Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины 5 А или 1 А и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока (рис.12.1.а) имеет замкнутый магнитопровод 2и две обмотки: первичную 1и вторичную 3.

Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I₁, ко вторичной об­мотке присоединяются измери­тельные приборы, обтекаемые током I₂.

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации:

(12.1)

где I_1ном, I_2ном — номинальные значения первичного и вторичного токов соответственно.

Действительный коэффициент трансформации отличается от номинального вследствие потерь в трансформаторе, которые создают погрешность в измерении тока:

(12.2)

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей; сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I₁*W1. В зависимости от предъявляемых требований, выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 - 120% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Рис.12.1. Трансформаторы тока

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности. При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 - для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Различают одновитковые и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом трансформаторе тока первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин.

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

Трансформаторы тока для внутренних установок имеют сухую изоляцию с использованием фарфора или эпоксидной смолы.

Устройство трансформатора тока с использованием фарфора приведено на рис. 12.1.б. Первичная обмотка трансформатора тока, представляющая собой стержень, шину или катушку, проходит внутри фарфорового изолятора 4, на который надеты кольцевые сердечники 3, 5 (один или два). Сердечники изготовляют из спиральной стальной ленты, свернутой в виде кольца. На каждый сердечник намотана вторичная обмотка 2 из медного изолированного провода. Трансформаторы тока имеют однофазное исполнении. В РУ применяют трансформаторы тока классов точности 0,5; 1;3.

Трансформаторы с литой эпоксидной изоляциейимеют малые размеры и проще по технологии производства, поэтому получили широкое распространение. На рис. 12.1.в показано устройство трансформатора тока типа ТПОЛ-10 — (П — проходной, О — одновитковый, Л — с литой изоляцией) на номинальное напряжение 10 кВ. Первичная обмотка 1 выполнена в виде прямолинейного стержня с зажимами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магнитопровода 2 с вторичными обмотками. Магнитопроводы вместе с первичной и вторичной обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют монолитный блок 3 в виде проходного изолятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями под болты для крепления трансформатора. Зажимы 5 вторичных обмоток расположены на боковом приливе блока.

Одновитковые трансформаторы тока могут быть встроенными. В этом случае используются токоведущий стержень и изолятор другого аппарата или оборудования (выключателя, силового трансформатора, проходного изолятора и др.). На рис. 12.1г приведена установка трансформатора тока на высоковольтном вводе.

При напряжении 35 кВ и выше для открытых установок применяются трансформаторы тока с масляной изоляцией. Наиболее распространены трансформаторы тока так называемого звеньевого типа (рис. 12.д). Кольцевой магнитопровод 3 выполнен из ленточной стали. На нем навиты вторичные обмотки, изолированные вместе с сердечником кабельной бумагой 2, пропитанной маслом и покрывающей как вторичную так первичную обмотку 1. Обмотки помещены в фарфоровой корпус 3, заполненный маслом 4.

В установках 500 кВ и выше применяются каскадные трансформаторы тока типа ТФНК, в которых используется двухступенчатая трансформация для облегчения изоляции.

12.1Трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартной величины 100 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор напряжения по схеме включения на­поминает силовой трансформатор, его первичная обмотка 1включена на напряжение сети U₁ а ко вторичной обмотке 3с напряжением U₂ присоединяются параллельно обмотки измерительных приборов и реле (рис. 12.2.а).

Для безопасности обслуживания один из выводов вторичной обмотки заземляется. Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает с небольшой нагрузкой в режиме, близком к холостому ходу, поэтому магнитопровод 2имеет небольшое сечение.

Номинальный коэффициент трансформации

(12.3)

где U_1ном и U_2ном — номинальные значения первичного и вторичного напряжений.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения напряжения:

(12.4)

Трансформаторы напряжения могут иметь классы точности 0,2; 0,5; 1; 3, область применения которых с разными классами точности такая же, как для трансформаторов тока.

Рис.12.2. Трансформаторы и делители напряжения

Вторичная нагрузка, обусловленная подключением измерительных приборов и реле, не должна превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, чтобы не привести к увеличению погрешности.

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные применяются на напряжения до 10 кВ, однофазные — на любые напряжения до 1150 кВ.

В комплектных распределительных устройствах применяются трансформаторы с литой изоляцией, однофазные, с заземленным выводом первичной обмотки типа ЗНОЛ. Такие трансформаторы могут встраиваться в комплектный экранированный токопровод, для чего они снабжаются ножевыми втычными контактами. Трансформаторы напряже­ния серии ЗНОЛ предназначены для установок напряже­нием 3—24 кВ.

В комплектных распределительных устройствах применяются трансформаторы с литой изоляцией, однофазные, с заземленным выводом первичной обмотки типа ЗНОЛ. Такие трансформаторы могут встраиваться в комплектный экранированный токопровод, для чего они снабжаются ножевыми втычными контактами. Трансформаторы напряже­ния серии ЗНОЛ предназначены для установок напряжением 3—24 кВ.

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ закрытых и открытых РУ. В таких трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения. В распределительных устройствах и подстанциях напряжением 6—10 кВ применяют преимущественно трансформаторы напряжения НОМ.

Трансформаторы напряжения на 6—10 кВ других типов по своему устройству, принципу действия и схеме включения в сеть почти не отличаются. Масляный трансформатор напряжения НОМ-10 показан на рис. 12.2.б. Он состоит из бака 1, заполненного маслом; изоляторов вводов ВН — 2; выводов НН — 3; обмотки ВН — 4;
сердечника — 5.

В установках 110кВ и выше применяются трансформаторы напряжения типа НФК.В этих трансформаторах обмотка высокого напряжения равномерно распределена по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция.

Также на напряжение 110 и 220 кВ выпускаются элегазовые трансформатор напряжения рис. 12.2.в.

Конструктивно элегазовый трансформатор напряжения представляет собой герметичный бак 1 из высокопрочного алюминиевого сплава с размещенной внутри него активной частью 2, которая осуществляет преобразование напряжения, и изоляционного ввода 3 (фарфорового или полимерного), закрепленного на баке. Изоляционной средой является элегаз. Трансформатор снабжен газотехнологической системой, с помощью которой осуществляется закачка элегаза. Контроль состояния изоляционной среды обеспечивается при помощи установленного на корпусе трансформатора сигнализатора плотности с температурной компенсацией. Внутри корпуса трансформатора установлен фильтр-осушитель элегаза. Трансформатор имеет мембранное предохранительное устройство, предназначенное для аварийного сброса давления.

В установках 500 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения серии НДЕ с емкостным делителем напряжения.

В установках сверхвысокого напряжения электромаг­нитные измерительные трансформаторы становятся ма­лопригодными вследствие большой массы, габаритов и по­грешностей. В настоящее время они заменяются оптико-электронными трансформаторами.