17.4. Электродинамическая и термическая стойкость трансформаторов тока

Трансформатор тока, как всякий ап­парат, включаемый в цепь последова­тельно, должен быть электродинами­чески и термически стойким.

Электродинамическая стойкость. В трансформаторах тока имеют место внутренние электродинамические силы от взаимодействия токов в элементах обмоток, главным образом первичной, и внешние силы от взаимодействия токов разноименных фаз.

Многовитковые трансформаторы то­ка, у которых первичная обмотка вы­полнена в виде катушки или в виде нескольких петель удлиненной формы, подвержены в основном действию

внутренних электродинамических сил. В одновитковых трансформаторах, где первичная обмотка представляет собой прямолинейный проводник, внутренние силы практически отсутствуют и элект­родинамическая стойкость определяется внешними силами.

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют током динамической стойкости i_ДИН или отношением этого тока к амплитуде номинального первичного тока, т. е. кратностью

Кроме того, для трансформаторов тока внутренней установки, подвержен­ных внешним электродинамическим си­лам вследствие относительно небольших расстояний между фазами, заводы-изго-.товители указывают наибольшее до­пустимое расстояние от вывода первич­ной обмотки до ближайшего опорного изолятора при минимальном расстоя­нии между фазами.

Условие электродинамической стой­кости трансформатора тока выражается следующим образом:

Условие термической стойкости трансформатора тока имеет вид

где В — интеграл Джоуля; К_тер = = I_тер/I_1ном — кратность тока термиче­ской стойкости.

17.5. Конструкции трансформаторов тока

Различают две основные группы из­мерительных трансформаторов тока: одновитковые и многовитковые.

Одновитковые трансформаторы наи­более просты в изготовлении. Однако при одном витке первичной обмотки и применении стали среднего качества

МДС обмотки недостаточна для транс­форматоров класса 0,5, если первичный ток менее 400—600 А. Одновитковые трансформаторы с меньшим номиналь­ным током, например встроенного ти­па, относятся к классам 1 и 3. Приме­нение получили три характерные конст­рукции одновитковых трансформаторов: стержневые, шинные и встроенные.

Стержневые трансформаторы тока изготовляют для номинальных напряже­ний до 35 кВ и номинальных первич­ных токов от 400 до 1500 А. В качестве примера на рис. 17.9 показан стержне­вой трансформатор типа ТПОЛ (П — проходной, О — одновитковый, Л — ли­тая изоляция) для номинального напря­жения 10 кВ. Первичной обмоткой слу­жит прямолинейный стержень 1 с зажи­мами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магни-топровода 2 со вторичными обмотками. Таким образом, два трансформатора объединены в общую конструкцию. Маг-

нитопроводы вместе с первичной и вто­ричными обмотками залиты эпоксид­ным компаундом и образуют моно­литный блок 3 в виде проходного изо­лятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями для крепежных болтов. Зажимы вторичных обмоток 5 расположены на боковом приливе изо­ляционного блока.

Диаметры магнитопроводов одина­ковы для всех трансформаторов этой серии, а высота зависит от назначения трансформатора и первичного номи­нального тока.

Шинные трансформаторы тока изго­товляют для номинальных напряжений до 20 кВ и номинальных первичных токов до 24000 А. При таких больших токах целесообразно упростить конст­рукцию трансформатора, используя в качестве первичной обмотки шину или пакет шин соответствующего присоеди­нения. При этом устраняются зажимы первичной обмотки с контактными соединениями. Вследствие большого но­минального первичного тока шинные трансформаторы можно выполнить в классе 0,5, не прибегая к компенсации погрешностей. Металлическая арматура шинных трансформаторов должна быть выполнена из немагнитного материала во избежание чрезмерного нагревания вихревыми токами. В качестве примера на рис. 17.10 показан шинный транс­форматор типа ТШЛ-20 (Ш - шинный, Л — литая изоляция) для напряжения 20 кВ. Магнитопроводы 1 и 2 со вто­ричными обмотками залиты эпоксид­ным компаундом и образуют изоляци­онный блок 3. Блок соединяется с осно­ванием 4, имеющим приливы 5 для крепления трансформатора. Проходное отверстие (окно) с размерами от 200x200 до 250x250 мм² рассчитано на установку двух шин корытного сече­ния. Зажимы 6 вторичных обмоток расположены над блоком.

