Лекция 4-1

1. Электротехника

Лекция 4

2. Трансформаторы тока и напряжения

3. Понятие трансформатор тока, назначение

◼
◼
Под трансформаторами тока (ТТ)
подразумевают аппараты статичного
типа с электромагнитным принципом с
обмотками (две или больше) на
металлическом стержне
(магнитопроводе) с выводами для
подключения в сеть и к измерительным
приборам.

4. Для чего применяют ТТ

◼ подсоединения
измерителей, РЗиА
(защитных реле), которые
не выдержали бы
первоначальной нагрузки.
Происходит изолирование
подключаемого и
работающего узла от
чрезмерных мощностей
обслуживаемого
оснащения;

5. Для чего применяют ТТ

◼ расширение пределов
измерений;
◼ понижения тока по мощности
и создание защиты;
◼ контроль в цепях с высокими
величинами, например, в
сварочном аппарате, где ток
достигает 150–250 А;

6.

7. Трансформаторы тока и напряжения

ТТ
работают
с
переменными,
в
◼
крайнем случае с пульсирующими
напряжением — если подключить
к постоянному, то на выходе
потенциал будет нулевым. Иногда
встречается название
«трансформатор постоянного
тока», это значит, что в нем
используются специальные
выпрямители.

8. Трансформаторы тока и напряжения и где используются

•ТТ широко применяются при транспортировке
электроэнергии на большие расстояния, для
распределения между приемниками.
•Они отличаются тем, что предназначены для
выпрямительных, стабилизирующих,
сигнальных, усиливающих, контрольных узлов,
на станциях и объектах, производящих
электричество.
•Именно поэтому к их точности и подключению
требования чрезвычайно высокие — даже
ничтожные отклонения значимые.

9. Электрическая цепь

Где чаще всего и зачем применяют:
•в промышленной, производственной
энергетике, в релейных узлах подстанций,
распределительных конструкциях,
мощных электроустановках;
•для замеров и в приборах,
осуществляющих данную функцию.
•Ставят в узлы учета (коммерческого,
бытового);
•для контроля высоких величин, при
подсоединении учетных устройств,
электросчетчиков.

10. Трансформаторы тока и напряжения

◼ В чем разница между
трансформаторами тока и
напряжения
◼ Если рассматривать вопрос, чем
отличается трансформатор тока
от трансформатора напряжения,
то это алгоритм действия,
назначение и компоновка, но
иногда внешне приборы могут
быть схожими.

11.

12.

Фактор разделения
Виды
Назначение
•защита или контроль (измерение);
•промежуточные — для замеров, выравнивания токов в АВДТ;
•лабораторные.
Конструкция
В обмоточных первичка включена последовательно в измеряемый проводник. В тороидальных
вместо нее — линия сети (в отверстии ТТ), а в стержневых в ее роли — кабель цепи, что
эквивалентно 1 витку.
Монтаж
•для размещения снаружи (в ОРУ), или внутри (в ЗРУ);
•встраиваемые (в ЭУ, измерителях, коммутационных агрегатах);
•накладные;
•для переноски (для лабораторий, тестирования).
Количество витков
•с множеством витков (петлеобразные, восьмеркой);
•одновитковые.
Изоляция
•сухая: (фарфор, эпоксид, бэкелит);
•промасленное покрытие;
•компаунд.
Ступени
Одна или больше (каскадные)
Под какой номинал
До 1 кВ и выше (например, для тока 10 кВ)

13. Трансформаторы тока и напряжения

14.

◼ Защитные ТТ
Трансформаторы защитные обычно
релейного типа, «следят», чтобы проводящий
манипуляции, влезающий в электросети
электростанции, не получил смертельный
удар. Внутри электросистем, создающих,
транспортирующих, распределяющих
энергию, для корректной работы присутствуют
опасные значения. Но любое оборудование
требует проверки, починки, обслуживания,
поэтому оставляют «окно» безопасности в
виде ТТ для специалистов-ремонтников.

15. Измерительные ТТ

Задача измерительного
трансформатора тока ТТИ —
преобразовывать величины, создавая
возможность подсоединять вольтметр,
амперметр, другой измеритель, не
боясь, что он перегорит от чрезмерной
нагрузки. При этом получают
максимально точные, достоверные
данные измерений. Другими словами,
ТТ изолирует подключаемый девайс, не
только для замеров, но и любой другой
по потребности, от высоких мощностей.

