• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Трансформатори струму

Призначення трансформаторів струму

Трансформатори струму (ТС) призначені для вимірювання сили первинного струму і захисту обслуговуючого персоналу і вторинних кіл від високої напруги.

ТС – трансформатор, у якому, при нормальних умовах експлуатації, вторинний струм практично пропорційний первинному струму і практично не зміщує його по фазі.

Первинна обмотка ТС включається в коло послідовно (у розсічку струмопровіда), а вторинна замикається на деякий опір навантаження (вимірювальні прилади і реле), забезпечуючи проходження по ній струму, пропорційного струму в первинній обмотці. У ТС високої напруги первинна обмотка ізольована від вторинної (від землі) шаром їзоляції розрахованим на повну робочу напругу. Один кінець вторинної обмотки звичайно заземлюється. Тому вона має потенціал, близький до потенціалу землі.

ТС встановлюють в колах високої напруги, або в колах з великою силою струму, тобто в колах, у яких неможливо безпосереднє приєднання вимірювальних приладів. До вторинної обмотки ТС підключають амперметри, струмові обмотки ватметрів, лічильників або аналогових приладів. Застосування ТС в установках високої напруги необхідно навіть у тих випадках, коли зменшення сили струму для вимірювальних приладів чи реле не потрібно.

Класифікація трансформаторів струму.

За призначенням: вимірювальні; захисні (для диф-захисту та «земляного» захисту, струмів нульової послідовності); комбіновані (захисні і вимірювальні); лабораторні (високої точності), проміжні.

За місцем розташування: для закритих приміщень; вбудовані в електроустаткування; для спеціальних установок (у шахтах, на судах, електровозах і т.д.).

За способом використання: прохідні (для застосування як вводи або встановлювані в прорізах стін, чи стель та у металевих конструкціях); опорні (для розміщення на опорній площині); такі що вбудовуються (для розміщення у внутрішні порожнини електроустаткування).

За числом коефіцієнтів трансформації: з одним; з декількома, одержуваними зміною числа витків первинної чи вторинної обмотки, чи застосуванням декількох вторинних обмоток з різним числом витків, що відповідають різним значенням номінального вторинного струму.

За числом ступенів трансформації: одноступінчаті; каскадні (багатоступінчаті), тобто з декількома ступенями трансформації.

За способом виконання первинної обмотки: одновиткові та багатовиткові.

За конструктивним виконанням: котушкові, шинні, бакові або горшкові, ланкові, петлевидні і т.д.

За ступенем автономності: окремо використовувані та вбудовані.

За родом ізоляції між первинною і вторинною обмотками ТС: сухі, що виготовляються з твердої (порцеляна, лита ізоляція, пресована ізоляція і т.д.); з в’язкою (заливальні компаунди); з комбінованою (паперово-масляна, конденсаторного типу); чи з газоподібною ізоляцією (повітря, елегаз).

За принципом перетворення струму ТС поділяються на електромагнітні та оптикоелектронні.

Крім перерахованого - ТС класифікуються також за частотою та кліматичними умовами.

3. Конструктивні особливості ТС

Рис 8.1.Конструктивні схеми трансформаторів струму.

Одновиткові ТС бувають двох різновидів: без власної первинної обмотки (виконуються вбудованими, шинними чи роз’ємними); із власною первинною обмоткою.

Вбудований одновитковий ТС (Рис.8.1,а) являє собою магнітопровід з намотаною на нього вторинною обмоткою. Роль первинної обмотки виконує струмоведучий стержень прохідного ізолятора. Цей ТС не має ізоляційних елементів між первинною і вторинною обмотками. Їхню роль виконує ізоляція прохідного ізолятора.

У шинному одновитковому ТС (Рис.8.1.а) роль первинної обмотки виконує одна чи декілька шин розподільчого пристрою, що пропускаються при монтажі крізь внутрішню порожнину прохідного ізолятора. Останній ізолює первинну обмотку від вторинної.

Роз’ємний ТС (Рис.8.1.б) теж не має власної первинної обмотки. Його магнітопровід складається з двох частин, що стягуються болтами. Він може розніматися і замикатися навколо провідника зі струмом, що є первинною обмоткою цього ТС. Ізоляція між первинною і вторинною обмотками встановлена на магнітопровід із вторинною обмоткою.

Трансформатор струму (Рис.8.1.в) має первинну обмотку у формі стержня круглого чи прямокутного перетину, закріпленого в прохідному ізоляторі.

