Что такое однофазный трансформатор тока для установки внутри помещения-? Как это работает?

Трансформаторы тока являются незаменимыми основными инструментами измерения, защиты и мониторинга энергосистем. Будь то заводские распределительные помещения, подстанции или распределительные шкафы зданий, их можно найти практически везде, где требуется измерение тока. Внутренние однофазные трансформаторы тока, как наиболее широко используемый тип, играют решающую роль в преобразовании больших токов в линиях высокого-напряжения в меньшие токи, пригодные для безопасного использования приборами и реле. В этой статье будут систематически представлены определение, структура и принцип работы однофазных трансформаторов тока для помещений, что поможет профессионалам-электротехникам и новичкам получить четкое представление о них.

Трансформатор тока (ТТ) – это специализированное устройство измерения и преобразования. Его основная функция — пропорционально преобразовывать большие токи в энергосистеме в стандартные меньшие токи. Обычно он преобразует большой первичный ток в стандартный выходной ток 5 А или 1 А на вторичной стороне, обеспечивая безопасное использование вторичного оборудования, такого как приборы учета электроэнергии, амперметры, ваттметры и устройства релейной защиты.
Почему необходимо это преобразование? Причин две: во-первых, сетевой ток в энергосистемах часто достигает сотен и даже тысяч ампер, что делает невозможным прямое подключение к обычным приборам. Во-вторых, линии высокого-напряжения не могут быть напрямую подключены к измерительным приборам; в противном случае операторы столкнутся с риском поражения электрическим током. Трансформаторы тока обеспечивают электрическую изоляцию за счет принципа электромагнитной индукции, пропорционально уменьшая ток и полностью изолируя сторону высокого-напряжения от вторичной цепи низкого-напряжения, что существенно обеспечивает безопасность измерительного персонала и оборудования.

В помещении: относится к модели трансформатора, специально разработанной для установки внутри помещений. Его изоляционная структура, уровень защиты корпуса и путь утечки рассчитаны на использование внутри помещений и не подходят для непосредственного использования во влажных, грязных или-подверженных дождю наружных средах.
Однофазный-. Это означает, что каждый трансформатор измеряет ток только одной фазной линии, при этом на каждую фазу настроен один блок. В трех-фазной системе, если требуется измерение трехфазного тока, обычно требуются два или три однофазных-трансформатора (в зависимости от метода подключения). По сравнению с трех-интегрированными трансформаторами тока однофазные трансформаторы тока-меньшие по размеру и более гибкие в установке, что облегчает их размещение в различных распределительных шкафах, распределительных устройствах и измерительных коробках.

Внутренние однофазные трансформаторы тока-в основном состоят из следующих частей снаружи:
1. Ядро
Сердечник — это сердечник магнитной цепи трансформатора, обычно изготовленный из сложенных друг на друга листов кремнистой стали с высокой-проницаемостью, образующих замкнутый контур магнитного потока. Материал и площадь поперечного сечения сердечника напрямую влияют на класс точности и характеристики погрешности трансформатора. Измерительные трансформаторы требуют высокой проницаемости сердечника и низких потерь на гистерезис; Защитные трансформаторы отдают приоритет способности ядра предотвращать преждевременное насыщение при высокоточных сбоях.
2. Первичная обмотка (первичная катушка)
Первичная обмотка имеет очень мало витков, обычно от одного до нескольких витков, иногда непосредственно образованных шиной или медным стержнем, проходящим через сердечник. Первичная обмотка подключается последовательно к измеряемой линии электропередачи, и через эту обмотку течет большой первичный ток, создавая магнитное поле.
3. Вторичная обмотка (вторичная катушка) Вторичная обмотка имеет больше витков и намотана вокруг железного сердечника. Он обеспечивает электромагнитную связь с первичной обмоткой через магнитное поле железного сердечника, индуцируя вторичный ток. Две клеммы вторичной обмотки обычно имеют маркировку S1 и S2 (или K1 и K2) для подключения внешнего прибора и реле.
4. Изолятор Изолятор наматывается на железный сердечник и обмотку, полностью изолируя первичную цепь высокого-напряжения от вторичной цепи низкого-напряжения. Обычные методы изоляции внутренних трансформаторов тока включают литье из эпоксидной смолы (монолитное литье, хорошая изоляция, компактная конструкция) и обертывание изоляционной бумагой с лаком (традиционный процесс, подходящий для изделий большой-емкости).
5. Корпус и монтажный кронштейн. Корпус обычно представляет собой монолитную отливку из эпоксидной смолы или металлический корпус. Способы установки включают в себя сквозные-стенные, стоечные и проходные типы, при этом различные формы выбираются в зависимости от места установки и структуры схемы.

