КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Различают одновитковые и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом ТТ первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин. Примером такого исполнения является трансформатор типа ТПОЛ-10 с номинальным напряжением 10 кВ (рис. 22.15), который используется как проходной изолятор при переходе линии из одного помещения в другое.

Применение литой эпоксидной изоляции позволяет сильно упростить конструкцию и технологию производства по сравнению со сборными ТТ с фарфоровой изоляцией. Первичная обмотка-стержень 4, магнитопроводы / и крепежное кольцо 3 устанавливаются в специальную форму и заливаются жидкой смесью эпоксидной смолы, пылевидного кварцевого песка и отвердителя. После затвердения и полимеризации эта смесь приобретает высокие электрические и механические свойства.

По сути дела ТТ по рис. 22.15 имеет два независимых трансформатора, параметры которых могут быть различными. Магнитопроводы трансформатора выполняются в.виде двух тороидальных сердечников /, навитых лентой из текстурованного материала, например марки 3413.

Если вторичная обмотка 2 равномерно распределена на тороидальном магнитопроводе, то ее индуктивное сопротивление х2 в схеме замещения равно нулю, что позволяет снизить погрешность измерения ТТ. Конструкция допускает установку нескольких ТТ с разными параметрами на одной стержневой первичной обмотке.

Электродинамическая стойкость одновитковых ТТ достаточно высока, так как на первичную обмотку действуют силы только от подводящих шин и соседних фаз. При трехфазном КЗ между стержнями первичных обмоток соседних фаз возникает электродинамическая сила. Кроме того, на конец стержня передаются силы, действующие на подводящую шину, которая одним своим концом укреплена на ближайшем опорном изоляторе, вторым — на стержне ТТ,

Электродинамическая стойкость, гарантированная заводом-изготовителем, относится обычно к определенному расстоянию между фазами и определенной длине шины, соединяющей опорный изолятор с ТТ [3.1 J. Недостаток одновитковых ТТ заключается в большой погрешности при малом номинальном первичном токе, поскольку wt = \. Поэтому одновитковые трансформаторы тока применяются при токах 400 А и более. При первичном токе более 2 кА применяются одновитковые шинные трансформаторы тока. В качестве первичной обмотки используется пакет шин распределительного устройства, который проходит через окно магнитопровода. Электродинамическая стойкость такого ТТ определяется механической прочностью шин, их креплением и заводом не нормируется.

Одновитковые трансформаторы тока могут быть встроенными. В этом случае используются токоведущий стержень и изолятор другого аппарата или оборудования (выключателя, силового трансформатора, проходного изолятора и др.). Расположение четырех таких трансформаторов в выключателе показано на рис. 18 2. Применение встроенных ТТ дает большой экономический эффект.

На проходном изоляторе встроенных ТТ, как правило, устанавливается несколько ТТ, вторичные обмотки которых можно соединять последовательно или параллельно При последовательном соединении вторичных обмоток коэффициент трансформации не изменяется, так как удваивается число первичных и вторичных витков. Вторичный ток сохраняется неизменным, а вторичная ЭДС удваивается, что позволяет увеличить в 2 раза вторичную мощность. Для встроенных ТТ это очень важно, так как они удалены от реле и измерительных приборов, благодаря чему сопротивление соединяющих проводов получается большим. При параллельном соединении вторичных обмоток коэффициент трансформации уменьшается, так как первичные обмотки включаются последовательно. При этом вторичный ток двух ТТ увеличивается. Это дает возможность получить вторичный ток, приближающийся к стандартному значению 5 А, например при первичном токе /том=200 А.

Вторичные обмотки имеют отводы, которые позволяют в небольшом диапазоне регулировать коэффициент трансформации.

При малых первичных токах (ниже 400 А) для получения высокого класса точности применяются многовитковые трансформаторы тока. При любом значении первичного тока необходимая для данного класса точности первичная МДС Ft получается за счет увеличения числа витков первичной обмотки W\. На рис. 22.16 показан многовитковый трансформатор на напряжение 10 кВ. На прямоугольном шихтованном магнитопроводе / расположена вторичная обмотка 2. Первичная обмотка 3 выполняется из медной шины. Первичная обмотка выведена на контакты 5, вторичная — на контакты 6. Все детали ТТ залиты эпоксидным компаундом 4.

При КЗ на витки первичной обмотки действуют разрывающие электродинамические силы, что снижает стойкость ТТ Кроме того, на первичной обмотке из-за ее относительно большой индуктивности может появиться значительное падение напряжения. Это является недостатком данной конструкции ТТ.

При напряжении 35 кВ и выше для открытых установок применяются ТТ с масляной изоляцией. Наиболее распространены ТТ так называемого звеньевого типа (рис. 22.17). Три тороидальных магнитопровода / со вторичными обмотками 2 охвачены первичной обмоткой 4, выполняемой мягким многожильным проводом и обычно имеет несколько параллельных ветвей (на рис. 22.17 две ветви). При переходе с параллельного соединения на последовательное первичный номинальный ток трансформатора уменьшается в 2 раза.

Первичная и вторичная обмотки изолируются кабельной бумагой 5 толщиной 0,12 мм.

. Двухступенчатый каскадный трансформатор тока:

а — принципиальная схема; б — общая компоновка

После наложения изоляции магнитопровод с обмотками крепится к основанию ТТ с помощью лап 3. К этому же основанию крепится фарфоровый кожух, который защищает обмотки от воздействия окружающей среды. Внутренняя полость ТТ после вакуумной сушки заполняется трансформаторным маслом. Масло пропитывает кабельную бумагу и заполняет все пустоты. Такие ТТ выполняются на напряжение до 220 кВ. Общий вид ТТ типа ТФН-35 на напряжение Uном=35 кВ представлен на рис. 22.18. Здесь 1 — вывод ветвей первичной обмотки; 2 — вывод первичной обмотки; 3 — магнитопровод; 4 — вторичная обмотка; 5 — изоляция из кабельной бумаги; 6 — фарфоровая покрышка; 7 — трансформаторное масло.

С ростом поминального напряжения стоимость ТТ возрастает примерно пропорционально квадрату напряжения, в основном за счет изоляции. Поэтому при напряжении Uном >220 кВ применяют каскадные трансформаторы тока. На рис. 22.19,6 показан двухступенчатый каскадный ТТ на напряжение 500 кВ. Схема включения обмоток дана на рис. 22.19, а. Здесь Wi — первичная обмотка верхней ступени; и>2 — вторичная обмотка верхней ступени; w3 — первичная обмотка нижней ступени; а>4, ws — вторичные обмотки нижней ступени; RH — нагрузка ТТ. Общая компоновка показана на рис. 22.19,6. Каждая ступень представляет собой ТТ на напряжение 250/]ЛЗкВ, аналогичный показанному на рис. 22.17. Вторичная обмотка первой ступени питает первичную обмотку второй ступени. При перевозке каждая ступень, залитая маслом, доставляется к месту установки отдельно. Стоимость двухступенчатого трансформатора примерно в 2 раза меньше, чем одноступенчатого. Недостатком каскадного ТТ является увеличение погрешности из-за увеличения сопротивления обмоток.

В связи с повышением номинального напряжения до 1150 кВ и выше представляется целесообразным переход на ТТ с оптико-электронной системой. Датчик тока может находиться под высоким потенциалом и модулировать световой поток, подаваемый с земли по волоконному световоду (внешняя модуляция). В другом варианте датчик тока сам вырабатывает модулированный световой поток, который по световоду передается на потенциал земли (внутренняя модуляция) [18.2]. Однако вследствие сложности такие системы пока широкого применения не получили.