Измерительные трансформаторы тока применяют в электроустановках переменного тока для питания токовых обмоток измерительных приборов и реле защиты, расширения пределов измерения приборов, изоляции их и реле от высокого первичного напряжения.
Применение трансформаторов тока обеспечивает безопасность персонала при работе с измерительными приборами и реле, так как Цепи высшего и низшего напряжения разделены. Первичную обмотку трансформатора тока включают в цепь измеряемого тока последовательно. Она имеет один виток или несколько, выполненных проводом большого сечения.
При номинальном первичном токе /ном по вторичной обмотке протекает номинальный вторичный ток равный 5 А (реже 1 или 2,5 А), что позволяет унифицировать конструкции измерительных приборов, а шкалы приборов градуировать в соответствии с измеряемым первичным током с учетом номинального коэффициента трансформации трансформатора тока
Вторичная обмотка трансформатора тока имеет большое число витков и выполняется проводом, рассчитанным на длительное протекание тока равного 5 А.
На рис. показан трансформатор тока ТА, включенный первичной обмотки в первичную цепь, по которой протекает ток во вторичной обмотке W2 подключены последовательно амперметр РА, реле тока КА и токовая обмотка счетчика активной энергии PI (обмотка напряжения PI подключается к трансформатору напряжения TV). Обмотки W1 и W2 располагаются на сердечнике из листовой или ленточной электротехнической стали и надежно изолируются друг от друга. Вторичная обмотка заземляется для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Выводы первичной обмотки обозначают Л1 и JI2 (линейные), вторичной Я, и И2 (измерительные).
Схема включения трансформаторного тока и подключения к нему приборов.
Трансформатор тока работает в условиях, отличных от условий работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения. Сопротивление его вторичной цепи, состоящей из последовательно соединенных токовых обмоток приборов и реле, очень незначительно, вследствие чего трансформатор работает в условиях, близких к короткому замыканию. Первичный ток , проходя по виткам первичной обмотки, создает в сердечнике магнитный поток Ф, пропорциональный магнитодвижущей силе (МДС) который наводит в витках вторичной обмотки Wг электродвижущую силу ЭДС. Последняя создает в замкнутой вторичной цепи ток /2, который в свою очередь наводит магнитный поток Ф2, пропорциональный магнитодвижущей силе МДС. Результирующий магнитный поток Фо = Ф, - Ф2 обеспечивает передачу электромагнитной энергии из первичной цепи во вторичную. Таким образом, в сердечнике существует рабочий магнитный поток Фо, благодаря которому создается вторичный ток.
При размыкании вторичной обмотки ее МДС снижается до нуля, тогда FS = Fs, т.е. результирующая МДС F0 резко возрастает, что приводит к увеличению магнитного потока Фо в сердечнике. Следствием этого является возрастание нагрева сердечника и увеличения ЭДС вторичной обмотки до нескольких киловольт. Последнее может привести к перегреву и пробою изоляции вторичной обмотки, появлению опасного напряжения на приборах и реле. Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо. При снятии приборов и реле, подключенных к трансформатору тока необходимо закоротить его вторичную обмотку или зашунтировать обмотку снимаемого прибора.
Если бы материал сердечника имел высокую магнитную проницаемость и ничтожно малые потери, то коэффициент трансформации был бы постоянным и равным отношению числа витков обмоток. Однако в результате потерь в стали, нарушается точная пропорция между первичным и вторичным токами, появляются токовые и угловые погрешности. Токовая погрешность возникает при измерении тока вследствие того, что действительный коэффициент трансформации отличается от номинального из-за потерь в стали. Угловая погрешность представляет собой угол между вектором первичного тока, и повернутым на 180° вектором вторичного тока 12 и обозначается 5.
В зависимости от величины погрешностей трансформаторы тока делятся на пять классов точности (табл.).
Приведенные в табл. погрешности соответствуют первичному току, составляющему 100-120% от номинального. При значительном отклонении первичного тока от номинального погрешности резко возрастают.
Номинальной нагрузкой трансформатор тока для данного класса точности называют такую нагрузку вторичной обмотки, при которой погрешность не превышает установленного для этого класса значения
Предельно допустимые погрешности трансформаторов тока
Класс точности | Наибольшая погрешность | |
токовая, % | угловая, мин | |
0,2 | ±0,2 | ±10 |
0,5 1 | ±0,5 | ±30 |
±1 | ±60 | |
3 | ±3 | не нормируется |
10 | ±10 |
|
Таким образом, номинальная мощность вторичной обмотки и номинальное сопротивление связаны прямой зависимостью, и в расчетах можно использовать в качестве вторичной нагрузки как вторичную мощность так и вторичное сопротивление.
Трансформаторы тока применяют:
класса 0,2 — для точных лабораторных измерений;
класса 0,5 — для подключения счетчиков денежного расчета и точных защит;
класса 1 — для подключения амперметров, счетчиков технического учета, фазометров и других измерительных приборов и реле;
класса 3 и 10 — для подключения релейных защит.
Для питания обмоток приборов, требующих различных классов точности, изготовляют трансформаторы тока с двумя сердечниками, имеющими общую первичную обмотку и индивидуальные вторичные.