Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения

    Одновитковые  ТТ, имеющие собственную первичною  обмотку, выполняются со стержневой первичной обмоткой или с U-образной.

    Трансформатор тока 3 имеет первичную обмотку  в виде стержня круглого или прямоугольного сечения, закрепленного в проходном изоляторе.

    Трансформатор тока 4 имеет U-образную первичную обмотку, выполненную таким образом, что на нее наложена почти вся внутренняя изоляция ТТ.

    Многовитковые трансформаторы тока (рис. 1) изготовляются  с катушечной первичной обмоткой надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой 5, состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмоткой, 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.

    По роду изоляции между первичной и вторичной обмотками ТТ изготовляются с твердой (фарфор, литая изоляция, прессованная изоляция и т, д.); с вязкой (заливочные компаунды); с комбинированной (бумажно-масляная, конденсаторного типа) или газообразной (воздух, элегаз) изоляцией.

    По  принципу преобразования тока ТТ делятся  на электромагнитные и оптико-электронные.

    2.2 Основные параметры и характеристики трансформатора тока.

    Основными параметрами и характеристиками трансформатора тока в соответствии с ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» являются:

    1. Номинальное напряжение U_ном, кВ — действующее значение линейного напряжения, при котором предназначен работать ТТ, указываемое в паспортной таблице трансформатора тока. Для отечественных ТТ принята следующая шкала номинальных напряжений, кВ:

    0,66; 3; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750.

    2. Номинальный первичный ток I_1H, А- указываемый в паспортной таблице ТТ - ток, проходящий по первичной обмотке, при котором предусмотрена продолжительная работа ТТ. Для отечественных ТТ принята следующая шкала номинальных первичных токов:

    1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800;1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000;

    14000; 16000;18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000.

    В трансформаторах тока, предназначенных для комплектования турбо- и гидрогенераторов, значения номинального тока свыше 10000 А могут отличаться от приведенных в данной шкале значений.

    Трансформаторы тока, рассчитанные на номинальный первичный ток 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 и 6000 А, должны допускать неограниченно длительное время наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно 16; 32; 80; 160; 320; 630; 800; 1250; 1600; 3200 и 6300 А. В остальных случаях наибольший первичный ток равен номинальному первичному току.

    3. Номинальный вторичный ток I_2H — указываемый в паспортной таблице ТТ - ток, проходящий по вторичной обмотке. Номинальный вторичный ток принимается равным  1 или 5 А, причем ток 1 А допускается только для ТТ с номинальным первичным током до 4000 А. По согласованию с заказчиком допускается изготовление ТТ с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А.

    4. Вторичная нагрузка ТТ S_2H соответствует полному сопротивлению его  внешней вторичной цепи, выраженному в Омах, с указанием коэффициента мощности. Вторичная нагрузка может также характеризоваться полной  мощностью в вольт-амперах, потребляемой ею при данном коэффициенте мощности и номинальном вторичном токе.

    Вторичная нагрузка с коэффициентом мощности cos(φ₂) = 0,8, при которой гарантируется установленный класс точности ТТ или предельная кратность первичного тока относительно его номинального значения, называется номинальной вторичной нагрузкой ТТ S_{2H. ном}

    Для отечественных трансформаторов тока установлены следующие значения номинальной вторичной нагрузки S_2H.ном  выраженной в вольт-амперах, при коэффициенте мощности cos(φ₂) = 0,8В×А¹⁾:

    3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 60; 75; 100.

    Соответствующие значения номинальной вторичной нагрузки (в Омах) определяются выражением:

    Z_ном = S_{2H. ном} / I²_2HОМ

    5. Коэффициент трансформации ТТ  равен отношению первичного тока ко вторичному току.

    В расчетах трансформаторов тока применяются две величины: действительный коэффициент трансформации n и номинальный коэффициент трансформации n_H. Под действительным коэффициентом трансформации понимается отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Под номинальным коэффициентом трансформации n_H понимается отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.

    6. Стойкость ТТ к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

    Ток электродинамической стойкости  I_д равен наибольшей амплитуде тока короткого замыкания за все время его протекания, которую ТТ выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Ток I_д характеризует способность ТТ противостоять механическим (электродинамическим) воздействиям тока короткого замыкания. Электродинамическая стойкость может характеризоваться также кратностью K_д, представляющей собой отношение тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального первичного тока. Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные ТТ.

    Ток термической стойкости I_tт равен наибольшему действующему значению тока короткого замыкания за промежуток t_t, которое ТТ выдерживает в течение всего промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах короткого замыкания, и без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

    Термическая стойкость характеризует способность ТТ противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания. Для суждения о термической стойкости ТТ необходимо знать не только значения тока, проходящего через трансформатор, но и его длительность или, иначе говоря, знать общее количество выделенной теплоты, которое пропорционально произведению квадрата тока I_tT и длительности его t_т. Это время, в свою очередь, зависит от параметров сети, в которой установлен ТТ, и изменяется от одной до нескольких секунд.

    Термическая стойкость может характеризоваться  кратностью K_т тока термической стойкости, представляющей собой отношение тока термической стойкости к действующему значению номинального первичного тока.

