Трансформаторы тока предназначены для работы в высоковольтных сетях. Внутренняя и внешняя изоляция трансформаторов определяется исходя из условия последовательного включения первичной обмотки, в высоковольтную цепь. Нагрузкой для вторичной обмотки являются измерительные приборы, катушки реле защиты и другие низковольтные приборы. Первичная обмотка изолирована от вторичной и от земли на полное рабочее напряжение.
Продольная изоляция первичной обмотки при номинальном режиме работы трансформаторов подвергается воздействию синусоидального напряжения сети. Разность напряжений на зажимах первичной обмотки трансформатора может быть определена из выражения U1Н=I1 HZ1=IHωL1, где L1 — полная индуктивность первичной обмотки.
Значение индуктивности первичных обмоток трансформаторов тока в зависимости от тока и напряжения сети может колебаться от единиц до десятков тысяч микрогенри.
Витковое напряжение вторичных обмоток определяется из уравнения U2 = = (Z2/w2)Iн, где Z2— полное внутреннее сопротивление вторичной обмотки
Одной из особенностей трансформаторов тока является ра бота их в условиях, близких к короткому замыканию.
Перенапряжения в первичной обмотке возникают в результате атмосферных явлений и в коммутационных режимах, а во вторичной — при ее размыкании, когда первичная обмотка находится под током (режим холостого хода).
Волны коммутационных перенапряжений, как правило, имеют меньшую крутизну фронта, чем при атмосферных перенапряжениях. Выбор изоляции и способа защиты от перенапряжений трансформатора производят исходя из наихудших условий, т. е. при атмосферных воздействиях. Тогда амплитуда волны перенапряжения U1 п, при незначительной емкости трансформатора, будет определяться выражением U1 п = kфL/ZBexp [—2ZB/(Lt)], где kф—U/τ — крутизна фронта волны, В/с; ZB — волновое сопротивление линии.
Протекание процесса зависит от постоянной времени τ = = L/(2ZB).
При более медленном нарастании напряжения, т. е. при большом значении т, вероятность достижения максимального значения фронта волны уменьшается.
Максимальное значение напряжения на зажимах первичной обмотки появляются, когда U1nmax = kф(L/ZB).
Перенапряжения во вторичной обмотке возможны в результате насыщения магнитопровода в момент короткого замыкания на первичной стороне трансформатора. Максимальное значение этого перенапряжения определяется из выражения U2nmах= (μ√2Sm/L)fw2Iном, где μ —магнитная проницаемость стали; lm — активное сечение стали магнитопровода; lм— средняя длина магнитного пути; f — частота пульсации; w2 — число витков вторичной обмотки; I2ном — номинальный ток вторичной обмотки.
Воздействие электродинамических сил «а эпоксидную изоляцию трансформаторов при коротких замыканиях, как правило, можно не учитывать вследствие меньшего, по сравнению с механической прочностью компаунда, значения продольной составляющей этих сил.
Значительно большую опасность для любой эпоксидной изоляции представляют термоупругие напряжения, возникающие в результате быстрого нагревания обмотки при коротком замыкании, и возможность ее чрезмерного перегрева.
Учитывая необратимый характер термических воздействий на твердую изоляцию в трансформаторах тока, определяется максимальная допустимая температура перегрева при заданной длительности короткого замыкания. Продолжительность его зависит от времени срабатывания защиты и термической стойкости изоляции (100.. · 250° С).
Принимают во внимание изменения электрической и механической прочности, изоляции при указанных температурах.
Измерительные трансформаторы напряжения по условиям эксплуатации отличаются от силовых высоковольтных тем, что сопротивление нагрузки в них обычно значительно превосходит их сопротивление короткого замыкания, так что трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к режиму холостого хода.
