Б) Конструкции трансформаторов тока (тт)

В настоящее время заводы изготовляют ТТ на все напряжения до 1150 кВ включительно.

Рис. 19-5. Принципиальные схемы устройства трансформаторов тока.

а -одновитковый; б — многовитковый с одним сердечником ; в— многовитковый с двумя м сердечниками. 1 - первичная обмотка; 2 — изоляция; 3 — сердечник; 4 — вторичная обмотка.

По конструкции первичной обмотки разли­чают трансформаторы тока одновитковые (стержневые) и многовитковые (петлевые, ка­тушечные) .

Первичные обмотки одновитковых трансформаторов тока (рис. 19-5,а) выполня­ют из круглых стержней сплошного или труб­чатого сечения или из пакета шин. Основным недостатком этих трансформаторов тока явля­ется низкая точность их при малых измеряе­мых токах вследствие того, что при малом первичном токе величина н. с. (намагничивающая сила) первичной об­мотки () недостаточна для поддержания необходимого магнитного потока и мощность вторичной обмотки не­значительна. Чрезмерное же увеличение се­чения сердечника нецелесообразно. Поэтому одновитковые трансформаторы тока изготов­ляют на номинальные первичные токи от 150—200 А и более. На токи 600—1000 А и более изготовляют только одновитковые трансформаторы тока.

К достоинствам одновитковых трансфор­маторов тока по сравнению с многовитковыми можно отнести более простую их кон­струкцию, меньшую стоимость, меньшие габа­риты и большую устойчивость при токах ко­роткого замыкания. Внутренние электродина­мические силы в них невелики, а термическая устойчивость достигается легко — изменением сечения токоведущего стержня 1.

Первичные обмотки многовитковых трансформаторов тока (рис.19-5,б) выполня­ют из нескольких витков, охватывающих сер­дечник с наложенной на него вторичной об­моткой. В этом случае при малом первичном токе необходимая величина н. с. первичной обмотки достигается путем увеличе­ния числа витковω1 первичной обмотки транс­форматора тока (для сохранения необходи­мого коэффициента трансформации трансфор­матора тока соответственно увеличивается и число витков ω2 его вторичной обмотки). Благодаря этому оказывается возможным выпол­нять многовитковые трансформаторы тока вы­соких классов точности при малых величинах номинальных первичных токов. Заводы-изготовители изготовляют многовитковые трансфор­маторы тока на номинальные первичные токи от 5 до 600 А.

Основные недостатки многовитковых трансформаторов тока вытекают из изложен­ных выше достоинств одновитковых транс­форматоров тока. Недостатком многовитко­вых конструкций является также то, что их первичные обмотки подвергаются значитель­ным перенапряжениям между витками при падении на трансформатор волны перенапря­жения или при протекании больших токов ко­роткого замыкания.

По числу сердечников различают транс­форматоры тока с одним и несколькими сер­дечниками. На рис. 19-5,в приведена схема многовиткового трансформатора тока с двумя сердечниками, каждый из которых имеет свою самостоятельную обмотку. Первичная обмот­ка для обоих сердечников общая, поэтому по­лучается как бы удвоение трансформатора тока при практически неизменных габаритах и малом изменении стоимости.

Обмотки сердечников совершенно незави­симы друг от друга: изменение нагрузки од­ной вторичной обмотки не сказывается на ве­личине первичного тока, а следовательно, не влияет на величину погрешностей второго сер­дечника.

Сердечники могут иметь разный и одина­ковый классы точности и использоваться для раздельного включения измерительных прибо­ров, релейных защит и реле автоматики.

Некоторые трансформаторы тока на на­пряжение 35 кВ и выше изготовляют с тремя и четырьмя сердечниками, что дает суще­ственную экономию.

По способу установки различают транс­форматоры тока проходные (рис. 19-6, 19-7,19-8) и опорные.

Рис. 19-6. Проходной многовитковый трансформатор тока с фарфоровой изоля­цией типа ТПФМ-10 на 10 кВ, 100 А, с двумя сердечниками.

В особую группу можно выделить встроенные трансформаторы тока, устанавливаемые внут­ри других аппаратов и машин.

