Типы трансформаторов и их характеристики

ОГЛАВЛЕНИЕ

  ВВЕДЕНИЕ

  1. КЛАССИФИКАЦИЯ  КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

  2. ТРАНСФОРМАТОРЫ  ТОКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ УСТАНОВКИ

  2.1 Катушечные  трансформаторы тока

  2.2 Проходные  трансформаторы тока

  2.3 Проходные  стержневые трансформаторы тока

  2.4 Шинные  трансформаторы тока

  3. ТРАНСФОРМАТОРЫ  ТОКА ДЛЯ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ

  4. ВСТРОЕННЫЕ  ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

  5. ЛАБОРАТОРНЫЕ  И ПЕРЕНОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ  ТОКА

  6. ВЫБОР  ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

  Трансформатор тока представляет собой аппарат, первичная  обмотка которого включена в цепь последовательно. А вторичная обмотка, будучи замкнута на некоторую цепь (“вторичную цепь”) отдаёт в неё  ток, пропорциональный первичному току.

  В трансформаторах  тока высокого напряжения первичная  обмотка изолирована от вторичной (и от земли) на полное рабочее напряжение.

  Вторичная обмотка в эксплуатации имеет  потенциал, близкий к потенциалу земли, так как один конец этой обмотки обычно заземляется.

  Таким образом, трансформатор тока позволяет измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающим персоналом. При этом во вторичную цепь трансформатора тока включаются амперметры, токовые обмотки  ваттметров, счётчиков и т.д.

  Трансформатор тока не только изолирует реле, измерительные  и прочие приборы от цепи высокого напряжения, но и позволяет свести измерение любого номинального первичного тока и долей его к измерению  некоторого стандартного номинального вторичного тока и долей его, например 5, А.

  Трансформатор тока имеет следующие основные назначения:

  а) изолировать  обслуживающий персонал и приборы  от потенциала сети, в которой производятся измерения;

  б) позволять  производить измерение или учёт любых токов стандартными приборами, например на 5, А.

  Часто один и тот же трансформатор тока может  быть использован как для целей  измерения, так и для целей  защиты.

  Трансформатор как прибор для промышленного  преобразования электрической энергии  был изобретён П.Н. Яблочковым и  И.Л. Усагиным в 1876 г.

  Примитивные трансформаторы тока впервые появились  примерно в 1900 г.

  В России производство трансформаторов тока началось в 1905 – 1910 гг. исключительно  по германским чертежам.

  Целью настоящей  работы является освещение вопросов, связанных с рассмотрением устройства и принципа действия различных конструкций  трансформаторов тока, описание основных параметров и характеристик трансформаторов  тока внутренней и наружной установки, их назначения и классификации. 
 
 

  1. КЛАССИФИКАЦИЯ  КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

  По назначению трансформаторы тока могут быть разбиты  на несколько групп: измерительные; защитные (для дифференциальной защиты, для земляной защиты, нулевой последовательности и т.д.); комбинированные (измерительные  и защитные); лабораторные (со многими  коэффициентами трансформации и  высокой точности); промежуточные (для  связи между двумя трансформаторами тока с разными коэффициентами трансформации) и т.д.

  По роду установки трансформаторы тока могут  быть разделены на следующие группы: для внутренних установок; для наружных установок; для особых, специфических  условий эксплуатации, например для  работы на морских судах, и т.д.

  По способу  выполнения первичной обмотки трансформаторы тока могут быть разбиты на две  группы: стержневые или одновитковые; многовитковые. В стержневых трансформаторах  тока число первичных витков w₁ равно единице и число действующих ампер-витков аппарата А×W_Н равно числу ампер номинального тока I_1Н; в многовитковых оно кратно номинальному току:

   ,

  где w₁ больше единицы.

  При таком  определении к стержневым трансформаторам  тока нужно отнести следующие: стержневые трансформаторы тока – первичная  обмотка А в виде прямого стержня  или прямой трубы проходит через  окно сердечника В; петлевые или U-образные – первичная обмотка изогнута в виде буквы U; при этом она проходит через окно сердечника лишь один раз; шинные трансформаторы тока – первичная  обмотка в самом аппарате отсутствует, но оставлено место для пропуска шины или пакета шин через окно сердечника на месте установки аппарата; встроенные трансформаторы тока –  первичной обмоткой служит ввод выключателя, силового трансформатора и т.д.

  По роду изоляции между первичной и вторичной  обмотками трансформаторы тока можно  классифицировать на следующие группы: с сухой изоляцией: с фарфоровой изоляцией; с бакелитовой (в том  числе с бакелитовой конденсаторной) изоляцией; с прессованной изоляцией (бутилкаучук, капрон, бутилметакрилаты и т.д.); с литой изоляцией (эпоксидные смолы, полиэфиры, диизоцианатные соединения и т.д.); с изоляцией в виде паст, сохнущих лаков и т.д.; с воздушной  изоляцией; с газовой изоляцией (элегаз). С жидкой или вязкой изоляцией: с  бумажно-масляной изоляцией (в том  числе с конденсаторной бумажно-масляной); с заливкой компаундом.

  По взаимному  расположению первичных зажимов  и заземлённой опорой трансформаторы тока можно разделить на две группы: опорные трансформаторы тока; проходные  трансформаторы тока. Проходные трансформаторы при установке их на перекрытии или в стене могут быть использованы как проходные изоляторы. Таким образом, в проходных трансформаторах первичные зажимы расположены по схеме “вверх-вниз”. В опорных трансформаторах тока первичные зажимы могут быть расположены по одной из следующих схем: “оба вверх”; “один направо, другой – налево”; эта разновидность иногда называется “линейной”.

