Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

На рис. 101 приведена схема устройства трансформатора тока и векторная диаграмма его токов. Первичная обмотка трансформато­ ра имеет меньшее число витков, чем вторичная и выполнена из бо­ лее толстого провода. Вследствие неравенства числа витков (W i< W 2 ) ток вторичной обмотки меньше чем ток первичной обмот­

ки ( h < h ) - .

Трансформатор тока характеризуется действительным коэффи­ циентом трансформации, который представляет собой отношение

Рис. 101. Схема устройства трансформатора тока и векторная диа­ грамма его токов

действительного первичного тока к действительному вторичному: пт.т.д = / 1Д//гд. Наряду с действительным коэффициентом транс­ формации можно говорить и о номинальном коэффициенте транс­ формации, представляющем отношение номинального первичного

ТОКа К НОМИНаЛЬНОМу ВТОрИЧНОМу ТОКу П Т.т = / ш ом /А ш ом W 2/ W i .

Так как действительый коэффициент трансформации не остается постоянным при различных режимах работы, то в практике поль­ зуются номинальными коэффициентами трансформации, значения которых и указываются на щитке трансформаторов тока.

Вторичные номинальные токи трансформаторов стандартизиро­ ваны. В качестве стандратных значений приняты 1; 5 и 10 А. В на­ стоящее время чаще выпускают трансформаторы тока на /гном= 5 А. Таким образом, независимо от того, какой номинальный первичный ток имеет трансформатор, его вторичный номинальный ток остается неизменным, например, равным 5 А. Коэффициенты трансформации указывают на щитке в виде дроби

159

Измерительные приборы, включаемые через трансформаторы то­ ка, обычно имеют шкалу, проградуированную с учетом коэффициен­ та трансформации трансформаторов в единицах первичного тока. На шкале или в паспорте приборов указывается, какие коэффициен­ ты трансформации должны иметь трансформаторы, через, которые они включаются. Поскольку действительные и номинальные коэффи­ циенты трансформации трансформаторов тока не равны между со­ бой, применение этих трансформаторов вносит определенную по­ грешность в результате измерения по току:

= Птл — ?г-т—— • 100%.

П-т.т.д

Следовательно, погрешность по току есть погрешность в коэффици­ енте трансформации трансформатора тока.

Кроме этой погрешности, использование трансформаторов тока вносит и угловую погрешность — угол б, представляющий собой угол сдвига между вектором первичного тока 1 \ и повернутым относи­ тельно него на 180° вектором вторичного тока / 2 (см. рис. 101). Уг­ ловая погрешность измеряется обычно десятками минут. Если по­ грешность по току влияет на точность показания всех измеритель­ ных приборов, имеющих токовые обмотки, то угловая погрешность имеет значение только для приборов ваттметрового типа.

Трансформаторы тока, выпускаемые отечественной промышлен­ ностью, делятся по точности на пять классов: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10. Эти цифры указывают на значение погрешности по току, выражен­ ной в процентах (Д/%), при изменениях первичного тока / ь в пре­ делах от ( 1 0 0 —1 2 0 %) / 1ном.

Погрешности трансформаторов тока зависят от качества выпол­ нения их магнитной системы и от нагрузки (z2 или S 2), подключен­ ной к их вторичной обмотке. С возрастанием нагрузки погрешности трансформатора также возрастают. Следовательно, трансформатор тока, рассчитанный на наивысший (номинальный) класс точности, например 0,5, может работать и в более низких классах точности — 1 ; 3 и 1 0 , если нагрузка его вторичной цепи окажется больше пре­ дусмотренной (номинальной).

Можно назвать примерно следующие области применения транс­ форматоров тока в зависимости от их классов точности: 0 , 2 — для лабораторных измерений, 0,5 — для точных измерений, измерений, связанных с денежными расчетами (включение счетчиков абонен­ тов и т. д.), 1 — для питания приборов, не допускающих большие угловые погрешности, 3 и 1 0 — для реле и амперметров при измере­ ниях, не требующих большой точности. Для особо точных измере­ ний выпускаются трансформаторы многопредельные, класс точно­ сти которых 0,05; 0,1 и 0,2.

Чтобы знать, будет ли выбираемый трансформатор тока рабо­ тать в заданном классе точности, необходимо, как это следует из

160

вышесказанного, определить нагрузку (суммарное сопротивление), которая будет подключена к его вторичной обмотке. Зная, какие ре­ ле и приборы должны быть подключены ко вторичной обмотке трансформатора, по справочникам можно определить сопротивле­ ние их обмоток в Омах; суммируя эти сопротивления с сопротивле­ ниями подводящих проводов и переходных сопротивлений в кон­ тактных соединениях вторичной цепи, можно определить полную нагрузку вторичной обмотки трансформатора z2 m r 2. Это равен­ ство принимается из тех соображений, что индуктивные сопротив­ ления последовательных обмоток приборов, реле и соединительных

ление материала соединительных проводов; I — расстояние от мес­ та установки приборов до места установки трансформатора тока, м; К — коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформа­ торов и приборов. При схеме соединения трансформаторов полной

звездой К= 1 , при неполной звезде K = i 3 и при одном трансфор­ маторе К = 2 ; Гперех — переходное сопротивление в контактных сое­ динениях вторичной цепи, принимаемое равным 0,1—0,05 Ом.

Чтобы трансформатор тока работал в заданном классе точности, необходимо чтобы гграсч^гграсч^ггкат. Если в каталогах дана до­ пустимая мощность в цепи вторичной обмотки трансформатора

ТОКа, ТО (ЗГприбЗ'/’пров + ^перех) '/^ном^/^ гкат , П р и / гн ом = 5 А, (^Гприб-!-

мыканию его вторичной обмотки.

