1. Цель работы

Ознакомиться с предназначением, конструкцией и областью применения измерительных трансформаторов тока.

2. Порядок проведения работы:

   1. Изучить конструкцию трансформаторов тока, используя имеющиеся в лаборатории образцы и плакаты.

   2. Изучить область применения различных серий трансформаторов тока.

   3. Изучить схемы соединения трансформаторов тока.

   4. Подготовить отчет по работе.

   5. Ответить на вопросы преподавателя.

3. Основные положения

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов в реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

	По назначению измерительные трансформаторы тока (ИТТ) изготавливаются для организации измерений( коммерческого, технического, а также автоматизированных систем учета электроэнергии) и трансформаторы тока для обеспечения работы релейной защиты. В данной работе рассматривается первые.
Рис. 1 – Схема включения трансформатора тока

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 1(рис 1) и две обмотки – первичную 2 и вторичную 3. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемою тока I1 , ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I2, также последовательно.

Выводы первичной обмотки обознаются буквами Л1 и Л2, а вторичной И1 и И2 (рис. 1)

Различают две основных группы измерительных трансформаторов тока(ИТТ):

одновитковые и многовитковые. Одновитковые ИТТ наиболее просты в изготовлении. Однако при одном витке первичной обмотки и применение стали среднего качества МДС обмотки недостаточна для трансформаторов класса 0,5, если первичный ток меньше 400-600 А. Одновитковые ИТТ с меньшим номинальным током, например, встроенного типа, относятся у классам точности 1 и 3. Одновитковые ИТТ выпускаются с собственной первичной обмоткой и без собственной обмотке – это, шинные, встроенные и разъемные.

ИТТ для внутренней установки напряжением 35 кВ имеет литую эпоксидную изоляцию с первичными номинальными токами от 400 до 1500 А. В качестве примера на рисунке 2 показан трансформатор типа ТПОЛ-20 ( П- проходной, О-одновитковый, Л-литая изоляция) на номинальное напряжение 20 кВ.

Первичной обмоткой служит прямолинейный стержень 1 с зажимами на концах. На стержень поверх изоляции одеты два кольца магнитопровода со встроенными обмотками. Таким образом, два трансформатора объединены в общую конструкцию. Магнитопроводы вместе с первичной и вторичной обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют монолитный блок 2 в виде проходного изолятора. Зажимы вторичных обмоток 3 расположены на боковом приливе изоляционного блока. Классы точности этих ИТТ – 0,5; 3;Р. Такие трансформаторы тока имеют значительно меньшие размеры, чем ИТТ с фарфоровой изоляцией и обладают высокой электродинамической стойкостью. Эти ИТТ в распределительных устройствах выполняют одновременно роль проходных изоляторов.

а –принципиальное расположение магнитопроводов с обмотками; б – конструкция: 1 – вывод первичной обмотки; 2 – эпоксидная изоляция; 3 – выводы вторичной обмотки. Рисунок 2 – Трансформатор тока ТПОЛ-20

Встроенные ИТТ устанавливают на вводах 35 к В и выше масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов.

На рис. 3 показан магнитопровод с вторичной обмоткой встроенного ИТТ во ввод масляного выключателя. Токоведущие стержни вводов с их изоляцией служат первичной обмотками для встроенных трансформаторов. Поэтому они дешевы и не требуют особого места для установки. Вторичные обмотки этих трансформаторов выполняют с ответвлениями, причем основные выводы( полное число витков) соответствует номинальному току выключателя. При работе ИТТ с неполным числом витков, т. е. с первичным током меньше номинального погрешность его увеличивается вследствие уменьшения МДС первичной обмотки.

