Вимірювальні трансформатори струму

Трансформатор струму призначений для вимірювання великих струмів, тоді коли неможливе вмикання приладів безпосередньо на струми конт­ролюючих кіл. Він складається із замкненого осердя і двох обмоток - первинної і вторинної (мал. 1). 

Вторинну обмотку ізолюють від первинної та заземлюють її з огляду безпеки обслуговуючого персоналу. Кількість витків у первинній і вто­ринній обмотках повинна бути такою, щоб струм у вторинній обмотці при номінальному в первинній становив 5А. 

Залежно від вимог випускають трансформатори струму з класами точності 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Похибка трансформаторів струму залежить від вторинного навантаження (опору приладів, проводів, контактів), і від кратності первинного струму стосовно номінального. Збільшення на­вантаження та кратності струму призводить до збільшення похибки. 




Мал. 1. Схема вмикання трансформатора струму:
1 - первинна обмотка; 2 - магнітопровід; 3 - вторинна обмотка

Трансформатори струму класу 0,2 використовують для приєднання точних лабораторних приладів, класу 0,5 - для приєднання лічильників електроенергії, класу 1- для всіх технічних вимірювальних приладів, кла­су З і 10 - для релейного захисту.

Крім розглянутих класів, випускають також трансформатори стру­му з вторинними обмотками типів Д (для диференціального захисту), З (для земляного захисту), Р (для інших релейних захистів).

Струмові кола вимірювальних приладів і реле мають малий опір, тому трансформатор струму нормально працює в режимі, що близький до режиму КЗ. Якщо розімкнути вторинну обмотку, магнітний потік в магнітопроводі різко зростає, тому що він визначається тільки MPC первинної обмотки. У цьому режимі магнітопровід може нагріватися до недопустимо високої температури, а на вторинній розімкненій обмотці появляється висока напруга, яка досягає в деяких випадках десятків кіло­вольт.

Тому не дозволяється розмикати вторинну обмотку трансформа­торів струму, якщо по первинній обмотці протікає струм. При необхід­ності заміни вимірювального приладу або реле слід попередньо замкну­ти накоротко вторинну обмотку трансформатора струму.

За конструктивними особливостями трансформатори поділяють на опорні, прохідні, шинні, вбудовані, роз'ємні, втулочні та ін. Вони бувають одно- і багатовиткові, з однією вторинною обмоткою або декількома, з литою і фарфоровою ізоляцією.

За типом первинної обмотки розрізняють котушкові (до 3 кВ), одно-виткові та багатовиткові трансформатори

На мал. 2, а показано виконання магнітопроводу й обмоток, а на мал. 2, б - зовнішній вигляд трансформатора струму ТПОЛ-20 (про­хідний, одновитковий, з литою ізоляцією на 20 кВ).



Мал. 2. Трансформатор струму ТПОЛ - 20: а - принципова схема розміщення магнітопроводу з обмотками; б - конструкція; 1 - вивід первинної обмотки; 2 - епоксидна ізоляція; 3 - виводи вторинної обмотки
У цих трансформато­рах струмопровідний стержень, що проходить через „вікна" двох магнітопроводів, є одним витком первинної обмотки. Одновиткові трансфор­матори струму виготовляють на первинні струми 600 А і більше; при менших струмах MPC первинної обмотки виявиться недостатньою для роботи з необхідним класом точності.




Мал. 3. Трансформатор струму ТПЛ-1 з двома магнітопроводами:
1 - магнітопровід; 2 - вторинна обмотка; 3 - первинна обмотка; 4 - вивід первинної обмотки; 5 - литий епоксидний корпус

При струмах менших від 600 А застосовують багатовиткові трансформатори струму ТПЛ, у яких первинна обмотка 3 складається з декіль­кох витків, кількість яких визначається не­обхідною MPC (мал. 3)

Лінійними виводами первинної обмот­ки є мідні пластини з отворами для болтових з'єднань. Початок і кінець вторинних обмо­ток з'єднують з зовнішніми колами спеціаль­ними контактними пластинами та гвинтами.

Оптико-електронні вимірювальні транс­форматори. Чим вища напруга, тим важче ізолювати первинну обмотку ВН від вто­ринної, вимірювальної обмотки трансфор­маторів. Каскадні вимірювальні трансфор­матори на 500, 750 і 1150 кВ складні за конст­рукцією і дорогі, тому для їх заміни виго­товляють принципово нові оптико-елект­ронні трансформатори (ОЕТ).

У них вимірювальний сигнал (струм, на­пруга) перетворюється в світловий потік, який змінюється за певним законом і пере­дається у приймальний пристрій, що розмі­щується на заземленому елементі. Далі світло­вий потік перетворюється в електричний сиг­нал, що сприймається вимірювальним приладом (мал. 4). 

Мал. 4. Структурна схема оптико-електронного транс­форматора струму:
1 - первинний перетворю­вач; 2 - світлодіод; 3 - оп­тична система; 4 - світловод; 5 - фоточутливий при­лад; 6 - підсилювач; 7 - ви­мірювальний прилад

Таким чином, передавальний пристрій, що перебуває під високою напругою, і приймальний пристрій, що з'єднаний з землею, зв'язані між собою тільки пучком світла.

Світловий потік передається всередині порожнього ізолятора по трубі із дзеркальними стінками або по діелектричним стержневим і воло­конним світловодам, які виготовляють зі спеціального оптичного скла з ізолюючою оболонкою. Передаючий пристрій ОЕТ може ґрунтуватися на різних принципах.