Особенность работы трансформаторов тока по сравнению с си­ ловыми трансформаторами и трансформаторами напряжения за­ ключается в том, что магнитный поток его первичной обмотки зави­ сит только от тока нагрузки первичной цепи, т. е. тока h и не за­ висит от тока вторичной обмотки / 2. Суммарный магнитный поток Ф трансформаторов тока при 12 =12Пом, равный сумме магнитных потоков первичной обмотки Ф\, вторичной обмотке Ф2 и соответ­ ственно суммарная намагничивающая сила 0 о (см. рис. 1 0 1 ) неве­ лики. Невелика также э. д. с., наводимая во вторичной обмотке трансформатора Е2. Напряжение на зажимах вторичной обмотки обычно составляет 10—20 В. Если вторичную обмотку разомкнуть, то как это видно из векторной диаграммы (см. рис. 1 0 1 ), результи­ рующая намагничивающая сила ©о резко возрастает и становится равной намагничивающей силе первичной обмотки ©ь которая не изменилась (так как не изменились А и Ф{), Соответственно резко возрастает и результирующий магнитный поток трансформатора тока и индукция в его стальном сердечнике.

Возникновение таких явлений при размыкании вторичной об­ мотки (z2 = oo) весьма неблагоприятно, так как при резком возрас­ тании намагничивающей силы во много раз увеличивается напря­ жение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока (t/2), которое может достигнуть нескольких тысяч и даже десятков ты-

сяч вольт. Это опасно для жизни обслуживающего персонала и мо­ жет повредить изоляцию реле, измерительных приборов, соедини­ тельных проводов. Значительное же возрастание индукции в стали вызывает сильный нагрев его сердечника, сечение которого из эко­ номических соображений выбрано небольшим, соответствующим малым расчетным значениям индукции нормального режима транс­

форматора. Перегрев сердечника ве­ дет к перегреву изоляции обмоток и повреждению. Таким образом, холо­ стой ход для трансформаторов тока является аварийным режимом, кото­ рый допускать нельзя. Если необхо­ димо отключить приборы и реле от вторичной обмотки трансформатора тока, необходимо предварительно надежно закоротить ее зажимы с помощью перемычки.

Трансформаторы тока не только снижают ток, подводимый к зажимам приборов и реле, до необходимого, но и надежно отделя­ ют эти приборы от высокого напряжения, при котором может рабо­ тать первичная цепь. Если возникает пробой изоляции с первичной обмотки на вторичную, то вторичная обмотка оказывается под вы­ соким потенциалом относительно земли. Для безопасности персона­ ла и сохранения целости изоляции, подключенных ко вторичной об­ мотке приборов и реле, вторичную обмотку трансформаторов тока надежно заземляют.

В настоящее время отечественные заводы выпускают трансфор­ маторы тока на все стандартные напряжения до 750 кВ (включи­ тельно). По конструкции трансформаторы тока различны. Транс-

162

Рис. 106. Схема включения приборов и реле через трансформато­ ры тока

6*

форматоры, изготовляемые для внутренних установок на напря­ жение до 3000 В, могут выполняться многовитковыми, с одним сер­ дечником. Они рассчитаны на токи 10—600 А.

При больших токах и напряжениях выше 1000 В выпускаются одновитковые (стержневые) трансформаторы тока, рассчитанные на 150—200 А и выше. В расчете на токи более 600—1000 А изго­ товляют только одновитковые трансформаторы тока. Первая обмот­ ка их выполнена в виде стержня, помещенного внутрь фарфорового проходного изолятора и образует как бы один виток бесконечно большого радиуса. Вторичная обмотка размещена на цилиндриче­ ских сердечниках из ленточной стали. Некоторые трансформаторы тока выполняют с одной первичной обмоткой, двумя сердечниками и двумя вторичными обмотками (сердечники могут быть различно­ го класса точности). При такой конструкции требуется меньше мес­ та для их размещения по сравнению с установкой двух одностерж­ невых трансформаторов и достигается экономический эффект.

Изготовляют также трансформаторы тока проходного типа. С их помощью можно не только измерить ток, но и провести токо­ ведущую часть через стену в соседнее помещение.

На рис. 102 показано устройство трансформаторов тока, а на рис. 103 — трансформатор тока проходного типа. В установках на­ пряжением 35 кВ и выше, открытых и закрытых, применяют транс­ форматоры тока ТФН с обмотками, размещенными в фарфоровых корпусах, залитых трансформаторным маслом. Эти трансформато­ ры многовитковые (рис. 104).

При очень высоких напряжениях (220 кВ и более) надежно изо­ лировать вторичную обмотку трансформаторов тока очень трудно. В этих случаях применяются каскадные трансформаторы (рис. 105).

Кроме описанных конструкций, широко распространены при на­ пряжении 35 кВ и выше так называемые встроенные трансформато­ ры тока. Их встраивают в различные аппараты: силовые трансфор­ маторы, масляные выключатели и т. п. Кольцевой сердечник этих трансформаторов, на котором размещена вторичная обмотка, наде­ вают на проходной изолятор вывода; токоведущий стержень про­ ходного изолятора в этом случае служит первичной обмоткой. Та­ кие трансформаторы тока дешевле, но отличаются малой мощ­ ностью и невысокой точностью.

§ 40, ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, номинальному первичному току, виду установки, конструктивному выполнению, классу точности (по вторичному номинальному току их выбирают только в том случае, если ЬтшфЪ А).

Вторичную обмотку выбранного по этим параметрам трансфор­ матора проверяют на соответствие ее номинальной мощности той мощности последовательных обмоток приборов и реле, которые бу­ дут к ней подключены. При этом должно быть соблюдено условие:

164