Трансформатором тока (ТТ) называется измерительный аппарат, служащий для преобразования тока, у которого первичная обмотка включается в цепь последовательно, а вторичная — содержит измерительные приборы и реле защиты и автоматики.
Трансформатор тока — основное измерительное устройство в электроэнергетике. Оно отличается от применяемых в прибора низкого напряжения на сильные токи уровнем изоляции между первичной и вторичной обмотками. В ТТ первичная обмотка изолирована от вторичной на полное напряжение. Вторичная обмотка в эксплуатации имеет потенциал близкий к потенциалу земли, так как один конец этой обмотки обычно заземлен. С помощью ТТ можно измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения персонала, и свести к измерению любого первичного тока, например 5 или 1А.
Измерительные ТТ отличаются от силовых ТТ следующими признаками:
Измерительный ТТ работает в условиях, близких к КЗ, так как сопротивление во вторичной цепи у него весьма мало. Этот режим является нормальным режимом работы, в то время как для силового ТТ режим работы КЗ является аварийным,
Индукция в измерительном ТТ непостоянна и определяется измеряемым током и режимом эксплуатации трансформатора, в то время как в силовом трансформаторе индукция постоянна;
Ток во вторичной цепи измерительного ТТ в известных пределах не зависит от нагрузочного сопротивления и в основном изменяется в соответствии с изменением первичного тока. В силовом ТТ первичный ток изменяется в зависимости от нагрузки вторичной обмотки.
Классификация трансформаторов тока
Все трансформаторы тока — и для измерений и для защиты — можно классифицировать по следующим основным признакам: по роду установки: трансформаторы для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69), для работы в закрытых помещениях (тот же ГОСТ), для встраивания во внутренние полости электрооборудования (газовая среда, изолированная от наружного воздуха или трансформаторное масло, либо газовая среда не изолированная от наружного воздуха);
по способу установки: проходные ТТ, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах стен, потолков, механических конструкциях; опорные, встраиваемые и т.д.;
по числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки, или обеих обмоток;
по числу ступеней трансформации: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые), т.е. с несколькими ступенями трансформации тока;
по выполнению первичной обмотки: одновитковые, многовитковые;
по роду изоляции между первичной и вторичными обмотками
ТТ: изготавливаются с твердой (фарфор, литая изоляция, прессованная изоляция, полимерная и т.д.); с вязкой (заливочные компаунды); с комбинированной (бумажно-масляная, конденсаторного типа) или газообразной (воздух, элегаз) изоляцией.
по принципу преобразования тока ТТ: электромагнитные и оптико-электронные.
Основные параметры и характеристики ТТ
В соответствии с ГОСТ 7746-78 "Трансформаторы тока. Общие технические требования" ими являются:
1. Номинальное напряжение — действующее значение линейного напряжения, при котором предназначен работать ТТ, указываемое в паспортной таблице ТТ. Для отечественных ТТ приняты следующие значения: 0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 286
35; 110; 150; 220; ... 1150 кВ.
Номинальный первичный ток /1н (указан в паспорте) проходящий по первичной обмотке, при котором предусмотрено продолжительная работа ТТ. Шкала токов: 1; 5; 10; 15; 20; 30; ... 1000; 1500; ... 40 000 А.
Номинальный вторичный ток 12н (указан в паспортной таблице ТТ), проходящий во вторичной обмотке. Номинальный вторичный ток принимается равным 1 А (с номинальным первичным током до 4000 А) или 5 А. По согласованию с заказчиком допускается изготовление ТТ с /2р = 2 или 2,5 А.
Вторичная нагрузка ТТ Z2h — соответствует полному сопротивлению его внешней вторичной цепи, выраженному в омах, с указанием коэффициента мощности cos-фи = 0,8, при которой гарантируется установленный класс точности ТТ или предельная кратность первичного тока относительно его номинального значения, называемая номинальной вторичной нагрузкой ТТ Z2hhom. Для отечественных трансформаторов установлены следующие значения номинальной вторичной нагрузки 52н ном, выраженной в вольт-амперах, при коэффициенте мощности cos <р — 0,8: 2,5; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 100.