Трансформатор струму (Рис.8.1.г) має Z-подібну первинну обмотку, виконану таким чином, що на неї встановлена майже уся внутрішня ізоляція ТС.

Багатовиткові ТС (Рис.8.1.д) виготовляються з котушковою первинною обмоткою, що встановлюються на магнітопровід; з петлевою первинною обмоткою, яка складається з декількох витків; з ланковою первинною обмоткою 6, яка виконана таким чином, що внутрішня ізоляція ТС конструктивно розподілена між первинною і вторинною обмотками, а взаємне розташування обмоток схоже на ланки ланцюга.

4. Основні параметри і характеристики ТС згідно технічних норм.

а) Номінальна напруга - діюче значення лінійної напруги, при якому повинний працювати ТС. Для вітчизняних ТС прийнята наступна шкала номінальних напруг, кВ: 0,66; 1; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150.

б) Номінальний первинний струм I_1Н - сила струму, що проходить по первинній обмотці, при якому передбачена тривала робота ТС. Для вітчизняних ТС прийнята наступна шкала номінальних первинних струмів, А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75*; 80; 100. 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 750*; 800; 1000; 1200*; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 10000; 20000; 25000; 20000; 32000; 35500; 40000.

Сили номінального струму, відзначені зірочкою в приведеній шкалі, допускаються тільки в ТС із секціонованими обмотками для одержання декількох коефіцієнтів трансформації.

У ТС, призначених для комплектування турбогенераторів і гідрогенераторів, рекомендуються сили номінального струму понад 10000А.

У ТС, розрахованих на сили номінального первинного струму 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 і 6000 А, допускається необмежений тривалий час проходження найбільшої сили робочого первинного струму, рівного відповідно 16; 32; 100; 160; 320; 630; 800; 1250; 1600; 3200 і 6300 А. В інших випадках сила найбільшого первинного струму дорівнює силі номінального первинного струму.

в) Сила номінального вторинного струму I_2Н – сила струму, що проходить по вторинній обмотці. Сила номінального вторинного струму приймається рівною 1 чи 5 А, причому сила струму 1 А допускається тільки для ТС із силою номінального первинного струму до 4000 А. За узгодженням із замовником допускається виготовлення ТС із силою номінального вторинного струму 2 чи 2,5 А.

г) Вторинне навантаження ТС Z_2Н відповідає повному опору його зовнішнього вторинного кола, вираженому в омах, із вказівкою коефіцієнта потужності. Воно може також характеризуватися повною потужністю у вольт-амперах, споживаною при даному коефіцієнті потужності і силі номінального вторинного струму.

Вторинне навантаження з коефіцієнтом потужності cosj₂=0,8, при якому гарантується встановлений клас точності ТС чи гранична кратність сили первинного струму щодо його номінальної сили, називається номінальним вторинним навантаженням ТС Z_2н.ном. Для вітчизняних ТС встановлені наступні значення номінального вторинного навантаження S_2Н = 2,6; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 95; 100 ВА при коефіцієнті потужності cosj₂=0,8.

Відповідні значення номінального вторинного навантаження визначаються, Ом: .

д) Коефіцієнт трансформації ТС дорівнює відношенню сили первинного струму до сили вторинного струму.

У розрахунках ТС застосовуються два терміни: дійсний коефіцієнт трансформації n і номінальний коефіцієнт трансформації n_Н. Під дійсним коефіцієнтом трансформації n варто розуміти відношення сили дійсного первинного струму до сили дійсного вторинного струму. Під номінальним коефіцієнтом трансформації n_Н розуміють відношення сили номінального первинного струму до сили номінального вторинного струму.

е) Стійкість ТС до механічних і теплових впливів характеризується силою струму електродинамічної стійкості і силою струму термічної стійкості.

Сила струму електродинамічної стійкості i_д дорівнює найбільшій амплітуді струму короткого замикання за увесь час його протікання, що ТС витримує без ушкоджень, які перешкоджають його подальшій справній роботі. Струм i_д характеризує здатність ТС протистояти механічним (електродинамічним) впливам струму короткого замикання. Електродинамічна стійкість може характеризуватися також кратністю К_д, що представляє собою відношення сили струму електродинамічної стійкості до амплітуди номінального первинного струму. Вимоги електродинамічної стійкості не поширюються на шинні, вбудовані і рознімні ТС.

Сила струму термічної стійкості І_т відповідає найбільшій діючій силі струму короткого замикання за проміжок Dt_т , що протікає через ТС і яку він витримує протягом цього проміжку часу без нагрівання струмоведучих частин до температур, що перевищують допустимі і без ушкоджень.

