Трансформаторы — назначение, принцип действия, виды

Что такое трансформатор для ламп

Для контроля работы галогенных ламп необходимо использовать понижающий трансформатор на 12 вольт, им обеспечивается защита источников света от перенапряжений и скачков энергии. Это устройство нормализует входящий электрический ток, в основном используется для небольших лампочек, 6, 12 и 24 В. Самые популярные марки: 55-TASCHIBRA, Comtech, Italmac, Relco, SET-110 LV для ламп Krypton 2 Year E60.

Фото – Cхема трансформатора для галогеновых ламп

Есть два вида трансформаторов понижающего типа:

1. Тороидальный обмоточный;
2. Электронный или импульсный.

Принципиальный обмоточный трансформатор наиболее доступен и прост в работе, у него легкое подключение и хорошие показатели мощности. Его принцип работы лежит в связи между катушками прибора. Но у них есть достаточно серьезные недостатки, это значительная масса, вес может достигать нескольких килограмм и обширные габариты. Из-за этого, их область использования очень узкая, чаще всего это либо нежилые помещения, либо здания на производстве (склады, ангары, базы и т.д.). Помимо этого, электромагнитный трансформатор сильно греется во включенном состоянии, что плохо сказывается на галогенных лампочках, и способствует появлению скачков напряжения в квартире, что может повредить прочие электро устройства, в том числе светильники накаливания, оргтехнику и т.д.

Фото – Тороидальный трансформатор

Низковольтный импульсный трансформатор еще называют электронным. Он имеет область применения немного шире за счет своих небольших габаритов и низкого веса. Также он хорошо трансформирует электричество, не нагревается при работе. Его недостатком можно считать высокую стоимость (цена варьируется от 500 до нескольких тысяч рублей). Есть модели таких трансформаторов, которые сразу продаются с защитой встроенного типа от перенапряжений и коротких замыканий, это помогает продлить работоспособность устройств. Их достаточно часто используют, если нужно расположить галогенные светильники в мебели или стенах. Принцип работы этих моделей отличается от тороидальных приборов, они трансформируют энергию за счет специальных устройств полупроводникового типа и универсальных электронных деталей.

Фото – Электронный трансформатор в разборе

Подключение галогенных ламп через трансформатор – это не обязательная мера, но очень желательная, которая способствует экономии семейного бюджета, продлении долговечности лампочек и контролю их работы.

Видео: трансформаторы для галогенных ламп Osram

Критерии выбора оборудования

Существует множество различных аспектов, которые должны быть учтены при использовании силового оборудования. Так на выбор модели трансформатора влияют условия его потенциальной эксплуатации и в частности:

• Сфера применения;
• Место установки;
• Суммарная мощность потребителей.

Рассмотрим специфику выбора с учетом каждого из них. Одним из главных параметров является сфера применения. Ориентируясь на нее нужно определиться с такими характеристиками, как:

1. Мощность, она должна соответствовать предполагаемым нагрузкам и позволять агрегату справляться с перегрузками;
2. Возможность эксплуатации прибора при росте нагрузки;
3. Стоимость и срок службы.

Однако выбирая трансформатор нужно уметь правильно определять его основные параметры:

• Первичное и вторичное напряжение;
• Частоту тока;
• Фазность;
• Нагрузку;
• Способ расположения;
• Особенности размещения.

Но кроме всех, перечисленных характеристик должны учитываться и функционал агрегата, а также его непосредственное назначение. Если предполагается подключение трансформатора к цепи измерительных приборов, то используют соответствующий вид устройства. Для защиты от скачков в сети выбирают агрегат, не отличающийся высокой точностью, но обладающий необходимыми функциями. Наибольшей популярностью в последнее время пользуются сухие трансформаторы, они часто используются вместо масляных и имеют большое количество плюсов.

Что касается масляных трансформаторов, то они находят применение в самых различных сферах деятельности человека.

Учесть все факторы и не ошибиться простому обывателя будет очень сложно. Поэтому лучший вариант – это обращение за помощью к профессионалам. Только они смогут выбрать оптимальную модель трансформатора с учетом особенностей вашего объекта.

