Измерительные трансформаторы тока и напряжения — технические характеристики

В чем разница между трансформаторами тока и напряжения

Если рассматривать вопрос, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения, то это алгоритм действия, назначение и компоновка, но иногда внешне приборы могут быть схожими.

Трансформаторы
Тока (ТТ)	Напряжения (ТН, силовые)
Принцип действия трансформатора тока необходимо отличать: у ТТ нет узкого диапазона номинала вторички и ее ток зависит от такового (измеряемого) первичных витков, поэтому первая всегда замыкается при подсоединенной нагрузке. Монтаж трансформаторов напряжения отличается и по этому пункту. Первичка может быть с одним витком через окно магнитопровода. На другой катушке строго определенный номинал. Основное отличие: функционирует как источник тока со значением защищаемого участка. Данная величина почти независима от нагрузок на вторичке.	Как работает трансформатор напряжения: при переходе между катушками (всегда много витков) меняются характеристики именно питания под параметры потребителя. То есть изоляция и защита тут на втором месте, имеют другую природу. Нагрузка может варьироваться в пределах возможностей изделия.
Цель — изолирование измерителей от высоких мощностей, для контроля, измерений электросетей.	Трансформаторы напряжения назначение режим работы и принцип действия имеют иные, чем ТТ. Цель — преобразование мощности для питания нагрузок разного номинала. Напряжение, продуцируемое электростанциями чрезвычайно высокое. Для подвода энергии применяют понижающие модели, а при передаче на большие расстояния (когда возможны потери) — повышающие.
На ЭУ, станциях, где подведена чрезвычайно мощная сеть до такой степени, что требуется дополнительная изоляция даже для замеров.	Для чего нужен трансформатор напряжения: эксплуатация бытовых и подобных электроустройств. Для «подгонки» под приемники энергии, благодаря чему возможно везде пользоваться универсальной сетью. Напряжение изменяется под потребности потребителя, становится подходящим для любой техники.
Встроен почти в каждый бытовой прибор, есть в общедомовых сетях.

Наличие в ЭУ слабо и среднемощных ТТ обезопасит работы — элемент разделяет цепи высоких/низких мощностей, упрощает измерители, реле.

Устройства, например, способны осуществлять понижение с тысяч ампер до 5 А, 1 А.

Важность коэффициента трансформации, класса точности, погрешности

Коэффициент трансформации (КТ) — определяет пропорциональность преобразования, задается при проектировании ТТ, при выпуске обязательно проверяется. На схеме это К1, определяемый соотношением l1/l2 (двумя векторами).

Эффективность коэффициентов собранных изделий отображает класс точности. При реальном функционировании токовые величины не постоянные, поэтому коэффициент обозначают номинальным. Пример: 1000/5 — при 1 кА рабочего тока (первичного) во вторичной цепи действует нагрузка 5 А. Именно по описанным значениям и проводится расчет продолжительность эксплуатации этого трансформаторного тока.

Погрешность ТТ влияет на класс его точности и определяется сечением, уровнем проницаемости материала магнитопровода, величинами магнитного пути.

Возрастание сопротивления нагрузки во вторичной цепи, превышающее возможности ТТ (при этом там генерируется повышенное напряжение), провоцирует пробой изоляции — трансформатор выходит из строя, перегорает

Поэтому важно правильно подбирать данный параметр. Предельное сопротивление есть в справочных материалах

Классификация трансформаторов

Трансформаторы бывают:

• повышающими (если на вторичной обмотке напряжение больше, чем на первичной);
• понижающими (если на второй катушке напряжение меньше, чем на первой).

Напряжение на первичной и выходной катушках зависит от соотношения количества витков обмоток на них. Чем их больше, тем выше напряжение. Соответственно, если входная обмотка имеет больше витков, чем выходная, на ней будет более высокое напряжение, и наоборот.

