17.3. Компенсированные трансформаторы тока

Компенсированным трансформато­ром тока называется трансформатор, характеристики погрешности которого

улучшены специальными способами. Большая часть способов компенсации погрешностей трансформаторов тока основана на свойстве ферромагнитных материалов изменять свою магнитную проницаемость с изменением индукции. Из рис. 17.5 видно, что наиболее благо­приятной является зона II, где кривая намагничивания В(Н) почти прямоли­нейна, а магнитная проницаемость вы­сока. Искусственное перемещение рабо­чей зоны трансформатора тока в зону II достигается подмагничиванием магнито-провода вспомогательными обмотками или полем рассеяния. Подмагничивание магнитопровода позволяет снизить по­грешности трансформатора тока или, при сохранении тех же погрешностей, уменьшить размеры и массу трансфор­матора.

Компенсированные трансформаторы тока относятся в основном к классам точности 0,2 и 0,5. Исключение состав­ляет компенсированный трансформатор тока нулевой последовательности для защиты генератора от замыканий на землю в незаземленных и компенсиро­ванных сетях, т. е. в условиях, когда ток замыкания на землю мал.

Трансформатор тока с подмагничи­ванием от постороннего источника энер­гии имеет магнитную систему, состоя­щую из двух одинаковых магнитопро-водов (рис. 17.6, а), которые охватыва­ются общей вторичной обмоткой с чис­лом витков w₂. Кроме того, на каждый магнитопровод накладывают вспомога-

тельную обмотку для подмагничивания с числом витков w_п. Обмотки для под­магничивания включены между собой встречно и подключены к постороннему источнику переменного тока. Они созда­ют в магнитопроводе одинаковые маг­нитные потоки, которые наводят в частях вторичной обмотки одинаковые, но про­тивоположно направленные ЭДС. По-

следние взаимна компенсируются, по­этому вспомогательные обмотки не влияют на вторичный ток трансформа­тора.

Магнитодвижущие силы обмоток магнитопроводов I и II равны соот­ветственно

где I_п — ток подмагничивания; F_п — МДС подмагничивания.

Ток подмагничивания подбирают та­ким образом, чтобы МДС fj и fjj созда­вали в магнитопроводах индукции, со­ответствующие зоне больших магнит­ных проницаемостей стали (рис. 17.7). Поскольку магнитная индукция В₀, со­ответствующая МДС в нор­мальном режиме мала, то МДС F_I и F_II близки по модулю и противо­положны по фазе, как и соответствую­щие им ЭДС E_I и E_II (рис. 17.6, б), а ток подмагничивания практически совпадает по фазе с током I₀. Резуль­тирующая ЭДС

Для получения такой же ЭДС и соответствующей ей индукции В₀ в трансформаторе тока без подмагничива­ния потребовалась бы в соответствии с характеристикой намагничивания зна­чительно большая МДС fo- Поэтому погрешности компенсированного транс­форматора тока меньше, чем у неком­пенсированного, а характеристики по­грешностей более пологи.

К недостаткам рассматриваемого метода компенсации следует отнести сложность конструкции трансформатора тока и необходимость в особом источ­нике энергии. В отечественной практике подмагничивание от постороннего источ­ника применяют только для трансфор­маторов тока нулевой последователь­ности, предназначенных для защиты генераторов от замыканий на корпус. За рубежом применяют подмагничива-

ние током тройной частоты для повы­шения точности одновитковых транс­форматоров тока, встроенных в масля­ные выключатели.

Самоподмагннчиванне полем рассея­ния, метод МЭИ [17.1], применяется в многовитковых трансформаторах тока с номинальным напряжением до 10 кВ. Прямоугольный магнитопровод 1 тако­го трансформатора (рис. 17.8) снабжен магнитным шунтом 2, показанным ус­ловно в виде перемычки между ярма-ми (в действительности магнитный шунт

выполняют в виде П-образной скобы, набранной из нескольких стальных лис­тов). Вторичная обмотка разделена на две неравные части с числом витков w'₂ и w''₂, которые размещены на стерж­нях I и II; МДС этих обмоток равны соответственно

'

Магнитодвижущие силы F_I и F_II находятся приблизительно в противо-фазе аналогично трансформатору тока с двумя магнитопроводами. Следова­тельно, потоки рассеяния Ф'_рас и Ф''_рас, создаваемые этими МДС, также проти­воположны по фазе. В результате про­исходит противонамагничивание стерж­ней I и II до индукций, соответствую­щих области большой магнитной про­ницаемости стали. В то же время ре­зультирующая МДС F₀ = F_I + F_II отно­сительно мала. Сечение магнитного шун­та и соотношение между числами вит­ков вторичной обмотки подбирают так, чтобы получить наименьшую погреш­ность при первичном токе, близком к номинальному. При токах, превышаю­щих номинальное значение, шунт насы­щается и мало влияет на работу транс­форматора.