Термічна стійкість характеризує здатність ТС протистояти тепловим впливам струму короткого замикання. Для оцінки термічної стійкості ТС необхідно знати не тільки силу струму через трансформатор, але і час його проходження, інакше кажучи, знати загальну кількість виділеної теплоти, що пропорційна добутку квадрата сили струму І_т, і часу його протікання Dt_т. Цей час, у свою чергу, залежить від параметрів мережі, у якій встановлений ТС, і змінюється від однієї до декількох секунд. Термічна стійкість може характеризуватися кратністю К_т сили струму термічної стійкості, що представляє собою відношення сили струму термічної стійкості до діючої сили номінального первинного струму.

Температура струмоведучих частин ТС при проходженні струму термічної стійкості не повинна перевищувати: 200°С для струмоведучих частин з алюмінію; 250°С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, які стикаються з органічною ізоляцією чи маслом; 300°С для струмоведучих частин з міді і її сплавів, що не стикаються з органічною ізоляцією чи маслом.

5. Принципова схема ТС.

Принципова схема одноступінчатого електромагнітного ТС і його схема заміщення показані на Рис. 8.2. Основні елементи ТС, що беруть участь у перетворенні струму первинна 1 і вторинна 2 обмотки, намотані на той самий магнітопровід 3. Первинна обмотка послідовно вмикається в розсічку струмопровода високої напруги 4 і, отже, постійно обтікається струмом лінії I₁. До вторинної обмотки підключаються вимірювальні прилади А чи реле. При роботі ТС вторинна обмотка завжди замкнута на навантаження.

Первинну обмотку разом з ланцюгом високої напруги називають первинним колом, а зовнішнє коло, що одержує вимірювальну інформацію від вторинного кола ТС (тобто навантаження і сполучні проводи), вторинною. Ланцюг, утворений вторинною обмоткою з приєднаним до неї вторинним колом, називають колом вторинного струму.

З принципової схеми трансформатора видно, що між первинною і вторинною обмотками електричного зв'язку немає. Вони ізольовані одна від одної шаром ізоляції, розрахованим на повну робочу напругу. Це і дозволяє здійснити безпосереднє приєднання вимірювальних приладів чи реле до вторинної обмотки і тим самим виключити вплив високої напруги (прикладеної до первинної обмотки) на обслуговуючий персонал.

Рис. 8.2. Принципова схема ТС та його заступна схема.

На Рис. 8.2 зображені тільки ті елементи ТС, що беруть участь у перетворенні струму. Однак ТС має багато інших елементів, що забезпечують необхідний рівень ізоляції, захист від атмосферних впливів і належні монтажні та експлуатаційні характеристики, але не приймають участі в перетворенні струму.

Розглянемо принцип дії ТС (Рис. 8.2). По первинній обмотці 1 ТС проходить струм I₁ , що називається первинним. Його сила залежить тільки від параметрів первинного кола. Тому при аналізі явищ, що відбуваються в ТС, силу первинного струму можна вважати заданою величиною. При проходженні первинного струму по первинній обмотці в магнітопроводі створюється змінний магнітний потік Ф₁ , що змінюється з тією ж частотою, що і струм I₁. Цей магнітний потік Ф₁ охоплює витки як первинної, так і вторинної обмотки. Перетинаючи витки вторинної обмотки, магнітний потік Ф₁ наводить у ній ЕРС. Якщо вторинна обмотка замкнута на деяке навантаження, то у вторинному колі під дією цієї ЕРС буде проходити струм, що, відповідно до закону Ленца, буде мати напрямок, протилежний напрямку первинного струму I₁. Струм, що проходить по вторинній обмотці, створює в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф₂, що спрямований зустрічно магнітному потоку Ф₁. В наслідок цього магнітний потік у магнітопроводі, викликаний первинним струмом, буде зменшуватися.

В результаті додавання магнітних потоків Ф₁ і Ф₂ у магнітопроводі встановлюється результуючий магнітний потік Ф₀= Ф₁- Ф₂ ,

що складає кілька відсотків магнітного потоку Ф₁. Потік Ф₀ і є тою передатною ланкою, за допомогою якої передається енергія від первинної обмотки до вторинної в процесі перетворення струму.