а - кольцевой магнитопровод с вторичной обмоткой; б – установка трансформатора на проходном изоляторе выключателя. Рис. 3 Одновитковые трансформаторы тока, встроенные в масляный выключатель

Погрешности встроенных ИТТ при прочих равных условиях равны больше погрешностей проходных и шинных трансформаторов, т.к. из-за значительного диаметра магнитопровода, определяемого диаметром ввода, длина его, и следовательно, сопротивление магнитной цепи оказываются весьма большими. Для встраивания в силовые трансформаторы или автотрансформаторы применяются трансформаторы тока серии ТВТ.

Шинные трансформаторы тока изготовляют для номинальных напряжений до 20 кВ и номинальных первичных токов до 24000 А.

1 – магнитопровод класса 0,5; 2 – магнитопровод класса Р; 3 - литой эпоксидный блок; 4 – корпус; 5 – коробка выводов вторичных обмоток; 6 – токоведущая шина Рис.4 – Трансформатор ТШЛ-20

При таких больших токах целесообразно упростить конструкцию ИТТ, используя в качестве первичной обмотки шину или пакет шин соответствующего присоединения, от зажимов с первичной обмотки с контактными соединениями. Шинные ТТ, в следствии большого номинального первичного тока можно выполнять с классом точности 0,5, не прибегая к компетенции погрешностей. Металлическая арматура этих ТТ выполняется из немагнитного материала во избежании чрезмерного нагрева вихревыми токами. На рис. 4 показан шинный трансформатор ТШЛ-20( Ш - шинный, Л – литая изоляция для напряжения 20 кВ и токи 6000 – 18000 А). Эти трансформаторы представляют собой кольцеобразный, эпоксидный блок с залитым в нем магнитопроводом и вторичными обмотками. Первичной обмоткой является шина токопровода.

Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется устойчивостью шинной конструкции.

В комплектных токопроводах применяется ИТТ серий ТШВ15, ТШВ24.

Разъемные ТТ тоже не имеет собственной первичной обмотки. Его магнитопровод состоит из двух частей стягиваемых болтами. Он сможет смыкаться и размыкаться вокруг проводника с током, который является первичной обмоткой этого ТТ.

При токах меньших 600 А, применяется многовитковые ИТТ, у которых первичная обмотка состоит из нескольких витков, количество которых определяется необходимой величиной МДС.

Многовитковые ИТТ изготовляют для всей шкалы номинальных напряжений и для токов до 1000-1500 А, т. е. для условий, когда необходимая точность не может быть обеспечена при одном витке первичной обмотки. Изготовление многовитковой обмотки усложняет конструкцию ТТ, т. к. необходимо 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.

Магнитопровод; литой блок, 2-вторичная обмотка; 3 первичная оботка; 4 вывод первичной обмотки; 5 литой корпус. Рис. 5 Петлевой трансформатор тока ТПЛ-10

Для напряжения 6-10 кВ изготовляют катушечные и петлевые ТТ с эпоксидной изоляцией. На рисунке 5 показан трансформатор тока ТПЛ-10 ( П- петлевой, Л- литая изоляция) на напряжение 10 кВ.

Для напряжения 35 – 750 кВ изготовлялись трансформаторы тока наружной установки с масляным заполнением типа ТФН (рис. 6) ( Ф фарфоровая изоляция, Н – наружная установка). На рис. 7 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 отверстие магнитопроводов. Концы ее выведены наверх. Такую своеобразную конструкцию называют звеньевой или восьмерочной. Первичная обмотка состоит из двух секций, которые с помощью переключателя могут быть соединены последовательно или параллельно, благодаря чему первичный номинальный токи, следовательно, коэффициент трансформации можно изменять в отношении 1:2. Изоляции 5 первичной обмотки, а также магнитопроводов с вторичным и обмотками выполнена из кабельной бумаги. Магнитопроводы и обмотки трансформаторов тока типа ТФН заключены в фарфоровый полый изолятор, заполненный маслом.

