Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

где и - номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Рис. 22.2. Схема включения трансформатора тока

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А. Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания. ТТ вносит в результаты измерения два вида погрешностей: токовую и угловую.

Токовая погрешность определяется по выражению:

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей; сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути. В зависимости от предъявляемых требований, выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 - 120% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Угловой погрешностью трансформатора тока называется фазовый сдвиг между векторами первичного и вторичного токов при таком выборе их направлений, чтобы для идеального трансформатора тока этот угол равнялся нулю, т.е это угол между вектором первичного тока и повернутым на 180 вектором вторичного тока. Угловая погрешность выражается в минутах (…′) или сантирадианах (срад) и считается положительной, когда вторичного тока, повернутый на 180 , опережает вектор первичного тока.

,

где - полная МДС намагничивания, затрачиваемая на проведение магнитного потока по магнитопроводу, на нагрев и перемагничивание его; - первичная МДС; - угол потерь.

Для углов, не превышающих нескольких градусов, синус угла может быть принят численно равным самому углу, выраженному в радианах, т.е.

или в сантирадианах

Если мы хотим выразить угловую погрешность в минутах, то следует ввести коэффициент перевода радиан в минуты:

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 - для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

[http://forca.ru/info/spravka/transformatory-toka.html]

22.3. Компенсация погрешности.

Боль­шая часть способов компенсации погрешно­стей ТТ основана на свойстве ферромагнит­ных материалов изменять свою магнитную проницаемость в за­висимости от магнитной индукции (рис. 22.3.1).

Рис. 22.3.1. Зависимость и

Икусственно изме­няя магнитную индукцию в магнитопроводе, можно увеличить его магнитную проницаемость и тем самым снизить погреш­ность ТТ. Например, поддерживая значения йндукции в магнито­проводе соответствующими зоне b (рис. 22.3.1), мы обеспечим его высокую проницаемость. Рассмотрим влияние магнитной индук­ции на погрешности ТТ. МДС намагничивания , при изменении тока ме­няется нелинейно. Это обусловлено нелинейной зависимостью магнитной проницаемости от индукции в магнитопроводе. Зави­симость токовой погрешности от абсолютной магнитной прони­цаемости р_а материала магнитопровода можно получить, выразив МДС намагничивания через параметры магнитопровода и вторичной цепи. Магнитный поток в магнитопроводе

где — магнитное сопротивление магнитопровода, А/Вб (Гн^-1); и — средняя длина и площадь поперечного сечения магнитопровода; — абсолютная магнитная проницае­мость материала магнитопровода, Гн/м.

Магнитный поток можно получить, умножив индукцию на площадь поперечного сечения магнитопро­вода:

Из полученных равенств находим :

Получим новое выражение номинальной токовой погрешности ТТ (в процентах):

Отсюда видно, что токовая погрешность обратно пропор­циональна абсолютной магнитной проницаемости . При малых значениях индукции магнитная проницаемость мала и токовая погрешность значительна; при средних значениях индукции магнитная проницаемость увеличивается, а токовая погрешность уменьшается. При очень больших значениях индукции, прибли­жающейся к индукции насыщения, магнитная проницаемость снова уменьшается (рис. 22.3.1), а токовая погрешность увеличивается.

Из формулы номинальной токовой погрешности видно также, что увеличение магнитной индукции за счет уменьшения площади поперечного сечения магнитоировода не приведет к уменьшению токовой погреш­ности, так как при уменьшении пропорционально увеличи­вается и магнитное сопротивление магиитопровода .

Компенсацию погрешностей можно осуществить следующими способами:

1) спрямлением кривой намагничивания; 2) подмагничиванием магиитопровода; 3) созданием нулевого потока; 4) перераспределением потоков рассеяния.

Компенсация погрешностей спрямлением кривой намагничива­ния. Если тем или иным способом спрямить кривую намагничива­ния магиитопровода, то произойдет и спрямление кривых токовой и угловой погрешности. Имеется много способов компенсации, позволяющих таким образом уменьшить токовую и угловую погрешности ТТ. Рассмотрим один из этих способов.