Результуючий магнітний потік Ф₀, перетинаючи витки обох обмоток, наводить при своїй зміні в первинній обмотці ЕРС Е₁ з протилежним знаком, а у вторинній обмотці ЕРС Е₂. Тому що витки первинної і вторинної обмоток мають приблизно однакове зчеплення з магнітним потоком у магнітопроводі (якщо зневажити розсіюванням), то в кожному витку обох обмоток наводиться та сама ЕРС. Під впливом ЕРС Е₂ у вторинній обмотці тече струм I₂, що зветься вторинним.

Якщо число витків первинної обмотки позначити w1, а вторинної – w2, то при протіканні по них відповідно струмів I1 і I2 у первинній обмотці створюється магніторушійна сила (МРС) F1=I1·w1, яка називається первинною, а у вторинній обмотці - магніторушійна сила F2=I2·w2, яка називається вторинною, (в амперах).

При відсутності втрат енергії в процесі перетворення струму МРС F1 і F2 повинні бути чисельно рівні між собою, але спрямовані в протилежні сторони.

Трансформатор струму, у якого процес перетворення струму не супроводжується втратами енергії, називається ідеальним трансформатором струму. Для ідеального трансформатора справедлива векторна рівність F1=-F2 , (1)

або I1·w1= I2·w2 . (2)

З рівняння (2) випливає, що I1/ I2= w1/ w2 , (3)

тобто струми в обмотках ідеального ТС обернено пропорційні числу витків. Відношення сили первинного струму до сили вторинного (I1/I2) чи числа витків вторинної обмотки до числа витків первинної обмотки (w1/w2) називається коефіцієнтом трансформації n ідеального трансформатора струму.

З огляду на рівність (3) можна записати; , (4)

таким чином сила первинного струму I1 дорівнює силі вторинного струму I2, помноженого на коефіцієнт трансформації ТС.

Перетворення струму реальних ТС супроводжується втратами енергії, що ідуть на створення магнітного потоку в магнітопроводі, на нагрівання і перемагнічування магнітопроводу, а також на нагрівання проводів вторинної обмотки і вторинного кола. Ці втрати енергії порушують встановлені раніше рівняння для абсолютних значень МРС F1 і F2. У реальному трансформаторі первинна МРС повинна забезпечити створення необхідної вторинної МРС, а також додаткової МРС, що витрачається на намагнічування магнітопроводу і покриття інших втрат енергії. Отже, для реального трансформатора рівняння (1) буде мати наступний вигляд:

, (5)

де F0- повна МРС намагнічування, затрачувана на проведення магнітного потоку Ф0, по магнітопроводу, на нагрівання і перемагнічування його.

Відповідно до цього рівняння (2) буде мати вигляд: I1·w1= I2·w2+ I0·w1 (6)

де I0 - струм намагнічування, що створює в магнітопроводі магнітний потік Ф0 , який є частиною первинного струму I1. Розділивши всі члени рівняння (6) на w1, одержимо; (7)

При первинному струмі, сила якого не перевищує силу номінального струму ТС, сила струму намагнічування звичайно складає не більше 1-3% сили первинного струму. Отже, їм можна зневажити. Тоді (7) буде мати такий же вигляд, як (4):

Таким чином, сила вторинного струму трансформатора пропорційна силі первинного. З виразів (4) і (7) випливає, що для зменшення сили вимірюваного струму необхідно, щоб число витків вторинної обмотки було більше числа витків первинної обмотки.

Порівнюючи формули (2) і (5), бачимо, що вони відрізняються один від одного членом F0 (чи I0). Отже, реальний ТС трохи спотворює результати вимірів, тобто має похибки.

Іноді використовують так зване приведення сили струму до первинної чи до вторинної обмотки. Наприклад, якщо розділити силу первинного струму на коефіцієнт трансформації, одержимо силу первинного струму, приведеного до вторинної обмотки, I'1=I1/n. Аналогічно сила приведеного струму намагнічування I'0=I0/n . Тоді: (8)

Таким приведенням ТС замінюється еквівалентним ТС із коефіцієнтом трансформації, рівним одиниці.

З отриманої рівності (8) випливає, що частина приведеного первинного струму I'1 йде на намагнічування магнітопроводу, а інша частина трансформується у вторинне коло, тобто первинний струм I'1 як би розгалужується по двох колах: по колу навантаження і колу намагнічування. Цьому відповідає схема заміщення, показана на Рис2, де в ланцюг кола намагнічування Z0 від струму I'1 відгалужується струм I'0. Інша частина струму I'1 проходить по вторинному колу, представляючи собою вторинний струм I2 . Опір первинної обмотки ТС на схемі заміщення не показано, тому що він не впливає на роботу трансформатора.