Принцип работы однофазных трансформаторов тока для установки внутри помещений основан на законе электромагнитной индукции Фарадея. Сущность его та же, что и у трансформатора, но условия эксплуатации существенно отличаются. Основной рабочий процесс выглядит следующим образом:
Когда первичный ток I₁ протекает через первичную обмотку (N₁ витков) в испытуемой цепи, согласно закону Ампера, ток создает переменный магнитный поток Φ в железном сердечнике. Этот переменный магнитный поток проходит через вторичную обмотку с N₂ витками, и согласно закону электромагнитной индукции Фарадея во вторичной обмотке индуцируется вторичная электродвижущая сила, генерирующая вторичный ток I₂ во вторичной цепи, подключенной к нагрузке (внутреннее сопротивление прибора).
Ключевое различие между трансформатором тока и трансформатором заключается в следующем: трансформатор работает практически в условиях -без нагрузки-или нагрузки, а вторичное напряжение меняется в зависимости от нагрузки; в то время как трансформатор тока работает нормально, его вторичная сторона находится в состоянии, близком к -короткому-замыканию (с минимальным внутренним сопротивлением прибора), а вторичный ток имеет фиксированную пропорциональную связь с первичным током, независимо от величины нагрузки. Из-за этой характеристики вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна эксплуатироваться с разомкнутой цепью. После размыкания-замыкания магнитный поток через сердечник резко возрастает из-за потери размагничивающих амперных-витков на вторичной стороне, что приводит к перенасыщению сердечника- и возникновению опасно высокого напряжения (до нескольких киловольт) на вторичной стороне, что серьезно угрожает безопасности оборудования и персонала.

Поняв принцип работы, необходимо также ознакомиться со следующими ключевыми параметрами:
Коэффициент номинального тока (коэффициент трансформации): например, 100/5, 200/5, 400/5 и т. д., представляющий отношение номинального тока на первичной стороне к номинальному току на вторичной стороне, является основным параметром для выбора.
Класс точности (степень точности): обычно встречаются 0,1, 0,2, 0,5 (для измерения) и 5P, 10P (для защиты). Чем меньше число, тем выше точность. Для разных применений следует выбирать разные сорта.
Номинальная вторичная нагрузка (ВА): Это относится к полной мощности, соответствующей максимально допустимому сопротивлению, подключенному к вторичной обмотке трансформатора тока. Распространенные значения: 5ВА, 10ВА, 15ВА, 30ВА и т. д. Общее сопротивление подключенных приборов не должно превышать это значение; в противном случае ошибка увеличится.
Номинальное напряжение изоляции (Um): указывает класс выдерживаемого напряжения изоляции первичной стороны трансформатора тока относительно земли и вторичной стороны, например 0,72 кВ, 3,6 кВ, 7,2 кВ и т. д.

Сценарии Внутренние однофазные трансформаторы тока-широко используются в следующих целях: цепи измерения и защиты в заводских системах распределения электроэнергии; обнаружение тока в распределительных устройствах 10кВ и распределительных шкафах низкого-напряжения; текущий

отбор проб в устройствах РЗА подстанций; ящики учета электроэнергии в распределительных помещениях зданий; и схемы контроля тока в системах промышленной автоматизации.

Вопрос 1. Почему вторичная обмотка трансформатора тока не может быть разомкнута-?
A: Когда вторичная сторона разомкнута-замкнута, магнитный поток в железном сердечнике теряет размагничивающее действие вторичного тока, вызывая резкое увеличение магнитного потока. Это индуцирует высокое напряжение в несколько тысяч вольт на вторичной стороне, что может легко привести к пробою изоляции трансформатора тока и поражению электрическим током. Вторичную сторону необходимо-закоротить перед разборкой прибора.

Вопрос 2: Безопаснее ли выбрать больший коэффициент трансформации для трансформатора тока?
О: Не обязательно. Чрезмерно большой коэффициент трансформации приведет к недостаточному вторичному току при нормальной нагрузке, увеличению ошибок измерений и неточным показаниям приборов. Подходящий коэффициент трансформации следует выбирать на основе фактического максимального тока нагрузки; как правило, предпочтительным является нормальный рабочий ток, составляющий от 60% до 80% номинального первичного тока.

Вопрос 3: Можно ли устанавливать внутренние трансформаторы тока на открытом воздухе?
О: Нет. Конструкция изоляции и путь утечки внутренних трансформаторов тока разработаны для чистых помещений. Влажная, грязная и ультрафиолетовая среда на открытом воздухе ускоряют старение изоляции, что приводит к пробою или разрушению изоляции. Необходимо использовать специальные трансформаторы тока для наружной установки.