Трансформатор тока: назначение и устройство¶
Трансформатор тока — это измерительный трансформатор, предназначенный для преобразования (понижения) тока первичной цепи пропорционально в ток меньшей величины во вторичной обмотке, пригодный для подключения измерительных приборов, реле защиты и учёта электроэнергии. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в тестируемую цепь, а вторичная обмотка замыкается на нагрузку — измерительные приборы или защиты. Основное назначение устройства — обеспечение безопасности и удобства измерений: поскольку токи в силовых цепях достигают тысяч ампер, их нельзя подавать напрямую на измерительные приборы, а трансформатор тока масштабирует ток до стандартных значений (обычно 5 А или 1 А), удобных для работы с измерительным оборудованием.
¶Назначение
Трансформатор тока решает несколько задач в электроэнергетике:
- Измерение тока и энергии. Вторичный ток стандартной величины (5 А или 1 А) подаётся на амперметры, ваттметры, счётчики электроэнергии, преобразователи тока для систем диспетчерского управления.
- Работа релейной защиты. Токовые трансформаторы обеспечивают работу устройств релейной защиты (РЗА) — токовых реле, дифференциальной защиты, дистанционной защиты, отключения выключателей при аварийных режимах.
- Электрическая изоляция. Трансформатор тока гальванически разделяет первичную высоковольтную цепь и цепь измерений, что обеспечивает безопасность персонала и защиту измерительных приборов от высоких напряжений.
- Учёт электроэнергии. Коммерческий и технический учёт электрической энергии на подстанциях и промышленных предприятиях осуществляется через трансформаторы тока, подключённые к счётчикам.
¶Устройство и конструкция
Трансформатор тока состоит из магнитопровода (сердечника), первичной обмотки, вторичной обмотки и изоляции. Первичная обмотка имеет малое число витков (иногда один виток — пропускной проводник) и включается последовательно в измеряемую цепь. Вторичная обмотка содержит значительное число витков и замыкается на нагрузку — измерительные приборы или реле.
По конструктивному исполнению различают:
- Стержневые (шинные) — первичная обмотка выполнена в виде шины или стержня, проходящего через магнитопровод. Применяются в распределительных устройствах напряжением до 0,66 кВ.
- Витковые — первичная обмотка имеет несколько витков, выполненных из провода или шины. Используются для измерения токов средней величины.
- Стержневые с присоединением через токоведущий кабель — кабель пропускается через окно магнитопровода, образуя первичную обмотку из одного витка.
Магнитопровод изготавливается из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, что обеспечивает точность преобразования тока. Класс точности трансформаторов тока нормируется стандартами и характеризуется допустимой погрешностью по току и углу сдвига фаз.
¶Основные параметры
Ключевые параметры трансформатора тока:
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Номинальный ток первичной обмотки | Ток первичной цепи, на который рассчитан трансформатор (например, 100, 600, 1000 А) |
| Номинальный ток вторичной обмотки | Стандартное значение — 5 А или 1 А |
| Коэффициент трансформации | Отношение первичного тока ко вторичному (например, 100/5 = 20) |
| Класс точности | Характеризует допустимую погрешность (0,2; 0,5; 1; 3; 10) |
| Номинальное напряжение | Напряжение, на которое рассчитана изоляция (6, 10, 35 кВ и выше) |
| Ток термической устойчивости | Максимальный ток КЗ, который выдерживает первичная обмотка без повреждений |
¶Принцип работы
Принцип работы трансформатора тока основан на электромагнитной индукции. Ток первичной обмотки создаёт в магнитопроводе переменный магнитный поток, который индуцирует ЭДС и ток во вторичной обмотке. Величина вторичного тока пропорциональна первичному току и обратно пропорциональна коэффициенту трансформации.
Важное эксплуатационное правило: вторичная обмотка трансформатора тока не должна оставаться разомкнутой при протекании тока в первичной цепи. В отличие от понижающего напряжения трансформатора, где разомкнутая вторичная обмотка безопасна, у трансформатора тока холостой ход приводит к резкому росту магнитного потока и наводке очень высокого напряжения на вторичных зажимах, что опасно для персонала и оборудования. Поэтому вторичная цепь замыкается через токовые цепи приборов или специальные перемычки.
¶Применение
Трансформаторы тока применяются на электростанциях, подстанциях, в распределительных устройствах промышленных предприятий, в системах автоматизации и учёта электроэнергии. Они являются неотъемлемым элементом узлов учёта электроэнергии, узлов релейной защиты и систем телемеханики. Важнейшая область применения — коммерческий учёт электроэнергии, где трансформаторы тока класса точности 0,2 и 0,5 обеспечивают требуемую точность измерений для расчётов между потребителями и энергоснабжающими организациями.
¶История
Идея трансформатора тока восходит к работам по электромагнитной индукции XIX века. Практическое применение трансформаторы тока получили в конце XIX — начале XX века с развитием систем электроснабжения и релейной защиты. В СССР и России разработкой и производством трансформаторов тока занимались заводы «Электроизолятор» (Люберцы), «Электроаппарат» и другие предприятия. Отечественные трансформаторы тока соответствуют стандартам ГОСТ 7746, устанавливающим параметры, классы точности и методы испытаний.
¶Источники
- ГОСТ 7746-2015. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
- Копылов И. П. Электрические аппараты. — М.: Высшая школа.
- Барташевич И. Б. Релейная защита и автоматика энергосистем. — М.: Энергоатомиздат.
- Справочник по расчётам токовых трансформаторов для релейной защиты и измерений. — М.: Энергия.