Рис. 22.3.2. Схема компенсации погрешности ТТ спрямлением кривой намагничи­вания

В штампованных пластинах прямоугольного или кольцевого магиитопровода предусматривают одно-два отверстия 2 для на­ложения компенсирующих витков (рис. 22.3.2.). Отверстие 2 разделяет поперечное сечение магиитопровода на два параллельных уча­стка I и II. Вторичная обмотка состоит из основной части, охва­тывающей все сечение магиитопровода, и нескольких компенси­рующих витков 1, пропущенных в отверстия 2. Компенсирующие витки I охватывают только часть сечения магиитопровода, а именно на участках II. Направление намотки компенсирующих витков такое же, как и основной части вторичной обмотки. Поэтому и направление тока в этих витках и в остальной части вторичной обмотки одинаково. Магнитный поток , создаваемый током, проходящим по компенсирующим виткам, будет замыкаться не только вокруг каждого отверстия 2, но частично пройдет и по всему магнитопроводу. На участках I магнитный поток будет иметь то же направление, что и намагничивающий поток и, следовательно, будет увеличивать магнитную индукцию как на этих участках, так и на прилегающих к ним участках внутренней боковой поверхности магиитопровода. Результирующий магнит­ный поток на участках I будет . На участках II магнитный поток будет направлен против потока и будет уменьшать индукцию на участках II и прилегающих к нему участках наружной боковой поверхности магнитопровода. Ре­зультирующий магнитный поток на участке II будет . Таким образом, в рассматриваемом случае магнит­ные индукции и магнитные проницаемости справа и слева от отверстия различны.

При незначительных первичных токах (например, при токе 10—20 % номинального) большая доля потока проходит по части магнитопровода, не охваченной компенсирующими витками, т.е. по участкам I. Вследствие подмагничивающего действия витков 1 индукция в этой части магнитопровода значительно увеличится, как и магнитная проницаемость (зона b на рис. 22.3.1). На участках II магнитопровода индукция мала вследствие раз­магничивающего действия витков I. Здесь магнитопровод на­ходится в зоне малой магнитной проницаемости (зона а на рис. 22.3.1). В этом случае витки 1 почти не сцепляются с потоком и незна­чительно увеличивают ЭДС вторичной обмотки. Витки 1 яв­ляются дополнительным индуктивным сопротивлением вторичной обмотки. То, что поток почти не сцепляется с витками 1, умень­шает коэффициент трансформации ТТ. Действительно, общее число витков вторичной обмотки равно , где — число компенсирующих витков 1, расположенных в каждом из двух отверстий 2. Так как витки 1 при малых первичных токах почти не сцепляются с потоком , то рабочее число витков вторичной обмотки можно считать равным . В этом режиме ТТ работает как бы с витковой коррекцией при отмотке витков, что умень­шает токовую погрешность.

При увеличении первичного тока начинается перераспределе­ние магнитного потока между участками I и II. На участках I магнитная индукция приближается к индукции насыщения вслед­ствие подмагничивающего действия потока . Магнитная про­ницаемость на этих участках уменьшается (зона с на рис. 22.3.1). На участках II (рис. 22.3.2) магнитная индукция поддерживается достаточно большой, но еще не достигающей индукции насыщения вследствие размагничивающего действия потока (зона b на рис. 22.3.1). Магнитная проницаемость на этих участках поддер­живается значительной. Часть магнитного потока , проходящая по участкам II, сцепляется с компенсирующими витками 1 и тем самым увеличивает коэффициент трансформации ТТ. При этом увеличивается токовая погрешность.

Таким образом, при малых первичных токах токовая погреш­ность уменьшается, а при токах, близких к номинальному, уве­личивается. Следовательно, кривая токовой погрешности спрям­ляется. Число компенсирующих витков составляет 1—3 % об­щего числа витков вторичной обмотки.

Если необходимо скорректировать и угловую погрешность, то в одном из отверстий 2 может быть расположен короткозамкну­тый виток 3. При достаточно большом активном сопротивлении короткозамкнутого витка и небольшом его индуктивном сопро­тивлении можно считать, что тою в короткозамкнутом витке будет находиться в фазе с наведенной в нем ЭДС. Магнитодвижущая сила короткозамкнутого витка, геометрически складываясь с МДС вторичной обмотки, уменьшает фазовый сдвиг между первичным и вторичным токами, т. е. угловую погрешность. Короткозамкнутый виток несколько увеличивает токовую по­грешность, и в тех случаях, когда уменьшения угловой погреш­ности не требуется, его не следует применять.

Компенсация погрешностей подмагничиванием магнитопровода. Подмагничивание магнитопровода может осуществляться от по­стороннего источника энергии или от вспомогательного ТТ. Для подмагничивания используется ток той же частоты, что и первич­ный ток ТТ, или же ток тройной частоты. Схемы компенсации погрешностей подмагничиванием магнитопровода и соответству­ющие им векторные диаграммы приведены на рис. 22.3.3.

Рис. 22.3.3. Схемы компенсации погрешности ТТ подмагничиванием магнитопровода и соответствующие им векторные диаграммы

Компенсация погрешностей подмагни­чиванием от постороннего источника энер­гии (рис. 22.3.3, а). При использовании этого способа магнитопровод ТТ составляется из двух одинаковых магнитопроводов 1 и 2, которые охватываются общей вторичной обмоткой 4 с числом витков . Помимо вторичной обмотки на каждый магнитопровод намотана дополнительная обмотка 3 с числом витков , которая и создает подмагничивание магнитопровода. Дополнительные обмотки имеют одинаковое число витков и включены встречно для устранения влияния магнитного потока, создаваемого до­полнительными обмотками, на первичную и вторичную обмотки ТТ. Дополнительные обмотки присоединены к постороннему источ­нику переменного тока той же частоты, что и первичный ток.

