2.2 Конструкция трансформатора тока

ТТ состоит из магнитопровода (рис. 2.1), который набирается из пластин холоднокатанной или горячекатанной электротехнической стали, толщиной 0,3…0,5 мм. В последнее время стали изготавливать магнитопроводы из аморфного железа, благодаря чему уменьшились потери на намагничивание. На магнитопровод наматывается первичная обмотка w1, одна w2 или нескольких вторичных обмоток.

Рисунок 2.1. Конструкция ТТ

Обмотки изготавливаются из электротехнической медной или алюминиевой проволоки. Клеммы обмотки w1 ― Л1 и Л2 подключаются к линии, клеммы обмотки w2 ― И1 и И2 ― к измерительным приборам и реле. Обычно количество витков w2 больше, чем w1.

ТТ имеет обычно два магнитопровода и две вторичные обмотки. Одна обмотка обозначается числом 0,5 – указывает погрешность данного ТТ и используется для измерительных приборов и средств учета. Вторая обмотка обозначается буквой Р – она предназначена для подключения устройств РЗ и А и имеет допустимую погрешность 10%.

2.3 Принцип действия

Ток линии I1 протекает по первичной обмотке w1 и создает в магнитопроводе магнитный поток Ф1. Этот поток Ф1 проходит сквозь обмотку w2 и наводит в ней ЭДС E2. Поскольку вторичные цепи ТТ всегда замкнуты на нагрузку или накоротко (одно из условий работы трансформатора), то по вторичной цепи протекает ток I2. Этот ток наводит в магнитопроводе магнитный поток Ф2, который направлен противоположно потоку Ф1. Результирующий поток

Ф0 = Ф1 ― Ф2, (2.1)

направленный как и Ф1, наводит в обмотке w1 противо-ЭДС Е1. Чем больше нагрузка ТТ, тем больше Е1.

Как известно, МДС обмотки равна F = I  w , поэтому, согласно формуле (2.1),

F0 = F1 – F2 = I1 w1 – I2 w2, (2.2)

где I1, I2 – токи первичной w1 и вторичной w2 обмоток, F0 – МДС намагничивания трансформатора.

Записав F0 = I0  w1, и подставив в формулу (2.2), получим

I1  w1 – I0  w1 = I2  w2, (2.3)

откуда нетрудно вывести:

, (2.4)

где k_Т ― коэффициент трансформации ТТ.

Из формулы (2.4) очевидно, что коэффициент трансформации ТТ зависит от I0, который в свою очередь зависит от сопротивления нагрузки (чем больше сопротивление нагрузки, тем больше насыщен магнитопровод ТТ, тем больше погрешность, тем меньше k_ТТ). Можно также сделать следующий вывод: наиболее благоприятный режим работы ТТ ― закороченная вторичная обмотка, так как при этом размагничивающий Ф2 максимален, а намагничивающий Ф0 минимален. При размыкании вторичной обмотки результирующий магнитный поток Ф0 станет равным Ф1 и магнитопровод войдет в насыщение. На выводах вторичной обмотки увеличится напряжение, которое может достичь нескольких киловольт, магнитопровод трансформатора нагреется. Это опасно для персонала, обслуживающего вторичные цепи, и для оборудования. В таком режиме возможен пробой изоляции вторичных цепей, поэтому один из выводов во вторичных схемах обязательно заземляется.

2.4 Построение векторной диаграммы тт

Д

Рисунок 2.2. Характеристика магнитопровода ТТ

ля построения векторной диаграммы ТТ необходимо иметь следующие данные [3]:

1. Число витков обмоток w1 и w2, активное и реактивное сопротивление вторичной обмотки r₂ и x₂ [Ом].

2. Нагрузка r_2НАГ, x_2НАГ (учтено суммарное сопротивление всех проводов и приборов) [Ом].

3. Средняя длина магнитного пути l_М, [м], расчетное поперечное сечение магнитопровода S_М [м²].

4. Материал магнитопровода, его свойства и характеристики: Fуд=f(B) ― удельная МДС как функция от индукции, ψ=f(B) ‑ угол потерь в зависимости от индукции.

Построение векторной диаграммы начинают с параметра, который можно измерить,– вторичного тока I2. Зная его, по известным данным (п. 1 и 2) вычисляем ЭДС E2 на вторичной обмотке w2 и угол  между E2 и током I2:

. (2.5)

Чертим E2 с рассчитанной длинной под углом  к току I2. ЭДС E2 отстает от магнитного потока Ф0, который ее создает, на 90 ― восстанавливаем направление Ф0.

Рисунок 2.3. Векторная диаграмма ТТ

С направлением магнитного потока Ф0 совпадает магнитная индукция B_MAX, которая определяется по выражению:

, (2.6)

где f ― частота, f = 50 Гц. По рассчитанной магнитной индукции B_MAX из графика, изображенного на рис. 2.2, находим МДС F_УД ― удельную МДС намагничивания, приходящуюся на 1 м длины магнитного пути магнитопровода [А/м], и угол потерь  [град]. Рассчитаем абсолютное значение полной МДС намагничивания:

(2.7)

и отложим его под углом опережения ―  к B_MAX. Этот угол характеризует отношение активной составляющей F_ОА МДС намагничивания F_О в магнитопроводе к реактивной составляющей F_ОР. Геометрическим сложением F₂ и F₀ найдем вектор МДС обмотки w1 и определим величину первичного тока ТТ, совпадающего по направлению с F₁:

. (2.8)