Почему вторичную обмотку трансформатора тока нельзя оставлять разомкнутой

Трансформатор тока нормально работает в режиме короткого замыкания и не допускает работы в холостую. При работе с трансформаторами тока необходимо следить за тем, чтобы вторичная обмотка трансформатора тока при подключенной первичной не оставалась разомкнутой.

Вторичную обмотку трансформатора тока нельзя оставлять разомкнутой, если по первичной обмотке проходит измеряемый ток, по следующим причинам.

При размыкании вторичной цепи, что может быть, например, при отключении амперметра, исчезает встречный магнитный поток Ф2, следовательно, по сердечнику начинает проходить большой переменный поток Ф1, который вызывает наведение большой ЭДС во вторичной обмотке трансформатора тока (до тысячи вольт), так как вторичная обмотка имеет большое число витков. Наличие такой большой ЭДС нежелательно потому, что это опасно для обслуживающего персонала и может принести к пробою изоляции вторичной обмотки трансформатора тока.

Схема включения измерительного трансформатора тока

При возникновении в сердечнике большого потока Ф1 в самом сердечнике начинают наводиться большие вихревые токи, сердечник начинает сильно нагреваться, и при длительном нагреве может выйти из строя изоляция обеих обмоток трансформатора. Поэтому надо помнить, что, если надо отключить измерительные приборы, то необходимо сначала закоротить либо вторичную, либо первичную обмотку трансформатора.

У некоторых трансформаторов тока для этой цели предусмотрены специальные устройства (гнезда со штекерами, перемычки и т. д.). Если таких устройств нет, то необходимо их сделать самим.

Источник

Опасность размыкания вторичной обмотки ТТ

В данной статье речь пойдет об опасности размыкания вторичной обмотки трансформаторов тока (ТТ).

Трансформаторы тока предназначены для преобразования первичного тока до наиболее удобных для измерительных приборов и реле значений и отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока работает при постоянной нагрузке во вторичной цепи и переменной величине тока в первичной обмотке, т.е. при переменном магнитном потоке. Нормальный режим его работы близок к условиям короткого замыкания, так как его вторичная обмотка замкнута на последовательно соединенные обмотки приборов, реле и других аппаратов с незначительным сопротивлением.

Трансформатор тока представляет собой замкнутый магнитопровод 2 (рис.9.35 а) [Л1, с.285-287] и две обмотки. Первичную обмотку 1 включают последовательно в контролируемую цепь (цепь измеряемого тока) I₁. Ко вторичной обмотке 3 присоединяют последовательно токовые обмотки приборов и реле, обтекаемые током I₂. Тогда коэффициент трансформации равен [Л1, с.286]:

Номинальные вторичные токи равны 5 А и 1 А.

На векторной диаграмме (рис. 9.35 б) показана результирующая магнитнодвижущая сила (МДС) F₀. В нормально режиме работы она сравнительно невелика, что обусловливает малые значения магнитного потока (Ф) и электродвижущей силы Е2 (ЭДС), наводимой во вторичной обмотке.

При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней равен нулю, т.е. I₂ = 0, и МДС вторичной обмотки также равна нулю, т.е. F₂=I₂w₂=0. Так как ток в первичной обмотке I₁ и ее МДС F₁ практически не изменяются, то результирующая МДС F₀ увеличивается во много раз и становится равной F₁.

Соответственно увеличивается магнитный поток Ф, величина которого ограничивается лишь насыщением сердечника и индукцией в стали сердечника, при этом за счет повышенных потерь в стали сердечника происходит сильный нагрев магнитопровода, вплоть до пожара.

В результате магнитный поток Ф наведет во вторичной обмотке значительную ЭДС, а напряжение на разомкнутых концах этой обмотки может возрасти с нескольких десятков до тысяч вольт, что, опасно для:

• обслуживающего персонала;
• изоляции вторичной обмотки;
• приборов, реле и терминалов защит.

Поэтому при эксплуатации запрещается разрывать вторичную цепь работающего трансформатора тока согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.4.16, тем более что это может совпасть с режимом к.з. в первичной обмотке.