    В соответствии с ГОСТ 7746-2001 для отечественных ТТ установлены следующие токи термической стойкости:

    а) односекундный I_1Т или двухсекундный I_2т (или кратность их К_1T и K_2Т по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения 330 кВ и выше;

    б) односекундный I_1Т или трехсекундный; I_3Т (или кратность их K_1T и K_3T по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения до 220 кВ включительно.

    Между токами электродинамической и термической  стойкости должны быть следующие  соотношения:

    для ТТ на номинальные напряжения 330 кВ и выше

    I_Д ≥ 1,8 √2 I_1T   или   I_Д ≥ 1,8 √2 I_2T

    для  ТТ  на  номинальные напряжения до 220 кВ     

    I_Д ≥ 1,8 √2 I_1T или I_Д ≥ 1,8 √2 I_3T

    Температура токоведущих частей ТТ при токе термической  стойкости не должна превышать: 200°С для токоведущих частей из алюминия; 250°С для токоведущих частей из меди и ее сплавов, соприкасающихся с органической изоляцией или маслом, и 300°С для токоведущих частей из меди и ее сплавов, не соприкасающихся с органической изоляцией или маслом. При определении указанных значений температуры следует исходить из начальных ее значений, соответствующих длительной работе трансформатора тока при номинальном токе.

    Значения  токов электродинамической и  термической стойкости ТТ государственным  стандартом не нормируются. Однако они  должны соответствовать электродинамической  и термической стойкости других аппаратов высокого напряжения, устанавливаемых в одной цепи с трансформатором тока.

    7. Механическая нагрузка определяется  давлением ветра со скоростью  40 м/с на поверхность трансформатора тока и натяжением подводящих проводов (в горизонтальном направлении в плоскости выводов первичной обмотки), которое должно быть не менее:

    500 Н  - для ТТ до 35 кВ включительно;

    1000 Н  - для ТТ на 110—220 кВ;

    1500 Н - для ТТ на 330 кВ и выше.

    Таковы  основные технические параметры  и характеристики трансформаторов  тока. При проектировании ТТ помимо этих параметров должны учитываться следующие требования к конструкции:

    - контактные зажимы выводов первичной обмотки трансформаторов тока должны выполняться с учетом требований ГОСТ 10434-82, а трансформаторов тока наружной установки — с учетом, кроме того, требований ГОСТ 21242-75. Контактные зажимы выводов вторичных обмоток должны выполняться с учетом требований ГОСТ 10434-82. Контактные зажимы вторичных обмоток встроенных трансформаторов тока могут быть расположены на конструктивных элементах аппарата, в который встроен трансформатор тока. В трансформаторах тока наружной установки контактные зажимы выводов вторичной обмотки должны находиться в специальных коробках, надёжно защищающих их от атмосферных осадков.

    Обозначение выводных концов первичных и вторичных обмоток согласно ГОСТ 7746-2001 должно производиться в соответствии с табл. Л-3. Линейные выводы первичной обмотки обозначаются символами Л1 и Л2, которые должны наноситься так, чтобы при направлений тока в первичной обмотке от Л1 и H_t соответственно к K_t и Л₂ вторичный ток проходил по внешней цепи (приборам) от И₁ к И₂.

    - маслонаполненный трансформатор тока должен иметь маслорасширитель (компенсатор) и указатель уровня масла. Вместимость маслорасширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора тока — от отключенного состояния до нормированной токовой нагрузки — и при колебаниях температуры окружающего воздуха, установленных для данного климатического района.

    В трансформаторах тока на номинальные напряжения 330 кВ и более обязательно должна быть предусмотрена защита масла от увлажнения, например посредством сильфонов. Целесообразно такую же защиту предусматривать и в трансформаторах тока на меньшие напряжения.

    - размеры  указателя  уровня  масла должны  быть такими, чтобы обслуживающий персонал мог с безопасного расстояния наблюдать за уровнем масла в трансформаторе тока.

    - трансформаторы тока, имеющие массу более 50 кг, должны иметь приспособления для подъема. Если такие приспособления невозможно выполнить, то завод-изготовитель должен указывать в инструкции места захвата трансформаторов тока при подъеме.

    - трансформаторы тока, у которых  амплитуда напряжения на разомкнутой  вторичной обмотке при номинальном токе в первичной обмотке превышает 350 В, должны иметь надпись: «Внимание! Опасно! На разомкнутой обмотке высокое напряжение».

    - трансформаторы тока, кроме встроенных, должны иметь контактную площадку для присоединения заземляющего проводника и заземляющий зажим в соответствии с требованиями ГОСТ 21130-75 и ГОСТ 12.2.007.3-75. Возле заземляющего зажима должен быть установлен знак заземления по      ГОСТ 21130-75. Указанные требования не распространяются на ТТ с корпусом из литой смолы или пластмассы, не имеющие подлежащих заземлению металлических частей, а также на ТТ, не подлежащие заземлению согласно  ГОСТ 12.2.007.3-75.

    2.3 Принципиальная схема трансформатора тока

    Принципиальная  схема одноступенчатого электромагнитного  трансформатора тока и его схема  замещения приведены на рис. 2. Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока участвующими в преобразовании тока, являются первичная 1 и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку токопровода высокого напряжения 4, т. е. обтекается током линии I_j. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.