27 Трансформаторы тока. Основные понятия

Измерительные трансформаторы тока (ТА) предназначены для:

1) изоляции цепей тока измерительных ор­ганов от высокого напряжения;

2) получения, независимо от номи­нального первичного тока I_1,HOM, стандартного значения вторич­ного тока I_2,НОМ.

Трансформаторы тока имеют стандарт­ный номинальный вторичный ток I_2,НОМ = 1; 5 А; допускается изготовле­ние трансформаторов тока с номинальным вторичным током I_2,НОМ = 2; 2,5 А.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока K_I представляет собой отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току

K_I = I_1,HOM/ I_2,НОМ. (6.1)

Значение K_I записывается дробью (например, 100/5, 200/5).

Первич­ная обмотка трансформатора ТА с числом витков w₁ включается в цепь первичного тока I₁ сети, а ко вторичной обмотке с числом витков w₂ подключаются цепи тока измерительных органов, на­пример измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением (рисунок 6.1).

ТА КА1 КА2

Ф

Ф  магнитный поток

Рисунок 6.1  Измерительный трансформатор тока

Начала и концы обмоток трансфор­матора тока указываются на их выводах. Выводы первичной обмотки Л₁ и Л₂ маркируются произвольно, а выводы вторичной об­мотки И₁ и И₂  с учетом принятого обозначения выводов первич­ной обмотки. При этом за начало вторичной обмотки И₁ прини­мается вывод, из которого мгновенный ток i₂ направляется в цепь нагрузки, когда в первичной обмотке ток i₁ направлен от начала Л₁ к концу Л₂. При такой маркировке мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направление, что и при включении непосредственно в защищаемую цепь (без трансформатора).

Работа трансформатора тока иллюстрируется схемой замещения (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2  Схема замещения трансформатора тока

Из рисунка 6.2 видно, что первичный ток, приведенный к виткам вторичной обмотки, I'₁ = I₁w₁/w₂ разветвляется по двум цепям. Основная его часть  ток I₂, замыкается через сопротивление нагрузки Z_H, а другая часть I'_НАМ = I_НАМw₁/w₂ через сопротивление ветви намагничивания Z_НАМ.

По мере увеличения сопротивления нагрузки Z_H ток I₂ уменьшается, а ток I'_НАМ увеличивается. Когда вторичная обмотка разомкнута, ток I₂ = 0, а I'_НАМ = I'₁. При этом результирующая магнитодвижущая сила (МДС) резко возрастает и становится равной МДС первичной обмотки. Следствием этого является значительное увеличение магнитного потока Ф (рисунок 6.1) и быстрое насыщение магнитопровода, в связи с чем:

1) на зажимах вторичной обмотки появляется несинусоидальная ЭДС е₂, максимальные мгновенные значения которой могут достигать тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала и изоляции;

2) возрастают потери в стали и магнитопровод трансформатора недопустимо нагревается, что может привести к усиленному износу и повреждению изоляции трансформатора тока.

Поэтому особенностью работы измеритель­ных трансформаторов тока является режим короткого замыкания (близкий к короткому замыканию) его вторичной цепи. Из соображений техники безопасности вторичную обмотку трансформатора тока заземляют.

При необходимости замены измерительного при­бора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

Точность работы трансформаторов тока характеризуется при помощи токовой, угловой и полной погрешности.

Токовая погрешность f_i определяется арифметической разностью между током I₂ и током I'₁.

(6.2)

Угловая погрешность  представляет собой угол между токами I₂ и I'₁. Если вектор I₂ опережает вектор I'₁, угловая погрешность считается положительной.

Полная погрешность  характеризует точность трансформаторов тока, предназначенных для релейной защиты и пропорциональна току намагничивания I'_НАМ

(6.3)

где I₁  действующее значение первичного тока, А;

T  длительность периода тока, с.

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструк­тивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной про­ницаемости материала магнитопровода, средней длины магнит­ного пути, значения I₁w₁. В зависимости от предъявляемых требо­ваний выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке пер­вичной обмотки током 100120 % для первых трех классов и 50120 % для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

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

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

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоедине­ния точных лабораторных приборов, класса 0,5  для присоедине­ния счетчиков денежного расчета, класса 1  для всех технических измерительных приборов.

Трансформаторы тока, используемые в релейной защите, имеют два класса точности: 5Р и 10Р. Полная погрешность первых не должна превышать  = 5 %, а вторых   = 10 % при заданной вторичной нагрузке и расчетной предельной кратности первичного тока. Для класса 10Р токовая погрешность f_i не должна превышать 10 %, а угловая погрешность   7⁰.

Выпускаются также трансфор­маторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифферен­циальной защиты), 3 (для земляной защиты).

Предельная кратность трансформатора тока k₁₀  это наибольшее отношение первичного тока I_1,max трансформатора тока к его номинальному первичному току I_1,HOM

k₁₀ = I_1,max/I_1,HOM. (6.4)

Кривые предельной кратности k₁₀ = f(Z_H) приводятся в информационных материалах заводов-изготовителей.