11.2. Измерительные трансформаторы тока

ИТТ имеет одну первичную обмотку w₁ и несколько вторичных w₂ (одни из них используются для подключения обмоток реле, другие для подключения измерительных приборов). ИТТ включают в рассечку фазы, как показано на рис.11.1, а; здесь I₁ - первичный ток, I₂ — вторичный ток.
ИТТ могут быть встроенными в конструкции электрических аппаратов и отдельно стоящими, т.е. выносными.
В некоторых конструкциях встроенных ИТТ магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку. Первичной обмоткой трансформатора служит токопровод, проходящий через окно магнитопровода и изолятора (рис. 11.1, б). Здесь 1 – клемма первичной обмотки – токопровода 3, 2 – замкнутый магнитопровод из ферромагнитного материала, 4 – вторичная обмотка.
Сопротивления обмоток реле, амперметров и других приборов, подключаемых к ИТТ, очень малы, поэтому он практически работает в режиме короткого замыкания.

Зажимы обмоток ИТТ маркируются (рис. 11.2, а), так как необходимо знать одноимённые их выводы. Если принять произвольно за начало Н первичной обмотки любой её зажим, то за начало Н вторичной обмотки принимают зажим, из которого вторичный ток I₂ направлен во внешнюю цепь в тот момент времени, когда первичный ток I₁ направлен от начала H к концу К. Заводы-изготовители обозначают начало и конец первичной обмотки ИТТ Л₁ и Л₂, а начало и конец вторичной обмотки И₁ и И₂. Уравнения для обмоток ИТТ запишем на основе первого и второго правила Кирхгофа, используя символический метод (рис.11.2, а).

Для практических расчётов пользуются схемами замещения ИТТ, в которых магнитная связь между обмотками заменяется электрической. Наиболее часто используется Т-образная схема замещения (рис.11.2, б). Здесь - сопротивление ветви намагничивания (в ней протекает ток намагничивания I₀ ).


Рассмотрим стационарный режим работы ИТТ при синусоидальном первичном токе.
При протекании по первичной обмотке переменного тока I₁ в магнитопроводе создаётся магнитный поток Ф₁ , который наводит ЭДС во вторичной обмотке. Пусть вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку Z₂ , тогда в ней будет протекать ток I₂ . Этот ток согласно закону Ленца имеет направление, противоположное направлению первичного тока I₁ . Вторичный ток создаёт в магнитопроводе магнитный поток Ф₂ , который направлен встречно потоку . В результате геометрического сложения потоков Ф₁ и Ф₂ в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф₀=Ф₁-Ф₂ , составляющий несколько процентов от Ф₁ . Посредством потока Ф₀ и осуществляется передача энергии из первичной обмотки во вторичную.
При протекании токов в обмотках создаются магнитодвижущие силы (МДС):
• в первичной обмотке F₁=I₁w₁ ,
• во вторичной обмотке F₂=I₂w₂ .
При отсутствии потерь энергии в ИТТ МДС и числено, равны, но направлены в противоположные стороны. Такой ИТТ называется идеальным.
Для идеального ИТТ справедливо равенство

В реальных ИТT преобразование тока сопровождается потерями энергии, расходуемой на создание магнитного потока в магнитопроводе, на нагрев и перемагничивание магнитопровода, а также на нагрев проводов обмоток. Поэтому в реальных ИТТ первичная МДС должна обеспечить создание необходимой вторичной МДС, а также дополнительной МДС, расходуемой на намагничивание магнитопровода и покрытие других потерь энергии. Следовательно, для реального ИТТ уравнение (11.1) имеет вид

где - полная МДС намагничивания, затрачиваемая на проведение магнитного потока Ф0 по магнитопроводу, на перемагничивание и нагрев его.
В соответствии с этим, равенство (11.2) примет вид

Следовательно, из-за наличия тока намагничивания реальный ИТТ не обеспечивает пропорциональности первичного и вторичного токов, т.е. работает с погрешностью. Качество работы ИТТ характеризуется полной ε, токовой f и угловой δ погрешностями.
В качестве регламентируемой погрешности установлена полная погрешность при синусоидальном первичном токе, которая определяется по формуле

В зависимости от значения допускаемых погрешностей трансформаторы тока подразделяют на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10. Приведенные цифры соответствуют допускаемой для данного класса погрешности при номинальном значении тока.

Величина вторичного тока зависит от кратности первичного тока k=I₁/I₁ (I₁ - номинальный первичный ток ИТТ) и сопротивления нагрузки Z₂ .

С увеличением и вторичный ток уменьшается по сравнению со значением из-за увеличения намагничивающего тока . Допустимая погрешность трансформации обеспечивается работой ИТТ в режиме, близком к короткому замыканию вторичной обмотки w₂ , т.е. с небольшим Z₂ . При размыкании вторичной обмотки поток Ф₀ резко возрастает и мгновенные значения ЭДС во вторичной обмотке могут оказаться недопустимо большими, что может вызвать пробой изоляции обмотки и выход из строя ИТТ. Поэтому при протекании тока по первичной обмотке ИТТ вторичную обмотку нельзя размыкать. При необходимости замены измерительного прибора или реле вторичная обмотка ИТТ предварительно накоротко замыкается (или шунтируется обмотка реле, прибора).
При построении релейной защиты схемы цепей тока ИТТ строятся так, чтобы была обеспечена необходимая её чувствительность при использовании наименьшего количества оборудования. По числу фаз, в которые включены используемые в схеме ИТТ, различают: трёхфазные схемы (ИТТ включены в три фазы) и двухфазные (ИТТ включены в две фазы), которые могут использоваться лишь в защитах от многофазных КЗ. Основные схемы соединения обмоток ИТТ – звезда и треугольник.