Ток и напряжение на шинах распределительных устройств и в электрических цепях измеряют с помощью измерительных трансформаторов тока или трансформаторов напряжения, которые служат для понижения тока или напряжения первичных цепей электроустановок переменного тока, питания катушек измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики, присоединяемых к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов.
При включении в цепь через измерительные трансформаторы применяют легкие и дешевые измерительные приборы, рассчитанные на малые ток (5 А) и напряжение (100 В), что обеспечивает безопасное их обслуживание.
Трансформаторы тока предназначены для измерения больших токов, когда невозможно включение приборов непосредственно на токи контролируемых цепей. Наличие трансформаторов тока позволяет устанавливать измерительные приборы на любом расстоянии от контролируемых цепей, а также концентрировать их в одном месте — на щите или пульте управления.
Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку трансформатора тока включают последовательно в цепь, в которой нужно измерять ток, а к вторичной обмотке присоединяют токовые катушки измерительных и контрольных приборов, реле и др. Вторичную обмотку изолируют от первичной и заземляют для обеспечения безопасности обслуживаемого персонала. Число витков в первичной и вторичной обмотках должно быть таким, чтобы ток во вторичной обмотке при номинальном в первичной составлял 5 А.
Трансформаторы тока подразделяют на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Класс точности характеризует величину допустимых погрешностей трансформаторов (в процентах) при номинальных токах. Трансформаторы тока классов 0,5; 1; 3 используют преимущественно в промышленных установках, класса точности 0,2 — только для лабораторных измерений. При включении приборов через измерительные трансформаторы возникает погрешность, которая обычно не превышает 0,5—1 % измеряемой величины.
Первичная обмотка состоит из одного или нескольких витков большого сечения, рассчитанного на номинальный ток. Выбор трансформатора тока зависит от его параметров — номинального напряжения, рабочего тока, класса точности вторичной обмотки и данных по термической и динамической устойчивости при прохождении токов к. з.
Трансформаторы тока различают по конструкции: опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные, втулочные. Они бывают одно- и многовитковые, с одной вторичной обмоткой или несколькими. Различают также трансформаторы тока по характеру изоляции. При монтаже РУ напряжением 6—10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжении до 1000 В — с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой.
Буквы в условном обозначении трансформаторов тока означают следующее: Т — трансформатор тока, П — проходной, О — одновитковый, М — многовитковый, Л — с литой изоляцией, Ф — с фарфоровой изоляцией. Цифра после букв означает номинальное напряжение. Отсутствие в обозначении буквы П указывает на то, что трансформатор тока не проходной, а опорный. К основному обозначению трансформатора тока добавляется число, указывающее класс точности, или дополнительно дробь, указывающая класс точности и номинальный первичный ток (при наличии двух сердечников). Кроме того, в обозначение могут быть добавлены буквы, характеризующие исполнение трансформатора тока: У — усиленное (по термической или динамической устойчивости), Д — для дифференциальной защиты, 3 — для защиты от замыканий на землю (если дополнительных обозначений нет, исполнение нормальное).
Трансформатор тока ТПЛ-10 (проходной с литой изоляцией), рассчитанный на номинальный ток до 400 А, применяют в КРУ внутренней установки. Он имеет один или два прямоугольных шихтованных сердечника 3 (рис. 1), на верхних стержнях которых расположены катушки вторичных обмоток 5 (одна или две). Первичную обмотку 7 изготовляют из изолированного провода для малых токов и из шинной меди для больших токов. Изоляция выполнена литой эпоксидной смолой (между обмотками и от заземленных деталей). Образующийся монолитный корпус 1 является и защитой обмоток от механических повреждений. На нижней части стержня магнитопровода закреплены два стальных угольника 8, которые служат основанием для трансформатора. Трансформатор тока ТПЛ имеет опорно- проходную конструкцию. В отличие от ТПЛ одновитковый трансформатор тока ТШЛ называется шинным, поскольку в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина.
Выводы Л1 и Л2 (линейные) первичной обмотки — медные пластины с отверстиями для болтовых соединений, расположение которых в корпусе 1 зависит от типа трансформатора тока. Начало и конец вторичных (измерительных) обмоток И1 и И2 соединяют с внешними цепями специальными контактными пластинами 6 и винтами 4, расположенными на одной из сторон монолитного корпуса.
Трансформатор тока серии ТПЛМ-10 (проходной с литой изоляцией модернизированный) внутренней установки, рассчитанный на номинальный первичный ток до 400 А, применяют в шкафах КРУ. Он состоит из одного или двух прямоугольных шихтованных сердечников с обмотками.
