Трансформаторы тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором.

Трансформатор тока -- трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение -- для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации,кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку ( отличие от шунтовых схем измерения тока). Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала! Поэтому по правилам технической эксплуатации необходимо неиспользуемые вторичные обмотки закорачивать, а все вторичные обмотки трансформаторов тока подлежат заземлению.

Виды и конструкции трансформаторов тока

Современные трансформаторы тока бывают:

Стержневыми;

Броневыми;

Тороидальными;

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах броневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

1) По принципу конструкции:

Опорные;

Проходные;

Шинные;

Встроенные;

Разъемные.

Допускается сочетание в конструкции трансформатора нескольких перечисленных признаков, а

также специальное конструктивное исполнение.

2) По виду изоляции:

с литой изоляцией;

с фарфоровой покрышкой;

в пластмассовом корпусе;

с твердой изоляцией (кроме фарфоровой и литой);

с полимерной покрышкой;

маслонаполненные;

газонаполненные.

3) По числу ступеней трансформации:

Одноступенчатые;

Каскадные.

4) По числу вторичных обмоток:

с одной вторичной обмоткой;

с несколькими вторичными обмотками.

5) По назначению вторичных обмоток:

для измерения и учета, для защиты;

для измерения ;

защиты;

для работы с нормированной точностью в переходных режимах.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

По числу коэффициентов трансформации:

с одним коэффициентом трансформации;

с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми путем изменения числа витков первичной или (и) вторичной обмотки, а также путем применения нескольких вторичных обмоток с различными числами витков, соответствующих различным значениям номинального вторичного тока. Признаки по 1 - 5 и их обозначения приведены в таблицах

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Основные параметры

Номинальные параметры трансформатора:

а) номинальное напряжение трансформатора Uном (кроме встроенных трансформаторов);

б) номинальный первичный ток трансформатора I1ном;

в) номинальный вторичный ток трансформатора I2ном;

г) номинальный коэффициент трансформаторации трансформатора nном, определяемый по формуле:

д) номинальная вторичная нагрузка S2ном с коэффициентом мощности cos ?2 = 1 или cos ?2 = = 0,8| --|S2ном (допускается обозначение вторичной нагрузки Z2ном);

е) класс точности трансформатора (для трансформатора с одной вторичной обмоткой) или

вторичных обмоток (для трансформатора с несколькими вторичными обмотками);

ж) номинальная предельная кратность вторичной обмотки, предназначенной для защиты, Kном

и) номинальный коэффициент безопасности приборов вторичной обмотки, предназначенной для измерения, - КБном;

к) номинальная частота напряжения сети fном, равная 50 или 60 Гц. Качество напряжения сети -- по ГОСТ 13109.

Значения основных параметров следует выбирать из приведенных в таблице

Условное обозначение трансформатора

Примечания:

1 Буквенная часть условного обозначения представляет серию; совокупность буквенного обозначения, значения номинального напряжения, категории внешней изоляции по длине пути утечки и конструктивного варианта исполнения -- тип; приведенное выше обозначение в целом -- типоисполнение трансформатора.

2 Для встроенных трансформаторов допускается применение упрощенного условного обозначения.

3 В стандартах на трансформаторы конкретных типов допускается в буквенную часть вводить дополнительные буквы, исключать или заменять отдельные буквы (кроме Т) для обозначения особенностей конкретного трансформатора.

Пример условного обозначения опорного трансформатора тока с литой изоляцией на номинальное напряжение 35 кВ, категории II по длине пути утечки внешней изоляции, с вторичными обмотками классов точности 0,5 (одна) и 10Р (три), на номинальный первичный ток 2000 А, номинальный вторичный ток 1 А, климатического исполнения У, категории размещения 1: ТОЛ-35 - II- 0,5/10P/10P/10P - 2000/1У1

Обозначение выводов обмоток

Выводы первичных и вторичных обмоток и вторичные обмотки трансформаторов следует обозначать в соответствии с таблицей .

Линейные выводы первичной обмотки, а также соответствующие им стороны шинных, встроенных и разъемных трансформаторов, не имеющих собственной первичной обмотки обозначают Л1 и Л2.

Обозначения наносят таким образом, чтобы в один и тот же момент времени выводы Л1, Н1, ..., Нn и И1, ..., Иn имели одинаковую полярность, т.е. чтобы при направлении тока в первичной обмотке от Н1, ..., Нn к К1, К2 ..., Л2 вторичный ток проходил по внешней цепи (приборам) от И1 к И2 ..., Иn.

