РЕФЕРАТВданной работе рассматриваются основные сведения о конструкциях трансформаторовтока. Описаны устройство и принцип действия различных типов трансформаторовтока, а также их применение и классификация конструкций. Приведены основныепараметры и характеристики отдельных конструкций трансформаторов тока.
Ил. 4. Библ.: 4 назв.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. КЛАССИФИКАЦИЯКОНСТРУКЦИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
2.ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ УСТАНОВКИ
2.1Катушечные трансформаторы тока
2.2Проходные трансформаторы тока
2.3Проходные стержневые трансформаторы тока
2.4Шинные трансформаторы тока
3.ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ДЛЯ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ
4.ВСТРОЕННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
5. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПЕРЕНОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
6.ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Трансформатор токапредставляет собой аппарат, первичная обмотка которого включена в цепьпоследовательно. А вторичная обмотка, будучи замкнута на некоторую цепь(“вторичную цепь”) отдаёт в неё ток, пропорциональный первичному току.
В трансформаторах токавысокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (и от земли) наполное рабочее напряжение.
Вторичная обмотка вэксплуатации имеет потенциал, близкий к потенциалу земли, так как один конецэтой обмотки обычно заземляется.
Таким образом, трансформатортока позволяет измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкогонапряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающимперсоналом. При этом во вторичную цепь трансформатора тока включаютсяамперметры, токовые обмотки ваттметров, счётчиков и т.д.
Трансформатор тока нетолько изолирует реле, измерительные и прочие приборы от цепи высокогонапряжения, но и позволяет свести измерение любого номинального первичного токаи долей его к измерению некоторого стандартного номинального вторичного тока идолей его, например 5, А.
Трансформатор тока имеетследующие основные назначения:
а) изолироватьобслуживающий персонал и приборы от потенциала сети, в которой производятсяизмерения;
б) позволять производитьизмерение или учёт любых токов стандартными приборами, например на 5, А.
Часто один и тот жетрансформатор тока может быть использован как для целей измерения, так и дляцелей защиты.
Трансформатор как прибордля промышленного преобразования электрической энергии был изобретён П.Н.Яблочковым и И.Л. Усагиным в 1876 г.
Примитивныетрансформаторы тока впервые появились примерно в 1900 г.
В России производствотрансформаторов тока началось в 1905 – 1910 гг. исключительно по германскимчертежам.
Серийное и крупносерийное производствотрансформаторов тока в Советском Союзе началось с открытием первогоотечественного завода высоковольтной аппаратуры “Электроаппарат” в Ленинграде(1925 г.). На этом заводе созданы кадры специалистов в области трансформаторовтока и разработаны многочисленные оригинальные их конструкции.
Целью настоящей работыявляется освещение вопросов, связанных с рассмотрением устройства и принципадействия различных конструкций трансформаторов тока, описание основныхпараметров и характеристик трансформаторов тока внутренней и наружнойустановки, их назначения и классификации.
1.КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
По назначению трансформаторы тока могутбыть разбиты на несколько групп: измерительные; защитные (для дифференциальнойзащиты, для земляной защиты, нулевой последовательности и т.д.);комбинированные (измерительные и защитные); лабораторные (со многимикоэффициентами трансформации и высокой точности); промежуточные (для связимежду двумя трансформаторами тока с разными коэффициентами трансформации) ит.д.
По роду установки трансформаторы токамогут быть разделены на следующие группы: для внутренних установок; длянаружных установок; для особых, специфических условий эксплуатации, напримердля работы на морских судах, и т.д.
По способу выполнения первичной обмоткитрансформаторы тока могут быть разбиты на две группы: стержневые илиодновитковые; многовитковые. В стержневых трансформаторах тока число первичныхвитков w1 равно единице ичисло действующих ампер-витков аппарата А×WН равно числу амперноминального тока I1Н; в многовитковых оно кратнономинальному току:
/>,
где w1 больше единицы.
