В силовых цепях 380 Вольт с большими токами согласно ПУЭ используется преобразовательное устройство особой конструкции, называемое трансформатор тока. С его помощью удается снизить величину токового показателя в заданное техническими характеристиками число раз. Для понимания принципа работы таких преобразователей потребуется ознакомиться с их конструкцией.
Особенности конструкции
Электрические трансформаторы тока содержат в своем составе следующие конструктивные элементы:
- замкнутый сердечник (магнитопровод);
- первичную силовую обмотку;
- вторичную (понижающую) катушку.
Первичная обмотка включается последовательно с контролируемой цепью, так что по ней протекает весь фазный ток. Вторичная же катушка нагружается на подключаемое к сети устройство – защитное реле или измерительный прибор. За счет разницы числа витков в каждой из катушек токовая составляющая во вторичной обмотке понижается до значения, определяемого коэффициентом трансформации.
Поскольку сопротивление нагрузочных цепей незначительно, считается, что эти приборы работают в режиме, очень близком к КЗ.
Обычно они имеют несколько групп вторичных обмоток, каждая из которых используется для своих целей. К ним могут подключаться:
- защитные приборы (реле напряжения, например);
- аппаратура учета и диагностики;
- контрольное оборудование.
Сопротивление выходных обмоток строго нормируются, поскольку даже незначительное отклонение от заданной в ТУ величины приводит к возрастанию погрешности измерений или ухудшению характеристик срабатывания.
Существенное отличие ТТ от родственных ему трансформаторов напряжения состоит в выполняемых этими приборами функциях и принципе действия. Трансформаторы тока прежде всего обеспечивают защиту подключаемой нагрузки и заданную точность проводимых измерений. Для второго типа характерен чисто преобразовательный режим работы, имеющий отношение только к эксплуатации в силовых цепях.
Классификация трансформаторов тока
Понять, для чего предназначается ТТ, поможет ознакомление с общепринятой классификацией этих приборов. Известные образцы преобразовательных устройств отличаются по следующим основным признакам:
- Назначение – выполняемая каждым конкретным прибором функция.
- Способ установки по месту эксплуатации.
- Особенности конструкции, включая общее количество витков в первичной обмотке.
- Рабочее напряжение и вид изоляции проводников.
- Число ступеней трансформации.
Согласно назначению известные образцы ТТ делятся на лабораторные, защитные, измерительные и так называемые «промежуточные» устройства.
Последняя категория предназначается либо для подключения измерительных приборов, либо для выравнивания токовых значений в системах дифференциальной защиты.
По способу монтажа различают следующие виды:
- только для наружной установки (в шкафах ОРУ);
- для схем внутреннего монтажа (в ЗРУ);
- преобразователи, встроенные в электрические агрегаты и коммутационные аппараты, к которым относятся генераторы и силовые трансформаторы;
- накладные устройства, монтируемые поверх конструкции (на проходных изоляторах).
Переносные образцы используются для проведения лабораторных исследований, а также для проверок и измерений.
По конструктивному исполнению первичной обмотки токовые устройства разделяются на многовитковые, одновитковые и шинные модели. В соответствии с рабочим напряжением цепей, в которые устанавливаются эти приборы, они делятся на трансформаторы, устанавливаемые в сетях до и более 1000 Вольт.
По типу используемых в них изолирующих материалов эти изделия подразделяются на следующие виды:
- с «сухой» изоляцией на основе фарфора или эпоксидной смолы;
- с бумажно-масляной либо конденсаторной защитой;
- с компаундной заливкой.
По количеству имеющихся ступеней трансформации все известные приборы, устанавливаемые в цепи питания, бывают одноступенчатыми и двухступенчатыми (другое их название – «каскадные»).
Схемы подключения
Различные схемы подключения трансформаторов тока в основном отличаются порядком коммутации первичных и вторичных обмоток. Для первой из них характерна простейшее последовательное включение (так называемая «врезка») в разрыв контролируемой фазной шины. Другое дело – вторичные цепи, состоящие из нескольких обмоток, которые могут расключаться по следующим схемам:
- «Полная звезда, используемая при необходимости контролировать токовые параметры в каждой из фаз.
- «Звезда неполного типа», применяемая, когда нет нужды в контроле всех линейных измерительных цепей.
- Схема фиксации токов «нулевой последовательности», в состав которой входит контрольное реле.
На отходящих фидерах 6-10 кВ в целях экономии нередко ставятся не три, а только два измерительных трансформатора (без одной фазы).
В этом случае вторичные обмотки включаются по схеме неполной звезды. Распространенная схема под названием «проверка токов нулевой последовательности» образуется путем подключения вторичных обмоток в полную звезду. При этом используемое в ней контрольное реле включается в разрыв общего провода («нуля»). При расключениях этого типа проходящий через обмотку ток слагается из всех трех фазных векторов. Если нагрузки сбалансированы, при однофазных или двухфазных коротких замыканиях в реле выделяется возникшая из-за дисбаланса составляющая.
Основные параметры и характеристики трансформаторов тока
Технические параметры любого трансформатора тока описываются следующими основными показателями:
- класс прибора;
- номинальное напряжение;
- токи в первичной и вторичной катушках;
- коэффициент трансформации переменного тока (в виде соотношения);
- допустимая погрешность измерений при подключении счетчика электроэнергии;
- проницаемость и сечение магнитопровода (сердечника);
- величина магнитного пути.
Номинал напряжения в киловольтах обычно приводится в паспорте, прикладываемом к каждому конкретному прибору. Его рабочее значение варьируется в диапазоне от 0,66 до 1150 кВ. Для получения более полных сведений об этом и других показателях следует ознакомиться со справочной литературой, касающейся подключения трансформаторов к электрическим счетчикам.
Величину номинального тока в первичной катушки также узнают из сопровождающей технической документации. В зависимости от конкретной модели преобразовательного прибора этот параметр может располагаться в интервале от 1,0 до 40 тысяч Ампер. Значения токового показателя во вторичной катушке обычно выбираются 1,0 или 5,0 Ампер (в зависимости от параметров первичной цепи).
Иногда под заказ производителем изготавливаются приборы с вторичными токами 2,0 или 2,5 Ампера.
Коэффициент трансформации (кратность) – это показатель того, в какой пропорции или отношении находятся токи первичной и вторичной катушек. Под предельной кратностью понимается отношение максимального первичного тока к его номинальному значению при условии, что полная погрешность при фиксированной вторичной нагрузке не превышает 10%. Под номинальной предельной кратностью подразумевается тот же показатель при оптимальной нагрузке. Этот параметр характеризует возможность нормального функционирования защитных приборов в аварийных режимах.
Токовая погрешность
Согласно ГОСТ 7746-89 существуют три типа погрешностей для ТТ – токовая, угловая и полная. Они являются количественными показателями отклонений значений вторичного тока, умноженного на номинальный коэффициент, от первичного показателя.
Стандартом предписывается вычислять такие погрешности только в установившемся (с постоянными параметрами) режиме работы системы и только если форма первичного тока не отличается от синусоидальной.
Упоминавшаяся при описании кратностей токовая погрешность характеризует относительную разницу действующих значений токов, выражающуюся в процентах. Ее угловой эквивалент определяется как погрешность между векторами двух действующих токовых составляющих: основной для первичной цепи и первой гармоники – для вторичной. На основании этих двух величин вычисляется полная погрешность путем их суммирования по приведенной в инструкции формуле.
Основное назначение измерительных трансформаторов тока – подключение приборов учета энергии, используемых для обслуживания трехфазных линий питания.
