Измерительные трансформаторы тока

Электромагнитные измерительные трансформаторы тока (ТТ) являются наиболее распространенным видом первичных измерительных преобразователей информации для релейной защиты о КЗ. Трансформаторы тока в релейной защите позволяют: изолировать цепи релейной защиты от высокого напряжения первичной цепи, получить стандартные номинальные вторичные токи 5 или 1 А, создать различные схемы соединений вторичных обмоток ТТ и обмоток реле тока.

Зажимы обмоток ТТ маркируются (рис. 2.1,а), так как важно знать одноименные их выводы. Приняв произвольно за начало Н первичной обмотки любой зажим, за начало н вторичной обмотки принимают зажим, из которого мгновенный ток направляется во внешнюю цепь в тот момент времени, когда первичный ток направлен от начала H к концу К. Заводы-изготовители обозначают начало и конец первичной обмотки ТТ и , а начало и конец вторичной обмотки и .

В этом случае, обходя по замкнутому контуру магнитопровода и пренебрегая намагничивающим током, получаем

или ,

где - коэффициент трансформации ТТ; - первичный ток, приведенный к числу витков . На упрощенной векторной диаграмме (рис. 2.1,б) приведенный первичный и вторичный токи совпадают.

Трансформатор тока (рис. 2.1,в) состоит из первичной обмотки , включаемой последовательно в цепь контролируемого тока, вторичной обмотки замкнутой на сопротивление нагрузки , состоящее в основном из сопротивлений последовательно включенных элементов УРЗ и соединительных проводов, а также из магнитопровода 1, с помощью которого осуществляется магнитная связь между обмотками. Первичный ток проходящий по виткам первичной обмотки и ток , индуцированный во вторичной обмотке ,

Рис. 2.1. К пояснению работы трансформаторов тока: а – обозначение ТТ; б – упрощенная векторная диаграмма; в – принцип устройства; г – схема замещения; д – векторная диаграмма

создают магнитодвижущие силы (МДС) и , которые вызывают соответственно магнитные потоки и , замыкающиеся по магнитопроводу 1. Намагничивающие силы и создаваемые ими магнитные потоки с учетом их положительных направлений, показанных на рис. 2.1,в, геометрически вычитаются, образуя результирующую МДС и результирующий магнитный поток трансформатора тока :

;

.

Поток , называемый рабочим или основным, пронизывает обе обмотки и наводит во вторичной обмотке ЭДС , которая создает в замкнутой цепи вторичной обмотки ток . Поток создается МДС и, следовательно, током .Последний является частью тока и называется намагничивающим током.

С учетом рассмотрения принципа действия ТТ на рис. 2.1,г приведена его схема замещения, в которой принято, что первичный ток и намагничивающий ток , а также сопротивления первичной обмотки и ветви намагничивания приведены к числу витков вторичной обмотки:

; ;

; .

Векторная диаграмма трансформатора тока (рис. 2.1,д) построена на основании его схемы замещения. За исходный вектор принят . ЭДС, индуцируемая в первичной и вторичной обмотках, равна:

Соответствующий магнитный поток отстает от на угол (поток показан отстающим, так как его условное положительное направление на рис. 2.1,в принято противоположным определяемому правилом "буравчика"). По кривой намагничивания для данного значения определяется приведенный намагничивающий ток , смещенный относительно потока на угол g, определяемый потерями в стали. Приведенный первичный ток равен сумме приведенного намагничивающего и вторичного токов:

.

Значение вторичного тока зависит от кратности первичного тока ( - номинальный первичный ток ТТ) и сопротивления нагрузки . С увеличением К и вторичный ток уменьшается по сравнению со значением из-за увеличения намагничивающего тока . Необходимая точность трансформации обеспечивается работой ТТ в режиме, близком к короткому замыканию вторичной обмотки , т.е. с небольшим . При размыкании вторичной обмотки поток резко возрастает и мгновенные значения ЭДС во вторичной обмотке могут оказаться недопустимо большими, что может вызвать пробой изоляции обмотки и выход из строя ТТ.