Обозначения выполняют прописными буквами русского алфавита в сочетании с цифрами.

Цифры располагают в одну строку с буквами (например Л1) или в индексе (например Л1).

Снятие ВАХ

Вольт-амперная характеристика является основной при оценке исправности ТТ. Используются такие характеристики и для определения погрешностей ТТ.

Согласно ГОСТ 7746-89 одной из характеристик ТТ является ток намагничивания вторичной обмотки, измеренный при приложении к ней напряжения, определяемого по формуле настоящей Инструкции, и представляющий собой одну точку ВАХ. Снятие всей ВАХ ГОСТ 7746-89 не относит к обязательным проверкам ТТ.

Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость напряжения одной из обмоток (чаще всего вторичной) от намагничивающего тока со стороны этой же или другой обмотки при XX ТТ.

Наиболее распространенная неисправность ТТ -- витковое замыкание -- выявляется по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. В соответствии с пунктом 7.4 РД 34.45-51.300-97 снятие характеристики намагничивания магнитопровода ТТ предусматривается для выявления короткозамкнутых витков, оно производится в пределах до начала насыщения, но не выше 1800 В. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных ТТ, однотипных с проверяемым, чаще всего с характеристиками ТТ других фаз того же присоединения. Для такого сравнения достаточно совпадения характеристик с точностью в пределах их заводского разброса.

а) б)

а - ТТ ТВ-35, 300/5 А; б - ТТ ТВД-500, 2000/1;

1 -- исправный трансформатор тока; 2 -- закорочен один виток;

3 -- закорочены два витка; 4 -- закорочены восемь витков

Рисунок 1 -- Вольт-амперные характеристики при витковых замыканиях во вторичной обмотке

На рисунке 1 в качестве примера показаны ВАХ ТТ ТВ-35 и ТВД-500 при витковых замыканиях во вторичной обмотке. Снижение ВАХ происходит потому, что ТТ из режима XX переходит в режим КЗ. При этом замкнувшиеся витки являются вторичной обмоткой, и сопротивление этой обмотки шунтирует ветвь намагничивания (сопротивление Z02 на рисунке 1, в), что приводит к значительному уменьшению входного сопротивления ТТ. Необходимо отметить, что витковые замыкания при других проверках (например, при проверке коэффициента трансформации) обычно не обнаруживаются.

Снятие ВАХ для проверки отсутствия замыкания витков должно проводиться при новом включении и в соответствии со сроками профилактики ТТ. Для целей диагностики замыканий в обмотках несуществен способ подачи напряжения на ТТ, ток и напряжение при снятии характеристик могут фиксироваться приборами любой системы, если повторные измерения при плановых проверках производятся в идентичных условиях. При первом включении сравнение ведется между однотипными ТТ разных фаз. При плановых проверках достаточно проверить одну -- две точки ВАХ.

В соответствии с п. 3.2.29 ТТ, предназначенные для питания токовых цепей устройств релейной защиты от КЗ, должны обеспечивать некоторую предельную погрешность в расчетных точках зоны действия питаемых ими защит. Для расчета погрешности ТТ (если напряжения в расчетных режимах защиты выходят за пределы линейности его магнитопровода) необходимо снять характеристику намагничивания вплоть до расчетного напряжения защиты (но не более чем до 1800 В на всю вторичную обмотку). Более подробно о пределах напряжения сказано ниже.

Если ВАХ снимается для последующего расчета погрешностей, необходимо учитывать большую зависимость результатов измерений от методики проверки ВАХ. В зависимости от формы кривой напряжения, формы намагничивающего тока, а также типов используемых измерительных приборов, могут быть получены разные характеристики для одного и того же ТТ. Следует отметить, что ТТ при наиболее распространенном в расчетах релейной защиты значении погрешности в 10% можно считать линейными источниками тока с синусоидальной вторичной ЭДС. Поэтому ВАХ следует снимать, поддерживая напряжение близким по форме к синусоиде.

При снятии ВАХ в области насыщения синусоида напряжения U2 всегда искажается. При этом изменяется и форма кривой намагничивающего тока. Вольт-амперная характеристика оказывается завышенной. Чем мощнее источник напряжения при снятии характеристики, тем стабильнее синусоидальность напряжения и правильнее результаты. Для использования ВАХ в расчете погрешностей следует снимать ее при питании синусоидальным напряжением от мощного источника, используя приборы, реагирующие на среднее абсолютное значение напряжения и действующее значение тока. Следует также помнить, что при равных мощностях источников регулирование напряжения автотрансформатором искажает форму кривой напряжения меньше, чем регулирование потенциометром, а всего более напряжение искажается при регулировании тока реостатом.