Рис. 6 Магнитопроводы и обмотки трансформатора тока типа ТФН	Рис. 7 Магнитопрооды и обмотки трансформатора тока типа ТФН

В настоящее время ИТТ серии ТФН заменяются более совершенными ИТТ серии ТФЗМ – опорного типа в фарфоровом корпусе с бумажно-маслянной изоляцией, которые изготавливаются таже для наружной установки на напряжение 35-750 кВ Внешний их вид показан на рис. 8 На рис. 9 показана конструкция ИТТ типа ТФЗМ (ф- фарфоровый; З- обмотка звеньевого типа; М- масляный). В полом фарфоровом изоляторе, заполненном маслом, расположены обмотки и магнитопровод трансформатора. Конструктивно первичная и вторичная обмотки напоминают два звена цепи (буква З в обозначении типа). Первичная обмотка состоит из секций, которые с помощью выключателя 2 могут быть соединены последовательно (положение 1) или параллельно (положение 2), чем достигается изменение номинального коэффициента трансформации в отношении 1:2. На фарфоровой покрышке установлен металлический маслорасширитель 1, воспринимающий колебания уровня масла.

Силикагелевый влагопоглатитель 5 предназначен для поглощения влаги наружного воздуха, с которым сообщается внутренняя полость маслорасширителя. Обмотки и фарфоровая покрышка крепятся на стальном цоколе 13. Коробка вторичных выводов 12 герметизирована. Снизу к ней крепится кабельная муфта, в которой разделен кабель вторичных цепей.

Рис. 8 Трансформаторы тока

Трансформаторы ТФЗМ имеют один магнитопровод с обмоткой класса 0,5 и два-три магнитопровода с обмотками для релейной защиты. На рис. 8 показан ИТТ серии ТФЗМ на 500 кВ и приведены его технические характеристики.

1 – маслорасширитель; 2 – переключатель первичной обмотки; 3 – ввод; 4 крышка; 5- влагопогаситель; 6- ввод;7- маслоуказа-тель; 8- первичная обмотка; 9- фарфоровая покрышка; 10- магнитопровод с вторичной обмоткой; 11- масло; 12 коробка выводов вторичных обмоток;13- цоколь Рис. 9 Трансформатор тока ТФЗМ

Ниже показана конструкция (рис. 10) и приведены технические данные ИТТ ТФЗМ 500А –IIЕ1

Технические данные ИТТ ТФЗМ 500А –IIЕ1

Номинальное напряжение, кВ……………………….500

Наибольше рабочее напряжение, кВ………………....525

Номинальный вторичный ток………………………….1

Номинальный класс точности вторичной

обмотки измерения…………………………………….0,5

Номинальный класс точности вторичных

обмоток для защиты…………………………………..10Р

Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты (2И1-2И2; 3И1-3И2;4И1-4И2)……………..12/12/12

	Номинальная вторичная нагрузка с коэффициентом мощности cos φ2=0,8 вторичной обмотки для измерения, В×А…………30 Номинальная вторичная нагрузка с коэффициентом cos φ2=0,8 вторичных обмоток для защиты (2И1-2И2; 3И1-3И2;4И1-4И2), В×А………………..75;75;75
Рис 10 ИТТ серии ТФЗМ 500А

Время протекания тока термической

стойкости, с..............................................................................1

Отношение длины пути утечки внешней изоляции к наибольшему рабочему напряжению, см/кВ……………2,25

Номинальный первичный ток, А………….1000-2000

Ток электродинамической стойкости, кА………22-44

Ток термической стойкости, кА…………………..8-16

Масса, кг:

- трансформатора с маслом………………………5020

- масла……………………………………………..1420

Однако, чем выше напряжение, тем труднее осуществить изоляцию первичной обмотки, поэтому на напряжение 330 кВ и выше изготавливаются ИТТ каскадного типа. Наличие двух каскадов трансформации (двух магнитопроводов с обмотками) позволяет выполнять изоляцию обмоток каждой ступени не на полное напряжение, а на половину его. Каскадные ИТТ типа ТФЗМ с рымовидной обмоткой расположенной внутри фарфорового изолятора, заполнены трансформаторным маслом. В этих трансформаторах имеется четыре-пять вторичных обмоток на классы точности 0,2;0,5 и Р.

