Краткие теоретические сведения. Цель работы. Изучение принципа работы, схема включения и назначения.

Лабораторная работа № 6

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Цель работы. Изучение принципа работы, схема включения и назначения.

Домашнее задание

1. Назначение измерительных трансформаторов напряжения и тока, и чем они отличаются друг от друга?

2. Почему разомкнутое состояние вторичной обмотки трансформатора тока (ТТ) является аварийным режимом, а для трансформатора напряжения (ТН) является рабочим режимом?

3. В чем заключается различие схем включения ТТ и ТН? Приведите примеры схем включения измерительных трансформаторов.

4. Почему число витков вторичной обмотки в трансформаторе тока должно быть много больше числа витков первичной обмотки?

5. В каких случаях первичная обмотка ТТ представляет собой один виток, как показано на рис. 1.

6. С какой целью в трансформаторе тока вторичная обмотка закорачивается через амперметр накоротко или через малое по величине сопротивление шунта?

Краткие теоретические сведения

ТТ предназначены для измерения тока и питания схем защиты, а также для изолирования цепей измерения и защиты от высокого напряжения.

ТТ представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одной величины в переменный ток другой величины той же частоты. ТТ (рис. 1) состоит из стального магнитопровода, собранного из тонких листов электротехнической стали, на котором расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода. ТТ используется для расширения пределов измерения измерительных приборов и измерения тока в высоковольтных цепях.

Трансформатор тока со стороны первичной обмотки включается последовательно с нагрузкой , а его вторичная обмотка замыкается через амперметр, обладающий очень низким сопротивлением, или через низкоомное (шунтирующее) сопротивление резистор (рис. 2). Падение напряжения на резисторе используется для измерения силы тока I₂.

ТТ, в отличие от ТН, работает практически в режиме короткого замыкания.

Принцип работы ТТ заключается в следующем. При прохождении тока через первичную обмотку W₁ в сердечнике возникает магнитный поток, под действием которого во вторичной обмотке W₂ наводится ЭДС взаимоиндукции, создающая в короткозамкнутой обмотке W₂ ток I₂. Этот ток (в соответствии с принципом Ленца) создает магнитный поток, практически равный по величине и направленный навстречу потоку, создаваемому током первичной обмотки. В связи с этим суммарный магнитный поток в сердечнике ТТ очень мал. Поэтому входное сопротивление ТТ весьма мало и практически не оказывает никакого влияния на ток I₁.

Установим связь между токами I₁ и I₂. Для этого используем закон полного тока, согласно которому можно записать

, (1)

где l – мысленно выделенный замкнутый контур, проходящий внутри сердечника (см. рис. 1).

Учитывая, что в режиме короткого замыкания, как указано выше, результирующий магнитный поток в сердечнике практически равен нулю, то и близка к нулю и левая часть уравнения (1). Исходя из этого можно записать

I₁W₁ ≈ I₂W₂ или I₁ ≈ I₂W₂/ W₁, т.е. I₁ = К I₂, (2)

где К = W₂/ W₁ – коэффициент трансформации

Рис. 1 Конструкция трансформатора тока

Трансформатор тока применяется для измерения больших токов. Ток в первичной обмотке трансформатора тока в большинстве случаев во много раз больше вторичного, поэтому число витков первичной обмотки невелико и во много раз меньше числа витков вторичной обмотки w₂. При измерении больших токов первичная обмотка выполняется в виде шины, продетой в окно магнитопровода. Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию, так как в его вторичную обмотку включаются измерительные приборы с малым сопротивлением. Следует отметить, что разомкнутое состояние вторичной обмотки является аварийным режимом. При разрыве цепи вторичной обмотки ток первичной обмотки не изменяется, поэтому во вторичной обмотке возбуждается высокое напряжение, которое представляет опасность для жизни человека, разомкнувшего вторичную цепь. Кроме того, высокое напряжение может привести к пробою изоляции и к выходу из строя трансформатора тока. Для обеспечения безопасности вторичную обмотку необходимо обязательно заземлить. Схема подключения трансформатора тока приведена на рис. 2

Рис. 2 Схема подключения трансформатора тока

Основными параметрами трансформатора тока являются следующие:

· номинальный первичный и вторичный ток – ток, который трансформатор может пропускать длительно, не перегреваясь. Номинальный ток вторичной обмотки стандартизован и может иметь значение 1 А или 5 А, а сопротивление обычно выбирается равным 1, 0 Ом или 5, 0 Ом;

· класс точности в зависимости от значения токовой погрешности имеет значения 0, 5 или 1;

· термическая стойкость - отношение предельно допустимого тока, который трансформатор может выдержать без повреждений в течение нормированного времени, к номинальному первичному току при номинальной вторичной нагрузке и нормированной температуре окружающей среды.