Рис. 1-2. Принципиальная схема трансформатора тока и его схема замещения

участвующими в преобразовании тока, являются первичная / и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку токопровода высокого напряжения 4), т. е. обтекается током линии /i. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Первичную обмотку совместно с цепью высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получающую измерительную информацию от вторичной обмотки трансформатора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной обмоткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичного тока.

Из принципиальной схемы трансформатора видно, что между первичной и вторичной обмотками не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напряжение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоединение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, приложенного к первичной обмотке, на обслуживающий Персонал. Так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.

На рис. 1-2 изображены только те элементы трансформатора тока, которые участвуют в преобразовании тока. Конечно, ТТ имеет много других элементов, обеспечивающих требуемый уровень изоляции, защиту от атмосферных воздействий, надлежащие монтажные и эксплуатационные характеристики. Однако они не принимают участия в преобразовании тока и будут рассматриваться ниже в соответствующих главах.

Перейдем к рассмотрению принципов действия трансформатора тока (рис. 1-2). По первичной обмотке / трансформатора тока проходит ток /i, называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток Фх, изменяющийся с той же частотой, что и ток /i. Магнитный поток Ф1 охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки,

магнитный поток при своем изменении индуцирует в ней электродвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе вторичная обмотка - вторичная цепь под действием индуцируемой э. д. с. будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное направлению первичного тока /i. Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Фа, который направлен встречно магнитному потоку Ф. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Фа в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Фо = = Ф1 - Фг, составляющий несколько процентов магнитного потока Ф1. Поток Фс и является тем передаточным звеном, посредством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Фо, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-э. д. с. .El, а во вторичной обмотке - э. д. с. fg. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если пренебречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же э. д. с. Под воздействием э. д. с. во вторичной обмотке протекает ток /г, называемый вторичным током.

Если обозначить число витков первичной обмотки через ш, а вторичной обмотки - через w, то при протекании по ним соответственно токов /1 и /2 в первичной обмотке создается магнитодвижущая сила Fx = IxWx, называемая первичной магнитодвижущей силой (м. д. с), а во вторичной обмотке - магнитодвижущая сила = Iw, называемая вторичной м. д. с. Магнитодвижущая сила измеряется в амперах.

При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F и F должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.

Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется и де а л ь-н ы м. Для идеального трансформатора тока справедливо следующее векторное равенство:

K = -F, (1-1)

/itWi = Iw. (1-2)

Из равенства (1-2) следует, что

= wjwi = п, (1-3)

т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному {IJI или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки (w/wi) называется коэффициентом трансформации п идеального трансформатора тока.

Учитывая равенство (1-3), можно написать

/i=4-g- = /.n, (1-4)

т. е. первичный ток 1 равен вторичному току 1, умноженному на коэффициент трансформации трансформатора тока п.

В реальных ТТ преобразование тока сопровождается потерями энергии, расходуемой на создание магнитного потока в магнитопроводе, на нагрев и перемагничивание магнитопровода, а также на нагрев проводов вторичной обмотки и вторичной цепи. Эти потери энергии нарушают установленные выше равенства для абсолютных значений м. д. с. и F. В реальном трансформаторе первичная м. д. с. должна обеспечить создание необходимой вторичной м. д. с, а также дополнительной м. д. с, расходуемой на намагничивание магнитопровода и покрытие других потерь энергии. Следовательно, для реального трансформатора уравнение (1-1) будет иметь следующий вид:

= (1-5)

где Fq - полная м. д. с. намагничивания, затрачиваемая на проведение магнитного потока Фо по магнитопроводу, на нагрев и перемагничивание его.

В соответствии с этим равенство (1-2) примет вид

ijWi = /гйУг + hWi, (1-6)

где /о - ток намагничивания, coздaюuий в магнитопроводе магнитный поток Фо и являющийся частью первичного тока l\. Разделив все члены уравнения (1-6) на tWi, получим

/х = Д-5- + /о. (1-7)

При первичном токе, не превышающем номинальный ток ТТ, ток намагничивания обычно составляет не более 1-3 % первичного тока и им можно пренебречь. Тогда (1-7) будет иметь такой же вид, как (1-4), т. е.

Таким образом, вторичный ток трансформатора пропорционален первичному току. Из выражений (1-4) и (1-7) следует, что для понижения измеряемого тока необходимо чтобы число витков вторичной обмотки было больше числа витков первичной обмотки.