	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 11,а). К вторичной обмотке верхней ступени присоединяется первичная обмотка 3 трансформатора нижней ступени,
а – внешний вид; - схема соединения обмоток Рис 11 - Каскадный трансформатор тока 750 кВ

Имеющие четыре- пять вторичных обмоток. Таким образом, в каскадном трансформаторе тока применены две последовательные трансформации ( рис. 11,б). Это приводит у увеличению погрешностей этих трансформаторов.

Измерительные трансформаторы тока с масляной изоляцией серии IMB на классы напряжения 110-500 кВ являются, по сути, маломасляными. Весь их внутренний объем заполнен кварцевым песком, который пропитывается минеральным маслом. Такая конструкция позволяет добиться высоких механических характеристик у трансформатора и повысить его стойкость к сквозным токам короткого замыкания. Еще одной особенностью данных трансформаторов является широкий диапазон первичных токов ( от 50 до 4000 А) в сочетании с высоким ( до 0,2S) классом точности. Малый объем масла и низкая напряженность электрического поля внутри первичной обмотки ( не более 2 кВ/см) повышают общую надежность трансформатора и обеспечивают длительный срок службы существенных эксплуатационных затрат.

ЗАО «АББ УЭТМ » выпускает

Измерительные трансформаторы тока с элегазовой изоляцией серии TG (рис 12) на классы напряжения 110-220 кВ, предназначенные для работы в условиях умеренного и холодного климата. Они обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды благодаря применению крепежа из нержавеющей стали и защите стальных частей методом горячего цинкования.

	Высокий класс точности измерений ( 0,2 и 0,2S) позволяет применить их в цепях коммерческого учета электроэнергии. Уровень плотности элегаза контролируется при помощи манометра с термокомпенсацией. Прибор снабжен сигнальными и блокировочными контактами, которые срабатывают в случае снижения давления. Трансформаторы просты, надежны, характеризуются отсутствием частичных разрядов и не являются источником радиопомех. Преимущества: - высокий класс точности измерений что позволяет применять их для коммерческого учета; - большой диапазон первичных токов – от 300 до 3000 А; - низкие эксплуатационные затраты. ОАО «Запорожский завод высоковольтной аппаратуры» запустил в серийное производство измерительные трансформаторы тока серии ТОГ (рис. 13) на классы напряжения от 110 до 500 кВ.
Рис.12
Рис. 13

Они сделаны на базе полимерных изоляторов и заполнены элегазом. В зависимости от номинального первичного напряжения первичный номинальный ток может составлять от 50 до 4000 А, вторичный – 1 или 5 А, класс точности измерительной обмотки – 0,2 или 0,5.

В таблице 1 приведены рекомендации ИТТ по техническим характеристикам более совершенными, например ИТТ выпускаемых ОАО «Свердловским заводом трансформаторов тока» (СЗТТ).

Типы заменяемых трансформаторов.	Замена ОАО «СЗТТ»
Трансформаторы тока
ТК-20,ТК-40; Т-0.66; ТШ-0.66	ТОП-0.66; ТШП-0.66
ТДЗЛК	ТЗЛ-1; ТЗЛМ-1; ТЗРЛ
ТЛК-10	ТОЛ 10-I
ТПЛ-10; ТПЛМ-10	ТПЛ-10-М
ТПФ-10;ТПФМ-10;ТПОФ-10; ТПОФД-10	ТПОЛ-10
ТПШЛ-10	ТЛШ 10
ТПОЛ-20	ТПЛ-20
Тпол-35	ТПЛ-35
ТФЗМ-35; ТФМ-35; ТФМД-35	ТОЛ 35
ТНП-2(-4)	ТЗЗ-2(-4)