1 Основні теоретичні положення

Трансформатор струму – це електроапарат, призначений для зменшення первинного струму до значень, найбільш зручних для вимірювальних приладів і реле, а також для гальванічної ізоляції кіл вимірювання і захисту від силових кіл високої напруги.

Трансформатор струму (ТС) має замкнуте осердя 2 і дві обмотки: первинну 1 і вторинну 3 (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 - Схема увімкнення трансформатора струму

Первинна обмотка вмикається послідовно в коло струму I₁, який вимірюється, а до вторинної обмотки приєднуються вимірювальні прилади, які обтікаються струмом I₂.

ТС характеризується номінальним коефіцієнтом трансформації:

,

де – номінальний первинний струм, А;

– номінальний вторинний струм, А.

Значення номінального вторинного струму ТС дорівнює 5 А і в окремих випадках становить 1 А (наприклад, при значній відстані між трансформатором струму і контрольно-вимірювальними приладами).

Коефіцієнт трансформації ТС не дорівнює відношенню кількості витків обмоток і може відрізнятися від останнього внаслідок похибки, яка обумовлюється наявністю струму намагнічування.

Розрізняють струмову і кутову похибки ТС.

Амплітудна струмова похибка визначається з виразу:

.

Кутова похибка δ визначається кутом між векторами первинного і вторинного струмів.

Величина похибки ТС залежить від його конструктивних даних: площі поперечного перерізу і діаметра осердя, магнітної проникності матеріалу осердя, кількості витків первинної обмотки.

В залежності від вимог випускають ТС з класами точності 0,2; 0,5, 1; 3; 10. Вказані цифри представляють собою значення струмової похибки у відсотках номінального струму при навантаженні первинної обмотки струмом 100-120% для перших трьох класів і 50-120% для двох останніх.

Також значення похибки ТС залежить від вторинного навантаження (опір приладів, проводів, контактів) і від кратності первинного струму по відношенню до номінального.

ТС класу 0,2 застосовуються для приєднання точних лабораторних пристроїв; класу 0,5 -для приєднання лічильників; класу 1 - для технічних вимірювальних пристроїв; класу 3 і 10 – для РЗ.

Струмові кола вимірювальних пристроїв і реле мають малий опір, тому ТС нормально працює в режимі КЗ.

Якщо розімкнути вторинну обмотку, то магнітний потік в осерді різко зростає. В цьому режимі воно може нагріватися до недопустимої температури, а на вторинній розімкнутій обмотці з'являться висока напруга, яка досягає десятків кіловольт.

З огляду вказаних явищ не дозволяється розмикати вторинну обмотку ТС при проходженні струму в первинній обмотці. При необхідності і зміни вимірювального пристрою або реле, попередньо замикається накоротко вторинна обмотка ТС.

За типом первинної обмотки розрізняють ТС одновиткові та багатовиткові.

Представником одновиткових ТС є ТПОЛ-10 (прохідний одновитковий з литою ізоляцією на 10 кВ). В цих трансформаторах струмоведучий стержень, який проходить через осердя, є одним витком первинної обмотки. Одновиткові трансформатори виготовляються на первинні струми 600А і більше. При менших струмах намагнічувальна сила первинної обмотки І₁·w₁ виявиться недостатньою для роботи з необхідним класом точності. ТС ТПОЛ-10 має два осердя, на кожний із яких намотана вторинна обмотка. Класи точності цих ТС: 0,5; 3; Р.

Осердя разом з обмотками заливаються компаундом на основі епоксидної смоли, яка після затвердіння утворює монолітну масу. Такий ТС має значно менші розміри, ніж трансформатори з фарфоровою ізоляцією, і має високу динамічну стійкість.

При струмах, менших 600А, застосовуються багатовиткові ТС типу ТПЛ, в яких первинна обмотка складаєтвся із декількох витків, кількість яких визначається необхідною намагнічувальною силою. На струми 10-100А ТС можуть виготовлятися підсиленими, тобто мають підвищену динамічну стійкість (ТПЛУ).

ТС типу ТОЛ-10 (опорні) випускаються для комплектації ЗРП на струми 30-1500 А і виконують одночасно роль опорних ізоляторів, до яких кріплять шини.

На великі номінальні первинні струми застосовують ТС, в яких роль первинної обмотки виконує шина, яка проходить крізь трансформатор.

В установках 10 кВ на номінальні струми 2000-5000А застосовуються прохідні трансформатори струму ТПШЛ. Трансформатори ТШЛ можуть застосовуватися при напрузі до 24 кВ і струмах до 24 000 А.

Для зовнішнього встановлення випускаються ТС опорного типу в фарфоровому корпусі з паперово-масляною ізоляцією типу ТФН. Обмотка такого ТС виконана вісімкового типу: є одне осердя з обмоткою класу 0,5 і два-три осердя з обмотками для релейного захисту класу Р.

Чим вища номінальна напруга ТС, тим важче здійснити ізоляцію первинної обмотки, тому на напругу 330 кВ і більше виготовляються трансформатори струму каскадного типу (ТФНК).

В установках 35 кВ і більше широко застосовуються ТС, які вмонтовані у високовольтні вводи силових трансформаторів або бакових оливних вимикачів. При невеликих первинних струмах клас точності цих ТС становить 3 або 10. При первинних струмах 1000-2000 А можлива робота в класі 0,5.

Вторинні обмотки ТС мають відпайки, які дають можливість регулювати коефіцієнт трансформації у відповідності з первинним розрахунковим струмом.

Крім розглянутих типів ТС, випускаються спеціальні конструкції для РЗ: ТС з нульовою послідовністю ТИП, ТНПШ, ТЗ, ТЕП; швидконасичувальні - ТКШ; трансформатори для поперечного дифзахисту генераторів ТШЛО, з розбірним осердям для монтажу без розбирання шин і кабельних приєднань.

Сучасна електротехнічна промисловість освоїла випуск ТС підвищеної точності на напругу 0,4 кВ, в яких осердя виконане з високоякісної електротехнічної сталі або з спеціальних магнітних матеріалів, що допускають велику індукцію магнітного поля. Клас точності таких ТС становить 0,2, а ізоляція виконана з кремнійорганічної гуми, яка стійка до нагрівання і має хороші діелектричні властивості.