Перед отключением прибора от трансформатора тока необходимо предварительно замкнуть накоротко его вторичную обмотку используя испытательные блоки или зашунтировать обмотку реле, прибора и только после этого отъединить прибор.

Нормальным режимом работы ТТ является режим К3 , а режим с разомкнутой вторичной обмоткой (режим холостого хода) — аварийным режимом . Поэтому если ТТ включен и к его вторичной обмотке не подключена нагрузка, то эту обмотку следует обязательно закоротить.

1. Электроснабжение сельского хозяйства. И.А. Будзко, 2000 г.

Источник

Причины, почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока

Кроме трансформаторов, питающих электрооборудование, есть устройства, которые используются для измерения тока. Это трансформаторы тока (ТТ). Первичная обмотка этих устройств включается последовательно с нагрузкой, а к вторичной обмотке подключается амперметр или защитное устройство, обладающее низким сопротивлением. Эти приборы отличаются от обычных электротрансформаторов, в которых режим холостого хода (разомкнутые вывода вторичной катушки) является нормой. Если вторичную обмотку трансформатора тока ТТ разомкнуть, то устройство может выйти из строя.

Что из себя представляет измерительный трансформатор тока

Трансформатор тока — это небольшой электротрансформатор, обычно мощностью 5Вт, в котором первичная катушка намотана толстым проводом или шиной. В аппаратах, предназначенных сетей с силой тока более 100А вместо обмотки используется кабель или шина, проходящая через магнитопровод.

Нагрузкой ТТ являются амперметры, реле максимального или минимального тока и токовые обмотки электросчетчиков. Это аппараты, обладающие малым внутренним сопротивлением, поэтому ТТ работает в режиме КЗ.

Виды ТТ

Такие трансформаторы есть разных типов:

• Сухие. Самый распространенный вид. Первичная обмотка выполнена из неизолированной шины или нескольких витков толстого провода.
• Тороидальные. Первичная катушка отсутствует, вместо этого аппарат надевается на изолятор высоковольтного трансформатора или через него пропускается кабель. Отличаются простотой конструкции и низкой точностью измерений. Применяются в цепях защиты.
• Высоковольтные. Используются для измерения в цепях высокого напряжения и для разделения измерительных приборов и цепей ВН.

Основные параметры

Главными параметрами при выборе аппарата являются следующие:

• Номинальное напряжение. Определяется изоляцией обмоток и указывает, в сетях с каким напряжением допускается использовать устройство.
• Номинальный ток первичной цепи. Это максимальная измеряемая величина, при котором возможна длительная работа.
• Номинальный ток вторичной цепи. Нагрузка вторичной обмотки при подключенных реле или амперметре.
• Сопротивление нагрузки. Полное сопротивление амперметра, катушки реле или электросчетчика. Отклонение этого параметра от паспортных данных влияет на точность измерений.
• Коэффициент трансформации. Определяется соотношением первичного и вторичного токов.

Информация! Большинство параметров указывается на корпусе аппарата, остальные данные есть в паспорте устройства.

Преимущества использования

Применение ТТ дает преимущества при проектировании и эксплуатации электросетей:

• использование одинаковых по конструкции амперметров, отличающихся только градуировкой шкалы;
• разделение сетей высокого и низкого напряжения;
• увеличение диапазона измерений.

Применение

Измерительные трансформаторы используются в следующих случаях:

• Измерение тока, величина которого не позволяет измерить его непосредственно амперметром. Обычно это больше 5А.
• Питание электросчетчиков. Позволят измерять бОльшую мощность, чем предусмотрено аппаратом.
• Использование в качестве разделительного трансформатора. Позволяет производить измерения в сетях напряжением выше 1кВ.
• В цепях контроля тиристорных преобразователей. При нарушениях в работе тиристоров на выходе аппарата вместо постоянного напряжения появляется пульсирующее, что приводит к появлению тока во вторичной обмотке ТТ.
• Нулевая защита ВВ трансформаторов. Отключает аппарат при значительном перекосе нагрузки и коротком замыкании одной из фаз на землю.

