Измерительные трансформаторы предназначены для того, чтобы: изолировать измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения и тем самым обеспечить безопасность их обслуживания и ремонта; уменьшить напряжения и токи до величин, удобных для измерения (5 и 1 А для трансформаторов тока и 100 В для трансформаторов напряжения).

Для правильного действия релейной защиты требуется точная работа измерительных трансформаторов тока (ТТ) при токах перегрузки электроустановок и токах короткого замыкания, которые могут во много раз превышать их номинальные значения.

Особенностью трансформаторов тока является режим его вторичной цепи, близкий к режиму КЗ. Первичная обмотка ТТ с числом витков W₁ включается последовательно в цепь первичного тока I₁ сети, а ко вторичной обмотке с числом витков W₂ подключаются токовые обмотки измерительных органов релейной защиты и измерительных приборов (рисунок 1.1). Выводы первичной обмотки Л₁ и Л₂ маркируются произвольно, а выводы вторичной обмотки U₁ и U₂ – из условия, что мгновенные значения тока во вторичной цепи будут иметь то же направление, что и при включении непосредственно в защищаемую сеть.

Коэффициент трансформации трансформатора тока:

К_I = I₁ ном/I₂ном.                                                                              (1.1)

Схема замещения трансформатора тока аналогична схеме замещения силового трансформатора (рисунок 1.2).

Принужденный первичный ток I₁ и МДС I₁W₁ не зависят от режима работы трансформатора тока.

Рисунок 1.1                                      Рисунок 1.2

Согласно электрической схеме замещения (рисунок 1.2):

Iˈ₁ = I₂+Iˈнам.                                                                                     (1.2)

По мере увеличения Z_н уменьшается ток I₂ и при неизменном токе I₁ происходит увеличение намагничивающего тока I_нам. В пределе, когда Z_н=∞ (вторичная обмотка ТТ разомкнута), ток I₂=0, а I_нам=I₁, и магнитный поток Ф резко возрастает. Также возрастает и ЭДС вторичной обмотки Е₂, максимальные значения которой могут достигать тысяч и даже десятков тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала и создает возможность пробоя изоляции. Поэтому вторичную обмотку ТТ нельзя оставлять разомкнутой, а при снятии измерительных приборов и реле защиты ее следует закоротить.

На точность работы ТТ влияет величина нагрузки Z_н и кратность первичного тока.

К=I₁/I_1н,                                                                                              (1.3)

где I_1н - номинальный ток первичной цепи.

Трансформаторы тока характеризуются токовой и угловой погрешностью. Класс точности трансформатора тока соответствует предельной токовой погрешности в % при первичном токе, равном 100-120% номинального, и вторичной нагрузке, не превышающей номинальную Z_2ном.

Трансформаторы тока выбираются так, чтобы их погрешность не превышала 10% при заданной вторичной нагрузке и кратности первичного тока.

Вторичных обмоток трансформатора тока может быть несколько или одна для измерительных приборов защиты и автоматики.

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные одновитковые (ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (ТПЛ). Для больших токов применяют трансформаторы тока типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина.

На выводах масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока типа ТВВ и ТВТ.

Устройство, принцип действия и схема включения трансформаторов напряжения аналогичны силовому трансформатору. Основными элементами трансформатора напряжения являются магнитопровод, первичная обмотка, включенная на напряжение контролируемого объекта, и вторичная обмотка, питающая вторичные цепи.

Нормальным режимом трансформатора напряжения является режим, близкий к режиму холостого хода. Основные характеристики трансформатора напряжения: номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток, коэффициент трансформации, класс точности и номинальная мощность.

Реакторы и трансреакторы

Реактор LR состоит из обмотки W и ферромагнитного сердечника. Ферромагнитные материалы имеют нелинейную характеристику намагничивания В = f (H), что обуславливает уменьшение их магнитной проницаемости с увеличением напряженности магнитного поля Н. Индуктивное сопротивление ХL пропорционально µ, поэтому оно изменяется с изменением тока в обмотке реактора. Для уменьшения этой зависимости и обеспечения относительного постоянства сопротивления магнитопровод реактора выполняется разомкнутым (с воздушным зазором, рисунок 1.3, а).

В ряде устройств, например в магнитных усилителях, используют так называемые управляемые реакторы, сопротивление которых путем соответствующего управления изменяют в требуемых пределах (рисунок 1.3, в).

Путем изменения постоянного тока в обмотке управления Wy изменяют магнитное состояние магнитопровода, его магнитную проницаемость и тем самым сопротивление XL.

Рисунок 1.3

Трансреактор ТАV выполняет функции реактора и трансформатора, преобразующих ток в напряжение (рисунок 1.4).

Он состоит из обмотки W1 тока, разомкнутого магнитопровода и вторичной обмотки W2, находящейся в режиме, близком холостому ходу. Ток в первичной обмотке является током намагничивания, а напряжение U2Х равно ЭДС Е2 вторичной обмотки:

U_2x = I^I₁ Z^I_нам Z¹_δ/(Z¹_нам +Z^I_δ).                                                           (1.4)

Рисунок 1.4

Магнитные усилители

Простейший магнитный усилитель AL состоит из двух управляемых реакторов (рисунок 1.5). Их основные (рабочие) обмотки переменного тока соединяются последовательно согласно, а обмотки управления – последовательно встречно.

Рисунок 1.5