16. Трансформаторы тока и напряжения

17. Трансформаторы тока и напряжения

18. Трансформаторы тока и напряжения

◼ Устройство и принцип работы
◼ В основе работы —
электромагнитная индукция.
Аппарат разделяет
высоковольтные токонесущие
части и трансформирует
величины энергии до
безопасных или требуемых.
◼ .

19. Трансформаторы тока и напряжения

20. Трансформаторы тока и напряжения

◼ Суть работы ТТ. Если через первичку
идет переменный определенной силы
ток, то вторичная катушка, будучи с
постоянной активной нагрузкой,
например (резистор или обслуживаемая
ЭУ), создает на них падение напряжения
пропорционально току первички
(зависимо от коэффициента
трансформации) и сопротивлению.
Напряжение уменьшается в максимально возможном диапазоне, возможности
понижения почти бесконечные.

21. Трансформаторы тока и напряжения

22. Устройство, схема трансформатора тока:

◼ две (реже больше) обмотки на
магнитопроводе из электростали:
◼ первичная (включаемая в сеть).
Это любая токопроводящая жила;
◼ вторичная (от нее энергия
подается к приемнику). Одиночная
или групповая снабжается
несколькими выводами для
защитных цепей, приборов
измерения и контроля;
◼ выводы, клеммы.

23. Трансформаторы тока и напряжения

24.

Первичные витки подсоединяются
последовательным методом, поэтому там
полная нагрузка, вторичная же замыкается на
нее (реле защиты, счетчики), пропуская ток
пропорциональный величине на первой.
Сопротивление измерителей малое и
считается, что все трансформаторы тока
функционируют в состоянии КЗ.
◼ Есть несколько вариантов вторичных обмоток,
обычно они создаются для подсоединения
защитных приспособлений и для приборов
контрольных, учетных. К катушкам
обязательно должна подключаться нагрузка
со строго регламентированным
сопротивлением — даже ничтожные
отклонения приводит к критическим
погрешностям замеров, не селективности РЗ.
◼

25.

26. Трансформатор тока как устроен, принцип работы поэтапно:

◼ Через первичную цепь (кол. витков
W1) идет ток I1, преодолевается
ее полное сопротивление Z1.
◼ Вокруг катушки образуется
магнитное направленное поле Ф1,
улавливаемое стержнем стоящим
перпендикулярно к вектору (I1)
данной величины. Ориентация
деталей делает потери энергии
почти нулевыми.

27.

Пересекающий перпендикулярные
по отношению к нему витки W2 поток
Ф1 создает там движущую силу Е2.
◼ Из-за последней во вторичной
катушке (Z2) появляется ток I2,
преодолевающий сопротивление (ее
и подсоединенной нагрузки Zн).
◼ На клеммах витков вторичной
катушки возникает понижение
напряжения U2. Одно магнитное
поле Ф2 от вторичных витков I2
понижает другое Ф1 в стержне.
Возникший в нем трансформаторный
поток Фт определяют суммой
векторов (Ф1 и 2).
◼

28.

◼
Принцип работы, отличия
трансформатора напряжения
основываются на электромагнитных
явлениях, как и в токовых. Но разница в
количестве витков обмоток и
назначении. Важно учесть цели, на
которые конструкция рассчитана,
трансформаторы напряжения
обслуживают потребителей, поэтому
«заточены» на трансформацию питания
для электроприборов, ТТ — для
защитных и измерительных устройств, а
также они используются при
осуществлении контроля и работают в
режиме КЗ.

29.

◼ Важность коэффициента
трансформации, класса
точности, погрешности
◼ Коэффициент трансформации
(КТ) — определяет
пропорциональность
преобразования, задается при
проектировании ТТ, при
выпуске обязательно
проверяется. На схеме это К1,
определяемый соотношением
l1/l2 (двумя векторами).

30.

31.

Эффективность коэффициентов собранных
изделий отображает класс точности. При
реальном функционировании токовые
величины не постоянные, поэтому
коэффициент обозначают номинальным.
Пример: 1000/5 — при 1 кА рабочего тока
(первичного) во вторичной цепи действует
нагрузка 5 А. Именно по описанным
значениям и проводится расчет
продолжительность эксплуатации этого
трансформаторного тока.
◼ Погрешность ТТ влияет на класс его
точности и определяется сечением, уровнем
проницаемости материала магнитопровода,
величинами магнитного пути.
◼

32.

33.

