Трансформаторы тока (тт)
Предназначены для трансформации токов высокого напряжения к токам низкого напряжения для измерительных целей (РЗА и автоматика), а также для управления (телемеханика).
Рис.4.17. Обозначения на схемах
ТТ состоит из стального сердечника из
шихтованной стали и двух обмоток -
первичной
и вторичной
,
причём
.
Ток, протекающий по обмотке
,
создаёт магнитный поток
,
который индуцирует ток во вторичной
обмотке
.
Ток
,
в свою очередь, создаёт магнитный поток
,
направленный навстречу потоку
.
Результирующий магнитный поток
.
Аналогичное выражение может быть
записано для намагничивающих сил
,
то есть:
; 
, (4.1.)
где
- ток намагничивания, обеспечивающий
создание магнитного потока в сердечнике.
Из последнего выражения делением всех
членов уравнения на
можно получить:
, или 
,
(4.2.)
где
- витковый коэффициент трансформации,
.
На практике чаще используют номинальный
коэффициент трансформации
,
записанный через значения номинальных
токов. Анализируя уравнение (4.2.), можно
заметить, что расчётное значение тока
и действительное значение
отличаются друг от друга. Величина
вносит погрешность в величину и фазу
тока
,
поскольку не весь ток
трансформируется во вторичную обмотку,
что обусловливает наличие погрешностей
в работе ТТ.
Для анализа погрешностей ТТ составим схему замещения и построим векторную диаграмму. Схема замещения строится при следующих допущениях (рис.4.18):
все магнитные связи заменены электрическими;
параметры первичной обмотки приведены к числу витков вторичной обмотки;
вектор тока
повёрнут на 180 по
сравнению с его действительным
направлением.
- сопротивление первичной обмотки,
приведённое к
;
- сопротивление
намагничивания, приведённое к
;
,
ток первичной обмотки и ток намагничивания,
приведённые к
.
На схеме рис.4.18.
приведено обозначения выводов обмоток
ТТ: первичная обмотка имеет маркировку
- начало,
- конец обмотки, а вторичная -
- начало,
- конец обмотки.
Наличие
обусловлено тем, что процесс трансформации
происходит с затратой энергии, которая
идёт на создание магнитного потока в
сердечнике, на гистерезис, на потери,
на вихревые токи и нагрев обмоток. Из
схемы замещения видно, что
,
т.е.
,
то есть вторичный ток отличается от
расчётного первичного.
На основе схемы замещения (см. рис.4.18.)
построим векторную диаграмму для анализа
величин токов (рис.4.19.). Сначала строим
,
затем
.
Величина ЭДС
.
Магнитный поток
отстаёт от
на 90.
;
(4.3.)
Из векторной диаграммы видно, что
отличается от
по модулю и сдвинут на угол .
Отсюда выделяют погрешности ТТ - токовую
и угловую.
Токовая погрешность - алгебраическая разность токов:
абсолютная
;относительная
.
Угловая погрешность - величина угла , являющегося углом сдвига между и .
Чем больше величина
,
тем больше погрешности трансформатора
тока.
имеет две составляющие - активную
и реактивную
.
Ток обусловлен активными потерями (гистерезис) и вихревыми токами. Для его снижения сердечники ТТ делают из шихтованной трансформаторной стали, поскольку величина этих потерь определяется качеством и параметрами стали.
Ток
служит для создания магнитного потока
,
который индуцирует
во вторичной обмотке. Для снижения
нужно снижать
,
который определяется как:
,
(4.4.)
где
- магнитное сопротивление.
Связь эта представлена на рис.4.20.. В
области до
изменение
почти линейно, при
>
происходит насыщение сердечника и
малому изменению
соответствует большое изменение
,
что, в свою очередь, приводит к увеличению
токовой погрешности (
и
)
ТТ.
В связи с этим для уменьшения тока
намагничивания необходимо снижать
и уменьшать
.
Следует особо отметить необычность
режимов холостого хода и короткого
замыкания для ТТ. Так работа ТТ в режиме
холостого хода, когда контакты
вторичной обмотки разомкнуты, является
аварийной. В таком режиме
и в соответствии с (4.1.) весь магнитный
поток
идёт на намагничивание сердечника.
Размагничивающего действия вторичного
потока
нет. Происходит перегрев стали
магнитопровода. Кроме того, в соответствии
со схемой замещения весь ток
протекает через большое сопротивление
и создаёт ЭДС
,
которая может достигать нескольких
киловольт. Перенапряжение и перегрев
могут привести к пробою изоляции
вторичной обмотки ТТ.
Также важной характеристикой ТТ является класс точности (чем выше класс точности, тем точнее измерение).