Трансформаторы тока (ТТ)
Трансформаторы тока (ТТ) — это специализированные электрические приборы, используемые для измерения и контроля переменного тока (AC) или обнаружения повышенных уровней тока в энергосистемах. Эти приборы выполняют важную функцию обеспечения защиты и обеспечения точного измерения. Эффективно снижая высокие значения тока до стандартизированного уровня, трансформаторы тока обеспечивают безопасное выполнение измерений и обеспечивают правильную работу взаимосвязанных устройств в системе.
Первичная обмотка состоит из одного витка большой площади поперечного сечения, соединенного последовательно с сильноточным проводником. Вторичная обмотка состоит из множества витков небольшой площади поперечного сечения. Вторичная катушка подключена к обычному амперметру для измерения тока.
Принцип работы трансформатора тока
Трансформаторы тока для эффективной работы используют принцип электромагнитной индукции. Эти устройства состоят из двух жизненно важных элементов: первичной и вторичной обмотки. Первичная обмотка включена последовательно с сильноточной цепью, создавая магнитное поле, пропорциональное протекающему току.
Напротив, вторичная обмотка связана с устройствами, используемыми для измерения или обеспечения защиты. Он намеренно спроектирован с особым количеством витков по сравнению с первичной обмоткой, что обеспечивает коэффициент трансформации. Следовательно, вторичная обмотка генерирует ток, точно отражающий пропорциональность первичного тока.
Трансформаторы тока — это, по сути, повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение и уменьшают ток во вторичной обмотке.
Для трансформаторов соотношение вторичного и первичного тока равно соотношению витков в первичной и вторичной обмотке, что определяется формулой:
В случае трансформатора тока коэффициент витков достаточно высок и поэтому соотношение между вторичным и первичным токами значительно велико.
Соотношения ТТ обычно составляют порядка 500:2, 200:1. Коэффициент трансформации трансформатора тока 500:2 подразумевает преобразование первичного тока 500 А во вторичный ток 2 А.
Типы трансформаторов тока
Трансформаторы тока имеют различные модификации в зависимости от типа конструкции и изоляции. Их разделяют на две большие категории: внутренние и наружные.
Внутренний трансформатор тока
Внутренние трансформаторы тока используются внутри помещений и в зависимости от конструкции их можно разделить на три основных типа:
1: Тип стержня CT
В этих трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используются металлические стержни, поэтому их называют трансформаторами тока стержневого типа.
2: Тип CT с пазом/окном/кольцом
Эти трансформаторы тока имеют полую форму, а первичный проводник расположен внутри этого отверстия:
3: Тип CT с разделенным сердечником
Это особый тип трансформатора тока, который можно разделить на две части. Такое расположение может обеспечить легкий доступ для открытия конструкции и обмоток.
3: КТ типа раны
Первичные обмотки этих трансформаторов тока наматываются вокруг центрального сердечника. Число витков должно быть любым числом больше одного.
Трансформаторы тока внутреннего назначения также можно разделить по изоляции; к ним относятся трансформаторы тока с ленточной изоляцией и трансформаторы тока с изоляцией из литой смолы.
Открытый трансформатор тока
Наружные трансформаторы тока устанавливаются на открытом воздухе и их можно разделить по принципу работы. Поскольку они расположены на открытом воздухе, для их работы требуется как изоляция, так и охлаждение. В качестве изоляционной среды чаще всего используется трансформаторное масло. Маслонаполненные трансформаторы тока дополнительно классифицируются следующим образом:
1: Боевой танк типа CT
Резервуар под напряжением означает, что бак трансформатора тока поддерживается под напряжением системы. Точка тяжести расположена на высоте.
2: Мертвый бак типа CT
Неисправный бак означает, что бак трансформатора тока остается под потенциалом земли. Точка тяжести ниже, чем у Live Tank CT.
Измерительный трансформатор тока
Эти трансформаторы тока используются только для целей измерения и индикации. Трансформаторы тока измерительного типа предназначены для обеспечения точности измерения в пределах номинального тока. Как только ток превышает номинальные пределы, измерительные трансформаторы тока насыщаются, чтобы ограничить поступление в него большего тока. Однако измерительные трансформаторы тока имеют меньшие значения нагрузки по сравнению с трансформаторами тока защиты. Класс измерения CT в основном представлен тремя параметрами.
К этим параметрам относятся точность, класс измерения и нагрузка трансформатора тока. Ниже ТТ имеет предел погрешности 0,3%, класс измерения обозначен «B» и нагрузку 0,9 Ом.
Трансформатор тока защиты
Эти трансформаторы тока используются только для функций защиты. Эти ТТ работают в широком диапазоне как номинальных токов, так и токов повреждения. Таким образом, защитные трансформаторы тока демонстрируют линейную реакцию при превышении номинального тока в 20 раз. Трансформаторы тока защиты обозначаются значениями «C», которые указывают коэффициент погрешности и значения напряжения на клеммах.
Для ТТ класса C предел погрешности составляет менее 3%, стандартная нагрузка 2 Ом, вторичное напряжение 200 В.
Коэффициент поворота трансформаторов тока
Более высокие коэффициенты трансформации тока можно преобразовать в меньшие путем изменения количества витков в первичной обмотке. Рассмотрим обычную конструкцию трансформатора тока 300/5 А, в которой одна первичная катушка проходит через окно, называемое однопроходным трансформатором тока. То же самое можно изменить, проведя первичную катушку два или три раза через окно, известное как двух- или трехпроходный трансформатор тока.
С помощью двух проходов первичной обмотки трансформатор тока 300/5 А можно преобразовать в эквивалентный трансформатор тока 150/5 А. Аналогично, с помощью трех проходов первичной обмотки ток 300/5 А можно преобразовать в эквивалентный трансформатор тока 100/5 А.
Пример: расчет вторичного тока и напряжения
Рассмотрим стержневой трансформатор тока с пятью первичными витками и 300 вторичными витками, который будет использоваться в сочетании с амперметром с внутренним сопротивлением 0,5 Ом. Амперметр должен обеспечивать полное отклонение, когда первичный ток достигает 1000 А.
Вторичный ток определяется по формуле:
Расчет напряжения по закону Ома:
Заключение
Трансформаторы тока — это измерительные трансформаторы, используемые для измерения токов большой величины, которые невозможно измерить стандартными амперметрами. Трансформаторы тока выполняют функции измерения и защиты в электрических сетях.