При таком определении к стержневымтрансформаторам тока нужно отнести следующие: стержневые трансформаторы тока –первичная обмотка А в виде прямого стержня или прямой трубы проходит через окносердечника В; петлевые или U-образные – первичная обмотка изогнута ввиде буквы U; при этом онапроходит через окно сердечника лишь один раз; шинные трансформаторы тока –первичная обмотка в самом аппарате отсутствует, но оставлено место для пропускашины или пакета шин через окно сердечника на месте установки аппарата;встроенные трансформаторы тока – первичной обмоткой служит ввод выключателя,силового трансформатора и т.д.
По роду изоляции между первичной ивторичной обмотками трансформаторы тока можно классифицировать на следующиегруппы: с сухой изоляцией: с фарфоровой изоляцией; с бакелитовой (в том числе сбакелитовой конденсаторной) изоляцией; с прессованной изоляцией (бутилкаучук,капрон, бутилметакрилаты и т.д.); с литой изоляцией (эпоксидные смолы,полиэфиры, диизоцианатные соединения и т.д.); с изоляцией в виде паст, сохнущихлаков и т.д.; с воздушной изоляцией; с газовой изоляцией (элегаз). С жидкой иливязкой изоляцией: с бумажно-масляной изоляцией (в том числе с конденсаторнойбумажно-масляной); с заливкой компаундом.
По взаимному расположению первичныхзажимов и заземлённой опорой трансформаторы тока можно разделить на две группы:опорные трансформаторы тока; проходные трансформаторы тока. Проходные трансформаторыпри установке их на перекрытии или в стене могут быть использованы какпроходные изоляторы. Таким образом, в проходных трансформаторах первичныезажимы расположены по схеме “вверх-вниз”. В опорных трансформаторах токапервичные зажимы могут быть расположены по одной из следующих схем: “обавверх”; “один направо, другой – налево”; эта разновидность иногда называется“линейной”.
По конструктивному выполнению можновыделить следующие группы трансформаторов тока: катушечные; шинные; баковые, горшковые;восьмёрочные (звеньевые); петлевые (U-образные); типа “кверлох” и т.д.
По степени автономности трансформаторытока разделяются на: самостоятельно стоящие; встроенные в другие аппараты.
По числу ступеней трансформацииразличают: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые).
По частоте первичного тока можноразличать: трансформаторы тока для энергосистем с постоянной частотойпеременного тока (промышленной – 50, Гц); трансформаторы тока для специальныхцелей, для работы в цепях с переменной частотой, например на морских судах сэлектродвижением; трансформаторы тока для работы в цепях с повышенной частотой(400...8000, Гц и выше), например, в схемах электропечей; трансформаторыпостоянного тока. трансформатор ток
По климатическим условиям различают: трансформаторытока для работы в странах с умеренным климатом – с температурой окружающеговоздуха от -40°С до +35°С; трансформаторы тока для работы втропических странах, например с температурой поверхностей, подверженных прямомудействию лучей солнца, до +75°С;трансформаторы тока для работы в полярных странах и в районах Крайнего Севера –с температурой окружающего воздуха до -55°Си ниже.
2. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙУСТАНОВКИ
2.1 Катушечные трансформаторы тока
Катушечные трансформаторы тока являютсясамыми простыми, и принадлежат к старейшим типам трансформаторов тока,развившимся на основе конструкций силовых трансформаторов. Первичная ивторичная обмотки выполняются в виде катушек, намотанных на соответствующиеизоляционные каркасы.
Катушечные трансформаторы тока весьмакомпактны и вследствие возможности механизации обмоточных работ дёшевы, нообладают рядом недостатков.
Во-первых, вследствие слабостикатушечной изоляцией, разрядное напряжение таких трансформаторов весьма низко.Из-за этого данная конструкция применяется лишь на небольшие номинальныенапряжения (0,5...3, кВ) при пониженных требованиях к электрической прочности.