Трансформаторы отличаются обширной классификацией по назначению:

1. Силовой. Назначение силовых трансформаторов ясно из названия. В основном это устройства большой мощности, используемые в сетях ЛЭП для преобразования электрической энергии и передачи ее конечному потребителю. Использование таких устройств возможно в высоковольтных трехфазных сетях.
2. Автотрансформатор. Это прибор, в котором первичная и вторичная обмотки соединены между собой напрямую. Такое устройство характеризуется тремя выводами. Трансформаторы данного типа имеют повышенный риск высоковольтного удара по нагрузке. Поэтому они должны быть надежно заземлены.
3. Трансформатор тока или измерительный трансформатор. В таких устройствах первичную обмотку подключают последовательно в электроцепь с другими устройствами и получают гальваническую развязку. Первичная цепь контролируется изменением однофазной нагрузки, а вторичная катушка используется в цепи сигнализации или измерительных приборов. В таком типе устройства вторичная обмотка работает в режиме короткого замыкания. 
4. Трансформатор напряжения. Это устройство, понижающее напряжение. Обычно применяется для изоляции цепей защиты измерительных приборов.
5. Импульсный. Это прибор, созданный для преобразования импульсов при обязательном сохранении их формы. Устройство меняет амплитуду и полярность импульсных сигналов, не затрагивая форму.
6. Сварочный. Для работы такого устройства нужен большой сварочный ток, с помощью которого аппарат расплавляет металл. Сетевое напряжение при этом снижено до безопасного уровня.
7. Разделительный. Основной характеристикой такого прибора является отсутствие электрической связи между обводками. Силовые разделительные аппараты используют для повышения безопасности электросетей и для обеспечения гальванической развязки между узлами электроцепей.
8. Согласующий. Такое устройство применяется для согласования сопротивления в электронных схемах. Прибор обеспечивает минимальное искажение сигналов, создает развязки между узлами устройств в электрической цепи.
9. Пик-трансформатор. Аппарат преобразовывает синусоидальный ток в импульсное напряжение. Полярность напряжения на выходе меняется через каждые полпериода.
10. Воздушный. Это силовой трансформатор сухого охлаждения. Такой тип устройств обычно применяется для преобразования напряжения в сети, в том числе и в трехфазных схемах.
11. Масляный. Это силовой трансформатор, у которого охлаждение происходит с помощью специального масла. Такие приборы применяют при большой выходной мощности (выше 6 кВ), чтобы предотвратить разрушение изоляции обмоток вследствие их перегрева.
12. Сдвоенный дроссель. Устройство имеет абсолютно одинаковые катушки, между которыми образуется встречный индуктивный фильтр. Такой прибор эффективнее, чем у дросселя.
13. Вращающийся. Устройство состоит из двух половинок сердечника с катушками, которые вращаются относительно друг друга. Обмен сигналами в приборе происходит при больших скоростях вращения.

Подключение электросчетчика с трансформаторами тока

Одной из важнейших характеристик любого электросчетчика является его номинальный ток. То есть ток, который прибор может не только посчитать, но и долговременно через себя пропускать. Если в вашем доме стоит очень мощное оборудование, а потребляемый им ток имеет большие значения, то подобрать подходящий электросчетчик не удастся – счетчиков для таких мощностей просто не существует в природе. Как тут быть? Выход из положения – установка трансформаторов тока (ТТ).

Как работает и для чего нужен

Основной задачей прибора является пропорциональное преобразование тока одной величины в ток другой. Конструктивно изделие представляет собой железный сердечник, на котором размещены две обмотки. Первая включается в разрыв сети, состояние которой нужно контролировать, а вторая – к электросчетчику. Электроэнергия, проходя по первой обмотке, будет наводить ЭДС во второй, а отношение токов в этих катушках будет пропорционально отношению количества их витков.

Принцип работы токового трансформатора

Если, к примеру, первичная обмотка имеет 2 витка, а вторичная 20, то введенный во вторичной обмотке ток будет в 10 раз ниже тока первичной. В этом случае говорят, что коэффициент трансформации прибора 10 к 1 (10/1). Предположим, ваш токарный станок потребляет ток в 200 А. Такую мощность не выдержит ни один электросчетчик. Но если вы подключите прибор через ТТ, рассмотренный выше, то максимальная нагрузка через счетчик не будет превышать 200/10 = 20 А.

Совсем другое дело – токи такой величины легко сможет контролировать практически любой электросчетчик. Подбирая трансформаторы с тем или иным коэффициентом трансформации, вы легко можете вести учет расхода электроэнергии практически любой мощности обычными электросчетчиками.

Как подключить ТТ к трехфазной сети

А теперь о схеме включения счетчика через ТТ. Конечно, она будет несколько сложнее конструкции прямого включения, но не настолько, чтобы в ней не разобрался человек, имеющий представление о простейших электрических цепях.

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

В этой схеме электросчетчик подключен не в разрыв сетевых проводов, а ко вторичным обмоткам ТТ, которые обозначены как И1, И2. А в этот самый разрыв подключены первичные обмотки трансформатора (на схеме Л1, Л2).