Наочне представлення про роботу реального трансформатора дає його векторна діаграма.

Усі величини приведені до номінальних умов первинної обмотки. За вихідну величину прийнятий вектор намагнічувальної сили (Н.С.) вторинної обмотки q2= I2·w2.

Падіння напруги в імпедансі навантаження вторинного ланцюга U2=I2·zн=I2·(rн+j·xн).

Падіння напруги в імпедансі вторинної обмотки ТС I2·z2=I2·(r2+j·x2).

ЕРС вторинної обмотки

Мал.8.3. Векторна діаграма трансформатора струму

ЕРС E2 наводиться потоком Ф и відстає від нього на кут 90°. Кут y2 між Н.С. q2 і ЭДС Е2 залежить від навантаження вторинного ланцюга, а потік Ф - від результуючої сили, що намагнічує, q0 =І0·w1, де I0 - струм намагнічування, а w1 - число витків первинної обмотки; Н.С. q0 має дві складові:

- qm - реактивна, співпадаюча по фазі з потоком Ф;

- активна qа, що випереджає потік Ф на 90° Н.С. q0 обумовлена втратами в магнітопроводі на вихрові струми і перемагнічування. Чим менше активні втрати в магнітопроводі (краще якість сталі, тонкіша пластина магнітопроводу), тим менше кут втрат d. Н.С. q дорівнює. геометричній сумі Н.С. Первинної і вторинної обмоток: тоді:

чи .

У випадку ТС кут між ними дорівнює 180° . Струмова DI і кутова d похибки дорівнюють нулю незалежно від режиму роботи трансформатора.

Вектор напруги первинної обмотки визначається як геометрична сума розверненого вектора ЕРС вторинної обмотки E2 і спадання напруги в імпедансі первинної обмотки:

У реальних умовах I0≠0, тому струмова і кутова похибки також не дорівнюють нулю. Тому що:

та, підставивши отримаємо:

чи

При малому куті d з векторної діаграми (див. Рис. 8.3) отримаємо:

, тоді .

З огляду на те, що кут g також незначний, отримаємо наближену формулу струмової похибки;

.З векторної діаграми видно, що . (9)

При малих d можна прийняти tgd=d тоді

Нехтуючи кутом g, одержуємо . (10)

З рівнянь (9) і (10) видно, що похибки ТС залежать від співвідношень між силами, що намагнічують, q0 і q1, а q0 - від магнітного опору осердя, зменшення якого веде до зменшення q0, а отже, до зменшення похибок. Осердя виготовляють з електротехнічної сталі з як змога більшою магнітною проникністю (кремениста сталь, пермалой і ін.). Рекомендується скоротити довжину магнітного ланцюга й уникнути стиків. Збільшення площі поперечного перерізу осердя також веде до зменшення похибок.

Збільшення числа витків первинної і вторинної обмоток при незмінному коефіцієнті трансформації також веде до зниження похибок, тому що збільшується Н.С. (q1=I1·w1) і зменшується Н.С. q0 (при великому w1, для створення тієї ж ЕРС E2 потрібний менший магнітний потік і утворююча його Н.С. q0).

Для зменшення похибок іноді збільшують площу поперечного перерізу осердя.

Збільшення сили первинного струму у ненасиченій частині характеристики призводить до одночасного збільшення Н.С. q1 і q2. При цьому q0 росте повільніше, ніж q1, внаслідок чого зменшуються обидві похибки.

Насичення осердя веде до зменшення росту ЕРС Е2 , а отже, і I2, і з подальшим ростом I1 значно порушується пропорційність між Н.С. q1 і q2 (q2 при насиченні практично не збільшується). Це веде до різкого росту q0 і обох похибок.

Збільшення навантаження вторинного ланцюга n при незмінних I1 і cosj2 веде до зменшення I2 і q2, а отже, до росту обох похибок. Зменшення cosj2 веде до росту струмової і зменшення кутової похибок. Робота ТС можлива тільки при номінальному вторинному навантаженні і номінальному cosj2,.

Для ТС установлено п'ять класів точності: 0,2; 0.5; 1; 3 і 10 (0,2 - лабораторні, 10 - вбудовані).

Як випливає з векторної діаграми і формул похибок, струмова і кутова похибка залежать від кількості первинних ампер-витків, матеріалу і розмірів осердя, опору вторинного навантаження.

