Измерительные трансформаторы Принцип действия и устройство.

Контроль за режимом работы, защита и автоматика на подстанциях осуществляются с помощью различных электроизмерительных приборов, реле и аппаратуры автоматики. При напряжениях электроустановок выше 380В, а также при больших значениях силы тока измерительные приборы, реле и аппаратуру автоматики присоединяют к соответствующему участку электрической цепи с помощью измерительных трансформаторов. Применение измерительных трансформаторов позволяет:

1. Расширить пределы измерений обычных измерительных приборов

Это очень важно, т.к. о в приборах электромагнитной, электродинамической и индукционной систем, для расширения пределов измерения по току шунты не применимы.

Расширение пределов измерения вольтметров по напряжению при помощи добавочных сопротивлений применяется только для напряжений до 600—1500 В.

2. Отделить измерительные приборы и реле от напряжений выше 380в и тем самым обеспечить безопасность их обслуживания.

Измерения в цепях переменного тока высокого напряжения сопряжены с трудностями обеспечения техники безопасности этих измерений.

По устройству и принципу действия измерительные трансформаторы подобны обычным трансформаторам малой мощности.

На сердечник, набранный из тонких (0,35 мм) листов электротехнической стали, помещены изолированные одна от другой две обмотки, имеющие разные числа витков Обмотки выполняют из медного провода соответствующего сечения. При протекании переменного тока по одной из них в магнитопроводе появляется переменный магнитный поток, который, пронизывая вторую обмотку, наводит в ней э.д.с. Величина последней определяется частотой переменного тока, величиной магнитного потока и числом витков обмоток. Если вторую обмотку замкнуть на сопротивление, по нему потечет ток.

Измерительные трансформаторы тока

С

1.- магнитопровод (сердечник трансформатора);

2.- первичная обмотка трансформатора;

3.- вторичная обмотка трансформатора;

4. - I₁ и I₂ первичный и вторичный ток трансформатора;

5. – Л₁ и Л₂, И₁ и И₂ клеммы первичной и вторичной обмоток

хемы включения измерительных трансформаторов тока

В трансформаторе тока первичная обмотка с числом витков ω₁ наматывается из медного провода, сечение которого выбирается в соответствии с номинальным током I_ном1. Эта обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока. Зажимы обмотки по стандарту обозначают буквами Л₁ и Л₂ (Л- линия).

По обмотке ω₁ протекает измеряемый переменный ток. Вторичную обмотку наматывают из медного провода на номинальный ток I_ном2 = 5А с числом витков ω₂. Эта обмотка замыкается на токовые обмотки измерительных приборов (амперметр, ваттметр и счетчик). Зажимы вторичной обмотки по стандарту обозначают буквами И ₁ и И₂.

При протекании по первичной обмотке измеряемого тока в магнитопроводе появится переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая вторичную обмотку, наведет в ней э.д.с. Так как вторичная обмотка замкнута на приборы, в цепи вторичной обмотки появится ток I₂.

Ток вторичной обмотки будет примерно во столько раз меньше тока первичной обмотки, во сколько раз число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной, т. е. коэффициент трансформации трансформатора тока равен

п = =

Но это отношение не остается постоянным и несколько изменяется при изменениях тока I_ном1 или сопротивления нагрузки во вторичной цепи.

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению (110В и выше; 6, 10, 35; 110кВ), первичному и вторичному токам, по роду установки (внутренняя, наружная), конструкции, классу точности (0,2; 0,5; 1; 3; 10). Цифры класса точности означают токовую погрешность, выраженную в процентах.

Трансформаторы класса точности 0,2 предназначены для точных лабораторных исследований; класса 0,5 для присоединения счетчиков электроэнергии; 1 и 3 для присоединения измерительных приборов. Для цепей релейной защиты используются ТА с классом точности 10.

Нормальный режим работы трансформатора тока - это режим, близкий к режиму короткого замыкания (так как сопротивления токовых обмоток измерительных приборов очень малы).

При работе трансформатора тока (когда он включен) нельзя размыкать его вторичную обмотку. При размыкании вторичной обмотки включенного трансформатора тока первичный ток не изменяется, а вторичный исчезает, прекращается его размагничивающее действие и в сердечнике возникает очень большой магнитный поток; соответственно возрастает и э.д.с, индуктируемая во вторичной обмотке, могущая достигнуть значений, опасных для обслуживающего персонала (300-2000А).