При прохождении по дополнительным обмоткам 3 переменного тока магнитопроводы 1 и 2 подмагничиваются. Магнитная индук­ция в них увеличивается до значений, соответствующих наиболь­шей магнитной проницаемости материала магнитопровода. Это приводит к уменьшению токовой и угловой по­грешностей.

На рис. 22.3.3 показано (точкой и крестом) направление магнит­ных потоков и , создаваемых соответственно вторичной обмоткой 4 и дополнительными обмотками 3. В магнитопроводе 1 потоки и направлены навстречу друг другу, а в магнито­проводе 2 они имеют одинаковое направление. Это приводит к увеличению МДС намагничивания и индукции в каждом магнитопроводе. Соответственно этому увеличивается магнитная проницаемость материала и уменьшаются погрешности ТТ. Это ясно из сравнения векторных диаграмм на рис. 22.3.3, г. Влево от точки О отложены МДС магнитопровода 1, а вправо — ма­гнитопровода 2. Верхняя векторная диаграмма соответствует ТТ без компенсации, т. е. при обесточенных дополнительных обмот­ках 3. В этом случае погрешности ТТ будут определяться значе­нием МДС намагничивания в каждом магнитопроводе.

Нижняя векторная диаграмма соответствует ТТ с компенса­цией. В магнитопроводе 1 магнитные потоки и направлены навстречу друг другу, так же как и соответствующие им МДС и . Если МДС соответствует отрезку АВ, а МДС — отрезку БВ, то отрезок АБ будет равен разности и , т. е. суммарной МДС вторичной обмотки, направленной против первичной МДС . Так как первичная МДС осталась неизмен­ной, а вторичная — уменьшилась, то МДС намагничивания увеличивается. Теперь она будет равна (или отрезку ОБ).

Геометрическая сумма , и будет . Как видно из рис. 22.3.3, > , т. е. индукция в магнитопроводе увеличится.

В магнитопроводе 2 магнитные потоки и , а также со­ответствующие им МДС и направлены в одну сторону. Если МДС изобразить отрезком ОД, а МДС — отрез­ком ДЕ, то первичная МДС будет представлена отрезком ГЕ. МДС намагничивания для этого магнитопровода изобразится отрезком ОГ. При этом > , т. е. индукция и магнитная проницаемость в магнитопроводе увеличатся.

Угол между и в большинстве случаев близок к 180°. Поэтому общая МДС намагничивания , действующая в каждом магнитопроводе, оказывается небольшой.

Для работы в режиме подмагничивания выбирают часть кривой намагничивания с наибольшей магнитной проницаемостью, что приводит к уменьшению абсолютных значений всех векторов МДС намагничивания. Таким образом, вектор МДС намагни­чивания при компенсации будет меньше, чем без нее.

Компенсация погрешностей подмагничиванием магнитопровода может осуществляться с использованием не только тока промыш­ленной частоты, но и тока тройной частоты [10, 14]. Многочислен­ными исследованиями установлено, что при одновременном нама­гничивании ферромагнитного материала токами разных частот происходит некоторое спрямление кривой намагничивания и уве­личение угла наклона этой кривой к оси напряженности магнит­ного поля. Последнее уменьшает удельную МДС, т. е. токовую и угловую погрешности. При подмагничивании токами тройной частоты одновременно происходит размагничивание магнитопро­вода от остаточных магнитных потоков постоянного направления, в том числе от потока, создаваемого апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Схема ТТ с компенсацией погрешности током тройной частоты такая же, как и с компенсацией током промышленной частоты (рис. 222.3.3, а). Магнитопровод ТТ состоит из двух кольцевых магнитопроводов 1 и 2, на которые намотана вторичная обмотка 4. Выводы вторичной обмотки соединяются с внешней вторичной цепью через автотрансформатор с ответвлениями. Это обеспечи­вает плавную регулировку коэффициента трансформации всей вторичной системы. Дополнительные обмотки 3 соединены после­довательно и встречно. Они присоединены к ферромагнитному утроителю частоты, а последний подключен к сети трехфазного переменного тока.

Подмагничивание от постороннего источника промышленной час­тоты требует дополнительных питающих устройств, а подмагничива­ние токами тройной частоты — еще и регулирующих устройств. Все это ограничивает область применения этого метода компенсации.

