Трансформатор тока
![Эта статья прошла проверку экспертом Эта статья прошла проверку экспертом](https://storage.yandexcloud.net/roz-wiki/thumb/LogoReviewPassed.svg/30px-LogoReviewPassed.svg.png)
Трансформа́тором то́ка (ТТ) называется электрический трансформатор, в котором выходным параметром является ток. Предназначен для поддержания точного соотношения между токами в его первичной и вторичной цепях в определённом диапазоне.
Трансформаторы тока по назначению разделяются на измерительные и трансформаторы тока для релейной защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном устройстве[1].
Как правило, трансформаторы тока применяются для преобразования первичного тока большой величины в значение небольшого вторичного тока. Кроме этого, они используются и для измерений первичного тока небольшой величины в установках высокого напряжения, достигающего значений десятков и сотен киловольт, поскольку непосредственное измерение в цепи высокого напряжения может представлять опасность прикосновения к находящимся под напряжением токоведущим частям.
Конструкция
В отличие от трансформаторов напряжения, ТТ часто оснащены только одним витком первичной обмотки. Этим витком может служить токопроводящая шина, проходящая сквозь кольцо сердечника с намотанными на него вторичными обмотками[2].
![](https://znanierussia.ru/articles/wmedia/wikipedia/commons/thumb/b/b8/Rogowskis_coil.png/173px-Rogowskis_coil.png)
На приведенной иллюстрации показано соотношение токов первичной (токоведущая шина) и вторичной обмоток, где — количество витков вторичной обмотки.
Сердечники трансформаторов тока выполняются способом шихтования кремнистой стали. В конструкциях высокого класса точности сердечники изготовляют из материалов на основе нанокристаллических сплавов (сплавов с очень малым размером зерна, до 50 нм).
Следует учитывать, что в связи с потерями в магнитопроводе при номинальном значении тока в первичной обмотке вторичный ток может оказаться несколько меньше номинального. Для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию вторичной обмотки. Это приводит к тому, что значения классического коэффициента трансформации как отношения чисел витков обмоток и коэффициента траснформации как отношения величин токов несколько различаются, однако это позволяет сделать измерение более точным.
Конструктивно трансформатор тока может быть выполнен с разъёмным сердечником, например, в виде «токоизмерительных клещей», представляющих собой разъёмный подпружиненный магнитопровод, выполненный из ферромагнитного шихтованного материала, на который надета многовитковая катушка, являющаяся вторичной обмоткой.
Отдельно в этом ряду стоит измерительный трансформатор без ферромагнитного сердечника (с воздушным сердечником), выполненный в виде длинного замкнутого соленоида, охватывающего провод с измеряемым током — катушка Роговского[3]. Данный трансформатор предназначен для измерения токовых импульсов, в том числе пульсаций тока в присутствии постоянной составляющей. Поскольку создаваемое в катушке магнитное поле очень слабое, это устройство не может быть применено для обнаружения слабых токовых сигналов.
Виды трансформаторов тока по назначению
Выделяют следующие разновидности трансформаторов тока[4]:
- Измерительные. Подобные устройства служат для передачи токов на специальные приборы измерения. Используются в случае, если прямое подключение измерительного устройства невозможно или небезопасно. Трансформаторы тока рассчитываются таким образом, чтобы минимально влиять на первичную цепь и минимизировать любые искажения силы тока.
- Промежуточные. Применяются в целях релейной защиты, обеспечивают изоляцию токов первичной и вторичной обмоток.
- Лабораторные. Отличаются повышенной точностью, предназначаются для моделирования определённой силы тока.
- Защитные. Подключаются к токовым цепям защиты. Нередко номинальный ток таких систем существенно отличается от тока сети. Производители присваивают защитным устройствам определенный класс точности, что позволяет использовать их в качестве измерительных.
Кроме того, все трансформаторы тока (и измерительные, и защитные), можно классифицировать по следующим основным признакам[5]:
- По роду установки:
- для работы на открытом воздухе;
- для работы в закрытых помещениях;
- для встраивания в полости электрооборудования;
- для специальных установок (в шахтах, на судах, электровозах и т. п.).
