Трансформатор тока (ТТ): Определение, применение и принцип работы

Трансформатор тока

Трансформатор тока (ТТ) — измерительный трансформатор. Похож на трансформатор напряжения, но преобразует не напряжение, а ток.

Определение:

«Главная цель — повышение/понижение тока с высокомощных линий передачи. Ток во вторичной обмотке пропорционален первичному, но по величине уменьшен».

Основное назначение — измерение переменного тока.

Зачем используем трансформатор тока?

Вопрос: зачем ТТ, если есть трансформаторы напряжения (ТН)?

1. Стандартный амперметр не выдерживает большие токи и не может подключаться к высоковольтной линии. Для измерения реального тока в линии передач стандартным амперметром используем ТТ: ток во вторичной обмотке пропорционален первичному, но уменьшен по величине.
2. Гальваническая развязка измерительных приборов от высоковольтных линий.
3. Подача тока в реле для защиты (от высоковольтных линий). Для работы реле используем ТТ, выдающий ток во вторичной обмотке, пропорциональный первичному, но с уменьшенной амплитудой.

Принцип работы:

Базовая работа ТТ похожа на ТН, но первичная обмотка соединена последовательно с линией высокой мощности. Ток в линии большой — тонкий провод первичной обмотки сгорит. Поэтому первичная обмотка — тяжелый провод. Вторичный ток пропорционален первичному, но мал. Каково отношение витков? Базовое уравнение трансформатора:

NₛIₛ = NₚIₚ

Nₛ/Nₚ = Iₚ/Iₛ

Поэтому витков во вторичной больше, в первичной меньше — понижающий трансформатор тока.

Так как первичная в серии с линией, ТТ называют «последовательным трансформатором».

Вторичная обмотка на ламинированном сердечнике из магнитомягкого материала большого сечения.

В ТТ нагрузка на вторичной обмотке очень мала — защита от пробоя высоким напряжением. Это важный момент для применения ТТ.

Это понижающий трансформатор: Nₛ > Nₚ.

Nₛ/Nₚ = Vₛ/Vₚ = 10/1

Пример: отношение витков 10:1 (Nₛ/Nₚ=10/1=Iₚ/Iₛ) — первичный ток в 10 раз больше вторичного, но первичное напряжение в 10 раз меньше вторичного.

Nₛ/Nₚ = Vₛ/Vₚ = 10/1

«Импеданс (нагрузка) на вторичной обмотке очень мал».

Для понимания: пусть нагрузка Rₗ.

• Rₗ=1 Ом → U=I·R=1А·1Ом=1В
• Rₗ=10 Ом → U=10В
• Rₗ=100 Ом → U=100В
• Rₗ=1 кОм → U=1 кВ

Наблюдаем: рост Rₗ увеличивает напряжение на нагрузке. Есть предел Rₗ. Если превысить — пробой и сгорание ТТ. Нельзя снимать нагрузку (R=∞ — пробой). Если Rₗ выше минимума — ТТ сгорит.

Вторичную обмотку нельзя отключать от номинальной нагрузки.

«Нагрузка (бремя) — нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке».

ТТ всегда работает в режиме близком к КЗ. Нагрузка (бремя) = произведение тока и напряжения (ВА) вторичной. ТТ рассчитан на малую мощность.

Коэффициент трансформации тока:

«Отношение первичного тока к вторичному называется коэффициентом трансформации тока».

Первичный ток линии 10–3000 А и выше, вторичный — около 0,1–5 А.