Обозначение на схеме

В отличие от обычного электротрансформатора на схеме ТТ не отмечается магнитопровод. Условное обозначение этого устройства состоит из двух элементов, изображенный один поверх другого:

• прямая линия – символизирует шину, проходящую через окно магнитопровода;
• две полуволны, символизирующих вторичную обмотку, к которой подключается измерительный прибор.

Почему ТТ не может работать в режиме холостого хода

В отличие от обычного электротрансформатора для трансформатора тока является нормальным режим короткого замыкания. При размыкании выводов вторичной обмотки в ТТ происходят процессы, которые могут привести к аварийной ситуации.

Увеличение магнитного потока

В электротрансформаторе переменный ток I¹, протекающий по первичной обмотке, создает магнитный поток F¹ в магнитопроводе. Этот поток наводит напряжение во вторичной обмотке.

В свою очередь, ток I², протекающий по вторичной обмотке, создает магнитный поток F². Эти потоки находятся в противофазе и в значительной степени нейтрализуют друг друга – увеличение I² и F² приводит к росту I¹ и F¹, что ограничивает результирующий магнитный поток F.

Особенностью ТТ является то, что ток в первичной обмотке I¹ не зависит от нагрузки I² и магнитный поток F¹ остается неизменным, что при размыкании выводов и отсутствии I² приводит к росту F и перегреву магнитопровода.

Повышение напряжения на выводах

В режиме ХХ происходит рост напряжения на выводах вторичной обмотки. Это связано с тем, что трансформатор передает не просто ток или напряжение. Аппарат передает с одной катушки на вторую мощность P=I¹*U¹=I²*U².

В обычных аппаратах при уменьшении I² уменьшается также I¹ и передаваемая мощность Р. В отличие от них в ТТ I¹, U¹ и Р не зависят от I². Поэтому при уменьшении I², протекающего через вторичную обмотку, напряжение начинает расти и достигает максимума в режиме ХХ.

Справка! Измерить увеличение напряжения можно обычным вольтметром, но его ограничивает ток, протекающий через прибор. Для более качественного измерения необходим электростатический вольтметр.

Что произойдет при размыкании цепи вторичной обмотки

При размыкании или обрыве проводов, идущих к измерительным приборам, появляются два фактора, которые могут привести к аварии и травмам людей:

• Перегрев, вызванный большим магнитным потоком в магнитопроводе. Возникает из-за того, что магнитный поток F¹, создаваемый шиной или силовым кабелем, проходящим через аппарат, не компенсируется потоком вторичной обмотки F². Может привести к разрушению изоляции и возгоранию устройства.
• Высокая ЭДС на выводах вторичной катушки. Появляется потому, что трансформатор передает мощность с одной катушки на другую. Из-за того, что мощность, потребляемая аппаратом, при отключении измерительного прибора не меняется, а I². во вторичных цепях равен “0”, ЭДС увеличивается до нескольких киловольт. Это приводит к травмированию людей и разрушению изоляции.

Опасность возникновения аварийных ситуаций отображена в нормативных документах. Запрет на размыкание отходящих выводов трансформатора указан в нормативных документах, таких, как ПОТЭУ п.42.2, ПТЭЭП п.2.6.24 и других.

Как закоротить, если есть необходимость

При необходимости отсоединить измерительный прибор или реле, не отключая первичную цепь, вывода, идущие к этим элементам, необходимо закоротить куском провода или перемычкой сечением не менее 0,35мм². Устанавливается перемычка на выводах трансформатора или непосредственно возле измерительного прибора.

При заземленных отходящих выводах это можно сделать, не отключая электроустановку.

Важно! В процессе установки закоротки и демонтажа амперметра или реле под нагрузкой вторичная цепь не должна размыкаться.

Проверка правильности соединений

Правильность подключения ТТ производится контрольным измерением переносными токоизмерительными клещами. Показания приборов должны совпадать.

При подключении к аппарату реле защиты проверка выполняется при помощи специальных приборов, позволяющих подать ток необходимой величины в первичную обмотку.