По роду установки различают трансфор­маторы тока для внутренней и наружной установки.

Ознакомимся с основными конструкциями трансформаторов тока:

Проходные трансформаторы тока предна­значены только для закрытых распределитель­ных устройств и могут быть использованы для установки в проемах стен и перекрытий вместо проходных изоляторов, что существен­но уменьшает габариты и стоимость распреде­лительных устройств. При необходимости их устанавливают и на металлических конструк­циях распределительных устройств.

Проходные трансформаторы тока являют­ся наиболее распространенными трансформа­торами тока в закрытых распределительных устройствах напряжением до 20 кВ включи­тельно.

Проходные трансформаторы тока могут иметь один или два сердечника со вторичны­ми обмотками одинаковых или разных клас­сов точности.

Проходные многовитковые трансформаторы тока с фарфоровой изоляцией (рис. 19-6) типа ТПФМ (Т — трансформатор тока, П — проходной, Ф — с фарфоровой изоляцией, М — модернизирован­ный) изготов­ляются на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные первичные токи 5—400 А.

Первичная обмотка такого трансформато­ра тока проходит внутри фарфоровых изоля­торов /, закрепленных во фланце 2 и с обоих концов скрепленных дополнительно чугунны­ми концевыми коробками 3. Междувитковая изоляция первичной обмотки рассчитывается на напряжение, равное падению напряжения в витке обмотки при протекании по ней ма­ксимального допускаемого кратковременного тока.

Концы первичной обмотки присоединены к контактным пластинам 4, служащим для присоединения к трансформатору тока шин распределительного устройства.

Сердечник, собранный из Г-образных сталь­ных пластин, охватывает фарфоровый изоля­тор /, внутри которого находятся проводники первичной обмотки. На сердечник надета ка­тушка вторичной обмотки, концы которой вы­ведены к зажимам 5. Изображенный на рис. 19-6 трансформатор тока имеет два сер­дечника, концы обмотки которых выведены к зажимам 5 и 5''. Сердечники со вторичными обмотками закрыты кожухом 6.

Во всех проходных трансформаторах тока с фарфоровой изоляцией первичная обмотка высокого напряжения надежно изолирована фарфором от заземленного фланца и от сер­дечника и вторичной обмотки. Внешняя по­верхность фарфоровых изоляторов в части, находящейся под сердечниками, покрыта сло­ем проводящей графитовой краски и соедине­на электрически с заземленной арматурой. У многовитковых трансформаторов тока та­кой же краской покрыта также и внутренняя полость обоих изоляторов, соединенная элек­трически с первичной обмоткой. Все это необ­ходимо для предупреждения ионизации слоя воздуха между металлическими частями и изолятором, вредно влияющей на органиче­скую изоляцию обмоток.

Проходные одновитковые (стержневые) трансформаторы тока. Наиболее распространены проходные одновитковые ТТ с фарфоровой изоляцией (рис.19.7) типа ТПОФ (О – одновитковой), изготовляемые на номинальные напряжения 10 и 20 кВ и номинальные токи 600 и 1500 А.

Рис. 19-7. Проходной одновитковый трансформатор тока с фарфоровой изоляцией типа ТПОФ-10 на 10 кВ, 1000 А, с двумя сердечниками.

В этих ТТ роль первичной обмотки выполняет токоведущий стержень /, проходящий внутри фарфорового изолятора 2, закрепленного во фланце 3, слу­жащем для крепления трансформатора тока.

Сердечник имеет кольцевую форму и вы­полнен из плотно намотанных спиралью лент трансформаторной стали. На сердечник намо­тана вторичная обмотка (как на рис. 19-5,а). Сердечник вместе со вторичной обмоткой на­дет на среднюю часть фарфорового изолято­ра 2 и закрыт кожухом 4. Концы вторичных обмоток выведены к зажимам 5 и 5'. Гайки 6 служат для закрепления шин первичной цепи. В последние годы все шире начинают из­готовлять трансформаторы тока с изоляцией из литой синтетической смолы (рис.19.8). Применяемые синтетические смолы при заливке являются весьма подвижными и по­сле полимеризации твердеют с образованием монолитной массы без пузырей. Такая изоля­ция обладает высокими и постоянными элек­трическими свойствами. Отечественные заво­ды применяют компаунд на основе эпок­сидной смолы.