Повышение разрядного напряжения вкатушечных трансформаторов тока достигается прежде всего за счёт некоторогоувеличения окна сердечника, причём первичная обмотка отдаляется от внутреннейповерхности окна сердечника. В зазор между катушкой первичной обмотки ивнутренней поверхностью окна сердечника иногда вставляется П-образный барьер изкакого-либо изоляционного материала.
2.2 Проходные трансформаторы тока
Эти трансформаторы тока находят самоеширокое применение в распределительных устройствах на 6...35, кВ.
/>
Рис. 2.1. Проходной одновитковыйтрансформатор тока типа ТПОЛ-Р/Р со стержневой первичной обмоткой.
Проходная конструкция имеет в данномслучае особую ценность, так как в закрытых распределительных устройствахвозможность “пройти” трансформатором тока через перекрытие или через стенупозволяет сэкономить соответствующий проходной изолятор.
Проходной многовитковый трансформатортока в качестве основы имеет два проходных изолятора, скреплённых в среднейчасти.
Через внутренние полости проходныхизоляторов протягивается столько витков первичной обмотки, сколько необходимодля достижения расчётных ампер-витков, обеспечивающего требуемый классаппарата. На средней части втулок, под заземлённым фланцем, располагаютсясердечники с вторичными обмотками, которые закрываются кожухом. Обычно вводпервичной обмотки располагается на верхней головке (по отношению к заземлённомуфланцу).
2.3 Проходные стержневые трансформаторытока
В стержневых трансформаторах токапервичная обмотка проходит через окно сердечника только один раз. Следовательнорасчётное количество ампер-витков здесь всегда численно равно номинальному токуи увеличено быть не может.
Этим обуславливается специфическаяособенность стержневых трансформаторов тока: чем больше ток – тем большеточность аппарата, а чем меньше ток — тем меньше его точность.
При заданной точности указаннаяособенность отражается на конструкции аппарата следующим образом: чем большеток – тем меньше сечение сердечника, а чем меньше ток – тем больше его сечение.
Так как диаметральные размеры сердечникаобычно постоянны для данной серии аппаратов, то из изложенного вытекаетдальнейшее конструктивное условие: при больших номинальных первичных токахосевая длина сердечника мала; при малых номинальных первичных токах, а также сростом вторичной нагрузки и повышением класса точности осевая длина сердечникаувеличивается.
Стержневые трансформаторы тока могутбыть изготовлены как с прямоугольными, так и с круглыми сердечниками, но вбольшинстве случаев наиболее целесообразным является круглый сердечник (впринципе обладающий наименьшей длиной магнитного пути).
2.4 Шинные трансформаторы тока
Шинными называют такие трансформаторытока, в конструкцию которых входят сердечники с вторичными обмотками и главнаяизоляция соответственно данному номинальному напряжению, а первичная обмоткакак конструктивный элемент отсутствует. В главной изоляции трансформатора предусматриваетсяокно, через которое пропускают шину распределительного устройства; она-то ивыполняет функции первичной обмотки.
Таким образом, шинные трансформаторытока являются в принципе стержневыми, со всеми вытекающими из этогопоследствиями. Лишь при низких напряжениях иногда через окно сердечникапропускают несколько витков проводника, выполняющих функции первичной обмотки,что даёт уже многовитковую конструкцию трансформатора (кстати, такой способделает возможным получение нескольких коэффициентов трансформации на одномаппарате). Однако такую систему нужно считать исключением из общего правила.Естественно, при многовитковой конструкции в качестве первичной обмоткииспользуется не шина, а изолированный гибкий проводник.
При высоких номинальных токах схемашинного трансформатора тока оказывается особенно целесообразной, так какотпадает необходимость соединять шины распределительного устройства с первичнойобмоткой трансформатора тока.
Таким образом, шинные трансформаторытока принципиально являются аппаратами больших номинальных токов – от 2000, А ивыше. Впрочем, простота и удобство конструкции иногда побуждают применятьшинные трансформаторы тока и при более низких номинальных токах.
3. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ДЛЯ НАРУЖНОЙУСТАНОВКИ
Переход ко всё более высоким напряжениями потребность в аппаратах для наружной установки обусловили при конструированиитрансформаторов тока повторение того пути, который был уже пройденконструкциями силовых трансформаторов: катушечный трансформатор тока погружалсяв бак с маслом или заливался в баке компаундом. Это повышало его электрическуюпрочность, обеспечивало влагостойкость и открывало возможность установки его наоткрытых подстанциях. Появился тип баковых, или горшковых, трансформаторовтока.
Несмотря на погружение в масло, припереходе к более высоким напряжениям пришлось существенно увеличивать размерыокна сердечника и усиливать изоляцию между обмотками. Это привело к тому, чтодля баковых трансформаторов тока стали характерны весьма большие размеры и вес.
От заполнения баков компаундной массойотказались ввиду плохого теплоотвода, опасности появления в компаунде трещин ивозможности взрывов.
Баковые трансформаторы тока с маслянымзаполнением для внутренних установок в настоящее время вышли из употребления,но они ещё применяются для наружной установки.
Трансформаторы тока с простойдвухступенчатой бумажно-масляной изоляцией звеньевого или цепного типа были ещёв двадцатых годах освоены фирмой “SIEMENS”. В СССР онибыли разработаны и внедрены в производства в начале 30-х годов. Несмотря нанекоторые недостатки, о которых будет сказано ниже, эти трансформаторы тока досих пор не устарели. Во многих энергосистемах они успешно эксплуатируются ужеболее 20 лет.
Рис. 3.1. Трансформаторы тока ТФНД-110Ми ТФНД-220-1./> /> /> /> /> /> /> />
В звеньевых трансформаторах токапервичная обмотка сцепляется с кольцевым сердечником как два звена цепи; всевместе несколько напоминает цифру восемь, почему этот тип часто называютвосьмёрочным.
В данной конструкции приходится делатьбольшое окно в первичной обмотке, чтобы иметь возможность пропускать через негоруки и рулончик бумаги при наложении изоляции. Петля первичной обмотки при этомдолжна всё время перемещаться и поворачиваться в окне сердечника.
4. ВСТРОЕННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Трансформаторы тока используются нетолько как самостоятельные, отдельно стоящие аппараты, но и как элементы другихаппаратов или устройств. Можно указать следующие их применения: трансформаторытока, встроенные в КРУ внутренней или наружной установки; трансформаторы тока,смонтированные внутри бака масляного выключателя; трансформаторы тока,встроенные в воздушные или маломасляные выключатели наружной установки в видеопорной конструкции; трансформаторы тока, надеваемые на проходные изоляторымасляных выключателей, силовых трансформаторов, так называемые втулочныетрансформаторы тока; трансформаторы тока, встраиваемые в концевые кабельныемуфты однофазных кабелей – так называемые кабельные трансформаторы тока.
Втулочные трансформаторы токапредставляют собой кольцевые сердечники с вторичными обмотками, надеваемые назаземлённые части проходных изоляторов масляных выключателей, силовыхтрансформаторов и т.д. В ряде случаев для размещения таких вторичных системиспользуются вводы, проходящие сквозь стены или перекрытия, проходные изоляторыКРУ, линейные вводы.
Отличительной особенностью втулочноготрансформатора тока является то, что он состоит лишь из сердечника с вторичнойобмоткой. Роль первичной обмотки с главной изоляцией выполняет проходнойизолятор с его токоведущим стержнем какого-либо аппарата или распределительногоустройства.
Кабельные трансформаторы токавстраиваются в концевые кабельные муфты либо надеваются на изолированныйоднофазный кабель в виде устройства, закрытого в отдельном металлическомкожухе. Сердечник такого трансформатора тока может быть разъёмным илинеразъёмным.
