Трансформаторы тока и напряжения. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

2. Трансформаторы тока и напряжения

2.1. Трансформаторы тока (ТТ)

Назначение и принцип действия ТТ. Трансформаторы тока  служат для разделения  (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же для приведения величины тока к уровню удобному для измерения (номинальный ток вторичной обмотки ТТ равен 1А или 5А). Номинальные токи первичной обмотки ТТ могут быть: 5, 10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 А.

Трансформаторы тока предназначены для питания:

· измерительных приборов (амперметров, токовых обмоток счетчиков и др.);

· цепей релейной защиты.

Схема включения трансформатора тока ТA показана на рис.2.1, а. Трансформатор тока состоит из стального сердечника и двух обмоток: первичной - с числом витков w₁ и вторичной - с числом витков w₂. Часто ТТ изготовляются с двумя и более сердечниками (кернами). В таких конструкциях первичная обмотка является общей для всех сердечников (рис.2.1, д). Первичная обмотка имеет несколько витков или один виток и включается последовательно в цепь того элемента, в котором производится измерение тока или подключаются устройства РЗ. К вторичной обмотке, имеющей большое число витков, подключаются последовательно соединенные измерительные  приборы  и катушки реле защиты.

Рис. 2.1. Схемы  включения  ТТ  (а, д) и векторные диаграммы токов (б, в, г);

а – с одним сердечником; д – с двумя сердечниками.

Для правильного соединения ТТ между собой и подключения к ним реле мощности, ваттметров и счетчиков, выводы обмоток ТТ обозначаются (маркируются) заводами-изготовителями следующим образом (рис.2.1, а): начало первичной обмотки - Л₁, начало вторичной обмотки - И₁ конец первичной обмотки - Л₂, конец вторичной обмотки - И₂ . При монтаже ТТ  их располагают так, чтобы начала первичных обмоток Л₁ были обращены в сторону шин, а концы Л₂ - в сторону защищаемого оборудования.

При маркировке обмоток ТТ за начало вторичной обмотки И₁ принимается тот ее вывод, из которого ток выходит, если в этот момент в первичной обмотке ток проходит от начала Л₁ к концу Л₂, как показано на рис. 2.1, а. При включении реле КA по этому правилу, ток в реле при включении его через ТТ сохраняет то же направление, что и при включении непосредственно в первичную цепь.

Ток, проходящий по первичной обмотке ТТ, называется первичным и обозначается i₁, а ток во вторичной обмотке называется вторичным и обозначается i₂. Токi₁создает в сердечнике ТТ магнитный поток Ф_1, который индуктирует во вторичной обмотке  вторичный ток i₂, также создающий в сердечнике магнитный поток Ф₂, но направленный противоположно магнитному потоку Ф₁. Результирующий магнитный поток в сердечнике Ф₀, согласно закону полного тока, равен:

(2.1)

Магнитный поток Ф₁ зависит не только от значения создающего его тока, но и от количества витков обмотки, по которой этот ток проходит. Произведение тока на число витков называется магнитодвижущей силой и выражается в ампервитках. Поэтому, выражение (2.1) можно заменить выражением:

                                   (2.2) где: I_нам – ток намагничивания, являющийся частью первичного тока. Он обеспечивает результирующий магнитный поток в сердечнике.

Разделив все члены выражения (2.2) на  w₂ , получим:

                                            (2.3)

Поскольку при значениях первичного тока, близких к номинальному, ток намагничивания не превышает 0,5-2% номинального тока, то в этих условиях можно с некоторым приближением считать I_нам = 0. Тогда из выражения (2.3) следует:

I₁ / I₂ = w₂ /w₁ = К_Iв (2.4)

Отношение витков w₂/w₁= K_Iвназывается витковым коэффициентом трансформации ТТ.

Отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току называется номинальным коэффициентом трансформации:

I_1ном / I_2ном = К_I                                                                              (2.5)

Номинальные коэффициенты трансформации указываются на щитках ТТ, а также на схемах в виде дроби, в числителе которой – номинальный первичный ток, а в знаменателе – номинальный вторичный ток, например: 600/5 или 1000/1. Определение вторичного тока по известному первичному току и, наоборот, производится по номинальному коэффициенту трансформации в соответствии с формулами:  I₂ = I₁/ К_I  или I₁ = К_I I₂.

В нормальном режиме ТТ, вторичная  обмотка которых замкнута на малое сопротивление токовых обмоток приборов и реле, работают в режиме близком к короткому замыканию. 

Из условий безопасности персонала при пробое изоляции между первичной  и вторичной обмотками вторичные обмотки ТТ тока должны быть обязательно заземлены. Заземление вторичных цепей ТТ выполняется в одной точке на ближайшей