Рис. 19-8. Проходной одновитковый трансформатор тока с литой смоля­ной изоляцией типа ТПОЛ-10 на 10 кВ, 1000 А, с двумя сердечниками.

На рис. 19-8 показан проходной одновит­ковый трансформатор тока с литой смоляной изоляцией типа ТПОЛ-10, изготовляемый на напряжение 10 кВ и номинальные токи 600— 1500 А. Токоведущий стержень 1 (первичная обмотка) с надетыми на него двумя сердеч­никами со вторичными обмотками залиты компаундом 2, который не только обеспечива­ет надежную изоляцию, но и защищает обмотки трансформатора тока от механических повреждений. Фланец 3 служит для крепле­ния трансформатора тока.

Из сопоставления габаритных размеров одновитковых трансформаторов тока с фарфо­ровой и литой смоляной изоляцией (рис. 19-7 и 19-8) видно, что размеры литого значительно меньше.

Для напряжений б—10 кВ изго­товляют катушечные и пет­левые трансформаторы с зпоксидной изоляцией. В качестве при­мера на рис. 16-12 показан внеш­ний вид трансформатора тока типа ТПЛ-10 (П — петлевой проходной, Л — с ли­той изоляцией) на 10 кВ.

Рис. 16-12. Петлевой трансформатор тока с эпоксидной изоляцией типа ТПЛ-10.

1 — литой блок, охва­тывающий первичную и вторичные обмотки; 2 — магнитопроводы; 3— выводы вторичных обмоток; 4 — основание с отверстиями для бол­тов; Л1 и Л2 – зажимы первичной обмотки.

Проходные шинные трансфор­маторы тока с фарфоровой изоляцией применяют в установках высокого напряжения с очень большими рабочими токами 2 кА и более. От проходных одновитковых (стержне­вых) трансформаторов тока (рис. 19-7) они отличаются тем, что поставляются заводами без токоведущих стержней (первичных обмо­ток), вместо которых используются шины или пакеты шин распределительного устрой­ства, которые при монтаже пропускают через внутреннюю полость фарфорового корпуса (изолятора) 6 трансформатора тока (рис. 19-9). Диаметр фарфорового корпуса, а так­же размеры отверстий 3 в его колпачках и опорных планок 2, служащих для закрепле­ния шин, рассчитаны на пропуск шины или пакета шин на рабочие токи 2 ка и более.

Рис. 19-9. Проходной шинный трансформа­тор тока с фарфоро­вой изоляцией типа ТПШФ-10 на 10 кВ,

3 кА, с двумя сердечниками.

1 и 1' — выводы вторич­ных обмоток; 2 — опорные планки для шин; 3 — от верстие для ввода шин;

4 — фланец; 5 — кожух; 6 —фарфоровый изолятор.

Опорные шинные ТТ относятся к группе одновитковых. У этих ТТ роль первичной обмотки выполняет шина, проходящая внутри трансформатора. На рис. 4.56 показан трансформатор тока ТШЛ – 20 (Ш – шинный, Л – с литой изоляцией, на 20 кВ и токи 6000 – 18000 А).

Рис. 4.56. Трансформатор тока ТШЛ-20:

1 — магнитопровод класса 0,5; 2 — магнитопровод класса Р; 3 — литой эпоксид­ный блок; 4 — корпус; 5 — коробка выводов вторичных обмоток; 6 — токоведу-

щая шина

Встроенные ТТ, т.е. устанавливаемые внутри различных электрических аппаратов и машин (в силовые баковые выключатели и трансформаторы, шины, в линейные выводы). ТТ этого типа состоит из кольцеобразного сердечника с наложенной на него вторичной обмоткой, который надевают на изолированную токоведущую часть аппарата. В силовых трансформаторах и выключателях такие ТТ укрепляют на проходных изоляторах под крышкой бака. Первичной обмоткой служит токоведущий стержень проходного изолятора. В комплектных токопроводах применяются трансформаторы тока ТШВ-15, ТШВ-24.