Прежде чем взяться за сборку вышеприведенной схемы, необходимо четко разобраться в нескольких вопросах. От правильного их решения будет зависеть не только безопасная и долговременная работа схемы, но и ее работоспособность. Вот основные из них:

1. Правильный выбор сечения монтажных проводов.
2. Фазировка катушек ТТ.

Если вы не врезаете ТТ непосредственно в линию, то соединяющие провода первичной обмотки должны иметь то же сечение, что и проводка линии. Проводники, соединяющие ТТ и счетчик, конечно, могут быть тоньше, но они должны уверенно выдерживать ток, обозначенный на корпусе электросчетчика.

На фазировку (правильное подключение концов катушек) ТТ нужно обратить особое внимание. В противном случае прибор учета либо не заработает, либо будет врать, а то и закрутится в другую сторону, если он двунаправленный. Как разобраться с фазировкой? В этом поможет рисунок ниже:

Как разобраться с фазировкой? В этом поможет рисунок ниже:

Набор токовых трансформаторов для трехфазной сети

Даже если ваши трансформаторы не совсем похожи на приведенные, особой разницы нет – в любом случае все выводы обмоток маркируются единообразно. Контакты первичной, силовой обмотки отличить несложно – они гораздо мощнее контактов вторичной и расположены с противоположных сторон изделия. Маркируются они Л1 и Л2. Выводы обмотки 2, подключаемой к электросчетчику, в этом варианте исполнения закрыты прозрачной крышкой и имеют обозначение И1, И2. Если взглянуть на схему подключения счетчика, то можно увидеть, что катушки не только должны быть подключены каждая на свое место, но и правильно сфазированы:

• Л1 – на ввод питающей линии;
• Л2 – выход на нагрузку;
• И1 – на ввод счетчика;
• И2 – выход счетчика.

Что касается расцветки корпуса ТТ, она условна и служит только для удобства монтажа. Фактически все три трансформатора абсолютно идентичны.

Как быть, если в вашем доме однофазная сеть, но ток потребления слишком велик для электросчетчика? Такая ситуация достаточно редка, но она случается. И здесь выручит токовый трансформатор, причем всего один. Как подключить однофазный электросчетчик через ТТ понятно из рисунка ниже:

Схема подключения однофазного электросчетчика с трансформатором тока

Возможные неисправности и признаки нарушений работоспособности

Трансформаторы сталкиваются с различными негативными факторами в процессе работы. Это и высокие непрерывные нагрузки. Механические повреждения. Окружающие неблагоприятные воздействия. Короткие замыкания. Перегрузы, перегрев устройства и многое другое. Для работы трансформаторов, так же, требуется создавать определенные условия в помещениях, где они располагаются. Регулярно анализировать рабочие процессы, проводить диагностику и своевременно устранять нарушения, предотвращая поломки. Не допускается:

• Высокая температура и влажность в помещении.
• Отсутствие оптимального уровня масла.
• Работа при внутренних повреждениях.

Выявить отклонения на ранних стадиях помогут:

• Проверки нагрузки.
• Ведение «журнала» обслуживания.
• Изменение звука рабочих процессов.
• Температура.
• Высокие вибрации.
• Осмотр обмотки.

Требования к конструкции

При выборе конструкции отталкиваются от того, для чего нужен трансформатор. Зачем устанавливать шинный или проходной ТТ, если напряжение, с которым ему придётся работать, лежит в пределах от 1 до 3 кВ?

К требованиям можно отнести следующие пункты:

• выбранное устройство должно подходить к условиям эксплуатации и месту установки;
• при наружном применении выводы трансформатора должны содержать защитные крышки;
• выводы обмоток обязаны иметь маркировку;
• наличие мест захвата для подъёма у тяжёлых ТТ (более 50 кг);
• знак заземления у места присоединения заземляющего проводника.

Выполнение всех контактных зажимов обмоток выполняются согласно требований ГОСТ 10434-82 (при внутренней установке) и ГОСТ 21242-75 (при наружном размещении).

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

   Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

   Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит для преобразования тока, протекающего в первичной цепи к унифицированному сигналу (как правило, тоже току) во вторичной цепи. Отношение первичного тока (I₁) ко вторичному (I₂) — есть коэффициент трансформации (k_ТТ):

I₁/I₂=k_ТТ

Для стандартизации изготовления по ГОСТ 7746-2001 приняты ряды для трансформаторов тока:

• Первичный ток (I₁), А: 1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000;
• Вторичный ток (I₂), А: 1; 2; 5.