◼
◼
◼
◼
Монтаж, подключение, опасные факторы
При пробое изоляции обмоток возникает
возможность поражения током, но риск
предотвращается заземлением вывода
(обозначается на корпусе) вторички.
На выводы вторичной катушки И1 и И2 токи
полярные, они обязательно постоянно
подсоединены на нагрузку. Идущая по первичной
цепи энергия со значительным потенциалом (S=UI).
В другой происходит трансформация, и при обрыве
в ней там падает напряжение. Потенциал
разомкнутых концов при протекании энергии
большой, что представляет значительную
опасность.
По описанным выше причинам все вторичные цепи
ТТ собирают особо тщательно и надежно, на них и
кернах, выведенных из функционирования, всегда
ставят шунтирующие закоротки.

34.

◼ Как подключается ТТ
◼ Есть несколько схем для изделий
защитного типа. Рассмотрим
подключение ТТ на трехфазное
напряжение.
◼ Полная звезда:
◼ самая распространенная, защита
одно- и многофазных систем от
КЗ;
◼ три ТТ соединяются в звезду.

35. Если ток ниже настроек на реле КА1–КА3, то это нормальная ситуация, защита не активируется. Ток на К0 — это сумма всех 3 фаз.

При возрастании
величин в одной из них растет ток и в ТТ.
Произойдет сработка реле при КЗ и при
превышении нагрузок.

36. Монтаж трансформаторов тока:

Ревизия устройства, проверка изоляции
(должно быть выше 1 кОм на 1 В);
◼ Отключают ЭУ;
◼ Убедится в обесточивании, зафиксировать
заземления.
◼ Разметка, установка креплений. Запрещено
размещать трансформатор вплотную к ЭУ
(минимальный зазор — 10 см).
◼ Выставляются таблички, ограждения.
◼ Первичные витки подсоединяются
последовательно, но с нагрузкой на
вторичных. Если нет возможности
подключить измеритель, то ее контакты
замыкают, чтобы не было высоких
мощностей на ней, которые приведут его
повреждению.
◼

37.

◼ ТТ не допускает холостого
функционирования, его режим
близок к КЗ: вторичные витки
при подключении прибора к
измеряемому току обязательно
замыкаются. Иначе происходит
перегревание, повреждающее
изоляцию. Перед
отсоединением измерителей
сначала закорачивают катушки.
У некоторых моделей для этого
есть узлы клеммы, перемычки.

38. Расчет

◼ Расчет трансформатора тока
можно провести по онлайнкалькуляторам, подобрать по
номиналу (например, для 10
кВ). Но это слишком
упрощенные инструменты.
Исчисления и параметры для
выбора — чрезвычайно
обширная тема, поэтому
опишем основы.

39.

40.

◼ Точность чрезвычайно важная,
поэтому потребуются тщательные
исчисления специалистами.
Необходимо знать множество
специфических нюансов, например:
◼ при разных схемах подсоединения,
видах КЗ, есть разные формулы
определения сопротивления;
◼ проверяют первичный ток на термои электродинамическую стойкость;
◼ есть свои нюансы для ТТ, для
релейной защиты и для учетных
целей, измерений.

41.

42. Заключение

◼
◼
Трансформаторы тока (далее — ТТ) широко используются
как для измерения электрического тока, так и в
устройствах релейной защиты электроэнергетических
систем. Помимо своего основного назначения
(расширение пределов измерения приборов)
трансформаторы тока защищают приборы от
разрушительного действия токов короткого замыкания.
Трансформаторы тока применяются также для измерений
тока (даже небольшой величины) в установках высокого
напряжения, часто достигающего сотен киловольт.
Непосредственное измерение (без ТТ) означает опасность
прикосновения к амперметру, т.е. к находящемуся под
высоким напряжением проводу.
К ТТ предъявляются высокие требования по точности. ТТ
выполняют с одной, двумя и более группами вторичных
обмоток: одна используется для питания устройств РЗиА,
другая, более точная — для подключения средств учёта и
измерения (например, электрических счётчиков).

43. Литература

◼ Шабад М. А. Трансформаторы тока
в схемах релейной защиты.
Учебное издание. — 1998.
◼ Родштейн Л. А. Электрические
аппараты: Учебник для
техникумов. — 3-е изд. — Л.:
Энергоиздат. Ленингр. отд-ние,
1981.
◼ Афанасьев В. В. и
др. Трансформаторы тока. — Л.:
Энергоатомиздат, 1989.
◼ Чернобровов Н. В. Релейная
защита. — М.: Энергия, 1974.