Похибки можна зменшити збільшенням площі поперечного перерізу осердя, числа ампер-витків первинної обмотки, застосуванням сталі осердя з кращими магнітними властивостями; зменшенням середньої довжини магнітного шляху осердя, виключенням стиків і зазорів, зниженням опору вторинної обмотки і навантаження. Крім того, використовуються штучні способи регулювання похибок. Один з найбільш простих способів - зменшення кількості витків вторинної обмотки (кількість витків, які необхідно відмотати, визначається значенням струмової похибки у відсотках, яке компенсується одним витком, тобто ).

Існують різні методи компенсації похибок. Найбільш розповсюджені з них - протинамагнічення осердя, підмагнічування його від допоміжного осердя чи стороннього джерела, пристрій магнітного шунта та ін.

6. Конструкції трансформаторів струму

Існує велика кількість конструкцій ТС. Розглянемо найбільш широко застосовувані в РУ електричних станцій і підстанцій.

6.1. Одновиткові ТС з власною первинною обмоткою.

В одновиткових ТС первинна обмотка виконується у вигляді стержня пакета шин.

На Рис. 8.4 показаний одновитковий ТС ТПОЛ-20 з власною первинною обмоткою та литою ізоляцією для внутрішнього розміщення. Він використовується в комплектних розподільчих пристроях і т.д.

Переваги одновиткових ТС у порівнянні із багатовитковими:

- прості пристрої і, отже, дешеві;

- термічно більш стійкі, тому що первинна обмотка (стержень) може мати будь-яку площу поперечного перерізу;

- динамічно більш стійкі, тому що тут відсутня взаємодія між витками первинної обмотки і динамічна стійкість зводиться до взаємодії струмів різних фаз;

- більш стійкі до перенапруг, тому що індуктивність первинної обмотки одновиткового ТС мізерно мала.

Основні недоліки одновиткових ТС - низька точність і мала потужність осердя при малих силах номінальних струмів через мале значення сили струму первинної обмотки, що намагнічує.

Застосована лита епоксидна ізоляція, що дозволило спростити конструкцію і технологію виробництва. Стержень 1 (первинна обмотка), кріпильне кільце 3 і осердя встановлюють у спеціальній формі, а потім заливають рідку масу 2 з епоксидної смоли, пилоподібного кварцового піску й полімеризатору.

Після затвердіння і полімеризації ізоляційний матеріал здобуває високі електричні і механічні властивості.

Осердя виконують у вигляді тора і виготовляють зі стрічки, згорнутої по спіралі.

Рис. 8.4. Трансформатор струму ТПОЛ-20:

а) принципове розташування магніто проводів з обмотками; б) конструкція: 1 – вивід первинної обмотки; 2 – епоксидна ізоляція; 3 – виводи вторинної обмотки.

На тороїдальне осердя намотують вторинну обмотку. Для виготовлення осердя використовується текстурований матеріал, наприклад сталь марки Е-310. При рівномірному розташуванні вторинної обмотки на осерді індуктивний опір останньої дорівнює нулю, що підвищує точність трансформатора струму. Конструкція дозволяє легко встановлювати кілька осердь, кожний з який може мати різні параметри.

Трансформатори струму типу ТПОЛ-20 виготовляються на номінальні струми силою 400...1500 А.

6.2. Шинні ТС для внутрішнього використання.

На сили струмів 2000 А і більше внутрішнього розміщення випускають шинні ТС із литою ізоляцією. На Рис.8.5 показаний шинний ТС з литою ізоляцією на 20 кВ та струмом 6000-19000 А ТШЛ-20 складається з двох розташованих поруч стрічкових осердь овальної форми 1, 2, на кожну з яких намотана вторинна обмотка. Ізоляцією струмоведучих частин служить литий епоксидний компаунд.

Рис. 8.5. ТШЛ-20

6.3. Багатовиткові ТС.

При малих силах первинних струмів (менших 400 А) для одержання високого класу точності застосовують багатовиткові ТС. За рахунок збільшення числа первинних витків при будь-якому первинному струмі можна одержати необхідну для даного класу точності первинну НС.

Рис.8.6. Багатовитковий ТС ТПЛ-10 з двома магнітопроводами:

1 – магнітопровід; 2 – вторинна обмотка; 3 – первинна обмотка; 4 – вивід первинної обмотки; 5 – литий епоксидний корпус.

На Рис. 8.6 показаний багатовитковий ТС із литою ізоляцією ТПЛ-10. Осердя 6 прямокутне, шихтоване. На ньому розташовується вторинна обмотка 2 котушкового типу.