Встроенные трансформаторы тока устанавливают на вводах 35 кВ и выше масляных баковых выключателей и си­ловых трансформаторов. На рис. 17.11 показан магнитопровод с вторичной об­моткой встроенного трансформатора

тока, предназначенного для масляного выключателя типа У-110 (два трансфор­матора на каждый ввод). Токоведущие стержни вводов с их изоляцией служат первичными обмотками для встроенных трансформаторов. Поэтому они дешевы и не требуют особого места для уста­новки.

Вторичные обмотки встроенных трансформаторов выполняют с ответ­влениями, позволяющими подобрать число витков и, следовательно, коэффи­циент трансформации в соответствии с рабочим током цепи. Обычно вто­ричные обмотки имеют четыре ответвле­ния, причем основные выводы (полное число витков) соответствуют номиналь­ному току выключателя. При работе трансформатора тока на ответвлении с неполным числом витков вторичной обмотки и, следовательно, с первичным током меньше номинального погреш-

ность его увеличивается вследствие уменьшения МДС первичной обмотки.

Погрешности встроенных трансфор­маторов тока при прочих равных усло­виях больше погрешностей стержневых и шинных трансформаторов, так как из-за значительного диаметра кольцево­го магнитопровода, определяемого диа­метром ввода, длина его и, следова­тельно, сопротивление магнитной цепи оказываются весьма большими.

Многовитковые трансформаторы то­ка изготовляют для всей шкалы номи­нальных напряжений и для токов до 1000—1500 А, т. е. применительно к ус­ловиям, когда необходимая точность не может быть обеспечена при одном первичном витке. Наличие нескольких витков в первичной обмотке усложняет конструкцию трансформатора, так как приходится учитывать внутренние элект­родинамические силы при КЗ и значи­тельные витковые напряжения при вол­новых процессах с крутым фронтом волны. Вид изоляции и конструкцию обмоток выбирают в соответствии с номинальным напряжением.

Для напряжений 6—10 кВ изготов­ляют катушечные и петлевые транс­форматоры тока с эпоксидной изоля­цией. В качестве примера на рис. 17.12 показан внешний вид трансформатора тока типа ТПЛ-1 (П — петлевой, Л — литая изоляция) для напряжения 10 кВ. Здесь 1 — литой блок, охватывающий первичную и вторичную обмотки; 2 — магнитопроводы; 3,—зажимы вторич­ных обмоток; 4 — основание с отвер­стиями для болтов.

Для напряжений 35 — 750 кВ изготов­ляют трансформаторы тока наружной установки с масляным заполнением ти­па ТФН (Ф — фарфоровая изоляция, Н — наружная установка).

На рис. 17.13 показаны магнито­проводы и обмотки трансформатора тока типа ТФН. Кольцевые магнитопро­воды 1—3 выполнены из ленточной стали. На них навиты вторичные об­мотки. Первичная обмотка 4 из много­жильного провода проходит через от­верстия магнитопроводов. Концы ее вы­ведены наверх. Такую своеобразную кон-

струкцию называют звеньевой или восьмерочной. Первичная обмотка состоит из двух секций, которые с помощью переключателя могут быть соединены последовательно или парал­лельно, благодаря чему первичный но­минальный ток и, следовательно, ко­эффициент трансформации можно изме­нять в отношении 1:2. Изоляция 5 первичной обмотки, а также магнито-проводов с вторичными обмотками вы­полнена из кабельной бумаги. Магни-топроводы и обмотки трансформаторов тока типа ТФН заключены в фарфоро­вый полый изолятор, заполненный мас­лом (рис. 17.14).

Трансформаторы тока 330 — 750 кВ выполняют каскадного типа. Они состо­ят из двух ступеней — верхней 1 и ниж­ней 2, каждая из которых является конструктивно самостоятельным эле­ментом, аналогичным трансформатору тока типа ТФН, и рассчитана на поло­вину номинального напряжения (рис. 17.15, а). Ко вторичной обмотке

верхней ступени присоединяется первич­ная обмотка 3 трансформатора нижней ступени, имеющего четыре-пять вторич­ных обмоток. Таким образом, в каскад­ном трансформаторе тока применены две последовательные трансформации (рис. 17.15, б). Это приводит к некоторо­му увеличению погрешностей.