Трансформатори струму

Основні поняття і визначення

Вимірювальним трансформатором струму (ТС) називають трансформатор, призначений для перетворення струму до значення, зручного для вимірювання, і виконаний так, що вторинний струм, збільшений в К_ном раз, відповідає з необхідною точністю первинному струму як по модулю, так і по фазі. Множник К_ном є номінальним коефіцієнтом трансформації трансформатора струму.

Первинну обмотку трансформатора струму включають послідовно в коло вимірюваного струму. Вона має невелике число витків (аж до одного витка) і виконується з провідника відносно великого перерізу. Вторинна обмотка розрахована на значно менший струм і відповідно має більше число витків.

Струмові котушки вимірювальних приладів або реле підключають до вторинної обмотки трансформатора струму послідовно. Оскільки опір трансформатора струму разом з приєднаними до нього приладами дуже малий, він ніяк не впливає на значення первинного струму. Останній може змінюватися в широких межах: у нормальному режимі — від 0 до 1.2 – 1.3 номінального, а при КЗ може перевищити номінальний в десятки разів. Виводи первинної обмотки позначають буквами Л1, і Л2_, вторинної — І1 і І2.

Під номінальним первинним струмом розуміють струм, для якого призначений трансформатор. Він прийнятий як базисна величина, до якої віднесені інші характерні параметри.

Стандартна шкала номінальних первинних струмів складає значення струмів від 1 до 40000 А.

Під номінальним вторинним струмом трансформатора струму розуміють струм, на який розраховані прилади, що підлягають приєднанню до його вторинної обмотки.

Номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора струму рівний відношенню номінального первинного струму до номінального вторинного струму

К_ном = І_1ном/І_2ном

Шкали вимірювальних приладів, приєднуваних до трансформатора струму, градуюють в значеннях первинного струму, тобто І₂К_ном.

Відношення чисел витків вторинної і первинної обмоток n =w₁/w₂ вибирають дещо меншим номінального коефіцієнта трансформації, що дозволяє компенсувати струм намагнічування і підвищити точність вимірювання.

Трансформатори струму за своїм призначенням діляться на трансформатори струму для вимірювань і трансформатори струму для релейного захисту.

Похибки трансформатора струму. Вторинний струм трансформатора, збільшений в К_ном раз, відрізняється від первинного струму як за модулем, так і за фазою внаслідок втрат потужності в трансформаторі. Різниця цих значень, віднесена до первинного струму, є струмовою похибкою

f = (I₂K – I₁)/I₁

Похибка може бути виражена в процентах. Її вважають позитивною, якщо І₂К_ном перевищує первинний струм.

Кут δ між векторами первинного і вторинного струму складає кутову похибку трансформатора струму. Її вважають позитивною, якщо вектор вторинного струму випереджає вектор первинного струму. Кутову похибку виражають в радіанах або мінутах.

Похибка трансформаторів струму залежить від вторинного навантаження (опору приладів, проводів, контактів) і від кратності первинного струму відносно номінального. Збільшення навантаження і кратності струму приводить до збільшення похибки.

При первинних струмах, значно менших номінального, похибка також збільшується.

Трансформатори струму класу 0.2 застосовуються для приєднання точних лабораторних приладів, класу 0.5 – для приєднання лічильників грошового обліку, класу 1.0 – для всіх технічних вимірювальних приладів, класів 3 і 20 – для релейного захисту.

Крім розглянутих класів випускаються трансформатори струму з вторинними обмотками типів Д (для диференційного захисту), З (для земляного захисту, Р –для інших релейних захистів).

Оскільки опір вимірювальних приладів і реле малий, то трансформатор струму працює в режимі близькому до КЗ. Якщо розімкнути вторинну обмотку, магнітний потік в магнітопроводі різко збільшиться, тому що він буде визначаться тільки МДС первинної обмотки. В цьому режимі магнітопровід може нагрітися до неприпустимої температури, а на вторинній розімкнутій обмотці з'явиться висока напруга, яка може досягати десятків кіловольт.

Внаслідок вказаних явищ не дозволяється розмикати вторинну обмотку ТС при протіканні струму в первинній обмотці. При необхідності заміни вимірювального приладу чи реле попередньо замикається накоротко вторинна обмотка ТС (або шунтується обмотка реле, або приладу).

Конструкція трансформаторів струму

Трансформатори струму для внутрішньої установки до 35 кВ мають литу епоксидну ізоляцію.

На рис., а схематично показано виконання магнітопроводів і обмоток, а на рис., б –зовнішній вигляд трансформаторів струму типу ТПОЛ-20 (прохідний, одновитковий, з литою ізоляцією на 20 кВ). В цих трансформаторах струмопровідний стрижень, що проходить через вікна двох магнітопроводів, є одним витком первинної обмотки. Одновиткові трансформатори струму виготовляються на струми 600 А і більше. При менших струмах МДС первинної обмотки недостатня для роботи з необхідним класом точності. Вказаний трансформатор має два магнітопроводи на кожний з яких намотана своя вторинна обмотка. Класи точності цих трансформаторів 0.5, 3 і Р. Магнітопровід разом з обмотками заливається епоксидною смолою і утворює моноліт, внаслідок чого трансформатор має високу електродинамічну стійкість. Одночасно трансформатор виконує роль прохідного ізолятора в закритих розподільних установках.

При струмах менших 600 А застосовують багато виткові трансформатори, наприклад ТПЛ, у яких первинна обмотка складається з декількох витків, кількість яких залежить від величини необхідної МДС.

На великі струми застосовуються трансформатори у яких роль первинної обмотки виконує шина, яка проходить всередині трансформатора (ТШЛ).

Для зовнішньої установки застосовують трансформатори струму типу ТФЗМ в фарфоровому корпусі з паперово – масляною ізоляцією.

В установках 35 кВ і вище застосовують трансформатор струму, що вбудовані в вводи вимикачів (ТВ, ТВС, ТВУ) та силових трансформаторів (ТВТ).