При проверке подключения трехфазных электросчетчиков, необходимо проверить правильность подключения трансформаторов для каждой фазы:

• подключить нагрузку к одной из фаз;
• включить питание;
• проверить направление вращения диска устройства или учет энергии в аппаратах других конструкций;
• при неправильном подключении изменить полярность подключения;
• повторить пп1-4 для каждой из фаз.

Источник

Обрыв вторичной обмотки трансформатора тока. К чему приводит?!

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Несколько дней назад мне передали замечание, что на одном из фидеров перестал показывать амперметр, хотя нагрузка на фидере была, и причем не маленькая, около 30-50 (А).

Кстати, данная неисправность произошла в распределительном устройстве напряжением 10 (кВ) исполнения КСО.

Щитовой амперметр типа Э30 подключен через трансформатор тока ТПОЛ-10 с коэффициентом трансформации 150/5.

По приезду на подстанцию я обнаружил, что произошел обрыв провода на щитовом амперметре.

Амперметр установлен на дверце ячейки КСО и, видимо, в течение длительной эксплуатации произошло перегибание жилок гибкого проводника, что и привело к обрыву.

Напомню, что согласно ПУЭ, п.3.4.4, сечение токовых цепей должно быть не менее 2,5 кв.мм по меди или 4 кв.мм по алюминию. В моем случае применен медный гибкий провод ПВ-3 (ПуГВ) сечением 2,5 кв.мм.

В связи со случившейся ситуацией я и решил написать статью о том, что произойдет с трансформаторами тока при обрыве их вторичной цепи.

Во всех правилах, хоть в ПОТЭУ (п.42.2), хоть в ПТЭЭП (п.2.6.24), строго настрого запрещено размыкать вторичную цепь ТТ и об этом должны знать все без исключения.

К тому же об этом всегда напоминают в виде надписи «Внимание! Опасно! На разомкнутой обмотке напряжение», а то вдруг кто забудет!

А что же все таки произойдет с трансформатором тока при обрыве его вторичной цепи? Давайте разберемся!

Правда для этого нам необходимо рассмотреть принцип работы трансформатора тока и его устройство. Сильно вдаваться в подробности устройства ТТ я не буду, т.к. цель статьи заключается немного в другом, да и разновидностей ТТ в природе не мало. Если кому интересно, то могу рассказать об устройстве ТТ более подробнее на примере конкретного типа, но уже в другой своей публикации.

В общем, первичная обмотка трансформатора тока чаще всего состоит из одного витка или шины, которая подключена последовательно в силовую цепь, где необходимо измерять или контролировать ток.

Встречаются также и трансформаторы тока с многовитковой первичной обмоткой.

Вот например, трансформаторы тока ТПФМ-10 имеют многовитковую первичную обмотку. На данный момент таких ТТ на наших подстанциях осталось уже немного, т.к. мы с некоторой периодичностью заменяем их на более новые ТПОЛ-10.

Подробнее про классификацию трансформаторов тока читайте в моей отдельной статье (вот ссылочка).

Первичная обмотка (шина) имеет малое количество витков (чаще всего один) и большое сечение, соизмеримое с номинальным током силовой нагрузки.

Шина первичной обмотки проходит через магнитопровод, на котором намотана вторичная обмотка.

Вторичная обмотка имеет много витков и малое сечение, и всегда замыкается накоротко, либо через малое сопротивление подключенных к ней реле и различных приборов (Zн).

Сильно вдаваться в теорию я не буду, а попробую объяснить более по-простому.

При протекании тока в первичной обмотке трансформатора тока, по закону электромагнитной индукции возникает магнитный поток Ф1, который замыкается по магнитопроводу и пронизывает вторичную обмотку ТТ. В связи с этим, во вторичной обмотке ТТ наводится (индуцируется) ток I2 (при условии, что цепь замкнута), который образует магнитный поток Ф2, направленный встречно магнитному потоку Ф1. В итоге, в магнитопроводе образуется результирующий магнитный поток Фт, который называют основным или намагничивающим потоком.