Идеальная работа трансформатора тока — когда его вторичная обмотка замкнута накоротко, т. е. сопротивление на выводах обмотки приближается к нулю. На практике во вторичной обмотке присутствуют хоть и низкоомные, но всё же имеющие сопротивление катушки реле, обмотки измерительных преобразователей или источников оперативного тока. И, естественно, сами провода. Все они подключены последовательно, значит полное сопротивление на вторичной обмотке складывается из всех сопротивлений включенных в неё устройств. Оказывается, чем больше это сопротивление, тем хуже точность измерения у трансформатора тока.

Номинальные параметры приведены ниже, но не всё из них указывают на табличках трансформаторов тока:

• Номинальное напряжение U_НОМ, кВ: Например, 10 кВ;
• Коэффициент трансформации, например: 150/5, где 150 — номинальный первичный ток, а 5 — номинальный вторичный ток;
• Наибольший рабочий первичный ток I_1КР, А: 160;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при коэффициенте нагрузки Cosφ₂ = 1, ВА;
• Номинальная вторичная нагрузка S_2НОМ при активно-индуктивной нагрузке Cosφ₂ = 0,8;
• Класс точности обмотки: 0,5S; 10Р и т. д.
• Не всегда, но указывают точку намагничивания. Например: 0,15 А — при этом значении должен произойти перегиб вольт-амперной характеристики. Или еще указывают и ток, и напряжение: 0,15 А; 63 В. Про вольт-амперную характеристику (ВАХ) поговорим дальше.
• Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты K_НОМ;
• Номинальный коэффициент безопасности приборов К_БНОМ, вторичных обмоток для измерений;

По ГОСТ 7746-2015 вывода трансформатора тока обозначаются буквами:

• Односекционная первичная обмотка: Л1 — начало, Л2 — конец;
• Если первичная обмотка состоит из нескольких составляющих (секций) соединенных последовательно, то общее начало будет всё равно Л1, общий конец — Л2, а промежуточные между ними обмотки будут обозначаться Н2, Н3, … Нn — начало 2-ой, 3-ей и так далее до n-ой секции; концы этих секций будут иметь обозначение К1, К2, … Кn.

В отличие от первичной обмотки, которая может быть составной, но всё равно является одной цепью, вторичных обмоток может быть несколько. Мало того, вторичные обмотки могут иметь ответвления. С учетом этого их обозначают так:

• Если вторичная обмотка одна, то начало обозначают И1, а конец И2;
• Когда вторичная обмотка одна, но имеет ответвления, то И1 — начало, И2, И3, … Иn-1 — промежуточные,  Иn — конец;
• Если вторичных обмоток несколько, то перед И добавляют число, обозначающее порядковый номер обмотки: 1И1-начало первой обмотки, 1И2- конец первой обмотки, 2И1-начало второй обмотки, 2И2- конец второй обмотки и так далее.

Поясню еще, что такое «начало» и «конец» у обмотки на всякий случай. Это, разумеется условные понятия. Но, как мы увидим дальше, пренебрегать ими никак нельзя. В этом должен быть порядок. Итак, представим ток в виде потока электронов. В какой-то момент поток течет от Л1 к Л2 и наводит во вторичной обмотке другой поток поменьше. Этот поток будет выходить из И1 и стремиться через нагрузку к И2. Еще раз: в Л1 — входит, из И1 — выходит. Такое направление токов называется — «в фазе«, а полярность выводов (Л1 и И1) — совпадает. Если в Л1 входит и в И1 входит, то это противофаза, а полярность выводов считается противоположной. В следующий момент поток электронов меняется на обратный и течет от Л2 к Л1, и из Л1 — выходит, а в И1 входит вторичный ток. И так 50 раз за секунду при частоте 50 Гц.

Подключение трансформатора тока

Подключение трансформатора тока в цепь может осуществляться сразу несколькими способами:

Схема 1

Итак, данная система состоит сразу из трех трансформаторов тока, которые обобщены и закреплены в одну звезду. Эту схему принято использовать в качестве цепной защиты от короткого замыкания (будь то многофазное или однофазное замыкание). В том случае, если по цепи проходит ток ниже установленного уровня реле (ka 1-ka 3), то режим работы будет считаться нормальным и цепная защита короткого замыкания не сработает.