Рис. 1; Трансформатор тока ТПЛ-10:
1 — корпус, 2 — болт заземления, 3 — сердечник (магнитопровод), 4 — винт, 5,7 — вторичная и первичная обмотки, 6 — контактные пластины, 8 — угольник
Катушечная группа, залитая эпоксидным компаундом, представляет собой монолитный изоляционный блок. Основанием трансформатора служат два стальных угольника, укрепленных на сердечнике. В горизонтальных полках угольников имеются четыре отверстия для крепления трансформатора. На вертикальной полке одного из угольников расположен болт заземления, обозначенный буквой 3. На сердечнике установлена табличка с техническими данными трансформатора.
Разновидностью трансформаторов тока ТПЛ являются ТПЛУ-10, выполняемые по той же шкале, но на токи от 10 до 100 А. Они имеют усиленное исполнение по устойчивости к токам к. з. Класс точности сердечника 0,5. Если в обозначении этого трансформатора появляется буква Р, то его сердечник допускает присоединение вторичной цепи для питания релейной защиты.
Трансформаторы тока ТПЛУ-10, так же как и ТПЛ-10, имеют один или два прямоугольных сердечника из трансформаторной стали, на верхний стержень которых надета вторичная обмотка из изолированного провода. Сверху вторичной обмотки размещена первичная, которую на малые токи выполняют из изолированного провода, а на большие — из голой меди. Межвитковую изоляцию в последнем случае изготовляют из полос электрокартона.
Трансформаторы серии ТПЛ рассчитаны для работы в любом положении (горизонтальном, вертикальном, наклонном). В трансформаторах ТПОЛ изоляцией между первичной и вторичной обмотками и между первичной обмоткой и заземленными деталями служит также литая изоляция на основе эпоксидной смолы. Эпоксидный корпус образует сплошной изоляционный слой, который обеспечивает надежную защиту внутренних частей от механических повреждений. Трансформатор тока ТПОЛ-10 применяют на подстанциях и в РУ промышленных предприятий.
Трансформатор тока ТПФ-10 (проходной с фарфоровой изоляцией на напряжение 10 кВ) состоит из одного или двух сердечников 1 (рис. 2), охватывающих фарфоровые изоляторы 2. Вторичная обмотка 3, состоящая из одной или двух катушек, надета на стержень сердечника, а первичная обмотка 4, состоящая из нескольких витков круглого изолированного провода или ленточной меди, продета через отверстия изоляторов. Начало и конец первичных обмоток JI1 и Л2 приварены к медным контактным пластинам 5, выведенным наружу через прямоугольные отверстия в торцевых крышках 6 трансформатора. На фланце 8 укреплены изолированные колодки 9, на которые через изоляционные втулки выведены начало и конец вторичных обмоток И1 и И2, а также болт заземления 11. По углам фланца расположены отверстия 10 для крепления трансформатора тока. Обмотки защищены прямоугольным кожухом 7 от механических повреждений. Габариты и масса трансформаторов тока ТПФ-10 значительно больше, чем у ТПЛ-10.
Рис. 2. Трансформатор тока ТПФ-10:
1 — сердечник, 2 — изолятор, 3, 4 — вторичная и первичная обмотки, 5 — контактная пластина, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — фланец, 9 — изолированная колодка, 10 — отверстие для крепления трансформатора тока, 11 — болт заземления
В цепях напряжением до 500 В для измерения токов и мощности и учета энергии применяют катушечные опорные трансформаторы тока простой конструкции, состоящие из магнитопровода, на который намотаны две обмотки (первичная — для включения в измеряемую цепь и вторичная—для присоединения приборов).
Для защиты кабельных линий от замыкания отдельных жил кабелей на землю выпускают трансформаторы тока ТЗР (для защиты от замыкания на землю, разъемный), имеющие разъемный магнитопровод, что позволяет надевать их на смонтированные трехфазные бронированные кабели диаметром не более 65 мм.
Трансформатор тока ТЗР состоит из сердечника и ярма, набранных из отдельных полос электротехнической стали. На сердечнике трансформатора размещена вторичная обмотка, концы которой выведены на изоляционную колодку. Первичной обмоткой служит кабель. Лапка трансформатора имеет болт диаметром 8 мм для присоединения заземляющей шины.
В нормальных условиях геометрическая сумма токов проходящих по жилам кабеля, равна нулю или близка к нему. Вследствие этого сердечник трансформатора почти не намагничивается и во вторичной обмотке не образуется электродвижущая сила (эдс), способная вызвать срабатывание присоединенного к ней реле. Если произойдет замыкание на землю одной из фаз защищаемой установки или участка сети или нарушится равномерность загрузки по фазам, суммарный магнитный поток не будет равен нулю, вызовет ток во вторичной обмотке и произойдет замыкание контактов в цепи сигнализации или отключение защиты.
