Устройство и назначение трансформатора тока

Трансформаторы в инфраструктуре систем энергетического обеспечения могут иметь разное значение. Классические конструкции используются с целью преобразования отдельных параметров тока до величин, оптимально подходящих для проведения замеров. Есть и другие разновидности, в перечень задач которых входит коррекция характеристик напряжения до уровня, оптимального с точки зрения дальнейшей передачи и распределения энергетического ресурса. При этом назначение трансформатора тока определяет не только его конструкционное устройство, но и перечень дополнительных функций, не говоря о принципе работы.

Устройство трансформаторов

Практически все модификации трансформаторов такого типа оснащаются магнитопроводами, которые снабжаются вторичной обмоткой. Последняя нагружается при эксплуатации в соответствии с регламентными величинами в показателях сопротивления. Соблюдение определенных нагрузочных показателей важно для последующей точности измерения. Разомкнутая обмотка не может создавать компенсации магнитных потоков в сердечнике, что способствует перегреву магнитопровода, а в некоторых случаях - и его сгоранию.

В то же время магнитный поток, формируемый обмоткой первичного ряда, отличается более высокими рабочими характеристиками, что также может способствовать перегреву магнитного провода и его сердечника. Надо сказать, что токопроводящая инфраструктура формирует общую систему, на которой базируются трансформаторы тока и напряжения. Назначение электротехнического агрегата в данном случае не имеет принципиального значения – особенности функционирования обуславливаются скорее применяемыми материалами. В случае с преобразователями тока, например, сердечник магнитопровода изготавливается из аморфных нанокристаллических сплавов. Такой выбор связан с тем, что конструкция получает возможность работы с более широким диапазоном технико-эксплуатационных величин в зависимости от класса точности.

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.

Отличия от трансформатора напряжения

Чаще всего специалисты указывают на способ выполнения изоляции между обмотками. В трансформаторах тока первичную обмотку изолируют от вторичной в соответствии с показателями полного принимаемого напряжения. При этом вторичная обмотка будет иметь заземление, поэтому и потенциал ее соответствует аналогичному показателю. Кроме того, измерительные трансформаторы функционируют в условиях, приближенных к ситуациям короткого замыкания, поскольку у них весьма скромный уровень сопротивления на вторичной линии. В этом нюансе и проявляется специфическое назначение измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также разница в требованиях к условиям эксплуатации.

Так, если работа под угрозой короткого замыкания для силового трансформатора напряжения недопустима из-за риска аварии, то для обычного преобразователя тока этот режим функционирования считается нормальным и безопасным. Хотя, конечно, есть у таких трансформаторов и свои угрозы, для предотвращения которых предусматриваются специальные средства защиты.

Принцип работы

Электромагнитная индукция является базовым принципом, на котором основывается рабочий процесс таких трансформаторов. Как уже отмечалось, основными функциональными элементами выступают магнитный проводник и два уровня обмоток. К первому подается электрический заряд от переменного тока, а второй уровень реализует уже непосредственно рабочую функцию в виде измерения. По мере прохождения тока через витки обмотки происходит индукция.

Далее, по закону электромагнитной индукции, который как раз обуславливает назначение и принцип работы трансформаторов тока, фиксируются рабочие величины на линии. Пользователь с помощью специального оборудования может определить характеристики магнитного потока – следовательно, фиксируются частота и напряжение источника тока. Техническим параметром обследования характеристик работы цепи будет являться скорость произведения замера – это значение не является целевым, но его важно оценивать для понимания эффективности работы самого трансформатора.

Разновидности трансформаторов тока

Выделяют три основные категории преобразователей тока. Наиболее распространены так называемые сухие трансформаторы, у которых первый уровень обмотки вовсе не изолируется от первого. Соответственно, параметры вторичного тока напрямую зависят от показателя коэффициента преобразования.

Также популярны тороидальные модели, конструкция которых предусматривает возможность их установки на кабель или шину. По этой причине вовсе пропадает потребность в первичной обмотке, которой оснащаются типовые трансформаторы тока и напряжения. Назначение и устройство таких моделей определяются их особым принципом работы – в данном случае первичный ток будет протекать по центральному проводнику в корпусе, позволяя вторичной обмотке напрямую фиксировать рабочие показатели. Но в силу разных причин, в том числе связанных с низкой точностью замеров и ненадежностью конструкции, такие модели редко применяются для оценки характеристик тока. Чаще их используют в целях вспомогательного защитного звена на случай короткого замыкания.

