Лекция 4.2 Трансформаторы тока

1. Трансформаторы тока и напряжения Лекция 4

2. План

1. Трансформаторы тока и напряжения.
2. Основные соотношения для
трансформатора.
3. Схема замещения.
4. Опыты ХХ и КЗ.
5. Внешние характеристики, потери и КПД ТР.
6. Заключение
7. Литература и источники

3. 1.Трансформаторы тока и напряжения. Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока.

1.Трансформаторы тока и напряжения.
Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка
которого подключена к источнику тока.
Трансформаторы тока широко используются для измерения
электрического тока и в устройствах релейной защиты
электроэнергетических систем, в связи с чем на них
накладываются высокие требования по точности.
Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений,
изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким
напряжением, часто составляющим сотни киловольт. К
трансформаторам тока предъявляются высокие требования по
точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с
двумя и более группами вторичных обмоток: одна
используется для подключения устройств защиты, другая,
более точная — для подключения средств учёта и измерения
(например, электрических счётчиков).

4. Конструкция трансформатора тока

5.

6. Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные,
защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые
цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных
защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а также со многими
коэффициентами трансформации).
Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для
преобразования тока (уменьшения первичного тока) до значения, удобного для
измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается
последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную
включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке
трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной
обмотке.

7.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ТОГ-110

8.

Защитные трансформаторы тока

9.

По роду установки различают трансформаторы тока:
для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
для закрытой установки;
переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).
Трансформатор тока наружной установки
ТВ-35-IX

10.

Встроенный трансформатор серии ТВ наружной установки

11.

Переносной трансформатор тока

12.

По конструкции первичной обмотки
трансформаторы тока делятся на:
•одновитковые ;
•многовитковые;
•шинные.

13. Одновитковые трансформаторы тока

Одновитковые трансформаторы тока имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с
собственной первичной обмоткой. Одновитковые ТТ, не имеющие собственной первичной обмотки,
выполняются встроенными, шинными или разъемными.
Встроенный трансформатор тока 1 представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной
обмоткой и не имеет собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень
проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной
и вторичной обмотками. Их роль выполняет изоляция проходного изолятора.
В шинном трансформаторе тока 1 роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин
распределительного устройства, пропускаемые при монтаже сквозь внутреннюю полость проходного
изолятора. Последний изолирует первичную обмотку от вторичной.

14.

Разъемный трансформатор тока 2 тоже не имеет собственной первичной
обмотки. Его магнитопровод состоит из двух частей, стягиваемых болтами. Он
может размыкаться и смыкаться вокруг проводника с током, являющимся
первичной обмоткой этого ТТ. Изоляция между первичной и вторичной
обмотками наложена на магнитопровод со вторичной обмоткой.
Одновитковые ТТ, имеющие собственную первичную обмотку, выполняются со
стержневой первичной обмоткой или с U-образной.
Трансформатор тока 3 имеет первичную обмотку в виде стержня кругового или
прямоугольного сечения, закрепленного в проходном изоляторе.
Трансформатор 4 имеет U-образную первичную обмотку, выполненную таким
образом, что на нее наложена почти вся внутренняя изоляция ТТ.

15.

Многовитковые трансформаторы тока
Многовитковые трансформаторы тока изготавливаются с катушечной первичной обмоткой,
надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой 5, состоящей из нескольких
витков; со звеньевой первичной обмоткой 6, выполненной таким образом, что внутренняя
изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первичной и вторичной
обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи; с рымовидной
первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора
тока нанесена в основном только на первичную обмотку, имеющую форму рыма.

16.

Шинные трансформаторы тока ТЛШ-10
ТУ16 - 2011 ОГГ.671 230.001ТУ
взамен
ТУ16 - 2003 ОГГ.671 234.028ТУ
Трансформатор тока ТЛШ-10 используется
для эксплуатации в токораспределительных
установках переменного тока с частотой 50
либо 60 герц и напряжениями до 10
киловольт. Осуществляет функцию
передающего звена информационных
сигнальных импульсов на защитные,
управляющие, измерительные системы
(приборы, датчики).
На сегодняшний день взамен морально
устаревшего стандарта ТУ162003ОГГ.671/234.028ТУ применяются тр-ры
типа ТУ16-2011ОГГ.671/230.001ТУ.
Трансформаторы могут комплектоваться
адаптационной плитой, что позволяет их
использовать для замены тр-ров устаревших
типов.