Опорные фарфоровые ТТ для наружной установки.

Для наружной установки выпускаются трансформаторы тока опорного типа в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изо­ляцией типа ТФЗМ (рис. 4.57). В полом фарфоровом изоляторе, заполненном маслом, расположены обмотки и магнитопровод трансформатора. Конструктивно первичная и вторичная обмотки напоминают два звена цепи (буква 3 в обозначении типа). Первич­ная обмотка состоит из двух секций, которые с помощью переключателя 2 могут быть соединены последовательно (положение I) или параллельно (положение II), чем достигается изменение но­минального коэффициента трансформации в отношении 1:2. На фарфоровой покрышке установлен металлический маслорасширитель 1, воспринимающий колебания уровня масла.

Рис. 4.57. Трансформатор тока ТФЗМ:

1 — маслорасширитель; 2 — переключатель первичной обмотки; 3 — ввод Л₂; 4— крышка; 5— влагопоглотитель; 6 — ввод Л1; 7— маслоуказатель; 8— пер­вичная обмотка; 9 — фарфоровая покрышка; 10 — магнитопровод с вторичной обмоткой; 11 — масло; 12 — коробка выводов вторичных обмоток; 13 — цоколь; I — положение переключателя при последовательном соединении обмоток; II — положение переключателя при параллельном соединении обмоток

Силикагелевый влагопоглотитель 5 предназначен для поглощения влаги на-ружного воздуха, с которым сообщается внутренняя полость мас-лорасширителя. Обмотки и фарфоровая покрышка крепятся к сталь­ному цоколю 13. Коробка выводов вторичных обмоток 12 герметизирована. Снизу к ней крепится кабельная муфта, в которой разделан кабель вторичных цепей.

В н.в. начали внедряться и эксплуатироваться на подстанциях трансформаторы тока наружной установки с элегазовой изоляцией (рис.12.6) марки ТГФ ( Г – газовый, Ф – фарфоровый).

Трансформатор тока ТГФ-110

Трансформатор тока ТГФ-220

Рис. 12.6. Элегазовые трансформаторы тока

1 – корпус; 2 - труба и стержень первичной обмотки; 3 - блок вторичных выводов;

4 - Фарфоровая покрышка (изолятор); 5 - блок вторичных выводов; 6 - Вентиль для подкачки элегаза; 7 - Сигнализатор давления; 8 - Мембранное предохранительное устройство; 9 - Внешний экран; 10 - Выводы первичной обмотки; 11 –элегаз; 12 - Тарельчатый изолятор.

Каскадные трансформаторы тока. При очень высоких напряжениях (220 кВ и выше) значительная экономия изо­ляционных материалов достигается в транс­форматорах тока каскадного типа. Такой трансформатор состоит из нескольких вклю­ченных друг на друга промежуточных транс­форматоров тока (каскадов, ступеней). На рис. 19-15 приведена принципиальная схема двухступенчатого каскадного трансформатора.

Рис. 19-15. Принципиаль­ная схема

каскадного трансформатора ока.

Рис. 19-16. Каскадный транс­форматор тока типа ТФНК-400 на 400 кВ.

Наличие двух каскадов трансформации (двух магнитопроводов с обмотками) позволяет выполнить изоляцию обмоток каждой ступени не на полное напряжение, а на его половину. В результате этого достигается экономия изоляционных материалов, уменьшение веса и габаритов ТТ.

Чем выше напряжение, тем труднее изолировать первичную обмотку ВН от вторичной, измерительной обмотки ТТ. Каскадные ТТ на 500, 750 и 1150 кВ сложны в изготовлении и дороги, поэтому взамен их разработаны принципиально новые оптико-электронные трансформаторы(ОЭТ). В них измеряемый сигнал (ток) преобразуется в световой поток, который изменяется по определенному закону и передается в приемное устройство, расположенное на заземленном элементе. Затем световой поток преобразуется ТВ электрический сигнал, воспринимаемый измерительными приборами. Таким образом. Передающее устройство, находящееся под высоким напряжением, и приемное устройство, соединенное с землей, связаны между собой только пучком света.