- По способу установки:
- проходные трансформаторы тока, устанавливаемые в проемах стен, потолков или в металлических конструкциях;
- опорные, предназначенные для установки на опорной плоскости.
- По числу коэффициентов трансформации:
- с одним коэффициентом трансформации;
- с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки (или обеих обмоток), или применением нескольких вторичных обмоток с различным числом витков, соответствующим различному номинальному вторичному току.
- По выполнению первичной обмотки:
- шинные;
- одновитковые;
- многовитковые.
Схемы включения трансформаторов тока
Первичные катушки трансформаторов тока включаются в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения измерительных приборов или используются системами релейной защиты.
С целью обеспечения безопасности сердечник магнитопровода и один из зажимов вторичной обмотки должны заземляться. В случае установки ТТ в 3-фазной сети вторичные обмотки ТТ соединяются по схеме «Звезда» (рис.1), в случае двух фаз — «Неполная звезда» (рис.2).
Для предотвращения возникновения режима холостого хода, увеличения надёжности и срока службы устройства вторичную обмотку измерительного трансформатора тока шунтируют резистором с большим электрическим сопротивлением, практически не влияющим на результат измерения, поскольку сопротивление измерительного прибора (амперметра) несоизмеримо меньше[6].
Параметры трансформаторов тока
Основными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.
Коэффициент трансформации
Коэффициент трансформации определяется как отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному и записывается в виде дроби, например 75/5 (при протекании в первичной обмотке тока 75 А и 5 А во вторичной обмотке, замкнутой на измерительные элементы).
Иногда трансформаторы тока могут иметь переменный коэффициент трансформации, выбираемый пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединение, либо обеспечиваемый наличием отводов на первичной или вторичной обмотках. Возможно изменение количества витков первичного провода, пропускаемого в окно трансформаторов тока, если ТТ не имеет собственной первичной обмотки.
Класс точности
Для определения класса точности трансформатора тока вводится понятие погрешности, которая зависит от таких параметров, как геометрические размеры и форма магнитопровода, количество витков и сечение провода обмоток.
Класс точности определяется двумя погрешностями – токовой, измеряемой в процентах, и угловой, измеряемой в угловых минутах[7].
- токовая погрешность – это погрешность, которую вносит трансформатор при измерении тока, возникающая вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному. Номинальная токовая погрешность представляет собой разность вторичных токов – действительного и номинального, отнесенную к номинальному вторичному току и выраженную в процентах.
- Угловая погрешность – это угол между вектором первичного тока и повернутым на 180° вектором вторичного тока. Угловая погрешность считается положительной, когда вектор вторичного тока, повернутый на 180°, опережает вектор первичного тока.
Для промышленных трансформаторов тока устанавливаются следующие классы точности: 0,1; 0,5; 1; 3, 10Р[8]. Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в заданном классе точности при протекании по первичной обмотке тока 0,2—200 % номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.
Литература
В. В. Афанасьев, Н. М. Адоньев, В. М. Кибель и другие. Трансформаторы тока / Редактор Ю. В. Цолгополова. — 2-е изд. — Ленинград: Атомиздат, 1989. — 416 с. — ISBN 5-283-04444-0.
Примечания
- ↑ В. В. Афанасьев, 1989, с. 5.
- ↑ Трансформатор тока // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Применение датчиков тока Pulse Electronics на основе катушки Роговского . Дата обращения: 4 июня 2024.
- ↑ Трансформатор тока: принцип работы и использование . Завод трансформаторов и магнитопроводов (4 июня 2024).
- ↑ В. В. Афанасьев, 1989, с. 6.
- ↑ Что такое трансформатор тока, его конструкция и принцип работы . Информационный интернет-сайт «ASUTPP» (4 июня 2024).
- ↑ В. В. Афанасьев, 1989, с. 36—38.
- ↑ В. В. Афанасьев, 1989, с. 41—42.
![WLW Checked Off icon.svg](https://storage.yandexcloud.net/roz-wiki/thumb/WLW_Checked_Off_icon.svg/30px-WLW_Checked_Off_icon.svg.png)
Данная статья имеет статус «проверенной». Это говорит о том, что статья была проверена экспертом |