Для подключения измерительных приборов, осциллографов, устройств защиты, регулирования и автоматики в преобразовательных установках и в линиях передачи постоянного тока высокого напряжения применяются измерительные трансформаторы постоянного напряжения (ТПН) и постоянного тока (ТПТ).
По аналогии с измерительными трансформаторами переменного тока вторичный ток у ТПН должен быть строго пропорционален первичному напряжению в диапазоне (0,8—1,2) UH. Погрешности не должны быть больше нормированных при выходной мощности вторичной цепи 30—40 В-А.
У ТПТ вторичный ток должен быть строго пропорционален первичному как в диапазоне (0,2—1,2) /„, так и при увеличении первичного тока до (5—6) /и, т. е. 10 %-ная кратность должна быть не менее 5—6 при выходной мощности вторичной цепи 50—60 В-А.
В цепях постоянного тока надо считаться с дополнительными погрешностями, обусловленными как электромагнитным влиянием вторичной цепи трансформаторов на их первичную цепь, так и искажением формы вторичного тока из-за потерь в сердечниках. ТПН включается между фазой высокого напряжения и землей. Для уменьшения первичного тока до 0,01 А последовательно с первичной, обмоткой ТПН включается большое сопротивление. Первичная обмотка создает постоянный магнитный поток.
Если ко вторичной цепи, состоящей из двух последовательно и встречно включенных вторичных обмоток на двух сердечниках из магнитно-мягкого материала с петлей намагничивания, близкой к прямоугольной, приложить синусоидальное напряжение, то в каждый полупериод переменный поток, создаваемый вторичным током, в одном из сердечников совпадает по направлению с постоянным потоком первичной обмотки, а в другом — имеет обратное направление.
В том сердечнике, в котором направления совпадают, суммарный поток равен потоку насыщения и ЭДС равна нулю. В другом сердечнике переменный поток вычитается из постоянного, причем вторичный ток возникает мгновенно при переходе потока через нуль и сохраняется постоянным в течение всего, полупериода. Поток в этом сердечнике изменяется по синусоиде, индуцированная им ЭДС во вторичной обмотке должна быть равна приложенному синусоидальному напряжению.
В следующий полупериод роли сердечников меняются, в результате ток вторичной цепи имеет форму чередующихся положительных и отрицательных полуволн. В цепь выпрямленного вторичного напряжения включаются обмотки измерительных устройств.
Переходные режимы в ТПН протекают при первичных напряжениях, не превышающих номинальное. Отношение числа витков
первичной и вторичной обмоток равно 50, вторичный ток при этом равен 0,5 А.
На рис. 6-27 показана схема подключения ТПН к шинам преобразовательного моста высокого напряжения на подстанции передачи постоянного тока.
Рис. 6-28. Внешний вид ТПН типа НПТ-400 (ДС 40/400 и магнитная система)
На рис. 6-28 изображена конструкция ТПН типа НПТ-400 наружной установки Московского электрозавода имени В. В. Куйбышева, состоящая из магнитной системы, установленной на стальном основании, дополнительного сопротивления типа ДС 40/400 и шкафа питания, содержащего два питающих трансформатора 380/220/50 В и два выпрямительных моста.
ТПТ работают также при взаимном уравновешивании переменных намагничивающих сил в сердечниках. У ТПТ с одним сердечником вторичный ток имеет несимметричную форму и непригоден для измерений и защиты.
Рис. 6-27. Схема ТПН с последовательно уединенными вторичными обмотками
Применение по аналогии с ТПН двух сердечников с двумя последовательно и встречно включенными вторичными обмотками дает переменный ток во вторичной цепи, который выпрямляется выпрямителем мостовой схемы. В цепи выпрямленного тока включаются обмотки приборов и устройств систем управления и защиты.
Рис. 6-2У. Схема соединения ТПТ-300 и двух блоков ТПП-0,5
Для изоляции включаемых приборов и аппаратов от вторичной цепи основного ТПТ или для измерения вторичного тока приборы нагрузки включаются через дополнительный промежуточный трансформатор тока, который может быть выполнен в общем блоке конструкции трансформатора.
На рис. 6-29 показана схема соединений выпускаемого ПО «Электроаппарат» в Ленинграде измерительного трансформатора постоянного тока типа ТПТ-300, сконструированного в сочетании с двумя блоками типа ТПП-0,5. В ТПТ предусмотрена двухступенчатая трансформация тока 1000/25 в основной конструкции и 25/1 в дополнительных трансформаторах тока, встроенных в блоки. Таким образом, каждый блок ТПП-0,5 состоит из питающего трансформатора 380/220/32 В и дополнительного трансформатора тока с коэффициентом трансформации 25/1.
На вторичной обмотке каждого питающего трансформатора имеется две отпайки на 31 и 32 В, используемые для компенсации небольшой неидентичности магнитных характеристик сердечников ТПТ.
Нагрузка подключается через выпрямительные схемы к измерительным выводам вторичных обмоток дополнительных трансформаторов тока.
Общий вид конструкции ТПТ типа ТПТН-400 па 1000/1 изображен на рис. 6-30.
Измерительные ТПТ большой точности могут применяться и в цепях низкого напряжения установок металлургической и химической промышленности при первичном постоянном токе до 100 кА.
В перспективных установках высокого напряжения, в которых ток будет более 10 кА, а напряжение выше 800 кВ, вероятно, придется отказаться от обычных электромагнитных способов измерения и использовать предлагаемые новые методы измерений, а именно — фотооптический метод, метод, основанный на эффекте Холла, и метод ядерного магнитного резонанса.
Рис. 6-30. Конструкция ТПТ типа ТПТН-400
1 — вводы первичной обмотки; 2 — силикагелевый влагопоглотитель; 3 — расширитель; 4 — маслоуказатель; 5 — Покрышка — фарфор; 6 — масло; 7 — первичная обмотка; 8 — тороидальные сердечники с вторичными обмотками; 9 — стальной сварной корпус; 10 — коробка с семью вторичными выводами (шесть от двух вторичных цепей со средними точками и один — заземление последней обкладки кабельно-конденсаторной изоляции); 11 — кран для слива масла.