Кабельные трансформаторы тока являютсяодновитковыми, чем и обусловливаются их характерные конструктивные особенности– увеличенная
высота сердечника или пониженнаяточность при малых первичных номинальных токах.
Установка на кабеле вносит такжеспецифические особенности в работу и конструкцию таких трансформаторов./> />
Рис. 4.1.Трансформатор тока ТЗЛМ.
/>
Рис. 4.2. Трансформатор тока ТЗ.
5. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПЕРЕНОСНЫЕТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Для точных лабораторных измеренийвыпускаются специальные трансформаторы тока. Они выполняются переносными.Лабораторные трансформаторы тока имеют классы точности 0,05; 0,1; 0,2 при частоте50, Гц. В случае частот 10, 25, 400, Гц и выше допускается класс точности 0,5.Коэффициент трансформации лабораторных трансформаторов тока можно изменять. Привсех номинальных токах эти трансформаторы должны иметь один класс точности иодну и ту же номинальную нагрузку. Только для одного из значений I1Н допускаетсясоседний класс точности или другая номинальная нагрузка.
Кроме лабораторных, выпускаютсяпереносные трансформаторы тока с более низким классом точности. Онииспользуются для контрольных измерений и испытаний. Переносные трансформаторытока изготавливаются в виде клещей и позволяют выполнять измерения без разрывапроводника. Для удобства измерений амперметр часто укрепляется на корпусетрансформатора тока.
6. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
Трансформаторы тока выбираются пономинальному току и напряжению, нагрузке первичной и вторичной обмоток, классуточности и допустимой погрешности. Они проверяются на термическую идинамическую устойчивость к токам КЗ, а также на 10%-ную погрешность, если ихиспользовать в цепях защиты. Электродинамическая устойчивость выполняется, есликратность электродинамической устойчивости или ударный ток:
/>, />,
где КДИН – кратностьэлектродинамической устойчивости;
iУ – ударный ток;
IНОМ1 – номинальныйпервичный ток трансформатора.
Трансформаторы тока удовлетворяютусловиям термической устойчивости, когда кратность термической устойчивости.
/>,
где Кt – кратностьтермической устойчивости;
I¥ — действующеезначение установившегося тока КЗ;
tПР – приведённоевремя действия тока КЗ.
Для вторичной обмотки должно выполнятьсянеравенство
/>,
где S2 – номинальнаямощность вторичной обмотки трансформатора;
SПР – мощность,потребляемая приборами;
I2 – ток вторичнойобмотки трансформатора;
rПР, rК – сопротивленияпроводов и контактов.
Для наглядности при выборетрансформаторов тока составляют сравнительные таблицы. Таблицы состоят из двухстолбцов. Первый столбец соответствует расчётным величинам, а второй –паспортным величинам выбранного трансформатора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работебыли рассмотрены общие вопросы, касающиеся трансформаторов тока. Были изученыназначение, принцип действия и устройство различных конструкций трансформаторовтока. В работе приведена основная классификация типов трансформаторов тока.Даны сведения об основных параметрах и характеристиках отдельных конструкцийтрансформаторов тока внутренней и наружной установки, а также приведенынекоторые сведения об остальных типах трансформаторов тока.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
1.Трансформаторы тока/ В.В. Афанасьев., Н.М. Адоньев, Л.В. Жалалис и др. Л.:Энергия, 1980. – 344 с.
2. Бачурин Н.И. Трансформаторы тока.М. – Л.: Энергия, 1984. – 376 с.
3.А.Н. Шпиганович, А.А. Шпиганович, Н.М. Огарков. Высоковольтное электрооборудованиераспределительных устройств (часть 1): Учебное пособие. Липецк: ЛГТУ, 1997. –80с.
4. А.Н. Шпиганович, В.И. Бойчевский.Методические указания к оформлению учебно-технической документации/ Липецк:ЛГТУ, 1997. –32 с.