Особенности обслуживания и эксплуатации силового оборудования

Чтобы агрегат мог эффективно использоваться на протяжении всего периода работы необходимо регулярно проводить техническое обслуживание трансформатора масляного по КТПН. Согласно нормативным документам плановое ТО подразделяется на:

• Техническое обследование;
• Профилактический осмотр.

Кроме этих видов обслуживания могут проводиться и внеплановые работы. Их необходимость обусловлена обычно выходом из строя отдельных деталей или аварией агрегата. В этом случае осуществляет ремонт масляных трансформаторов.

В процессе технического обслуживания дополнительно проверяют следующие параметры:

• Наличие повышенных вибраций и посторонних шумов, что способствует неправильной работе аппаратуры, установленной на объекте;
• Соответствие количества переключений – данным на счетчиках.

Что касается осмотра составных элементов агрегата, то он выполняется согласно инструкциям по их эксплуатации. Частота проведения ТО устанавливается специальными правилами. Для подстанций, где дежурит персонал осмотр проводится один раз в сутки, для работающих в автономном режиме – 3 раза в течение месяца. Однако сроки могут изменяться в зависимости от местных условий.

Кроме того, они должны периодически подвергаться профилактическому контролю. При его проведении осуществляется проверка уровня масла, осуществляется замена изношенных уплотнителей, фильтров.

В каком режиме работает трансформатор тока

Работа трансформатора может осуществляться в нескольких режимах. Одним из них является режим холостого хода, при котором вторичная обмотка находится в разомкнутом состоянии. Потребление тока первичной цепью самое минимальное, поэтому он называется током холостого хода. Магнитное поле холостого хода образуется вокруг первичной обмотки. Данный режим считается абсолютно безвредным для трансформатора.

Основным является режим нагрузки, в который трансформатор переходит из режима холостого хода. Во вторичной обмотке начинается течение тока, создающего магнитный поток, направленный против магнитного поля в первичной обмотке. В первый момент значение этого магнитного потока уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции в первичной обмотке.

Поскольку внешнее напряжение, приложенное к генератору, не изменяется, это приводит к нарушению электрического равновесия между приложенным напряжением и ЭДС самоиндукции, а ток в первичной обмотке увеличивается. Соответственно увеличивается и магнитный поток, а также электродвижущая сила самоиндукции. Однако значение тока в первичной обмотке будет выше, чем в режиме холостого хода. Таким образом, сумма магнитных потоков первичной и вторичной обмоток в режиме нагрузки, будет равна магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

В режиме нагрузки, когда появляется вторичный ток, происходит возрастание первичного тока. Это приводит к падению напряжения во вторичной обмотке и его уменьшению. В случае снижения нагрузки, при которой вторичный ток уменьшается, наступает уменьшение и размагничивающего действия вторичной обмотки. Наблюдается рост магнитного потока в сердечнике и соответствующий рост самоиндукции ЭДС. Данный процесс, касающийся электрического равновесия, продолжается до тех пор, пока оно полностью не восстановится.

Одним из основных считается и режим короткого замыкания. при котором во вторичной цепи будет практически нулевое сопротивление. Ток во вторичной цепи достигает максимального значения, магнитное поле во вторичной обмотке также будет иметь наивысший показатель. Одновременно, магнитное поле в первичной обмотке уменьшается и становится минимальным. Следовательно, происходит и снижение индуктивного сопротивления в этой обмотке. В то же время возрастает ток, потребляемый первичной цепью. Данная ситуация приводит к возникновению режима короткого замыкания, опасного не только для самого трансформатора, но и для всей цепи. Защита от короткого замыкания обеспечивается путем установки предохранителей в первичной или вторичной цепи.

Особенности работы трансформатора тока в разных условиях:

• Режим работы приближается к короткому замыканию, поскольку сопротивление нагрузки, подключаемой совместно со вторичной обмоткой, имеет минимальное значение. Фактически, работа трансформатора тока происходит в режиме короткого замыкания.
• Трансформатор тока своим режимом работы существенно отличается от других трансформаторных устройств. При изменении нагрузки в обычном трансформаторе, значение магнитного потока в сердечнике не изменяется при условии постоянно приложенного напряжения.

Что делает трансформатор

Принцип работы основан на электромагнитной индукции. Переменный ток создает вокруг проводника переменное магнитное поле, а оно, изменяясь, создает электродвижущую силу.

Когда мы подаем напряжение на первичную обмотку, ток в этой обмотке создает переменный магнитный поток. Он действует как на первую обмотку, так и на вторую, создавая в ней ЭДС. При включении в сеть потребителя в обмотке появляется электрический ток.

Схема эта работает только на переменном токе. При постоянном токе магнитный поток не меняется, и если вторичную обмотку в поле такого тока не вращать руками (что в нашем случае и не получится), то никакой ЭДС оно создавать не будет.

Упрощенное математическое выражение работы

Когда-то М. Фарадей проводил эксперимент, который показал, что напряжение в петле, представляющей собой проводник, зависит от изменения магнитного потока через эту петлю за единицу времени:

U=-ΔΦ/Δt

Когда у нас таких петель много, к примеру, N, то и равенство будет выглядеть немного по-другому:

U=-N*ΔΦ/Δt

Соответственно, на первой и на второй обмотках напряжения будут:

U1=-(N1)*ΔΦ/Δt

U2=-(N2)*ΔΦ/Δt

Поскольку магнитный поток и время для наших обмоток — одна и та же величина, то можно найти соотношение между напряжениями в обмотках:

U1/U2=N1/N2=n

И это n называется коэффициентом трансформации напряжения.

Если принять в качестве допущения, что всю свою мощность первая обмотка трансформирует в магнитный поток, а тот, в свою очередь, создает такую же мощность во второй, то получим следующее:

P1=(U1)*I1

P2=(U2)*I2

А если у нас P1=P2, то U1/U2=I2/I1

Представленные выше закономерности работают как идеальные. В реальности же работа трансформатора осложнена рядом побочных явлений, которые влияют и на работу самого устройства, и на работу сети в целом. Перечислим эти явления:

1. Ток холостого хода. Наблюдается при включении трансформатора в виде резкого скачка и может привести к выходу из строя коммутационного оборудования, поэтому его учитывают при проектировании.
2. Паразитные емкости и индуктивности. Образуются они в результате соседства проводников под напряжением в обмотке. В принципе, ими можно пренебречь, пока речь не идет о высоких частотах или перегрузках в цепи. Они ярко себя показывают во время грозы, приводя к неравномерным колебаниям напряжения с разным итогом — от падения напряжения до пробоя и выхода из строя. В высокочастотных трансформаторах паразитная индуктивность вносит уже существенные изменения в работу устройства, в котором такие трансформаторы стоят. Борются с этим явлением заземлением экрана между обмотками, применением хороших изоляторов для обмотки проводника.
3. Побочные эффекты работы магнитного поля в ферромагнетиках сердечника. В железе, кобальте и никеле существует такое явление, как остаточная намагниченность, которое вносит свои коррективы в изменение напряжения в обмотках, вплоть до того, что оно все меньше напоминает по графику синусоиду. Помимо этого, магнитное поле индуцирует в сердечнике паразитные токи Фуко, что ведет к перегреву трансформатора. Проблемы эти отчасти решаются слоистой структурой сердечника, но не до конца.

Основные параметры трансформаторов тока

Номинальное напряжение

Это напряжение линейное сети, в которой должен работать трансформатор. Именно это напряжение будет определять изоляцию между обмотками, одна из которых будет находится под высоким потенциалом, а вторая заземлена.

Номинальные токи

Токи, при которых устройство может работать в длительном режиме не перегреваясь. Как правило, такие трансформаторы имеют большой запас по нагреву и могут работать нормально с перегрузкой в 20%.

Коэффициент трансформации

Отношение первичного и вторичного тока определяемый формулой:

Коэффициент  трансформации действительный будет иметь отличия от номинального ввиду потерь в трансформаторе.

В процентах имеет вид:

Где I₂ – вторичный, I₁‘ — первичный приведенный токи.

Угловая погрешность

В реальном трансформаторе первичная составляющая по фазе сдвинута от вторичной на угол отличный от 180. Для отсчета угловой погрешности вектор вторичной составляющей поворачивают на 180. Угол между вектором первичной составляющей и этим вектором носит название угловой погрешности. Если перевернутый вектор вторичной составляющей опережает первичную – то погрешность будет положительной, если отстает – отрицательной. Измеряется такой вид погрешности в минутах.

Соответственно трансформаторы тока имеют свой класс точности согласно ГОСТ – 0,2;0,5;1;3;10. Класс точности говорит о допустимой погрешности в процентах Z₂ = Z_2н.

Полная погрешность

Определяется в процентах %, и имеет формулу:

Где: I₁ – действующее первичное значение, i_1, i₂ – мгновенные значения первичных и вторичных токов, Т – период частоты напряжения переменного.

Номинальная нагрузка

Нагрузка, определяемая в Омах, при которой трансформатор будет работать в пределах своего класса точности и с cosφ_2н=0,8. Иногда могут применять понятие номинальной мощности Р:

Поскольку значение I_2н строго нормировано, то мощность трансформатора будет зависеть только от нагрузки Z_2н.

Номинальная предельная кратность

Кратность первичного тока к значению его номинальному, при котором погрешность его может достигать примерно 10%. При этом нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока

Отношение максимального вторичного тока, к  номинальному его значению при действующей вторичной нагрузке равной номинальной. Максимальная кратность определяется насыщением магнитопровода, это когда при дальнейшем увеличении первичного тока, вторичный остается неизменным.

6. Комплексные уравнения и векторная диаграмма реального трансформатора

В реальном трансформаторе помимо основного магнитного потока Ф, замыкающегося по магнитопроводу и сцепленного со всеми обмотками трансформатора, имеются также потоки рассеяния Ф_σ1 и Ф_σ2 (рис 1.7), которые сцеплены только с одной из обмоток. Потоки рассеяния не участвуют в передаче энергии, но создают в каждой из обмоток соответствующие ЭДС самоиндукции ; .

Рис. 1.7

C учетом ЭДС самоиндукции и падений напряжения в активных сопротивлениях обмоток можно составить комплексные уравнения для первичной и вторичной обмоток трансформатора. С учетом (1.13) получим следующую систему уравнений:

(1.17)

где: — сопротивление нагрузки, подключенной к трансформатору.

Поскольку потоки рассеяния полностью или частично замыкаются по воздуху, они пропорциональны МДС соответствующих обмоток или соответствующим токам:

(1.18)

; .

Величины X1 и X2 называют индуктивными сопротивлениями обмоток транс-форматора, обусловленными потоками рассеяния. Так как векторы ЭДС Е_σ1 и Е_σ2отстают от соответствующих потоков и токов на 90°, то

(1.19)

; .

При этом комплексные уравнения трансформатора примут вид

(1.20)

(1.21)

;

(1.22)

Замена ЭДС и падениями напряжений j Í₁ X₁ и j Í₁ X₂ наглядно показывает роль потоков рассеяния: они создают индуктивные падения напряжения в обмотках, не участвуя в передаче энергии из одной обмотки в другую. Проще становится и построение векторной диаграммы, соответствующей системе уравнений (1.20) – (1.22), в которой целесообразно также заменить падение напряжения в нагрузке величиной , т.е. вторичным напряжением трансформатора, определяемым из (1.21):

(1.23)

Векторную диаграмму вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.8, а) строят согласно уравнению (1.23). Характер диаграммы определяется током нагрузки Í₂, который принимается заданным по величине и фазе. Иными словами, задаваясь векторами вторичного тока Í₂ и напряжения Ú₂, можно построить вектор ЭДС

(1.24)

,

если известны параметры трансформатора. Вектор Í₂ R₂ параллелен вектору тока Í₂, a вектор j Í₂ X₂ опережает вектор тока Í₂ на угол 90°. На диаграмме изображен и вектор магнитного потока , который опережает вектор ЭДС É₂ на 90°. Векторную диаграмму первичной обмотки трансформатора (рис. 1.8, б) строят в соответствии с уравнением

(1.25)

Построение диаграммы начинают с вектора потока , который создается током холостого хода Í₁₀. Этот ток опережает вектор потока на угол . Вектор ЭДС É₁, как и É₂, отстает от потока на угол 90°.

Рис. 1.8

Ток в первичной обмотке трансформатора , поэтому на рис.1.8,б нужно показать и вектор тока Í₂, сдвинутый на угол ψ₂ относительно вектора É₁ (векторы É₁ и É₂ совпадают по направлению). Зная Í₂, можно изобразить вектор и получить вектор Í₁ как сумму векторов Í₁₀ и .

Найдя вектор тока Í₁, можно определить значения векторов Í₁ R₁ и j Í₁ X₁ и построить искомый вектор напряжения Ú₁ как сумму трех составляющих: векторов -É₁ и падений напряжений в обмотках Í₁ R₁ и j Í₁ X₁.

Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода

Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т.н. «потери в стали»).

Режим нагрузки

Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенными источником в первичной и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. В вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

Режим короткого замыкания

Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Режим холостого хода

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, равен переменному току намагничивания, нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала, трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подаётся переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим нагрузки

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Трансформатор тока принцип работы

Рассмотрим принцип работы трансформатора тока (рис. 1-2). По первичной обмотке 1 трансформатора тока проходит ток I₁ , называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток Ф₁ , изменяющийся с той же частотой, что и ток I₁.

Магнитный поток Ф₁ охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф₁ при своем изменении индуцирует в ней электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе «вторичная обмотка — вторичная цепь» под действием индуцируемой э. д. с. будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное направлению первичного тока I₁.

Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₂ , который направлен встречно магнитному потоку Ф ₁. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф = Ф ₁ — Ф₂, составляющий несколько процентов магнитного потока Ф₁. Поток Ф и является тем передаточным звеном, посредством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-э. д. с. Е₁, а во вторичной обмотке — э. д. с. Е₂. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если пренебречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же э. д. с. Под воздействием э. д. с. Е₂ во вторичной обмотке протекает ток I₂ , называемый вторичным током.

Если обозначить число витков первичной обмотки через w_x, а вторичной обмотки — через w₂ , то при протекании по ним соответственно токов I₁ и I₂ в первичной обмотке создается магнитодвижущая сила F₁ = I₁w₁, называемая первичной магнитодвижущей силой (м. д. с), а во вторичной обмотке — магнитодвижущая сила F₂ = I₂w₂ , называемая вторичной м. д. с. Магнитодвижущая сила измеряется в амперах.

При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F₁ и F₂ должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.

Идеальный трансформатор тока

Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется идеальным. Для идеального трансформатора тока справедливо следующее векторное равенство:

F₁ = — F ₂ (1-1)

или

I₁w₁ = I₂w₂. (1-2)

Из равенства (1-2) следует, что

I₁ / I₂ = w₂ / w₁ = n , (1-3) т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному I₁ / I₂ или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки ( w₂ / w ₁ ) называется коэффициентом трансформации n идеального трансформатора тока.

Учитывая равенство (1-3), можно написать

I₁ = I₂ (w₂ / w₁) = I₂n, (1-4)

т. е. первичный ток I₁ равен вторичному току I₂ , умноженному на коэффициент трансформации трансформатора тока n.

Назначение трансформаторов тока

Трансформатором тока (ТТ) называется трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении сдвинут относительно его на угол, близкий к нулю.

Первичная обмотка трансформатора тока включена в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная обмотка замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая прохождение по ней тока, пропорционального току первичной обмотке.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной обмотки (от земли) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Трансформаторы тока по своему назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещают в одном трансформаторе тока.

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи измерительной информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, то есть в цепях, в которых не возможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает: 1) преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый по значению для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов; 2) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает: 1) преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый по значению для питания устройств релейной защиты; 2) изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Применение трансформаторов тока в установках высокого напряжения является необходимым даже в тех случаях, когда уменьшение тока для измерительных приборов или реле не требуется.

Назначение трансформатора тока

Главной задачей традиционного трансформатора тока является преобразование. Аппаратная электротехническая начинка корректирует характеристики обслуживаемого тока, используя для этого первичную обмотку, включенную в цепь последовательно. В свою очередь, вторичная обмотка выполняет функцию непосредственного измерения преобразованного тока. Для этого в данной части предусмотрены реле с приборами измерения, а также устройства защиты и автоматической регуляции. В частности, назначение измерительного трансформатора тока может заключаться в измерении и учете с помощью приборов низкого напряжения. При этом соблюдается условие, при котором ток высокого напряжения регистрируется с доступом персонала к непосредственному наблюдению за процессом. Фиксация рабочих величин требуется для более рационального использования энергии при передаче в последующих линиях. Пожалуй, это одна из немногих общих подфункций, которую имеют преобразующие и силовые модели трансформаторов. Подробнее стоит рассмотреть отличия между этими агрегатами.