Синусоидальность всех переменных величин при проверках ТТ здесь и далее достаточно контролировать визуально, а при использовании анализаторов гармонического состава следует считать допустимым коэффициент высших гармоник до 5%.

Нужно различать магнитные характеристики отдельного магнитопровода и магнитные характеристики магнитопровода в конструкции ТТ. Во всем диапазоне режимов ТТ работает по характеристике конструкции, которая, например, для ТТ 6-10 кВ существенно отличается от характеристики магнитопровода за счет взаимной индукции обмоток по воздуху. Характеристика конструкции снимается как проходная зависимость E2 (I12) или E12 (I2), где.

;.

В амплитудных величинах характеристики E2 (I12) и E12 (I2) идеально совпадают только для ТТ с одним магнитопроводом. В ТТ с несколькими магнитопроводами взаимная однозначность характеристик E2 (I12) и E12 (I2) нарушается, поскольку при возбуждении первичной обмотки все магнитопроводы находятся в одинаковом состоянии, а при возбуждении вторичной (одной) обмотки нарушается симметрия состояний магнитопроводов. Характеристика E12 (I2) идет ниже характеристики E2 (I12). Для ТТ с несколькими магнитопроводами предпочтительнее характеристика E2 (I12). Используя характеристику E2 (I12), нужно помнить, что полученные результаты могут отличаться в зависимости от нагрузки соседней обмотки. Это актуально тем более, чем сильнее магнитные поля ТТ. Если не обеспечены реальные нагрузки на соседние вторичные обмотки, то теряется однозначность снятия, например кривой предельной кратности. В то же время характеристики намагничивания конструкции и магнитопровода ТТ в режимах с токовой погрешностью в пределах 10% практически совпадают, что позволяет рекомендовать характеристику E12 (I2) и даже U2(I2) для инженерных расчетов.

На рисунке 2 показаны характеристики ТТ ТВ-35, 150/5, полученные при разных формах кривых тока и напряжения и при измерении их действующих значений. Наиболее высокая характеристика соответствует намагничивающему току, близкому к синусоидальному, и несинусоидальному напряжению, а наиболее низкая -- к синусоидальному напряжению и несинусоидальному намагничивающему току.

Рисунок 2 - Вольт-амперные характеристики трансформатора тока ТВ-35, 150/5 при проверке различными способами

1 -- схема с автотрансформатором; 2 -- схема с потенциометром; 3 -- схема с реостатом

Для снятия ВАХ должна применяться испытательная схема с мощным автотрансформатором или автотрансформаторами (рисунок 3, в или г) как обеспечивающая наименьшее искажение синусоиды напряжения. Схемы с реостатом и потенциометром (см. рисунок 3, а и б) не рекомендуются.

Рисунок 3 - Схемы проверки ВАХ

а -- схема с реостатом; б -- схема с потенциометром; в -- схема с автотрансформатором; г -- схема с двумя автотрансформаторами ЛАТР-2; д -- схема при подаче тока намагничивания в первичную обмотку.

трансформатор ток обмотка

При необходимости снять ВАХ со стороны первичной обмотки следует применять схему, показанную на рисунке 3, д.

В любом случае форму кривой напряжения полезно контролировать электронным осциллографом.

При невозможности обеспечить удовлетворительную синусоидальность напряжения можно рекомендовать измерять напряжение вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения Uср, а ток -- амперметром, реагирующим на амплитуду тока I02макс. Характеристика же должна строиться в действующих значениях этих параметров. Получаемые характеристики не вполне будут соответствовать заводским типовым характеристикам намагничивания, но для проверки отсутствия замыкания витков они пригодны.

При сборке испытательной схемы для проверки ВАХ следует всегда заботиться о малом потреблении вольтметра и включать вольтметр так, чтобы его ток не измерялся вместе с током Iнам. Это особенно важно при снятии начальной части характеристики намагничивания до значений тока 0,2 -- 0,3 А. Для этого вольтметр нужно включать так, как показано на схемах рисунка 3.

Литература:

1) ГОСТ 7746 “ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА” Общие технические условия.

2) http://gendocs.ru

3) http://etcenter.ru

4) http://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru