Процессы в трансформаторе тока , Не понятен один момент

У меня давно возник вопрос по ТН. Если у нас магнитный поток в ТН постоянный и не зависит от нагрузки, почему тогда при расчетах мощности используют формулу где основным показателем кроме свойств железа является поперечное сечение? Так то увеличили сечение обмоток, подняли ток и мощность, не увеличивая сечения сердечника. Понятно, что всему есть предел, но чем он ограничен? Подозреваю, что при таком наращивании мощности, резко падает КПД трансформатора.



Я колхозил датчики тока на базе ТТ, Нужно было получать напряжение пропорциональное протекаемому току, пришел к выводу что низковольтные ТТ не стоит нагружать нагрузкой выше 1Ома. При большем показателе, он уже при номинальном токе, может уйти в насыщение.
У меня ТТ стрельнул на сопротивлении 9 Ом при запуске двигателя. Но думаю здесь было решающим не активное сопротивление резистора а индуктивное, он был проволочным и представлял собой катушку.
У каждого ТТ есть предел, выше которого наступает насыщение. При практически замкнутой вторичной обмотке стандартный показатель 10крат. Дальше у ТТ также может наступить насыщение и показания его будут с большой погрешностью.




Получается для ТТ 200/5, при напряжении питания 220 вольт, при раскороченной обмотке, даже в самом худшем варианте, не может вырасти выше 1-3 кВ. что может оказаться недостаточным для повреждения изоляции.
Но случаи выхода из строя есть. Как правило такие случаи связанные с переходным процессом при КЗ или при включении или отключении нагрузки. Считаю, при переходном процессе, в сети, может возникнуть кратковременное перенапряжение, которое в свою очередь вызовет рост напряжения на вторичной обмотке. При этом напряжение может пробить порог выше 10кВ.
Привожу осциллограмму раскороченной обмотки ТТ от нагрузочного трансформатора. Измерение проводилось с помощью двухлучевого осциллографа. Осциллограмма с резкими пиками, форма ЭДС вторичной обмотки. Синусоидальная осциллограмма снята с первичной обмотки ТТ. Сама синусоида это падение напряжения на активном сопротивление шины первичной обмотки пропорциональное протекаемому току. Но самое интересное обведено красным, действие ЭДС первичной обмотки. При ее достижении значений соизмеримых с напряжением источника, скорость нарастания тока замедляется, тем самым снижая напряжение на вторичке.
Вот почему высоковольтные ТТ сразу могут выйти из строя, а низковольтные могут годами работать с раскороченой обмоткой.

Сообщение отредактировал rosck - 28.1.2019, 17:58

Магнитный поток постоянный при данном сечении магнитопровода. Если сечение увеличить, то поток будет снова постоянный, но прямо пропорционально больше!
Ф = S*dB\dt, где В - максимальная индукция магнитопровода, Тл
Чем больше сечение, тем больше магнитный поток, тем больше мощность (габаритная) передаваемая через трансформатор. А увеличением сечения провода обмотки (в какой обмотке? Первичной, вторичной?) мощу не увеличишь...

А тут и гадать не надо. На ТТ (или в паспорте) написана его максимальная мощность при заданном классе точности. Например "Ктт = 100/5, класс 0,5, S=10 ВА. Считаем максимально возможную нагрузку Z, Ом на вторичную обмотку:
Z = S/I²_2ном
Z = 10/5² =10/25= 0.4 Ом
Вот при нагрузке на вторичку более 0, 4 Ом ТТ начнет насыщаться, а следовательно врать.
Трансформаторы, используемые в сетях 0,4 кВ очень маломощные. Они расчитаны на работу с токовыми цепями счетчиков, а у тех величина Z в пределах 0,1...0,2 Ом. А Вы ему 9 Ом. Для него это уже холостой ход. Вот он и того...
А для преобразователя Ток/Напряжение существует другой прибор - трансреактор. Это - гибрид ТТ с ТН. У него первичка - токовая (большого сечения, 2...3 витка), а вторичка - напряженческая (тысячи витков тонкого провода). Фишка в том, что в магнитопроводе присутствует немагнитный зазор. Сердечник не насыщается - магнитный поток маловат, ЭДС вторичной обмотки достаточно большая (десятки вольт при номинальных первичных токах), никаких искажений формы кривой, четкая пропорциональность между током и напряжением. Беда - мощности практически нет. На выход (вторичку) трансреактора надо цеплять что-нибудь высокоомное (например, как вариант, тразисторный каскад усиления).

Нет! Какие-то внешние перенапряжения могут действовать на цепи с высоким импедансом (на ТНы например), а какие сопротивления у ТТ - доли ома! Пробой изоляции ТТ происходит по "внутренним" причинам самого ТТ. Просто ТТ 110 кВ и 0,4 кВ сильно отличаются мощностью, т.е. сечение сердечника (при прочих равных условиях типа Ктт и материал сердечника). Сечение тора 110 кВ на два-три порядка больше сечения ТТ 0,4 кВ. Это и решает все! При 10...20 % нагрузки напряжение достигает 500...600 В (это смотря еще чем мерять). А при КЗ на фидере, маслонаполненные ТТ разлетаются по всей подстанции .
Насчет Ваших осциллограмм. Красивые. Первичный ток искажен. Как питали первичку? От какого аппарата? Похоже, что несимметрия первичного тока связана с перегрузкой питающего стенда.

Ну да согласен. Чем больше сечение, тем больше магнитный поток, тем большую мощность можно снять.
Но скажем так, нужен ТН меньшей массы и габаритов при той же мощности . Увеличиваем сечение провода в первичной и вторичной обмотке, ну скажем в два, в три раза, улучшаем условия охлаждения, применяем принудительное охлаждение. Снимаем с вторички ток в два раза больше, при том же напряжении. Мощность вырастет в два раза, при том же сечении магнитопровода. Возможно?



ТТ рассчитаны с перегрузкой. Если его например перегрузить в пять раз , то на сопротивлении 0,1 Ом будет работать правильно.
Если нагрузить нагрузкой около 1Ом то только до номинального тока. Снимал ВАХ с ТТ.
Недавний случай. Клиент жалуется, что у него амперметр включенный через ТТ замирает на пол шкалы. Что только не делали. Несколько раз заменили амперметр с ТТ, результат то же. Выяснилось, сечение кабеля к амперметру всего 2х0,75мм и длинна несколько десятков метров. Посчитали сопротивление, вышло около двух Ом.

Про 9 Ом, там напруга скакнула на вторичке очень сильно. Пусть ТТ насытился но развить всокое напряжение на нагрузке в 9 Ом вряд ли возможно.

Про датчики. Я их научился делать из простых ТТ. Хоть трехфазные, хоть однофазные.

Про трансреактор слышу впервые. Под рукой такого не было и вряд ли можно было где то достать.
Приходилось делать из то го что было.



Первичку питал через транс, мощность не знаю, по габаритам 2- 3 кВт, вторичка этого транса, несколько витков толстым проводником. Для регулировки использовал ЛАТР 20А. Искажение именно из за действия ЭДС первички ТТ. Если замкнуть вторичку, то это искажение исчезает.
Вы просто не верите в возможность ЭДС первичной обмотки ТТ влиять на процесс.
А между тем тот процесс о котором говорим напоминает ЭДС самоиндукции.
Для ТТ как и для ТН справедливо значение W1/E1=W2/E2. W витки, E ЭДС.
Теперь представте на вторичке возник импульс высокого напряжения такой величины при котором ЭДС на первичке хотя и меньше на произведение коэф-та трансформации ТТ но достиг величины напряжения источника питания и стал ему равным, вопрос чему будет равным ток в первичке в это мгновенное значение?

Сообщение отредактировал rosck - 29.1.2019, 8:22

Это не ток, это напряжение на первичной обмотке ТТ, если я правильно понял описание стенда. Т.е. это доли вольта, а искажение и того меньше. Т.к. вторичка разомкнута, то по сути это почти соленоид. В момент, когда сердечник выходит из насыщения, индуктивность соленоида стремится, как все знают, сохранить неизменным ток, что приводит к появлению ЭДС, стремящейся предотвратить изменение напряжения. И вот пока сердечник опять не насытится, скорость изменения напряжения на первичной обмотке уменьшается.



Напряжение на вторичке результат скорости изменения магнитного потока в магнитопроводе. Поэтому важно как быстро изменяется ток в первичке. И если в обычном режиме скорость изменения вполне известна т.к. известна частота сети, то при коммутациях все не так однозначно, особенно если есть токоограничивающие аппараты, которые гасят дугу очень быстро и соответственно скорость изменения тока и соответственно потока в сердечнике может быть очень большой.

Поэтому я думаю, что несмотря на то, что есть примеры работы низковольтных ТТ с разомкнутой вторичкой в течении длительного времени, все же не стоит оставлять их в таком режиме.

Сообщение отредактировал Pantryk - 29.1.2019, 10:20

Ну да и я о том же. А как эта ЭДС будет стремится сохранить ток? Она будет расти и так как она противоположного значения по отношению к напряжению сети, то общее напряжение цепи (сумма напряжения сети и ЭДС первички ) будет падать, вызывая замедление нарастания тока. На экране видно как в точке перехода через ноль, происходит сглаживание нарастания тока. Чем выше напряжение питания, тем выше эта ЭДС вырастит.

Согласно описания стенда - на экране видно сглаживание напряжения на первичной обмотке ТТ. Ток ограничен в основном сопротивлением нагрузки и врядли такое изменение напряжения на первичке ТТ приведет к сколь-нибудь значительному изменению тока первичной цепи.

Сообщение отредактировал Pantryk - 30.1.2019, 13:24

Да на экране падение напряжения на шине первичной обмотке, но в данном случае уместно принять, что это падение будет равно произведению тока первичной обмотки на ее полное сопротивление, которое состоит из активного и индуктивного. То есть оно будет прямо пропорциональным проходящему току. Искажение как раз действие индуктивного сопротивления.


Нужно принимать в расчет, что скорость нарастания тока очень большая, на большой частоте даже безобидная индуктивность становится большим по величине сопротивлением. Ток значительно не изменяется, изменяется скорость нарастания, там где сердечник находится вне зоны насыщения. ТТ по отношению к току первички работает как высокочастотный фильтр. Я бы так сказал, в таком режиме ТТ похож на работу ТН на большой частоте. Других объяснений у меня нету.

Да, искажение результат индуктивности, но у нас случай индуктивности с насыщением и поэтому для нелинейной нагрузки нельзя утверждать, что напряжение прямопропорционально току.

Чтобы развеять сомнения в абсолютной величине данного напряжения достаточно посмотреть на цену деления по тому лучу, где напряжение первички. Не сохранилось у вас фото, где будет видно положение ручки регулировки по амплитуде?

Я снимал с телефона, старался снять крупнее экран. Ручки не попали. Но могу повторить, правда не сейчас, чуть позже.