17.

ТРЕБОВАНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЛШ-10
Трансформаторы серии ТЛШ-10 производятся в двух видах
исполнения — У3 и Т3. Для длительной и качественной
эксплуатации тр-ров необходимо выполнять следующие
требования:
температурный режим: от -45°С до +55°С для типа У3, от -10°С
до +60°С для типа Т3;
эксплуатация должна производится в условиях, где
отсутствует: вероятность взрывоопасности; содержание пыли,
газовых, водяных конденсатов и других агрессивных веществ;
монтаж устройств может осуществляться в горизонтальном и
вертикальном положении;
срок гарантии — 5 лет, эксплуатационный срок — до 30 лет.

18.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЛШ 10
Токовый трансформатор ТЛШ 10 производится как шинная
конструкция с тороидальным ленточным сердечником для шин
вторичных обмоток. В качестве изоляционного материала,
обеспечивающего надежную изоляцию шин между собой и
относительно других элементов, используется эпоксидный
компаунд. Также изоляционный слой предназначен для защиты от
влаги и механических повреждений.
Корпус тр-ра выполнен из трудновозгораемых полимерных
материалов и снабжен прозрачной крышкой для выводов
вторичной обмотки. Имеется возможность опломбирования крышки
для предотвращения доступа к выводам.
Следует заметить, что на изделиях ОАО «СЗТТ» возможно
использовать вторичные обмотки (точность классов 0,2S/0,5S) с
нагрузкой менее 25% от номинала (минимум 1 вольт-ампер). При
этом в технической документации тр-ра указаны токовые и угловые
погрешности.

19.

По способу установки
трансформаторы тока для закрытой
и наружной установки разделяются
на:
а) проходные;
б) опорные.

20.

Опорный трансформатор тока ТОЛ-110

21.

Проходные шинные трансформаторы тока
для внутренней установки

22.

• Проходные шинные трансформаторы тока для
внутренней установки BB, BBO Изготовитель —
Фирма ООО «ABB» Проходные шинные
трансформаторы тока BB и BBO изготовлены в
корпусе из эпоксидного компаунда и
предназначены для установки в РУ
напряжением до 24 кВ (25 кВ). Трансформатор
тока без первичного проводника, но с
собственной первичной изоляцией может
использоваться в качестве втулки.
Источник: https://pue8.ru/relejnayazashchita/241-transformatory-toka-printsipdejstviya.html

23.

По выполнению изоляции трансформаторы
тока можно разбить на группы:
а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая
эпоксидная изоляция и т. д.);
б) с бумажно-масляной изоляцией и с
конденсаторной бумажно-масляной
изоляцией;
в) с заливкой компаундом

24. 2.Основные соотношения для трансформатора

• Принцип работы трансформатора основан на
эффекте электромагнитной индукции.
Классическая конструкция состоит из
металлического магнитопровода и
электрически не связанных обмоток,
выполненных из изолированного провода.
• Та обмотка, на которую подается
электроэнергия, называется первичной.
Вторая — подсоединённая к устройствам,
потребляющим ток, называется вторичной.

25.

• После того как трансформатор
подсоединяют к источнику переменного
тока в его первичная обмотка формирует
переменный магнитный поток. По
магнитопроводу он передается на витки
вторичной обмотки, индуцируя в них
переменную ЭДС (электродвижущую силу).
При наличии устройства потребления в
цепи вторичной обмотки возникает
электрический ток.

26.

• Соотношение между входным и выходным
напряжением трансформатора прямо
пропорционально отношению количества
витков соответствующих обмоток. Эта
величина называется коэффициентом
трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:
• W1, W2 — количество витков первичной и
вторичной обмоток соответственно;
• U1, U2 — входное и выходное напряжения
соответственно.

27.

• Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных
катушек, либо одна поверх другой. У маломощных устройств
обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или
эмалевой изоляцией.
• Микротрансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги
толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего
материала выступает оксидная пленка, полученная
естественным окислением фольги. Подробнее принцип работы
трансформатора тока рассмотрен в видеоролике:
• Вкратце принцип работы и устройство трансформатора тока
заключается в подаче питания от источника электричества.
Наиболее актуальным является использование для снижения
первичных показателей тока до величины, применяемой в
измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления.
• Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А.
Измерительные устройства подключаются к вторичной
обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой
измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют
показания в первичной обмотке и делят на коэффициент
трансформации.

28. 3.Схема замещения.

• Схема замещения трансформатора
позволяет отдельно расчитывать цепи
первичной и вторичных обмоток. В схему
замещения трансформатора входят поля
рассеивания магнитного потока, а
вторичные цепи пересчитываются в
первичную через коэффициенты
трансформации.

29.

• Для составления схемы замещения
возьмём трансформатор с двумя
обмотками: первичной с количеством
витков W1 для подключения к сети питания
и вторичной с количеством витков W2 для
подключения нагрузки

30.

• Электрические цепи с трансформаторами
сложно рассчитывать из-за магнитной
связи
• между обмотками. Поэтому
трансформатор представляют схемой
замещения, в которой магнитная связь
заменяется электрической цепью. С этой
целью обе обмотки «приводят» к одному
числу витков, обычно к числу витков
первичной обмотки.

31.

• Равенство ЭДС первичной и вторичной
• обмоток позволяет объединить их электрические
• цепи в одну цепь Этот участок цепи
• называют ветвью намагничива ния. В ней R0 –
• активное сопротивление, учитывающее потери
• мощности в стали, X 0 – реактивное сопротивле• ние, обусловленное основным магнитным пото• ком. В силу равенства w1 w2 на векторной диа• Грамме.
• Если пренебречь током холостого хода
• и удалить из схемы ветвь намагничива• ния, то получим упрощенную схему замещения

32.

4.ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого
замыкания.
При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и
тока в этой обмотке нет.
Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника
электрической энергии переменного тока, то в этой обмотке будет протекать ток
холостого хода I0, который представляет собой малую величину по сравнению с
номинальным током трансформатора.
В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать
значений порядка 5— 10% номинального тока.
В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25—30%
номинального тока. Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в
магнитопроводе трансформатора.
Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную
мощность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой
трансформатором при холостом ходе, то она расходуется на покрытие потерь
мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми
токами.

33.

• Так как реактивная мощность при холостом
ходе трансформатора значительно больше
активной мощности, то коэффициент
мощности cos φ его весьма мал и обычно
равен 0,2-0,3.
• По данным опыта холостого хода
трансформатора определяется сила тока
холостого хода I0, потери в стали сердечника
Рст и коэффициент трансформации К. Силу
тока холостого хода I0 измеряет амперметр,
включенный в цепь
первичной обмотки трансформатора.
• При испытании трехфазного трансформатора
определяется фазный ток холостого хода.

34.

• О потерях в стали сердечника P ст судят по
показаниям ваттметра, включенного в цепь
первичной обмотки трансформатора.
• Коэффициент трансформации трансформатора
равен отношению показаний вольтметров,
включенных в цепь первичной и вторичной
обмоток.
• При коротком замыкании вторичной обмотки
сопротивление трансформатора очень мало и ток
короткого замыкания во много раз больше
номинального. Такой большой ток вызывает
сильный нагрев обмоток трансформатора и
приводит к выходу его из строя. Поэтому
трансформаторы снабжаются защитой,
отключающей его при коротких замыканиях.

35.

• При опыте короткого замыкания вторичная обмотка
трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на
зажимах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка
включается в сеть с таким пониженным напряжением, при
котором токи в обмотках равны номинальным. Такое
пониженное напряжение называется напряжением короткого
замыкания и обычно равно 5,5% от номинального значения.
• По данным опыта короткого замыкания определяется
напряжение короткого замыкания uк %, его активная uа % и
реактивная ux % составляющие, потери на нагревание обмоток
трансформатора P обмоток при номинальной нагрузке и
активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора
при коротком замыкании rk, xk и zk.
• Потери в обмотках указываются ваттметром. Активное,
реактивное и полное сопротивления короткого замыкания
трансформатора определяются следующими выражениями:
• ZK = UK/I; RK = PK/I; XK = (ZK - RK), где UK, I и Рк - напряжение, ток
и мощность, указываемые измерительными приборами,
включенными в цепь первичной обмотки трансформатора.