Компенсация погрешностей подмагничиванием от вспомогательного ТТ, состоящего из магнитолровода 6 с наложенной на него обмоткой 5 (рис. 22.3.3, б). При этом питание вспомогательных обмоток 3, расположенных на магнитопроводах 1 и 2, осуществляется от обмотки 5 вспомога­тельного ТТ. Вспомогательные обмотки 3 имеют одинаковое число витков и соединены встречно. Магнитопроводы 1, 2 и 6 с наложен­ными на них обмотками соединены вместе, представляя собой один элемент. Поперечное сечение магнитопровода 6 выбирается таким, чтобы он всегда находился в состоянии, близком к насы­щению. Это обеспечивает примерно одно и то же подмагиичивание при изменениях первичного тока. Компенсация погрешностей подмагничиванием от вспомогательного ТТ происходит точно так же, как рассмотренная выше компенсация подмагничиванием от постороннего источника.

Подмагиичивание от вспомогательного ТТ обеспечивает умень­шение погрешностей во всем диапазоне токов нормального ре­жима, однако усложняет конструкцию всего ТТ и увеличивает его габариты. К тому же при этом способе компенсации погреш­ностей нельзя достигнуть такого постоянства параметров ТТ, как при подмагничивании от постороннего источника. Но последний значительно дороже. Компенсация погрешностей подмагничива­нием от вспомогательного ТТ может осуществляться и на токах тройной частоты.

Компенсация погрешностей подмагничиванием от посторон­него источника энергии или от вспомогательного ТТ обеспечивает улучшение кривой погрешности на всем ее протяжении.

Компенсация погрешностей противонамагничиванием (рис. 22.3.3, в) отличается от рассмотрен­ных выше двух способов компенсации погрешностей только тем, что здесь вторичная обмотка 7 является как основной обмоткой, так и подмагничивающей. Основная часть вторичной обмотки охватывает оба магнитопровода 1 и 2. Кроме того, на магнитопровод 2 наложена дополнительная обмотка 8, соединенная последовательно и согласно с основной обмоткой. Число витков вторичной обмотки несколько меньше номинального. Следова­тельно, на магнитопроводе 1 число витков будет меньше номи­нального, а на магнитопроводе 2 (с учетом дополнительной об­мотки) — больше номинального. На магнитопроводе 1 МДС намагничивания увеличится вследствие меньшего числа вторич­ных витков. Здесь будет преобладать первичная МДС. На ма­гнитопроводе 2 МДС намагничивания увеличится за счет до­полнительной обмотки. Здесь будет преобладать вторичная МДС.

К преимуществам компенсации погрешности противонамагничивание следует отнести простоту и дешевизну. Однако эффек­тивность ее несколько меньше, чем эффективность компенсации погрешности от постороннего источника энергии.

Рис. 22.3.4. Схема компенсации погрешностей ТТ, предложен­ная МЭИ

Компенсация погрешностей подмагничиванием по­лями рассеяния (компенсация МЭИ). Вторичная обмотка разделена на две части 1 и 3 (рис. 22.3.4). Части вторичной обмотки 1 и 3 имеют соответственно число витков и и соединены последовательно и согласно. Пер­вичная обмотка 4 располагается на правом стержне магнитопровода. Внутри магнитопровода находится магнитный шунт 2, по которому замыкаются потоки рессеяния. Воздушный зазор между стерж­нями магнитопровода и магнитным шунтом может изменяться. Это позволяет изменять в определенных пределах поток рассеяния.

Вторичная обмотка разделена на две части для увеличения потоков рассеяния. Магнитный шунт 2 тоже способствует этому. При токе на левом стержне магнитопровода создается МДС , а на правом стержне — МДС . Последняя представляет собой избыток первичной МДС. Под действием МДС и соответственно возникают магнитные потоки рассеяния и , которые проходят через шунт 2, образуя общий поток рассеяния . Выбрав соответствующим образом магнитное сопротивление шунта, можно даже при малых первичных токах обеспечить незначительное магнитное сопротив­ление магнитопровода. Вследствие этого МДС, необходимая для проведения намагничивающего потока , значительно умень­шается. Это приводит к уменьшению и токовой, и угловой по­грешностей ТТ. Так, например, при токах 10—20 % номиналь­ного наибольшую магнитную проницаемость будет иметь участок магнитопровода, по которому замыкается поток рассеяния . Часть вторичной обмотки 1, расположенная на левом стержне магнитопровода, будет сцепляться только с какой-то частью потока . Это равносильно отмотке части ее витков и уменьше­нию погрешностей. При первичных токах, близких к номинальным и превышающих номинальные, происходит насыщение шунта и компенсация перестает действовать. В. этом случае почти весь магнитный поток проходит по всему магнитопроводу, сцепляясь с обеими частями вторичной обмотки 1 и 3, что равносильно увеличению числа витков этой обмотки. Поэтому погрешности увеличатся.

Таким образом, при малых первичных токах погрешности уменьшаются, а при токах, близких к номинальным, — увеличиваются. Следовательно, кривая погрешностей спрям­ляется.

