ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для удобства измерений и выбора реле защиты установлены стандартные значения пределов тока 5 и 1 А. Преобразование номинального тока установки в указанные выше значения производится с помощью трансформаторов тока (ТТ). В установках высокого напряжения ТТ служат также для изоляции измерительных приборов и реле от цепей высокого напряжения. Общие сведения о ТТ и их основных параметрах изложены в [9.1, 9.13, 9.14].
Наиболее широкое применение получили электромагнитные ТТ. Электромагнитный ТТ представляет собой магнитопровод, на котором размещены первичная и вторичная обмотки
Схема включения ТТ представлена на рис. 9. 1. Отличительной особенностью режима работы ТТ является то, что первичный ток не зависит от режима работы его вторичной цепи. Будет ли вторичная цепь замкнута накоротко или разомкнута, первичный ток остается неизменным и определяется сопротивлением нагрузки Ζ1, которое на несколько порядков выше, чем входное сопротивление ТТ со стороны первичной обмотки при любом значении сопротивления Z2. Во вторичной цепи предохранитель не ставится, так как разрыв этой цепи является аварийным режимом для ТТ (см. § 9. 3).
Влияние сопротивления нагрузки.
Полезная нагрузка Ζ2 в зависимости от схемы релейной защиты и значения сопротивления измерительных приборов может меняться. Увеличение нагрузки Ζ2 ведет к росту сопротивления Ζ02. В соответствии с (9.15) погрешность возрастает пропорционально Ζ02 Следует, однако, отметить, что при изменении: сопротивления нагрузки в пределах номинального значения Ζ2ηομ абсолютное значение вторичного тока изменяется незначительно. Дело в том, что первичный ток не зависит от сопротивления Z02. При уменьшении сопротивления Ζ02, допустим в 2 раза, уменьшаются в 2 раза ЭДС Е2 и индукция Вт. При этом уменьшается напряженность поля Н и МДС I0w1. Погрешность ΔI=I0w1/I1w1 также уменьшится. В соответствии с уравнением (9.1) вторичный ток увеличится, так как МДС I0w1 уменьшается. Однако это увеличение вторичного тока мало заметно.
С целью снижения погрешности необходимо уменьшать активное r2 и реактивное х2 сопротивления вторичной обмотки.
Влияние конструктивных параметров.
В соответствии с (9.15) с ростом длины магнитопровода погрешность пропорционально возрастает. Поэтому длину стремятся сократить. Увеличение сечения магнитопровода S уменьшает погрешность пропорционально 1/S0,6. Следует также отметить, что с ростом сечения увеличиваются длина витка обмотки и ее активное сопротивление, что вызывает некоторое увеличение погрешности. Поэтому увеличение сечения стали не всегда является рациональным.
Рис. 9.7. Эскиз для определения индуктивности вторичной обмотки в схеме замещения тороидальных магнитопроводов:
До 150 ... а, 150—400 ... а + b,400.... a+ 2b
Рис. 9.6. Расчетная схема для определения индуктивности вторичной обмотки для концентрических обмоток
При прочих равных условиях переход на материал с большей магнитной проницаемостью уменьшает погрешность.
Индуктивное сопротивление вторичной обмотки х2 в схеме замещения.
С целью снижения сопротивления Ζ02 индуктивное сопротивление вторичной обмотки х2 в схеме замещения должно быть возможно меньше.
Наибольшее значение х2 имеет место у ТТ, в которых первичная и вторичная обмотки расположены на различных стержнях (см. рис. 9.9). Это сопротивление резко уменьшается при концентрическом расположении обмоток (рис. 9. 6).
В одновитковом ТТ с тороидальным магнитопроводом без зазоров и с равномерным распределением вторичной обмотки по периметру сопротивление х2=0. В некоторых случаях для крепления магнитопровода с обмоткой часть его обмотки не покрывается (рис. 9.7).
Расчет х2 может быть проведен по эмпирической формуле, полученной в Лен. ПО «Электроаппарат»,
где ϰ1— приведенная длина пути потока рассеяния, зависящая от размеров магнитопровода и обмотки (рис. 9.7); а — угол охвата обмотки.
Следует отметить, что даже при а=360° сопротивление х2 может быть значительной отрицательной величиной, если: радиальная толщина обмотки велика. Это обычно относится к ТТ с большим номинальным коэффициентом трансформации— 5000/5, 10 000/5 и имеющим большое число вторичных витков [9.8, 9.9].
Рис. 9.8. Потоки рассеяния ТТ с концентрическими обмотками
Рис. 9.9. Схема для определения индуктивного сопротивления вторичной обмотки
В многовитковых ТТ часто применяются концентрические обмотки (см. рис. 9.14). Магнитное поле рассеяния такого ТТ представлено на рис. 9.8. В этом случае сопротивление определяется по формуле Роговского. Для случая, когда высоты обмоток одинаковы: hl=h2=h (см. рис. 9.6),
где ω = 314 1/с;
—поправочный коэффициент Роговского; 1Р средняя длина окружности, через которую проходит поток рассеяния вторичной обмотки Ζρ=π(D2нар+δ/4); D2нар—наружный диаметр вторичной обмотки, см; δ— расстояние между обмотками, см; Δ2—толщина вторичной обмотки.
В случае, когда h1≠h2, коэффициент ϰ2 рекомендуется определять по табл. 9.1.
