его предназначение? Каков принцип действия трансформатора тока? И насколько он важен?

Что такое трансформатор тока?

Под ТТ понимают измерительный аппарат, который необходим, чтобы преобразовать ток. Конструктивно в трансформаторе первичная обмотка включена в цепь последовательно, тогда как вторичная имеет измерительные приборы, а также реле защиты и автоматики. ТТ является основным измерительным устройством в электроэнергетике. Обе обмотки находятся в изоляции. Вторичная во время эксплуатации обычно имеет потенциал, который близок к «земле», что достигается путём заземления одного конца.

Благодаря трансформатору можно учитывать и измерять ток высокого напряжения, используя приборы для низкого. В конце сводится всё к измерению первичного, значение которого записывают в амперах. Следует отличать измерительный трансформатор тока от силового. Так, в первом индукция является непостоянной и напрямую зависит от режима эксплуатации. Поэтому и считаются универсальными трансформаторы тока.

Назначение и принцип действия

Как всё происходит? Каков принцип действия трансформатора тока? Через силовую первичную обмотку, которая имеет определённое число витков, протекает напряжение, которое преодолевает полное сопротивление. Вокруг катушки возникает магнитный поток, который может уловить магнитопровод. Его необходимо расположить перпендикулярно относительно направления тока. Таким образом, будет теряться минимум электроэнергии во время её преобразования в электрическую. Пересекая перпендикулярно расположенные витки вторичной обмотки, магнитный поток активирует электродвижущую силу, под влиянием которой и возникает ток, преодолевающий полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Вместе с этим на зажимах 2-й цепи возникает падение напряжения.

Теперь немного о частных случаях:

Принцип действия сварочного трансформатора базируется на максимальной отдаче мощности. Его конструкция должна выдерживать высокое напряжение.
Принцип действия однофазного трансформатора базируется на магнитном потоке. Так, если замкнуть вторичную обмотку на какое-то сопротивление, то при появлении тока возникнет движущая сила. Если обратить внимание на закон Ленца, то можно сделать заключение, что магнитный поток будет уменьшаться. Но принцип действия однофазного трансформатора предусматривает подведение постоянного тока к первичной обмотке, в результате чего уменьшения магнитного потока не происходит.

Классификация

Все трансформаторы тока (как для измерений, так и для защиты) поддаются классификации по таким признакам:

По роду установки.
ТТ, предназначенные для работы в воздухе.
Трансформаторы тока для функционирования в условиях закрытых помещений.
ТТ, предназначенные для встраивания внутрь электрооборудования.

Основные параметры

Трансформаторам тока выдвигают целый ряд требований. Вся необходимая информация должна быть указана в паспорте или приложенной таблице.

Вот их краткий список:

Номинальное напряжение может находиться в широком диапазоне.
Номинальный первичный ток, который идёт по 1-й обмотке. Указываются значения для длительной работы аппаратуры.
Номинальный вторичный ток, проходящий по 2-й обмотке. Его качество обозначается показателем в 1 или 5 ампер.
Вторичная нагрузка соответствует сопротивлению во внешней 2-й цепи и выражается в омах.

Ограничения

По термической стойкости:

I1т - рассчитан на номинальное напряжение выше 330 кВ.
I3т - применяется в диапазоне значений в 110-220 кВ.
I4т - используется при напряжении, которое не превышает 35 кВ.

Принцип действия трансформатора может зависеть от материала:

При изготовлении токопроводящих частей из алюминия температура не должна превышать 200°С.
Если детали, что проводят ток, сделаны из меди или её сплавов и соприкасаются с маслом или органической изоляцией, то ограничение составляет 250°С.

Также существуют требования к механическим нагрузкам, которые должен выдерживать трансформатор тока при скорости ветра в 40 м/с. Принцип действия устройства может немного поменяться из-за конструктивных дополнений:

Если ТТ до 35 кВ, то это значение составляет 500 ньютонов.
При значениях в 110-220 кВ необходима стойкость в 1000 Н.
При превышении 330 кВ требование к механическим нагрузкам возрастает до уровня 1500 ньютонов.

Опасные факторы при работе с трансформатором тока

При работе с ТТ необходимо быть чрезвычайно осторожным, поскольку существуют значительные риски пострадать вплоть до летального исхода. Итак, следует опасаться:

Возможности поражения высоковольтным потенциалом, что может случиться в случае повреждения изоляции. Так как магнитопровод трансформатора тока сделан из металла, то он имеет хорошую проводимость и соединяет магнитным путём отделенные обмотки ТТ (первичную и вторичную). Поэтому существует повышенная опасность, что персонал получит электротравмы, или повредится оборудование вследствие дефектов в изоляционном слое. Чтобы избежать таких ситуаций, заземляют один из вторичных выводов трансформатора.

Возможность поражения высоковольтным потенциалом из-за разрыва вторичной цепи. Её выводы промаркированы как «И1» и «И2». Чтобы направление, по которому протекает ток, было полярным и совпадало по всем обмоткам, они всегда во время работы трансформатора подключаются на нагрузку. Это необходимо из-за того, что ток, проходящий по первичной обмотке, имеет мощность высокого потенциала, которая передаётся во вторичную цепь с незначительными потерями. При разрыве в таких случаях резко уменьшаются показатели из-за утечки во внешнюю среду. При таких происшествиях значительно ускоряется падение напряжения на данном разорванном участке. Потенциал, который сформировывается на разомкнутых контактах, при прохождении тока достигает нескольких киловольт. Такое значение является опасным для жизни. Поэтому необходимо убеждаться, что все вторичные цепи на трансформаторах тока надежно собраны. А при выходе из строя устанавливаются шунтирующие закоротки. Принцип действия трансформатора не терпит пренебрежения правилами безопасности, и получить электротравму очень легко.

Конструкторские решения, которые были использованы в трансформаторах тока. Любой ТТ, как и все электротехнические устройства, должен решать определённые задачи, которые возникают во время эксплуатации электроустановок. Благо, промышленность предлагает значительный ассортимент. Но в некоторых случаях бывает лучше усовершенствовать имеющуюся конструкцию с точки зрения предприятия, чем изготавливать что-то новое, чем многие и пользуются, не имея достаточного опыта. Без знания, что собой представляет принцип действия трансформатора, последствия такого вмешательства могут создать ситуации, опасные для жизни.

Заключение

В рамках статьи мы обсудили назначение и принцип действия трансформатора тока. Как видите, это устройство является очень важным для нормального функционирования общества. Но вместе с этим оно является и довольно опасным, поэтому всегда стоит придерживаться осторожности и без надобности не лезть внутрь аппарата, особенно тогда, когда работают трансформаторы тока. Назначение и принцип действия таких приспособлений были нами рассмотрены настолько, насколько это позволил размер статьи. Однако все самое важное мы изучили.