Соответствующее значение номинальной вторичной нагрузки, определяется выражением:
Коэффициент трансформации ТТ равен отношению первичного тока ко вторичному току.
Стойкость ТТ к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.
Ток электродинамической стойкости /я равен наибольшей амплитуде тока КЗ за все время его протекания, которую ТТ выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Электродинамическая стойкость может характеризоваться также кратностью, представляющей собой отношение тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального первичного тока. Требование электродинамической стойкости не распространяется на шинные, встроенные и разъемные ТТ.
Ток термической стойкости 1, равен наибольшему действующему значению тока КЗ за промежуток времени fT, которое ТТ выдерживает в течение этого промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токе короткого замыкания, и без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.
Термическая стойкость характеризует способность ТТ противостоять тепловым воздействиям тока КЗ. Для суждения о термической стойкости ТТ необходимо знать не только значение тока, проходящего через трансформатор, но и время его прохождения или иначе говоря, знать общее количество выделенного тепла, которое пропорционально произведению квадрата тока lt и времени его прохождения tT. Это время в свою очередь зависит от параметров сети, в которой установлен ТТ, и изменяется от одной до нескольких секунд.
В соответствии с ГОСТ 7746-78 для отечественных ТТ установлены следующие токи термической стойкости:
а) односекундный I1т — для ТТ на номинальное напряжение 330 кВ и выше;
б) трехсекундный I3т — для трансформаторов тока на номинальные напряжения 110; 150 и 220 кВ;
в) четырехсекундный ток I4т — для трансформаторов тока на номинальные напряжения до 35 кВ включительно.
Между токами электродинамической и термической стойкости должны быть следующие соотношения:
для ТТ на номинальное напряжение 330 кВ и выше
Iд>1,8^1/1т;
для ТТ на номинальное напряжение 110, 150 и 220 кВ 1Я > 1,8 V2 IЗт;
для ТТ на номинальное напряжение до 35 кВ включительно 1л>1,8уП1Лт.
Температура токоведущих частей ТТ при прохождении тока 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.
Механические нагрузки, определяемые давлением ветра со скоростью 40 м/с на поверхность ТТ и тяжением подводящих проводов, которое должно быть не менее:
500 Н для ТТ до 35 кВ включительно;
1000 Н для ТТ 110 - 220 кВ;
1500 Н для ТТ 330 кВ и выше.
В эксплуатации должны учитываться следующие требования к ТТ:
Контактные зажимы выводов первичной обмотки ТТ должны выполнятся с учетом требований ГОСТ 10434-76.
Обозначение концов первичных и вторичных обмоток согласно ГОСТ 7746-78 должно производится в соответствии с табл. 1. Линейные выводы первичной обмотки обозначаются символами JIi и JI2, которые должны наноситься так, чтобы при направлении тока в первичной обмотке от Л^ и Н^ соответственно к Кг и JI2 вторичный ток проходил по внешней цепи (приборам) от Ил к И2.
Маслонаполненный трансформатор тока должен иметь маслорасширитель (компенсатор) и указатель уровня масла. Вместимость маслорасширителя должна обеспечить постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы ТТ от отключенного состояния до нормированной токовой нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, установленных для данного климатического района. В ТТ на номинальное напряжение 330 кВ и выше обязательно должна быть предусмотрена защита масла от увлажнения, например посредством сильфонов.
Таблица 1
Размеры указателя уровня масла должны быть такими, чтобы обслуживающий персонал мог с безопасного расстояния наблюдать за уровнем масла в ТТ.
Трансформаторы, имеющие массу более 50 кг, должны иметь приспособления для подъема. Если такие приспособления невозможно выполнить, завод-изготовитель должен указывать в инструкции места захвата ТТ при подъеме.
ТТ, 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, кроме встроенных, должны иметь контактную площадку для присоединения заземляющего проводника и заземляющий зажим в соответствии с требованиями ГОСТ 21130-75.
