Основные конструктивные узлы и схема включения трансформатора тока

Трансформатор тока (рис. 19.1) состоит из сердечника, выполненного из высококачественной листовой электротехнической стали, первичной обмотки с числом витков W₁, вторичной обмотки с числом витков W₂.

Рис. 19.1. Трансформатор тока:

Л₁Л₂ – выводы первичной обмотки, которая непосредственно включена в сеть;

И₁И₂ – выводы вторичной обмотки, которая подключается к амперметру или реле.

Выводы вторичной обмотки трансформатора тока обязательно заземляются в целях защиты обслуживающего персонала и приборов в случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока:

; (19.1)

где I_1ном и I_2ном – соответственно номинальные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора тока.

Ток I_2ном – принят равным 5А или 1А, независимо от той цепи, в которой проводятся измерения, это позволяет упростить конструкцию измерительных приборов и реле.

Особенности эксплуатации трансформаторов тока

Известно, что у силовых трансформаторов существует свойство саморегулирования магнитного потока сердечника Ф_с (рис. 19.2), иначе можно записать

Ф_с = Ф₁ – Ф₂ = const, (19.2)

где Ф₁ – магнитный поток в сердечнике, создаваемый первичной обмоткой;

Ф₂ – магнитный поток в сердечнике, создаваемый вторичной обмоткой;

Рис. 19.2. Трансформатор тока

При изменении сопротивления нагрузки z_Н меняется ток I₂, но

I₁ = к_ттI_2, (19.3)

то есть токи прямо пропорциональны, кроме того

Ф₁=cI_1, (19.4)

Ф₂=cI_2, (19.5)

т.е. потоки прямопропорциональны токам, таким образом, при изменении I₁ и I_2, Ф₁ и Ф₂ – меняются, но Ф_С остается постоянным.

У трансформаторов тока свойство саморегулирования отсутствует. Так как первичная обмотка включена непосредственно в силовую линию, обычно очень мощную, то изменения тока I₂ не могут оказать влияния на ток I₁, поэтому трансформатор тока эксплуатируется в режиме короткого замыкания, то есть значения I₂ и Ф₂ не равны нулю при работе трансформатора. Результирующий поток в сердечнике

Ф_с = Ф₁ – Ф₂. (19.6)

Режим холостого хода не допустим.

Рассмотрим, что будет если разомкнуть вторичную обмотку: I₂ = 0, Ф₂ = 0, таким образом, Ф_С = Ф₁, но Ф₁ = сI₁, так как (обычно), то Ф₁ = Ф_с достигает очень больших значений, это в свою очередь приводит к увеличению ∆Р_С (потери в стали), поскольку ∆Р_С пропорционально , вследствие чего сердечник за короткое время разогревается настолько, что нарушается изоляция между пластинами электротехнической стали. Нарушение изоляции приводит к еще большему увеличению потерь в стали ∆Р_С. Этот процесс развивается лавинообразно, и через некоторое время трансформатор тока выходит из строя. Само явление получило название «пожар железа».

Другой негативный факт при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока – при увеличении Ф_С (рис. 19.3) резко возрастает ЭДС индукции во вторичной обмотке:

; (19.7)

Рис. 19.3. График магнитного потока сердечника трансформатора

Значение U₂ достигает 1000 В и более, возникает пробой изоляции и напряжение, опасное для обслуживающего персонала, поэтому эксплуатация трансформатора тока в режиме холостого хода недопустима. При отсоединении (замене) амперметра, необходимо закорачивать выводы специальным замыкателем.