  По конструктивному  выполнению можно выделить следующие  группы трансформаторов тока: катушечные; шинные; баковые, горшковые; восьмёрочные (звеньевые); петлевые (U-образные); типа “кверлох” и т.д.

  По степени  автономности трансформаторы тока разделяются  на: самостоятельно стоящие; встроенные в другие аппараты.

  По числу  ступеней трансформации различают: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые).

  По частоте  первичного тока можно различать: трансформаторы тока для энергосистем с постоянной частотой переменного тока (промышленной – 50, Гц); трансформаторы тока для специальных  целей, для работы в цепях с  переменной частотой, например на морских  судах с электродвижением; трансформаторы тока для работы в цепях с повышенной частотой (400...8000, Гц и выше), например, в схемах электропечей; трансформаторы постоянного тока. трансформатор  ток

  По климатическим  условиям различают: трансформаторы тока для работы в странах с умеренным  климатом – с температурой окружающего  воздуха от -40°С до +35°С; трансформаторы тока для работы в тропических  странах, например с температурой поверхностей, подверженных прямому действию лучей  солнца, до +75°С; трансформаторы тока для  работы в полярных странах и в  районах Крайнего Севера – с температурой окружающего воздуха до -55°С и  ниже. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2. ТРАНСФОРМАТОРЫ  ТОКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ УСТАНОВКИ

  2.1 Катушечные  трансформаторы тока

  Катушечные  трансформаторы тока являются самыми простыми, и принадлежат к старейшим  типам трансформаторов тока, развившимся  на основе конструкций силовых трансформаторов. Первичная и вторичная обмотки  выполняются в виде катушек, намотанных на соответствующие изоляционные каркасы.

  Катушечные  трансформаторы тока весьма компактны  и вследствие возможности механизации  обмоточных работ дёшевы, но обладают рядом недостатков.

  Во-первых, вследствие слабости катушечной изоляцией, разрядное напряжение таких трансформаторов  весьма низко. Из-за этого данная конструкция  применяется лишь на небольшие номинальные  напряжения (0,5...3, кВ) при пониженных требованиях к электрической  прочности.

  Повышение разрядного напряжения в катушечных трансформаторов тока достигается  прежде всего за счёт некоторого увеличения окна сердечника, причём первичная  обмотка отдаляется от внутренней поверхности  окна сердечника. В зазор между  катушкой первичной обмотки и  внутренней поверхностью окна сердечника иногда вставляется П-образный барьер из какого-либо изоляционного материала.

  2.2 Проходные  трансформаторы тока

  Эти трансформаторы тока находят самое широкое применение в распределительных устройствах  на 6...35, кВ.

 

  Рис. 2.1. Проходной  одновитковый трансформатор тока типа ТПОЛ-Р/Р со стержневой первичной  обмоткой.

  Проходная конструкция имеет в данном случае особую ценность, так как в закрытых распределительных устройствах  возможность “пройти” трансформатором  тока через перекрытие или через  стену позволяет сэкономить соответствующий  проходной изолятор.

  Проходной многовитковый трансформатор тока в качестве основы имеет два проходных  изолятора, скреплённых в средней  части.

  Через внутренние полости проходных изоляторов протягивается  столько витков первичной обмотки, сколько необходимо для достижения расчётных ампер-витков, обеспечивающего  требуемый класс аппарата. На средней  части втулок, под заземлённым  фланцем, располагаются сердечники с вторичными обмотками, которые  закрываются кожухом. Обычно ввод первичной  обмотки располагается на верхней  головке (по отношению к заземлённому фланцу).

  2.3 Проходные  стержневые трансформаторы тока

  В стержневых трансформаторах тока первичная  обмотка проходит через окно сердечника только один раз. Следовательно расчётное  количество ампер-витков здесь всегда численно равно номинальному току и  увеличено быть не может.

  Этим обуславливается  специфическая особенность стержневых трансформаторов тока: чем больше ток – тем больше точность аппарата, а чем меньше ток - тем меньше его  точность.

  При заданной точности указанная особенность  отражается на конструкции аппарата следующим образом: чем больше ток  – тем меньше сечение сердечника, а чем меньше ток – тем больше его сечение.

  Так как  диаметральные размеры сердечника обычно постоянны для данной серии  аппаратов, то из изложенного вытекает дальнейшее конструктивное условие: при  больших номинальных первичных  токах осевая длина сердечника мала; при малых номинальных первичных  токах, а также с ростом вторичной  нагрузки и повышением класса точности осевая длина сердечника увеличивается.

  Стержневые  трансформаторы тока могут быть изготовлены  как с прямоугольными, так и  с круглыми сердечниками, но в большинстве  случаев наиболее целесообразным является круглый сердечник (в принципе обладающий наименьшей длиной магнитного пути).

  2.4 Шинные  трансформаторы тока

  Шинными называют такие трансформаторы тока, в конструкцию которых входят сердечники с вторичными обмотками  и главная изоляция соответственно данному номинальному напряжению, а  первичная обмотка как конструктивный элемент отсутствует. В главной  изоляции трансформатора предусматривается  окно, через которое пропускают шину распределительного устройства; она-то и выполняет функции первичной  обмотки.

  Таким образом, шинные трансформаторы тока являются в принципе стержневыми, со всеми  вытекающими из этого последствиями. Лишь при низких напряжениях иногда через окно сердечника пропускают несколько  витков проводника, выполняющих функции  первичной обмотки, что даёт уже многовитковую конструкцию трансформатора (кстати, такой способ делает возможным получение нескольких коэффициентов трансформации на одном аппарате). Однако такую систему нужно считать исключением из общего правила. Естественно, при многовитковой конструкции в качестве первичной обмотки используется не шина, а изолированный гибкий проводник.