Теоретический материал

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до 1 или 5 А для питания контрольно-измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 2 (рисунок 5.1) и две обмотки – первичную 1 и вторичную 3. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I₁, ко вторичной обмотке присоединяются измерительную приборы, обтекаемые током I₂.

 

Рисунок 5.1 – схема включения трансформатора тока.

 

Трансформатор характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

где I_1ном.– номинальный первичный ток; I_2ном.– номинальный вторичный ток.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути. В зависимости

 

от предъявляемых требований выпускают трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах от номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 – 120% для первых трех классов и 50 – 120% для двух последних.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 – для присоединения счетчиков электроэнергии, класса 1 – для всех технических измерительных приборов,

классов 3 и 10 – для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускают также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), З (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастает, так как он будет теперь определяться только м.д.с. первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение.

Ввиду указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке.

Трансформаторы тока для внутренней установки до 35 кВ имеют литую эпоксидную изоляцию.

По типу первичной обмотки различают катушечные, одновитковые и многовитковые трансформаторы тока.

Рисунок 5.2 - трансформатор тока ТПОЛ-10, а – принципиальное расположение магнитопровода с обмотками; б – конструкция; 1 – выводы первичной обмотки; 2 – эпоксидная изоляция, 3 – выводы вторичной обмотки.

В трансформаторах ТПОЛ 10 (проходной, одновитковый, с литой изоляцией на 10 кВ) токоведущий стержень, проходящий через сердечники, является одним витком первичной обмотки. Одновитковые трансформаторы изготовляются на первичные токи 600 А и более. Данный трансформатор имеет два магнитопровода, на каждый из которых намотана своя вторичная обмотка. Классы точности этих трансформаторов: 0,5; 3 и Р. Магнитопроводы вместе с обмотками заливаются компаундом на основе эпоксидной смолы, который после затвердения образует монолитную массу.

 

Рисунок 5.3 – трансформатор тока ТПЛ - 10, 1 – магнитопровод; 2 – вторичная обмотка; 3 – первичная обмотка; 4 – выводы первичной обмотки;

5 – литой эпоксидный корпус.

При токах, меньших 600 А, применяются многовитковые трансформаторы тока ТПЛ, у которых первичная обмотка 3 состоит из нескольких витков, количество которых определяется необходимой м.д.с.

В установках 20 кВ на номинальные токи 6000 – 18000 А применяются проходные шинные трансформаторы тока ТШЛ -20 (шинный с литой изоляцией, на 20 кВ), у которых роль первичной обмотки выполняет шина, проходящая внутри трансформатора.

Рисунок 5.3 – 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 – токоведущая шина.

 

Трансформаторы с литой изоляцией имеют меньшие габариты, чем с фарфоровой изоляцией и обладают высокой электродинамической стойкостью.

Для наружной установки выпускают трансформаторы тока опорного типа в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией типа ТФЗМ (рисунок 5.4).

 

Рисунок 5.4 – 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 при параллельном соединении обмоток.

В полом фарфоровом изоляторе, заполненном маслом, расположены обмотки и магнитопровод трансформатора. Конструктивно первичная и вторичная обмотки напоминают два звена цепи. 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. 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 разделан кабель вторичных цепей. Трансформаторы ТФЗМ имеют один магнитопровод с обмоткой класса 0,5 и два-три магнитопровода с обмотками для релейной защиты.

Чем выше напряжение, тем труднее осуществить изоляцию первичной обмотки, поэтому на напряжение 330 кВ и более изготовляют трансформаторы тока каскадного типа. Наличие двух каскадов (двух сердечников с обмотками) позволяет выполнить изоляцию обмоток каждой ступени не на полное напряжение, а на половину его. Двойная трансформация усложняет конструкцию трансформатора тока и увеличивает погрешность.

В установках 35 кВ и более широко применяются трансформаторы тока, встроенные в проходные втулки силовых трансформаторов или баковых выключателей. Первичной обмоткой таких трансформаторов является стержень втулки.

 

Элегазовые трансформаторы тока.

 

 

Рисунок 5.5 – трансформатор тока ТРГ-110, 1 – выводы первичной обмотки; 2 – корпус; 3 – опорный изолятор; 4 – выводы цепи сигнализации;

5 – контактные выводы вторичной обмотки.

Изоляционной средой трансформаторов тока серии ТРГ является шестифтористая сера (элегаз). Элегаз токсичен. Контроль газовой среды осуществляется с помощью сигнализатора плотности.

Трансформатор тока ТРГ представляет собой конструкцию, в верхней части которой расположен металлический корпус, закрепленный на опорном изоляторе. Изолятор в свою очередь закреплена на основании, в котором находится коробка выводов вторичных обмоток. В металлическом корпусе закреплена первичная обмотка и ее выводы, внутри корпуса размещаются вторичные обмотки. Внутренняя полость корпуса и изолятора заполнена изолирующим газом.

Конструкция первичной обмотки позволяет получить различные коэффициенты трансформации при изменении количества витков путем последовательно-параллельного соединения секций первичной обмотки.

Вторичные обмотки помещены в электростатические экраны, с целью выравнивания внутреннего электрического поля.

Магнитопровод вторичной обмотки для измерения изготовлен из нанокристаллического сплава, магнитопровод вторичной обмотки для защиты изготовлен из холоднокатаной анизотропной электротехнической стали.

Контроль давления газа производится с помощью сигнализатора плотности. Сигнализатор плотности оснащен двумя парами контактов, что позволяет получать сигнал при двух значениях плотности (давления) газа и дистанционно осуществлять контроль за давлением газа.

 

 

Рисунок 5.6 – общий вид трансформатора тока ТРГ - 220

Достоинства трансформаторов тока серии ТРГ: взрыво- и пожаробезопасность, высокий класс точности обмотки для измерения, возможность изготовления трансформатора с 5-ю вторичными обмотками, средний срок службы трансформатора тока – 40 лет, без обслуживания – 20 лет.