Уменьшение погрешностей рассматриваемым способом дости­гается не только путем повышения магнитной проницаемости магнитопровода, но и за счет уменьшения индуктивного сопротив­ления вторичной обмотки в результате так называемого двойного магнитного рассеяния. Под двойным магнитным рассеянием по­нимается такое рассеяние, при котором поток рассеяния одной обмотки сцепляется также и с другой обмоткой. Поток рассея­ния сцепляется только со вторичной обмоткой, а поток сцепляется в основном с первичной обмоткой и частично со вторич­ной. Потоки и пересекают проводники обмоток в противо­положных направлениях, индуцируя в них ЭДС самоиндукции, отстающие от возбуждающих их потоков на 90°. В первичной и вторичной обмотках поток индуцирует соответственно ЭДС и отстающие от него на 90°. Во вторичной обмотке поток индуцирует ЭДС , отстающую от него на 90°. Так как потоки и имеют противоположные направления, то и индуцируемые ими ЭДС и направлены навстречу друг другу.

Результирующая ЭДС рассеяния во вторичной обмотке равна разности модулей и и определяется потоком . Увеличивая долю потока , сцепляющегося со вторичной об­моткой, можно добиться полной компенсации ее индуктивного сопротивления.

Компенсация погрешностей созданием нулевого потока. При этом способе компенсации магнитопровод ТТ составляется из двух одинаковых магнитопроводов 1 и 2 (рис. 22.3.5). На магни­топровод 1 намотана часть вторичной обмотки из витков. Другая часть вторичной обмотки, состоящая из витков, намо­тана на магнитопровод 2. На магнитопровод 2 намотано еще витков компенсационной обмотки. Компенсационная обмотка вы­полнена из того же провода, что и вторичная. Числа витков вторичной и компенсационной обмоток выбраны такими, что . Следовательно, . Сопротивление вторичной обмотки с витками равно , а сопротивление каждой из обмоток равно .

Вторичная обмотка с числом вит­ков замыкается на вторичную нагрузку , а компенсационная об­мотка — на регулируемое сопротивле­ние . Во вторичной цепи протекает ток , а в компенсационной цепи — ток .

Рис. 22.3.5. Схема компенсации погрешностей ТТ методом нулевого потока.

Рассмотрим работу такого ТТ без компенсации погрешности и при компенсации.

Без компенсации магнитное состояние обоих магнитопроводов должно быть одинаковым. Это будет, если по вторичной и ком­пенсационной обмоткам проходит один и тот же ток, т. е. если . В этом случае магнитопровод 1 размагничивается МДС, равной , а магнитопровод 2 — МДС, равной . Так как то размагничивающие МДС в обоих магнитопроводах будут одинаковы.

Разность между первичной и вторичной МДС будет соответ­ствовать МДС намагничивания обычного ТТ. Сопротивление , при котором , может быть определено следующим обра­зом. Нагрузка на один виток вторичной обмотки при токе составит

Нагрузка на один виток компенсационной обмотки должна быть точно такой же. Тогда нагрузка на всю компенсационную обмотку будет

При компенсации погрешностей магнитное состояние магнито­проводов будет различным. Предположим, начнем увеличивать по сравнению с тем, какое было без компенсации. Это вызовет уменьшение тока и МДС размагничивания . МДС намагничивания в магнитопроводе 2 и индукция в нем увеличатся. Увеличение индукции в магнитопроводе 2 путем уменьшения тока в компенсационной обмотке разгрузит вторичную обмотку. Напряжение на последней повысится при неизменной вторичной нагрузке . Следовательно, несколько увеличится и ток . Изменяя сопротивление , можно добиться полного размагничи­вания магнитопровода 1, т. е. равенства , и тем са­мым свести погрешности к нулю. При полном размагничивании магнитопровода 1 магнитный поток в нем будет равен нулю. Следовательно, ЭДС в той части вторичной обмотки, которая находится на магнитопроводе 1, тоже будет равна нулю. ЭДС в части вторичной обмотки, находящейся на магнитопроводе 2, будет повышаться до тех пор, пока не станет равной падению на­пряжения во вторичной цепи. Таким образом последнее будет уравновешено только посредством обмотки с числом витков .

Опрёделим сопротивление , при котором обеспечивается полная компенсация погрешностей. При полной компенсации вся вторичная нагрузка (включая и внутреннее сопротивление обеих частей вторичной обмотки) приходится на витки . На­грузка на один виток составит

Такая же нагрузка должна приходиться и на один виток компенсационной нагрузки. Тогда

т. е. при полной компенсации сопротивление должно быть равно полному сопротивлению ветви вторичного тока , а

При компенсации погрешностей созданием нулевого потока размеры магнитопровода увеличиваются, так как он должен рассчитываться на двойную нагрузку. Компенсация погрешностей методом нулевого потока позволяет плавно регулировать токовую погрешность, доводя ее до нуля. Этот метод находит применение в некоторых типах лабораторных трансформаторов тока.