Кроме разъемных трансформаторов нулевой последовательности ТЗР применяют другие трансформаторы аналогичного назначения, например с литой изоляцией TЗЛ и хлопчатобумажной ТЗ.
В схемах РУ и подстанций используют также трансформатор тока ТКБ для питания отключающих обмоток приводов. Он состоит из шихтованного сердечника, на боковых стержнях которого надеты первичная и вторичная обмотки. Начало и конец обмоток выведены на щиток, укрепленный на верхней части магнитопровода. Особенностью трансформаторов тока ТКБ является быстрое насыщение железа и стабильность вторичного тока.
Для измерения тока и питания схем защиты в сетях напряжением до 1000 В применяют катушечные трансформаторы тока ТК и другие с хлопчатобумажной изоляцией.
Монтаж трансформаторов тока состоит из двух операций: ревизии и проверки перед установкой и установки. До начала монтажа трансформаторы тока проверяют предварительно в монтажных мастерских; там же (при необходимости) сушат обмотки трансформаторов. Если сопротивление изоляции обмоток менее 1 МОм, трансформаторы тока сушат тепловоздуходувкой или в сушильном шкафу при температуре воздуха не выше 90 °С. Во время сушки сопротивление изоляции измеряют через каждые полчаса. Сушку трансформаторов напряжения 1 — 10 кВ можно считать законченной, если сопротивление изоляции будет не менее 10 МОм.
Подлежащие монтажу трансформаторы тока подвергают ревизии, при которой проверяют комплектность аппарата и крепежных деталей, состояние фарфоровых частей и кожуха, целость обмотки, колодки вторичных выводов, наличие обозначений выводов и паспортной таблички, правильность обозначений (полярность) выводов, состояние выводных стержней и резьбы на них, наличие и исправность гаек и шайб. Монтаж начинают с разметки шаблонами расположения отверстий и конструкций (плит, угольников) в месте установки трансформаторов тока, затем сверлят отверстия необходимого диаметра и устанавливают конструкции.
Трансформаторы тока монтируют на конструкциях или в проходных плитах, а также на стальных перегородках в камерах КРУ. Их поднимают на проектные места вручную за фланцы, укрепляя на конструкции или плите болтами вначале без затяжки. Основные вертикальные оси должны находиться в одной плоскости или располагаться симметрично по отношению к осям ближайших элементов установки, с которыми они в дальнейшем будут соединены шинами. Выверку трансформаторов тока осуществляют перемещением в зазорах отверстий на плите или конструкции. По окончании выверки постепенно и равномерно затягивают крепящие болты.
При монтаже трансформаторов тока необходимо соблюдать следующие требования:
при установке в проемах стен и перекрытий между корпусом трансформатора тока и стеной надо оставлять по всему периметру зазор 2—3 мм (в который закладывается лист толя) для возможности свободного демонтажа трансформатора тока, а также предохранения его корпуса от коррозии вследствие сырости на стенах и перекрытиях;
нельзя ставить трансформаторы тока корпусами (кожухами) вплотную один к другому из-за нарушения их охлаждения (между их корпусами должен оставаться просвет не менее 100 мм);
в горизонтальных перекрытиях и опорных конструкциях для удобства обслуживания трансформаторы тока следует устанавливать так, чтобы их плиты с паспортной табличкой были обращены вверх или в сторону коридора управления (при установке на вертикальных стенах ячеек);
при номинальном токе трансформатора тока более 1500 А надо принимать меры для предотвращения нагрева близко расположенных стальных деталей;
шины высокого напряжения рекомендуется присоединять к зажимам трансформаторов тока так, чтобы все шины со стороны питания (например, от сборных шин) были присоединены к зажимам с пометкой Л1 (начало обмотки трансформатора), а отходящие шины— к зажимам
Л2 (конец обмотки), в этом случае и на вторичной стороне трансформатора тока зажимы с пометками И1 и И2 будут соответственно обозначать начало и конец обмотки;
токопроводящие стержни и изоляторы не должны испытывать изгибающих усилий от присоединенных к их зажимам шин и проводов.
Вторичные обмотки, не присоединенные к приборам, должны быть замкнуты накоротко и заземлены непосредственно на зажимах трансформатора тока. Установленный трансформатор тока заземляют. Вторичную обмотку также заземляют гибким медным проводом, который присоединяют к болту заземления на корпусе трансформатора тока.
Рассмотренные вопросы
- Рассказано о назначении трансформаторов тока и напряжения.
- Как устроен трансформатор тока и каков принцип его действия?
- Как расшифровать обозначение трансформаторов тока ТКБ, ТПОФ-10, ТПЛУ-10, ТЗР?