Схема №1

Стоит сказать, что ток, протекающий в цепи от ka 0-реле, принято воспринимать в виде геометрической суммы тока (сумма всех 3-х его фаз) Если увеличить в какой-либо фазе ток, то защитная цепь короткого замыкания включится в работу (реле (ka 1-ka 3)).
Для отключения трансформатора в этой цепи и схеме необходимо по-просту приземлить ток.

Схема 2

Вторая схема подключения трансформатора тока в цепь имеет схожие черты с первой. Однако, есть существенные отличия, о которых нельзя не сказать

Итак, это структура, включающая несколько трансформаторов тока, как правило, используется в целях безопасности цепи от межфазного замыкания (важное замечание — электрическая цепь имеет нейтральную заземленность)

Схема №2

Данная система начнет работать в случае прохождения тока через реле (опять же ka 1-ka 3) и наличия не самых мощных элементов (потребителя и источника).

Схема 3

Пришло время поговорить и о схеме под номером три, не имеющей серьезных отличий от предыдущих. Она представляет из себя некое соединение в форме треугольника, где нормальный режим работы осуществляется путем проникновения тока в реле.

Схема №3

Как правило, эта структура применяется в электрических установках для проведения релейных ( релейных — означает дифференциальных, которые отличаются своей селективностью и быстротой действия).

Схема 4

И, наконец, последний — четвертый вид схемы.

Схема №4

Данная структура считается достаточно практичной и универсальной. Это связано с тем, что процесс подключения трансформатора тока в таком виде не только позволяет защитить электрическую цепь от однофазных/межфазных замыканий, но и способна повысить величину тока в необходимых реле.

Отключение также происходит путем заземления.

Опасные факторы при работе с трансформатором тока

При работе с ТТ необходимо быть чрезвычайно осторожным, поскольку существуют значительные риски пострадать вплоть до летального исхода. Итак, следует опасаться:

Возможности поражения высоковольтным потенциалом, что может случиться в случае повреждения изоляции. Так как магнитопровод трансформатора тока сделан из металла, то он имеет хорошую проводимость и соединяет магнитным путём отделенные обмотки ТТ (первичную и вторичную). Поэтому существует повышенная опасность, что персонал получит электротравмы, или повредится оборудование вследствие дефектов в изоляционном слое. Чтобы избежать таких ситуаций, заземляют один из вторичных выводов трансформатора.

Возможность поражения высоковольтным потенциалом из-за разрыва вторичной цепи. Её выводы промаркированы как «И1» и «И2». Чтобы направление, по которому протекает ток, было полярным и совпадало по всем обмоткам, они всегда во время работы трансформатора подключаются на нагрузку. Это необходимо из-за того, что ток, проходящий по первичной обмотке, имеет мощность высокого потенциала, которая передаётся во вторичную цепь с незначительными потерями. При разрыве в таких случаях резко уменьшаются показатели из-за утечки во внешнюю среду. При таких происшествиях значительно ускоряется падение напряжения на данном разорванном участке. Потенциал, который сформировывается на разомкнутых контактах, при прохождении тока достигает нескольких киловольт. Такое значение является опасным для жизни. Поэтому необходимо убеждаться, что все вторичные цепи на трансформаторах тока надежно собраны. А при выходе из строя устанавливаются шунтирующие закоротки. Принцип действия трансформатора не терпит пренебрежения правилами безопасности, и получить электротравму очень легко.

Конструкторские решения, которые были использованы в трансформаторах тока. Любой ТТ, как и все электротехнические устройства, должен решать определённые задачи, которые возникают во время эксплуатации электроустановок. Благо, промышленность предлагает значительный ассортимент. Но в некоторых случаях бывает лучше усовершенствовать имеющуюся конструкцию с точки зрения предприятия, чем изготавливать что-то новое, чем многие и пользуются, не имея достаточного опыта. Без знания, что собой представляет принцип действия трансформатора, последствия такого вмешательства могут создать ситуации, опасные для жизни.

Конструкция и устройство трансформатора тока

Итак, если говорить о конструкции трансформатора тока, то следует начать с его внешнего вида.

Прежде всего, обратим внимание на шину, сердечник и диэлектрический корпус, а точнее, на его наличие. Для кого-то это покажется странным, но без него в конструкции трансформатора не обойтись

При этом этот корпус по форме может отличаться: он может быть представлен и в цилиндрическом виде, и в прямоугольном, и в квадратном.

В середине корпуса располагается небольшой промежуток, служащий охвату проводов, которые выступают в качестве первичной обмотки.

Раз уж мы коснулись обмотки, то нельзя не сказать о внутреннем устройстве трансформатора и двух видах обмотки (смотреть рисунок).