При проектировании ТТ спрямление кривой погрешности рас­смотренными выше способами компенсации обычно сочетается с витковой коррекцией. В результате этого получается необхо­димая форма кривой погрешности и наиболее выгодное положение ее относительно оси абсцисс.

[В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, Л.В. Жалалис и др. - Трансформаторы тока. Л.: Энергия, Ленингр. отделение,1989. - 416 с.]

22.4. Режимы работы трансформаторов тока.

Нормальным режимом работы измерительного трансформатора тока является режим короткого замыкания его вторичной цепи (например, для трансформатора тока с номинальной мощностью вторичной нагрузки =5 ВА и номинальным вторичным током =5А, максимальная внешняя нагрузка во вторичной цепи не должна превышать номинальную: = 5/52 = 0,2 Ом). Максимальная нагрузка вторичной цепи равна сумме сопротивлений проводов (в режиме КЗ нельзя пренебрегать сопротивлением проводов) и сопротивления последовательных цепей подключаемых к трансформатору тока измерительных приборов: . В этом режиме по вторичной цепи трансформатора тока проходит индуцированный ток , который своей магнитодвижущей силой создает в магнитопроводе вторичный поток магнитной индукции , направленный по закону электромагнитной индукции встречно потоку магнитной индукции , генерируемого магнитодвижущей силой тока первичной цепи . В результате в сердечнике в стационарном режиме устанавливается сравнительно слабый суммарный номинальный поток магнитной индукции (он составляет 2-3% от ), который индуцирует во вторичной обмотке небольшую ЭДС (не более 1 В), поддерживающую ток во вторичной цепи в диапазоне (0-100)% от номинального тока пропорциональный значению тока первичной цепи = (1-100)% . Ток первичной цепи не зависит от нагрузки вторичной цепи и может изменяться от нуля до номинального, а в случае короткого замыкания в первичной цепи () превосходить номинальный в десятки раз. В этом случае безопасность вторичных цепей и их нагрузок обеспечивается за счет вхождения сердечника трансформатора тока в насыщение - при этом допустимая перегрузка определяется коэффициентом безопасности трансформатора тока, равным обычно 3..5.

Если вторичную цепь трансформатора тока разомкнуть (аварийный режим), то исчезновение вторичного тока и созданного им магнитного потока приведет к значительному возрастанию магнитного потока от МДС тока первичной цепи и, соответственно, увеличению ЭДС во вторичной обмотке (до нескольких киловольт), что может вызвать пробой изоляции и опасность поражения током для обслуживающего персонала. Кроме того, при большом магнитном потоке, существенно отличающемся от номинального, резко увеличиваются потери в сердечнике, трансформатор начинает вибрировать (гудеть) и нагреваться, что является, в частности, одной из причин раннего старения его магнитопровода. Поэтому при эксплуатации нельзя допускать разрыва вторичной цепи трансформатора тока при наличии нагрузки у абонента, а при необходимости замены счетчика, подключенного к трансформатору, вторичную обмотку трансформатора предварительно необходимо закоротить (современные трансформаторы тока содержат для этого во вторичной цепи спаренные клеммы).

Из теории работы трансформатора тока следует, что его погрешности (токовая погрешность, или погрешность действительного коэффициента трансформации, и угловая погрешность - разность фаз между токами первичной и вторичной цепи) определяются двумя факторами: ограниченной магнитной проницаемостью магнитопровода и конечным, ненулевым значением величины вторичной нагрузки. Если бы магнитная проницаемость сердечника была бы бесконечной (что означало бы, что его магнитное сопротивление равно нулю), или вторичная нагрузка нулевой (режим полного короткого замыкания), то погрешности были бы нулевые. На практике не выполняются оба условия.

[http://yudzhen.ru/izmeritelnye-transformatory-primenenie]

22.5. Конструкция трансформаторов тока.

Различают две основные группы измерительных ТТ: одновитковые и многовитковые:

Одновитковые трансформаторы наиболее просты в изготовлении. Однако при одном витке первичной обмотки и применение стали среднего качества МДС обмотки недостаточна для трансформаторов класса 0,5, если первичный ток меньше 400 – 600 А.

Рис.22.5.1. Принципиальная схема трансформатора тока

P1, Р2 — присоединительные зажи­мы первичной обмотки;

S1, S2 — присоединительные зажимы вто­ричной обмотки

Одновитковые трансформаторы с меньшим номинальным током, например, встроенного типа, относятся к классам 1 и 3.

Применение получили характерные конструкции одновитковых трансформаторов: стержневые, шинные и встроенные.

Стержневые ТТ изготовляются для U_ном до 35 кВ и номинальных первичных токов от 400 до 1500 А.

ТПОЛ (П – проходной, О – одновитковой, Л – литая изоляция).