36.

Вычисление тока трехфазного КЗ по значению напряжения КЗ
трансформатора.
• Наиболее просто максимальное значение тока (в амперах)
трехфазного КЗ за трансформатором вычисляется по значению
напряжения КЗ трансформатора (Uk):
• где Uk — напряжение короткого замыкания из паспорта
(паспортной таблички) трансформатора
• Пример, трансформатор ТМ-1 напряжением 10/0,4 кВ,
мощностью S ном.
• тр= 1МВ-А, с номинальными токами сторон ВН и НН, равными
58 и 1445 А соответственно, с напряжением КЗ Uk — 5,5 %
подключен к энергосистеме в точке, где мощность КЗ
• SK = 100 MB-А. Токи при трехфазном КЗ за трансформатором
вычисляются по выражениям и : р= 1*100/100=1% ;
• Iк. вн=100*58/(5,5 + 1) = 892 А, отнесенных к напряжению 10
кВ;
• Iк.нн = 100 • 1445/ /(5,5+1)=22230 А или 22,2 кА, отнесенных к
напряжению 0,4 кВ. ;

37. 5.Внешние характеристики, потери и КПД ТР.

• Режим работы трансформатора определяется величиной его нагрузки.
Таким образом, вторичное напряжение трансформатора зависит от
величины его нагрузки. Нагрузку трансформатора создает приемник
электрической энергии, подключенный к зажимам его вторичной
обмотки.
• Т.е. под величиной нагрузки следует понимать мощность этого
приемника, которая определяется его напряжением U2 и током I2 : P2 =
U2 I2 cosφ2 , где cosφ2 – коэффициент мощности приемника.
• Потери энергии, КПД трансформатора Как следует и определения
трансформатора, он является устройством, преобразующим
электрическую энергию. При таком преобразовании неизбежно
возникают потери энергии, т.е. преобразование части энергии в тепло,
которое нагревает устройство и рассеивается в окружающем
пространстве. Величина этих потерь определяет коэффициент полезного
действия трансформатора. Потери энергии в трансформаторе
складываются из двух основных составляющих, соответственно двум
основным составляющим его конструкции: электрические потери в
электрических обмотках трансформатора и магнитные потери в
магнитопроводе.

38.

• Электрические потери, как было отмечено выше,
начинаются с обмоток трансформатора, которые
выполненные из реального проводника и обладают
сопротивлениями R1 и R2 . Известно, что при
замыкании электрического тока по проводнику в нем
создаются потери энергии. Эти потери определяются
величиной тока в проводнике и его сопротивлением. В
частности в первичной обмотке трансформатора с
сопротивлением R1 и током I1 создаются потери: ∆Pэл1
= I1 2 R1 .
• Во вторичной обмотке трансформатора с
сопротивлением R2 и током I2 создаются потери: ∆Pэл2
= I2 2 R2 .
• Эти две составляющие определяют электрические
потери трансформатора: ∆Pэл = ∆Pэл1 + ∆Pэл2 = I1 2 R1 +
I2 2 R2 .

39.

Заключение
• В рабочем режиме нельзя размыкать
вторичную цепь трансформатора тока, так как
размагничивающее действие вторичного тока
исчезает, а оставшийся ток обуславливает
увеличение магнитного потока в десятки и
сотни раз.
• На вторичной обмотке возникает опасное для
жизни напряжение, а сам трансформатор
может выйти из строя вследствие пробоя
изоляции или чрезмерного нагрева
магнитопровода.

40. Литература

• Источник: https://pue8.ru/relejnaya-zashchita/241transformatory-toka-printsip-dejstviya.html
• 1 Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных
испытаний // М.: Изд-во стандартов, 1989.
• 2. Трансформаторы силовые. Общие технические
условия // М.: Стандартинформ, 2007.
• 3. «Электрическая энергия. Совместимость технических
средств электромагнитная. Нормы качества
электроэнергии в системах электроснабжения общего
назначения». М.: Стандартинформ, 2013.
• 4. Кобозев В.А. Электрические машины. Часть 1. Машины
постоянного тока. Трансформаторы: учебное пособие
/В.А. Кобозев. – Ставрополь: Сервисшкола, 2015. – 200 с