Практическаяработа № 5
Тема: Изучение устройстваи принцип действия трансформаторов тока и напряжения.
Цель: Изучитьтрансформаторы тока и напряжения.
Трансформаторы тока (ТТ)предназначены для измерения тока и питания схем защиты, а также дляизолирования цепей измерения и защиты от высокого напряжения. Они выполняютсякак для внутренней, так и для внешней установки на всю шкалу токов инапряжений.
Трансформатор тока имеетдве обмотки. Первичная обмотка (рис. 12-1) включается последовательно визмеряемую цепь. Ток этой обмотки и есть измеряемый ток. Вторичная обмотка 2должна быть обязательно замкнута на нагрузку (на измерительный прибор, цепьзашиты и т. д.), сопротивление которой не превосходит определенного значения.Разомкнутое состояние вторичной обмотки является аварийным режимом.
Так как ток первичнойобмотки не изменяется при разрыве цепи вторичной обмотки, то на вторичнойобмотке возбуждается очень высокое напряжение, которое может привести к пробоюизоляции. Для безопасности работы в случае повреждения изоляции между первичнойи вторичной обмотками вторичная обмотка должна быть, кроме тою, обязательнозаземлена.
Основными параметрами ТТявляются следующие.
Номинальное напряжение— линейноенапряжение системы, в которой трансформатор должен работать. Это — напряжение,на которое рассчитана изоляция первичной обмотки.
Номинальный первичныйи вторичный ток — ток,который трансформатор может пропускать длительно не перегреваясь. Номинальныйток вторичной обмотки стандартизован и может быть 5 или 1 А. Вторичных обмотокможет быть несколько с разными номинальными токами.
Номинальныйкоэффициент трансформации — отношение номинального первичною тока к номинальному вторичному току:
К{= /, ном/12ном.
Номинальная нагрузкатрансформатора — этосопротивление нагрузки в омах, при котором трансформатор работает в своемклассе. Иногда этот термин заменяется номинальной мощностью в вольт-амперах.
Класс точности. Вследствие потерь в трансформаторереальный коэффициент трансформации не равен номинальному. Различают погрешностьтоковую и угловую, Токовая погрешность в процентах определяется выражением
/>
В зависимости от значениятоковой погрешности различают классы точности (0,5; I). Класс точности говорит о погрешности по току приноминальных условиях.
В идеальномтрансформаторе вторичный ток сдвинут по фазе относительно первичного на 180°. Вреальном трансформаторе этот угол отличается от 180П. Погрешность поуглу измеряется в минутах.
Номинальная предельнаякратность. Сувеличением первичного тока выше номинального значения погрешность ТТ сначалауменьшается, затем по мере насыщения магнитопровода увеличивается. ТТ являетсяодним из основных звеньев систем защиты. При токах короткого замыканияпогрешность может быть такой, что нормальная работа защиты не будетобеспечиваться. Поэтому для ТТ указывается предельная кратность тока первичнойобмотки по отношению к номинальному току, при которой полная погрешность непревышает 5 или 10% (разные классы), и в пределах этой погрешностипроектируется нормальная работа зашиты.
Термическая стойкость — отношение предельно допустимоготока, который трансформатор может выдержать без повреждений в течениенормированного времени, к номинальному первичному току при номинальнойвторичной нагрузке и нормированной температуре окружающей среды, с учетомпредварительного нагрева ТТ номинальным током.
Динамическая стойкость— отношениеамплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания,выдерживаемого трансформатором без механических повреждений, к амплитудномузначению номинального первичного тока.
Конструкции ТТ.Конструкции трансформаторов тока весьма разнообразны. При этом они состоят иззамкнутого магнитопровода с соответствующими обмотками и корпуса. Магнитолроводможет быть прямоугольный шихтованный или тороидальный, навитый из ленты.Трансформатор может иметь несколько магнитопроводов 2 (рис. 12-2, а). Принапряжениях до 35 кВ магнитопровод может служить опорой трансформатора.Вторичные обмотки 3 всегда многовитковые. Первичная обмотка 4 можетбыть многовитковой (обычно на токи до 400 А) или одновитковой на токи от 600 Аи выше. В последнем случае витком служит шина или стержень, проходящие черезокно магнитопровода (проходной ТТ — рис. 12-2,6). Этим же витком может служитьшина распределительного устройства, пропускаемая через то же окнотрансформатора (шинный ТТ — рис. 12-2, в).
Обмотки могут выполнятьсяиз изолированного или голого медного провода. Для напряжений до 35 кВ широкоераспространение получила изоляция первичной обмотки от вторичной и отзаземленных деталей литым компаундом на основе эпоксидной смолы. Литойизоляционный корпус I(рис.12-2, а) защищает первичную и вторичную обмотки от возможных механическихповреждений и проникновения влаги.
/>
Рис. 12-1. Схемы включения трансформатора тока(ТТ) и трансформатора напряжения — однофазного (ТН) и трехфазного (ЗТН)
/>
ТТ может выполняться сдвумя магнитопроволами, как это показано на рис. 12-2, в. Первичные обмоткиздесь всегда соединены последовательно, а вторичные можно соединитьпоследовательно или параллельно. При последовательном соединении вторичныхобмоток коэффициент трансформации не изменяется, здесь суммируются вторичныеЭДС, что позволяет соответственно увеличить сопротивление нагрузки. Припараллельном соединении вторичных обмоток суммируется ток, т. е. соответственноменяется коэффициент трансформации.
На напряжения 35 кВ ивыше для открытых установок применяются ТТ с масляной изоляцией. В СССРнаибольшее распространение получили опорные ТТ «восьмерочного» типа (рис. 12-3,а).Первичная обмотка 3 и комплект магнитопроводов со вторичнымиобмотками имеют вид двух колец, сцепленных как звенья цепи. Обмотки изолированыкабельной бумагой. Первичная обмотка выполняется из двух одинаковых секций,соединяемых переключателем последовательно или параллельно, благодаря чемутрансформатор имеет два номинальных первичных тока, находящихся в отношении I: 2. Переключения осуществляютсяпосле отключения первичной обмотки ТТ от сети.
Обмотки размешаются вфарфоровой покрышке 7 (рис. 12-3,6), заполненной маслом и имеющеймаслоуказатель 6 и дыхательный клапан 5. Покрышка вместе с обмотками крепитсяк стальному основанию Я. Выводы первичной обмотки 4 расположены вверхней части покрышки, выводы вторичной обмотки — в клемной коробке 9 находящейсяв основании.
С ростом номинальногонапряжения стоимость ТТ возрастает примерно пропорционально квадрату напряженияв основном за счет изоляции. Поэтому при напряжении U> 220 кВ применяют каскадную схемувключения ТТ. Например, на напряжение 500 кВ используют два блока на напряжениепо 250 кВ, каждый из которых выполнен аналогично ТТ, изображенному на рис.12-3. Вторичная обмотка первого ТТ питает первичную обмотку второго ТТ.Стоимость возрастает в два раза, а не в четыре.