Шинные ТТ для Uном­­­ до 20 кВ и номинальных первичных токов до 24000 А. При таких больших токах целесообразно упростить конструкцию трансформатора, используя в качестве первичной обмотки шину или пакет шин соответствующего присоединения.

ТШЛ – 20 (Ш – шинный, Л – литая изоляция) для напряжения 20 кВ.

Встроенные ТТ устанавливают на вводах 35 кВ и повышенных боковых выключателей и силовых трансформаторов.

Погрешность встроен – х ТТ при ………= условиях больше погрешности стержневых и шинных трансформаторов.

Многовитковые ТТ изготавливают для всей шкалы номинальных напряжений и для токов до 1000 – 1500 А, т.е. применительно к условиям, когда необходимая точность не может быть обеспечена при одном первичном витке.

Для напряжений 6 – 10 кВ изготавливают катушечные и петлевые трансформаторы (эпоксидной изоляцией).

ТПЛ – 1 (П – петлевой, Л – литая изоляция)

Для U 35 – 750 кВ изготавливают ТТ наружной установки с масляным заполнением типа ТФН (Ф – фарфоровая изоляция, Н – наружная установка).

22. 6. Выбор трансформаторов тока.

1) U_ном ³ U_н.сети

2) I_1ном ³ I_p.max Электродинамическая стойкость

3) I_m.дин ³ i_уд; I_1ном k_дин ³ i_уд

- кратность тока динамической стойкости ТТ

4) термическая стойкость или

- кратность тока термической стойкости.

Чтобы погрешность ТТ не превысила для данного класса точности, вторичная нагрузка не должна превышать номинальную , задаваемую в каталогах

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому принимают:

Вторичная нагрузка состоит из сопротивлений приборов, соединенных проводов и переходного сопротивления контактов:

Суммарное сопротивление проводов рассчитываются по суммарной мощности, Ом;

где – мощность, потребляемая приборами, В × А;

– номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А;

( = 5А, в РУ 110 – 220 кВ 1 или 5)

Сопротивление проводов (контрольных кабелей) рассчитывается по их сечению и длине. В основном применяется кабель с алюминиевыми жилами

(r = 0,028 Ом × мм² / м). Кабели с медными жилами (r = 0,0175 Ом × мм² / м) применяют во вторичных цепях мощных электростанций высшим напряжением 220 кВ и выше.

Для алюминиевых проводов минимальное сечение 4 мм², для медных – 2,5мм². Расчетная длина провода l_Р, [м], зависит от схемы соединения ТТ и расстояния l от трансформатора до приборов:

1) - при включении ТТ в неполную звезду;

2) - при включении всех приборов в одну звезду;

3) - при включении трансформаторов в полную звезду.

При этом длина l может быть принята ориентировочно для РУ 6 – 10 кВ: при установке приборов в шкафах КРУ.

l = 4 ¸ 6 м; на щите управления l = 30 ¸ 40 м; для РУ 35 кВ l = 45 – 60 м; для РУ 110 – 220 кВ l = 65 – 80 м.

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи ТТ окажется больше Z_{2 ном} для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи:

Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабеле: 2,5; 4; 5; 10 мм²

Схемы присоединения измерительных приборов к ТТ.

Обозначение ТТ

Т – трансформатор тока

П – петлевой или проходной

О – одновитковый

Л – литая изоляция

Ш – шинный

М – первичная обмотка медная шина

ТПЛ – 10У3; ТПЛМ – 10; ТПОЛ – 10; ТШЛ; ТПШЛ – 10

ТШЛ – отличается от ТПШЛ – 10 тем, что крепятся непосредственно на токоведущих шинах шкафа КРУ.

ТПШЛ – 10 – в качестве первичной обмотки используется шина главной цепи шкафа КРУ.

Глава двадцать третья. Трансформаторы напряжения.
23.1. Общие сведения.

Трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

На рис. 23.1.1,а показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение , а на напряжение вторичной обмотки включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.

Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения

Рис. 23.1.1. Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а - схема,

б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений

При работе трансформа тора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе, как показано на рис. 23.1.1,б, и отношение их величин равно . При коэффициенте трансформации напряжение (рис. 23.1.1,в).

[http://electricalschool.info/main/electroshemy/512-izmeritelnye-transformatory.html]

23.2. Конструкция трансформаторов напряжения.

Конструктивно трансформатор напряжения изготовляется и как самостоятельный аппарат однофазного или трехфазного исполнения, и как встраиваемый в конструкции выключателей, комплектных экранированных токопроводов, комплектных распределительных устройств или пристраиваемый к ним.