Схемы токовых цепей

До этого мы рассматривали токовую цепь применительно к одной фазе. На практике это используется крайне редко, потому что даже если взять отдельно три однофазные токовые цепи, они не будут обладать теми свойствами, которыми обладают традиционные схемы типа «звезда», «неполная звезда», «треугольник» и прочие.

Существует множество схем токовых цепей. Каждая из них имеет свои свойства и применима только в определенных электроустановках.

Схема полной звезды

Распространенная схема: трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. В каждой фазе устанавливается защитное реле. А замыкается цепь через один общий провод, называемый «нулевым».

Схема обладает следующими свойствами:

• В нормальном режиме (при симметричной нагрузке) в схеме протекают токи Ia, Ib, Ic. По закону Кирхгофа, в нулевом проводе ток отсутствует, так как геометрическая сумма векторов фазных токов Ia+Ib+Ic равна нулю;
• При глухом двухфазном замыкании (например, фаз B и C), наблюдается аналогичная предыдущему случаю картина: в фазе A ток Ia будет отсутствовать, в фазах B и C токи будут в противофазе: Ib = -Ic. Следовательно, их сумма так же будет равна нулю, и ток в нулевом проводе Io будет отсутствовать;
• При однофазном замыкании появляется составляющая нулевой последовательности Io. Так как она не может быть скомпенсирована, ей деваться некуда — она замыкается (протекает) по нулевому проводу. Отсюда следует важный вывод: нулевой провод является фильтром нулевой последовательности;
• Так как ток в защитном устройстве равен току в фазе, то коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Подводя итог перечисленным свойствам, можно сделать вывод, что схема полной звезды реагирует на любые виды замыканий: при любых междуфазных замыканиях срабатывают защитные устройства в фазных проводах, а при однофазном замыкании — защитное устройство в нулевом проводе.

Схема неполной звезды

Более распространенная схема, чем предыдущая. Отличается от полной звезды отсутствием трансформатора тока цепи одной из фаз. Как правило, в фазе B.

Схема обладает свойствами:

• В нормальном режиме при симметричной нагрузке ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов двух фаз, в которых установлены измерительные трансформаторы тока: Ia + Ic = -Ib;
• При двухфазном замыкании между A-B или B-C в нулевом проводе появляется ток, равный -Iа или -Ic. При замыкании А-С в нулевом проводе протекает сумма токов Ia + Ic.
• При однофазном замыкании фаз A или C, в нулевом проводе так же возникает ток нулевой последовательности поврежденной фазы. При повреждении в фазе B ток нулевой последовательности не возникает.
• Коэффициент схемы равен K_СХ = 1.

Недостатком этой схемы — реакция не на все виды однофазного короткого замыкания. Поэтому такие схемы применяются в сетях с большим сопротивлением при замыканиях на землю, т. е. в сетях 6 — 35 кВ.

Соединение трансформаторов тока в треугольник

Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются последовательно: начало ТТ фазы A — с концом ТТ фазы B, начало ТТ фазы B — с концом фазы C, начало ТТ фазы C — с концом ТТ фазы А. Обмотки защитного устройства подключают к выводам И1 фаз A, B и C и соединяются в звезду.

Рассмотрим, какими свойствами обладает рассматриваемая схема:

• При симметричной нагрузке и трехфазном коротком замыкании через защитные реле протекает ток, равный разности токов двух фаз, а следовательно, в √3 раз больше фазного и сдвинут на 30°;
• При двухфазных и однофазных замыканиях величина тока через защитное реле зависит от характера замыкания;
• На однофазные замыкания на землю данная схема не реагирует;
• Коэффициент схемы равен K_СХ = √3.

Данная схема реагирует на все виды коротких замыканий, кроме замыканий на землю. Увеличивает чувствительность защиты за счет увеличения тока в реле до 2 крат.

Вид КЗ	Поврежденные фазы	Токи в фазах	Токи в реле
I	II	III
Двухфазное	А, В	Ib=-IaIc=0	2Ia	Ib	-Ia
В, C	Ic=-IbIa=0	-Ib	2Ib	-Ic
C, A	Ia=-IcIb=0	Ia	-Ic	2Ic
Однофазное	А	Ia=IКЗIb и Iс = 0	Ia	-Ia
В	Ib=IКЗIa и Iс = 0	-Ib	Ib
C	Ic=IКЗIa и Ib = 0	-Ic	Ic