Также применяются и высоковольтные трансформаторы – газовые и масляные. Их обычно задействуют в специализированных проектах в промышленности.

Коэффициент трансформации

Для оценки эффективности работы самого трансформатора была введена величина коэффициента преобразования. Его номинальное значение обычно указывается в официальной документации к трансформатору. Данный коэффициент обозначает отношение первичного номинального тока к аналогичному показателю второй обмотки. К примеру, это может быть значение 100/5 А. Оно может резко изменяться в зависимости от количества секций с витками.

Также следует учитывать, что номинальный коэффициент далеко не всегда соответствует фактическому. Отклонение определяется условиями, в которых эксплуатируются трансформаторы тока. Назначение и принцип действия во многом определяют показатели погрешности, но и этот нюанс не является причиной для отказа от учета номинального коэффициента трансформации. Зная величину той же погрешности, пользователь может ее нивелировать посредством специальной электротехнической аппаратуры.

Установка трансформатора тока

Простейшие шинные модели трансформаторов практически не требуют применения специальной техники и даже инструмента. Такое устройство может установить один мастер с помощью специальной зажимной арматуры. Стандартные же конструкции требуют создания фундамента, на котором монтируются несущие стойки. Далее электросваркой крепится каркас, который выступит своего рода электротехническим коробом для заключения необходимой аппаратуры. На заключительном этапе производится монтаж оборудования. Каким будет комплект технического оснащения, определяет назначение трансформатора тока и особенности его будущей эксплуатации. Как минимум интегрируется инфраструктура, требуемая для выполнения замеров характеристик обслуживаемой цепи.

Способы подключения трансформаторов

Для облегчения процедуры соединения проводки с оборудованием производители комплектующих наносят на них маркировку – например, токовые реле и трансформаторы могут обозначаться ТАа, ТА1, КА1 и т. д. Благодаря такой маркировке обслуживающий персонал сможет быстро и безошибочно произвести сопряжение между элементами, которыми оснащается трансформатор тока. Устройство, назначение и принцип действия установки в данном случае тесно взаимосвязаны и оказывают влияние на способ подключения, но при этом немалое влияние на характер технической реализации системы преобразования оказывает и обслуживаемая сеть как таковая. Например, трехфазные линии с изолированной нейтралью допускают установку трансформаторов лишь на двух фазах. Такая особенность обусловлена тем, что сети с диапазоном 6 -35 кВ не имеют нулевого провода.

Поверка трансформаторов

Комплекс поверочных мероприятий состоит из нескольких операций. В первую очередь это визуальный осмотр объекта, в ходе которого оценивается целостность конструкции, корректность тех же маркировок, соответствие паспортным данным и т. д. Затем производится размагничивание оборудования – например путем плавного увеличения тока на обмотке первого уровня. После этого значение тока плавно снижается до нуля.

Далее подготавливаются основные поверочные действия, которым будут подвержены измерительные трансформаторы тока. Назначение и принцип действия важно учитывать при такой подготовке, поскольку уровень нагрузки и другие эксплуатационные факторы обуславливают разные величины погрешностей в регистрации характеристик рабочей среды. Сама же поверка предусматривает оценку соответствия полярности клемм обмоток нормативным параметрам, а также фиксацию погрешностей с последующей их сверкой со значениями, указанными в паспорте агрегата.

Безопасность при эксплуатации трансформатора

Главные опасности в эксплуатации трансформаторов тока связаны с качеством выполнения обмоток. Важно учитывать, что под слоями витков работает металлическая основа, которая в оголенном виде может представлять немалую угрозу для персонала. Поэтому составляется график обслуживания, в соответствии с которым регулярно проверяются трансформаторы тока. Назначение и принцип действия в данном случае могут быть ориентированы и на преобразование напряжения, и на измерение тока. В обоих случаях обслуживающий персонал должен тщательно следить за состоянием обмоток. В качестве мер предохранения в рабочую конструкцию вводятся шунтирующие закоротки, а также поддерживается заземление выводов обмотки.

Заключение

По мере повышения эксплуатационных нагрузок на линии электропроводки заметно понижается рабочий ресурс обслуживающих станций. Несмотря на то что назначение трансформатора тока не связано с преобразованием высокого напряжения, такое оборудование также подвергается серьезному износу. В целях повышения эксплуатационного ресурса таких установок производители используют более технологичные материалы и для электромагнитной оснастки, и для выполнений той же обмотки. Вместе с этим совершенствуется оборудование на измерительных реле, в результате чего минимизируется и коэффициент погрешности замеров.