Первинна обмотка 3 виконана з мідної шини і має необхідне число витків. На кінцях первинної обмотки припаяні затиски 4. Епоксидне лиття 5 зв'язує всі деталі. Виводи вторинних обмоток приєднані до затискачів 1.

Трансформатори струму типу ТПЛ-10 (струму, петлевий, з литою ізоляцією, на номінальну напругу 10 кВ) виготовляються на номінальний струм 5...1000 А.

6.4. Багатовиткові котушкові ТС.

На номінальну напругу 3 кВ виготовляються багатовиткові ТС з литою ізоляцією типу ТКЛ-3 (Рис. 8.7.) на номінальні первинні струми 5...600 А.

Рис.8.7. Котушковий багатовитковий ТС з литою ізоляцією на напругу 3 кВ ТКЛ-3

(позиції ті ж, що і на Рис. 8.6).

6.5. ТС зовнішнього використання, опорного типу, в порцеляновому корпусі

Рис. 8.8. Трансформатор струму ТФЗМ:

1 – розширювач масла; 2 – перемикач первинної обмотки; 3 – ввід Л2 ; 4 – кришка; 5 – поглинач вологи; 6 – ввід Л1; 7 – показник рівня оливи; 8 – первинна обмотка; 9 – порцеляновий корпус; 10 – магнітопровід з вторинною обмоткою; 11 – масло; 12 – клемна коробка вторинних обмоток; 13 - основа ТС (цоколь).

При напрузі 35 кВ і вище для зовнішнього використання застосовуються ТС опорного типу в порцеляновому корпусі з паперово – масляною ізоляцією типу ТФЗМ (Рис. 8.8). В порцеляновому ізоляторі, заповненому маслом, розташовані обмотки та магнітопроводи ТС. Конструктивно первинна і вторинна обмотки виконані в вигляді ланцюжка з двома секціями (в формі вісімки). Первинна обмотка складається з двох секцій, які за допомогою перемикача 2 можуть бути з'єднані послідовно (положення І) чи паралельно (положення ІІ), чим досягається зміна номінального коефіцієнта трансформації у відношенні 1:2. На порцеляновій покришці встановлений металевий розширювач масла 1, що сприймає коливання рівня масла. Силікагелевий поглинач вологи 5 призначений для поглинання вологи зовнішнього повітря, з яким зв’язана внутрішня порожнина розширювача масла. Обмотки і порцелянова кришка кріпляться на сталевому цоколі 13. Коробка вторинних виводів 12 герметизирована. Знизу до неї кріпиться кабельна муфта, у якій розведено кабелі вторинних ланцюгів.

Трансформатори ТФЗМ мають один магнітопровід з обмоткою класу 0,5 і два-три магнитопроводи з обмотками для релейного захисту. Чим вище напруга, тим складніше здійснити ізоляцію первинної обмотки, тому на напругу 330 кВ і більше виготовляються трансформатори струму каскадного типу. Наявність двох каскадів трансформації (двох магнітопроводів з обмотками) дозволяє виконати ізоляцію обмоток кожної ступіні не на повну, а на половину його напруги.

6.6. Каскадні ТС.

В установках 330 кВ і більше застосовуються каскадні трансформатори струму ТФРМ з римовидною обмоткою, розташованою усередині порцелянового ізолятора, заповненого трансформаторним маслом. У таких трансформаторах чотири-п'ять вторинних обмоток на класи точності 0,2; 0,5 і Р

Рис.8.9. Трансформатор струму на напругу 550 кВ:

а – схема електроз”єднань б – загальнийвигляд;

На Рис. 8.9,а показана схема електричних з'єднань, а на Рис. 8.9,б загальний вид ТФНКД-500 (ТС у порцеляновому кожусі, для зовнішнього розміщення, каскадний, для диференційного захисту, на напругу 500 кВ).

Верхня ступінь (Рис. 8.9,б) складається з первинної і вторинної обмоток “вісімкового” типу, ізольованих кабельним папером і поміщених у порцелянову сорочку, заповнену трансформаторним маслом. Первинна обмотка розділена на чотири секції, що з'єднуються послідовно, чи паралельно-послідовно. Сила номінального вторинного струму першої ступіні дорівнює 5 А.

Перемикання в схемі первинної обмотки здійснюються перемикачем, що знаходиться усередині розширювача масла, виводи первинної обмотки закріплені в стінках розширювача масла. На ньому ж встановлений і показник рівня масла. На зворотній стороні кришки і розширювача знаходиться повітряний осушувач, що очищає повітря від вологи, яка проникає у трансформатор.