Конструктора при проектировании рассчитывают сечение магнитопровода исходя из нормальной работы трансформатора тока, т.е. при его замкнутой вторичной обмотке. При нормальной работе трансформатора тока основной поток Фт не велик.

При разрыве вторичной обмотки ТТ произойдет следующее.

Во-первых, значительно увеличится основной магнитный поток Фт в магнитопроводе, что вызовет его нагрев. Это произойдет из-за того, что во вторичной обмотке не будет тока, а значит не возникнет встречного магнитного потока Ф2, который скомпенсирует магнитный поток Ф1 от первичной обмотки.

Во-вторых, на выводах вторичной обмотки наведется напряжение, соизмеримое с несколькими киловольтами.

Согласно закону сохранения энергии, мощность с генератора (первичная обмотка трансформатора тока в нашем случае) равна мощности, которую мы снимаем со вторичной обмотки с учетом потерь в меди и стали. В итоге, это выражение можно записать в таком виде :

Для простоты и наглядности не будем учитывать потери в меди и стали:

Запишем мощности вышеприведенного выражения через токи и напряжения:

А теперь представим, что тока I2 у нас не стало. Соответственно, выражение примет следующий вид:

У обычных трансформаторов напряжения при изменении вторичного тока I2 всегда изменяется ток в первичной обмотке I1 из-за наличия большого количества витков. А вот у трансформатора тока первичная обмотка имеет всего один виток, а изменить первичный ток I1 никак не возможно, потому что он является частью силовой цепи, где мы и контролируем его.

Поэтому, «U1·I1» является как бы константой (неизменной величиной) и для сохранения передаваемой мощности из первичной обмотки во вторичную в значительной степени увеличивается напряжение на вторичной обмотке до нескольких киловольт. В нормальном режиме на вторичной обмотке напряжение составляет буквально несколько вольт, а то и меньше (зависит от нагрузки).

На самом деле напряжение на первичной обмотке (напряжение падения на витке или шине) тоже немного изменяется, но это настолько малая величина, что ей можно смело пренебречь.

1. Повышенное напряжение на выводах вторичной обмотки может привести к повреждению подключенных к ней устройств, в особенности это касается полупроводниковых приборов и различной электроники.
2. Повышенное напряжение может привести к межвитковому замыканию вторичной обмотки или пробою ее на корпус, соответственно, выходу трансформатора тока из строя.
3. Также повышенное напряжение опасно в плане поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае ошибочного или самопроизвольного разрыва вторичных цепей ТТ.

Ну коль такая ситуация с обрывом токовых цепей ТТ фазы С у меня случилась на подстанции, то я и решил воспользоваться ситуацией, и измерить напряжение на разомкнутой вторичной обмотке.

Напряжение между выводами ТТ (421 и 410) составило 34,2 (В). Как видите, ничего критического нет и это далеко не киловольты. Тем не менее нужно учесть то, что во время измерения первичный ток ТТ составлял 30% от номинального. При номинальном же токе напряжение на разомкнутой обмотке будет гораздо и гораздо больше и не исключено, что там наведутся киловольты!

Кстати, из-за насыщения магнитопровода напряжение на разомкнутой вторичной обмотке имеет несинусоидальную форму с резкими и острыми пиками.

В общем, решил фидер в ремонт не выводить. Установил на токовом клеммнике закоротку и произвел переподключение амперметра.

Перезачистил оба конца, опрессовал их изолированными наконечниками и подключил к амперметру. Готово.

Снял закоротку с клеммника и проверил показания амперметра. Как видите, теперь амперметр показывает ток нагрузки данного присоединения.

Вот еще один пример разрыва вторичной цепи ТТ из моей практики.

При проведении пуско-наладочных работ в одном из торговых центров я обнаружил, что монтажники забыли закоротить трансформатор тока на фазе А.

И уже по традиции, рекомендую посмотреть видеоролик по материалам данной статьи:

Дополнение. Рекомендую посмотреть видео про еще один случай обрыва вторичной цепи ТТ:

Запомните главное и золотое Правило! Трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания, т.е. его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко или через малое сопротивление подключенных к ней устройств и приборов.

Источник