Помимо этого, потери в сердечнике, пропорциональные квадрату магнитного потока, также резко возрастают и могут привести к значительному нагреву сердечника. Это в свою очередь поведет к разрушению изоляции обмоток.

Наша промышленность выпускает измерительные трансформаторы тока на номинальные значения первичного тока от долей ампера до тысяч ампер. Вторичные обмотки всех измерительных трансформаторов тока по стандарту рассчитаны на номинальный ток 5А. Лишь в специальных случаях применяют трансформаторы тока с номинальным вторичным током в1А.

Е сли первичную обмотку выполнить из нескольких секций, то получится трансформатор тока на несколько пределов первичного тока с одним значением вторичного тока.

На рисунках показаны современные лабораторные многопредельные переносные измерительные трансформаторы тока и так называемые измерительные клещи ЦЗО, позволяющие без разрыва цепи измерять переменные токи до 600А при напряжении до 600В. Раздвижные рога, образующие сердечник трансформатора, охватывают провод или кабель с измеряемым током; этот провод исполняет роль первичной обмотки. Чувствительный выпрямительный прибор включен во вторичную обмотку, находящуюся внутри пластмассового корпуса клещей.

Т рансформатор тока является основным датчиком, дающим информацию устройствам релейной защиты о величине тока защищаемой сети.

Трансформаторы тока в установках напряжением выше 1кВ имеют следующее предназначение:

• отделить цепи высокого напряжения от цепей измерительных приборов или аппаратов защиты, обеспечивая безопасность их обслуживания;

• снизить измеряемый ток до значения, допускающего подключение последовательных катушек измерительных приборов или аппаратов защиты (обычно 5 А);

• исключить протекание токов КЗ непосредственно через последовательно включаемые в контрольные цепи обмотки приборов и реле;

• уменьшить сечение контрольных кабелей, снизив их стоимость.

Первичные обмотки трансформаторов тока на номинальные токи 600А и выше изготовляются одновитковыми (рис.1), а на меньшие токи - многовитковыми (рис. 2).

Рис.№1. Проходные одновитковые трансформаторы тока:

а - трансформатор ТПОФ-10,

б — трансформатор ТПОЛ-10;

1.- токоведущий стержень (первичная обмотка),

2.- проходкой изолятор, 3.- зажимы вторичной обмотки, 4.- стальной фланец, 5.- кожух,

6. - компаундное литье

Рис. №2

Проходные многовитковые трансформаторы тока:

а - трансформатор ТПФМ-10,

б — трансформатор ТПЛ-10;

1.- зажимы первичной обмотки, 2.- чугунные колпаки, 3.- проходные изоляторы, 4.- зажимы вторичных обмоток, 5.- фланец, 6.- кожух, 7.- сердечники, 8.- компаундное литье, 9.- установочные угольники (лапки).

Трансформаторы тока могут иметь одну или две вторичные обмотки. Для закрытых установок (ЗРУ) 6-10 кВ применяют главным образом проходные трансформаторы тока с фарфоровой или литой (из компаунда) изоляцией.

Такие трансформаторы устанавливаются в проемах стен или перекрытий, одновременно они выполняют функции проходных изоляторов.

Трансформаторы тока (ТА) внутренней установки напряжением 10кВ имеют следующие обозначения:

• ТПЛ-10 – проходной, многовитковые, с литой изоляцией, на токи от 5А до 630А (рис. 2б);

• ТПЛУ-10 - усиленные на токи от 10А до 100А;

• ТПОЛ-10 - проходной, одновитковые, с литой изоляцией, на токи 630, 800,1000 и 1600А;

• ТПОЛА-10 - с алюминиевой первичной обмоткой на те же токи

• ТПОФ-10 — проходной, одновитковый с фарфоровой изоляцией на токи 630, 800,1000 и 1600А; (рис. 1а);

• ТПШП – шинные на токи 2000А-5000А для лабораторных исследований; класса 0,5 для присоединения счетчиков электроэнергии; 1 и 3 для присоединения измерительных приборов. Для цепей релейной защиты используются ТА с классом точности 10.

П роходные трансформаторы тока наружной установки имеют следующие обозначения: ТФН - с фарфоровым корпусом, залитые трансформаторным маслом; ТВТ, ТВС - встроенные в проходные изоляторы аппаратов и силовых трансформаторов.

Для установок напряжением до 1кВ используют катушечные трансформаторы тока типа ТКЛ

Трансформаторы тока на подстанциях и станциях устанавливаются в специально оборудованных отдельных шкафах КСО-272.