Рис. 23.2.1. Трансформатор напряжения типа НОМ-10:

а — общий вид; б — выемная часть

1 — зажимы для присоединения шин ВН; 2 — изоляторы вводов ВН; 3 — выводы НН;

4 — болт для заземления; 5 — изоляторы выводов НН; 6 — пробка отверстия для залива масла; 7 — обмотка ВН; 8 — сердечник; 9 — бак с маслом.
Изготовляемые в виде самостоятельной конструкции трансформатор напряжения показан на рис. 23.2.2.

В зависимости от напряжения, назначения, схемы конструкции, способа охлаждения, места установки трансформаторы напряжения различаются маркой.
Типы HOC, HOCK, НТС, НТСК. — это однофазные (О) или трехфазные (Т), сухие (С), компенсированные (К) трансформаторы напряжения; они предназначены для внутренних установок напряжением до 6 кВа Типы НОМ, ЗНОМ (с заземлением внутреннего конца обмотки высокого напряжения), НТМК, НТМИ, выполненные в баке с маслом, с естественным масляным охлаждением применяются для внутренних установок напряжением до 18 кВ; однофазные трансформаторы напряжения — до 35 кВ.
Типы НКФ (напряжения, каскадный, фарфоровый) для напряжения до 500 кВ изготовляются однофазными в фарфоровом кожухе, заполненном маслом, с металлической головкой — расширителем.

Рис. 23.2.2. Трансформаторы напряжения типа НТМИ-10:

а — общий вид; б — схема соединений обмоток.

23.3. Емкостные делители напряжения.

Принцип действия емкостного делителя напряжения (рис. 23.3.1) заключается в следующем. Если между проводом линии электропередачи и землей включить несколько последовательно соединенных конденсаторов, то напряжение линии относительно земли (фазное напряжение) распределится между конденсаторами обратно пропорционально их емкости. Если все конденсаторы имеют одинаковую емкость, то напряжение распределится между ними поровну. Если же емкость конденсаторов различна, то на конденсаторы с меньшей емкостью придется большее напряжение, а на конденсаторы с большей емкостью — меньшее напряжение.

Рис. 23.3.1. Принцип устройства емкостного делителя напряжения.

Обычно емкость конденсаторов выбирается таким образом, чтобы при номинальном фазном напряжении на линии , напряжение на нижнем конденсаторе составляло . Если к конденсатору подключить первичную обмотку трансформатора напряжения ТН, то напряжение на его вторичной обмотке будет пропорционально фазному напряжению линии.

Расчет реактивного сопротивления конденсаторов емкостного делителя напряжения:

Здесь - реактивное сопротивление конденсатора;
- число Пи = 3,14159...;
- частота синусоидального напряжения, Гц;
- ёмкость конденсатора, Фарад.

То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью.

23.4. Выбор трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения выбирают по номинальным параметрам первичной цепи, классу точности и схеме соединения обмоток. Фактическая нагрузка подключенных приборов должна соответствовать нормальной нагрузке вторичной цепи при избранном классе точности (табл. 23.4.1).

Таблица 23.4.1

Параметр трансформатора напряжения	Условие выбора
Номинальное первичное напряжение
Тип и схема соединения обмоток	В зависимости от назначения
Класс точности	В соответствии с классом точности присоединенных приборов
Номинальная мощность вторичной обмотки

В случае использования трансформатора напряжения для контроля изоляции в сетях с малыми токами замыкания на землю следует применять трехфазный пятистержневой трансформатор напряжения.

Потеря напряжения в соединительных проводах, питающих цепи напряжения счетчиков, не должна превышать 0,5 % .
Мощность, потребляемая измерительными приборами, определяется для наиболее нагруженной фазы по формуле

где и — активная и реактивная нагрузки, зависящие от схемы соединения вторичных обмоток трансформатора напряжения и схемы включения приборов.

Суммарная нагрузка трансформатора напряжения может быть найдена приближено по формуле:

где — мощность, потребляемая всеми параллельными цепями прибора. При этом за номинальную мощность следует принимать: для трансформаторов, соединенных звездой, мощность всех трех фаз; для трансформаторов однофазных, соединенных открытым треугольником, удвоенную мощность одной фазы.

[http://forca.ru/knigi/arhivy/elektricheskaya-chast-elektrostanciy-69.html]

Глава двадцать четвертая. Комплектные распределительные устройства высокого напряжения.
24.1. Общие сведения.

Распределительное устройство (РУ) представляет со­бой совокупность соединенных между собой электрических аппаратов, предназначенных для приема и распределения электрической энергии. В функции РУ входит также за­щита сети и обслуживающих ее электрических аппаратов от КЗ и ненормальных режимов. Различают сборные и ком­плектные РУ (КРУ). Сборные РУ на напряжение 6—35 кВ монтируются в специально построенных кирпичных или железобетонных капитальных зданиях. Масляные выклю­чатели монтируются в железобетонных ячейках, рассчи­танных на возможность взрыва.

Сборные РУ на напряжение выше 35 кВ строятся от­