ТТ для измерительных приборов

Назначение трансформатора тока заключается в преобразовании токов больших значений в токи, на которые рассчитан измерительный прибор (амперметр).  Включаемое последовательно в измерительную цепь, устройство имеет одну первичную, включаемую в измеряемую цепь, обмотку, и одну или более вторичную,  к которой непосредственно присоединяется измерительный прибор. Принцип работы трансформатора тока прост – протекающий по первичной обмотке ток создает в сердечнике магнитный поток, создающий во вторичной обмотке ЭДС индукции, пропорциональный количеству витков. Зная коэффициент трансформации, можно вычислить значение измеряемого тока.

Устройство и подключение

Обмотки прибора представляют собой витки изолированного провода, намотанного на сердечник, в качестве которого чаще всего выступает феррит или пермаллой.

Для измерения больших токов первичная обмотка выполняется в виде одного, максимум двух витков провода с сечением, соответствующим возможным протекающим по нему токам, но она может вообще отсутствовать, в ее качестве выступает силовой проводник, продетый через сердечник токового трансформатора.

Вторичная обмотка содержит значительно большее количество витков более тонкого диаметра, ее выходное сопротивление намного больше входного подключаемых измерителей, поэтому она как бы замыкается “накоротко”, и это нормальный режим работы токового устройства. При переключении измерительного амперметра необходимо обязательно предварительно перемкнуть выводы “вторички” накоротко, т.к. в этот момент на ней появляется очень высокое напряжение, способное пробить изоляцию. Т.е. ток холостого хода должен отсутствовать.  По этой же причине один из выводов должен быть обязательно заземлен.

Напряжение на выходах токового трансформатора имеет низкое значение, от одного до нескольких вольт, и зависит от сопротивления подключаемых проводников и внутреннего сопротивления измерительного прибора. Подключение трансформатора тока к счетчику, в отличие от  соединения с амперметром, имеет свою особенность – обязательно совпадение токов по фазе, с этой целью в устройствах для счетчиков выводы промаркированы (входы L1, L2 выходы I1,I2).

Параметры и маркировка изделий

Основные технические параметры:

• Номинальное, или линейное напряжение, которое выдерживает межобмоточная и внешняя изоляция. Это значение может быть  0,66 Kv и более,
• Номинальный ток первичной и вторичной обмоток. Первый параметр выбирается из стандартного ряда от 1 А до 40 000А, второй может быть 5 или 1 ампер,
• Номинальная нагрузка  – полное сопротивление подключаемой ко вторичке цепи, на маркировке обозначается в виде номинальной мощности трансформатора в вольт-амперах,
• Номинальный коэффициент трансформации – отношение I1/I2, например обозначение трансформатор тока 5 5 означает Ктр.=1, а при 200/5 – Ктр. равен 40,
• Класс точности трансформаторов тока – может быть 0.2, 0.5, 0.5S, 1.0

На приборе должна присутствовать табличка, либо надписи на корпусе, с указанием основных параметров в виде названия и маркировки.

Например, обозначение Трансформатор тока Т-0,66-0,5S-150/5У3 ТУ….  означает, что номинальное напряжение изделия составляет 660В, класс точности 0.5S, предназначен для трансформации тока со 150 на 5А.

Трансформаторы тока нулевой последовательности

Несколько слов о еще одном типе токовых измерительных приборов – трансформаторах нулевой последовательности. Их отличительная особенность от рассмотренных выше изделий заключается в назначении и принципе работы.

Если основная функция обычных ТТ в преобразовании величины параметра для индикаторных и регистрирующих устройств, то в основная работа этого типа приборов – регистрация тока утечки или пропадания фазы (коротком замыкании) в трехфазном кабеле. При возникновении асимметрии токов в каждой жиле трехфазного кабеля на выводах вторичной обмотки возникает сигнал небаланса, поступающий на контрольное устройство, отключающее питание на поврежденный кабель.

Их отличие от обычных – в выполнении обмоток (имеется три фазных проводника первички) и внешней конструкции, т.к. подключается не на каждую жилу, а одевается на все жилы кабеля.