Верхня ступінь встановлена на цоколі, на якому з'єднуються виводи вторинної обмотки верхнього ступеня з виводами первинної обмотки нижньої ступіні.

Нижня ступінь несекціонована і має чотири осердя: одного класу при номінальному вторинному навантаженні 50 Ом чи класу 0,5 при навантаженні 30 Ом, три – Д (для дифзахисту). Сила номінального первинного струму нижньої ступіні дорівнює 5 А, вторинного – 1 А.

Нижня ступінь змонтована на цоколі, з однієї сторони якого мається кришка, що закриває клемну коробку. У нижній частині клемної коробки змонтовані кабельні муфти. На нижньому цоколі прикріплений щиток 6 з технічними даними і заводським номером.

6.7. Вбудовані ТС

Вбудовані трансформатори струму застосовуються в установках 35 кВ і більше. У вводи високої напруги масляних вимикачів і силових трансформаторів вбудовуються магнітопроводи з вторинними обмотками. Первинною обмоткою є струмоведучий стержень вводу. Для невеликих первинних струмів клас точності цих трансформаторів - 3 чи 10. Для первинних струмів 1000 - 2000 А можлива робота в класі точності 0,5. Вторинні обмотки вбудованих трансформаторів струму мають відгалуження, що дозволяють регулювати коефіцієнт трансформації відповідно до первинного струму. Для вбудовування в масляні вимикачі застосовуються трансформатори струму серій ТВ, ТВС, ТВУ. Кожному типу масляного бакового вимикача відповідає визначений тип трансформатора струму, паспортні дані яких приводяться в каталогах вимикачів і в довідниках. Для вбудови в силові трансформатори чи автотрансформатори застосовуються трансформатори струму серії ТВТ.

Крім розглянутих типів трансформаторів струму випускаються спеціальні конструкції для релейних захистів: трансформатори струму нульової послідовності ТНП, ТНПШ, ТЗ, ТЗЛ; швидко насичуючі трансформатори ТКБ; трансформатори для поперечного диференційного захисту генераторів ТШЛО.

Всі інші конструкції необхідно вивчати в лабораторії на зразках конструкцій та на рисунках показаних нижче.

7. Зразки конструкцій ТС

На Рис. 8.10 показано котушковий ТС опорної конструкції для використання у вибухонебезпечних КРУ (ТОЛК-6). Там же показано ТЛ-10 на струм 50-3000 А, один контакт якого приєднується до шини, а інший використовується як втичний контакт.

а) б)

Рис. 8.10. а) - ТОЛК-6, б) - ТЛ-10.

На Рис. 8.11 показано ТС опорного типу з багатовитковою первинною обмоткою на струми 50 – 1500 А (ТОЛ-10), а також котушковий малогабаритний ТС на струми від 50 до 1500 А (ТЛМ-10).

а) б)

Рис. 8.11. а) - ТОЛ-10, б) - ТЛМ-10.

На Рис 8.12. показаний ТС , який може використовуватися як опорний - прохідний на струми 50 – 1500 А (ТПЛК-10).

Рис. 8.12. ТПЛК-10.

Опорний шинний ТС на напругу 20 кВ (ТШЛО-20) та прохідний шинний ТС на струми до 2000 А (ТПШЛ-10) показані на Рис. 8.13.

а) б)

Рис. 8.13. а) - ТШЛО-20, б) - ТПШЛ-10.

На напругу 20 кВ використовують шинні ТС опорного ТШ-20 (Рис. 8.14,а) на струми до 12000 А. Для живлення схем релейного захисту від струмів замикання на землю використовують ТС нульової послідовності внутрішньої установки з роз’ємним магнітопроводом (ТЗЛР), показаним на Рис. 8.14,б.

а) б)

Рис. 8.14. а) - ТШ-20, б) - ТЗРЛ.

На рисунках 8.15-8.18 показні загальні вигляди трансформаторів струму на напруги від 35 до 750 кВ в порцеляновій ізоляції для використання на відкритому повітрі.

Рис. 8.15. а) - ТФЗМ35Б, б) - ТФЗМ110Б, в) - ТФЗМ150Б.

а) б)

Рис. 8.16. а) - ТФЗМ220Б, б) - ТФРМ330Б.

а) б)

Рис. 8.17. а) - ТФУМ330А, б) - ТФРМ500Б.

а) б)

Рис. 8.18. а) – ТФЗМ-500Б, б) - ТФРМ750А.

Переглядів: 8988