Процессы в трансформаторе тока , Не понятен один момент Опции

[gubavs]

Здравствуйте. Подскажите один момент. Известно, что трансформатор тока относится к типу повышающего трансформатора, однако на вторичной обмотке наводятся считанные вольты. В сети не нашел конкретного ответа на свой вопрос, а о причине происходящего могу только строить свои субъективные догадки. Интересны мнения по данному поводу, поделитесь, если не трудно, только без негатива и других моментов, не относящихся к вопросу. Заранее благодарю.

[Сунцов Денис]

здесь есть результаты моих опытов с ТТ-10 кВ, и теоретические обсуждения процесса
http://rzia.ru/topic9852-napryazhenie-na-z...ykh-tsepei.html

[rosck]

здесь есть результаты моих опытов с ТТ-10 кВ, и теоретические обсуждения процесса
http://rzia.ru/topic9852-napryazhenie-na-z...ykh-tsepei.html

Почитал бегло диалог, пришел к выводу, что большинство специалистом не понимают природу появления высокого напряжения на раскороченной обмотке ТТ. Сам таким был. Но не так давно, в этой ветке, был жаркий спор по этому поводу который помог мне прояснить некоторые моменты.

Чтобы напряжение на разомкнутой вторичной обмотке ТТ стало "неприлично" большим, необходимо, чтобы магнитопровод ТТ вошел в режим нвсыщения.

Ну да. с высоковольтными ТТ не имел дела. Но тот который мучил, уходил в насыщение при 2% от номинального тока

Это напряжение будет выше, чем больше Ктт, чем больше крутизна ВАХ (чем круче ВАХ, тем "качественней" ТТ т.е. тем точнее соблюдается коэффициент трансформации ТТ), чем больше мощность ТТ ("толще железо").
Т.е. чем ТТ мощнее, и больше Ктт, тем выше будет опасное напряжение на разомкнутой вторичке! Чем круче ВАХ, а следовательно выше класс точности и допустимая мощность обмотки, тем при меньшем токе нагрузки ТТ войдет в режим насыщения.
Поэтому ТТ на напряжения 0,4 кВ, 6...10 кВ могут годами стоять раскороченные, а с ТТ выше 35 кВ лучше не экспериментировать (на хороших, современных ТТ достаточно 20...30 % тока нагрузки, чтобы начали "шкварчать" а потом и выгорать раскороченные клеммники в шкафах ТТ).

Да чем толще железо и больше Ктт тем выше будет напряжение на вторичной обмотке. Но в большей степени, играет напряжение сети, хотя я этому не придавал значения, так как считал, что первичная обмотка ТТ это шина с очень маленьким сопротивлением и весь процесс зависит только от проходящего тока. Но как выяснилось это совсем не так. Поэтому не возможно получить высокого напряжения, на выходе ТТ, на испытательном стенде, используя низковольтный нагрузочный трансформатор, хоть даже перегрузив ТТ в 100 раз. Я пробовал в 10 раз.

Сообщение отредактировал rosck - 25.1.2019, 10:01

[mic61]

...
Ну да. с высоковольтными ТТ не имел дела. Но тот который мучил, уходил в насыщение при 2% от номинального тока

Ну, собственно, ТТ рассчитанные на работу в сети 110 кВ (условно "высоковольтные") от ТТ используемых в сетях более низкого напряжения отличаются только уровнем изоляции между магнитопроводом и первичной обмоткой. Т.е. тор ТТ ТВТ-110 можно одеть на фазу кабеля 6 кВ, и этот ТТ отлично будет работать с записанным в его паспорте Ктт, и классом точности.
А вот наоборот, т.е. ТТ ТШЛ-10 надеть на шину 110 кВ не получится. Т.е. надеть-то наденем, но под напряжением произойдет пробой первичной обмотки на вторичную с выходом из строя ТТ (именно уровень изоляции не позволяет). Использовать ТШЛ-10 на кабелях сшитого полиэтилена 110 кВ тоже не получится. Там токоведущие жилы каждой фазы экранированы, ТШЛ-10 жить будет, а вот показывать ничего не будет.
А применение ТТ 0,66 кВ для КЛ 6 кВ даже обсуждалось где-то здесь на Форуме. Сошлись на том, что технически вполне возможно, хоть и не разрешено нормативными документами.

.... Но в большей степени, играет напряжение сети, хотя я этому не придавал значения, так как считал, что первичная обмотка ТТ это шина с очень маленьким сопротивлением и весь процесс зависит только от проходящего тока. Но как выяснилось это совсем не так. Поэтому не возможно получить высокого напряжения, на выходе ТТ, на испытательном стенде, используя низковольтный нагрузочный трансформатор, хоть даже перегрузив ТТ в 100 раз. Я пробовал в 10 раз.

Да нет же! Напряжение (какой сети? Той, в которой работает ТТ?) по большому счету для любого трансформатора не важно! Важен материал магнитопровода (максимальная индукция - характеристика самого железа), и величина магнитного потока. А магнитный поток зависит от тока, протекающего по первичной обмотке трансформтора. А вот ток, тот, таки да, появляется только если к обмотке приложить напряжение. Так что напряжение вообще не трансформируется, трансформируется ток посредством магнитного потока. Вспомним формулу для ЭДС вторичной обмотки ("трансформированной ЭДС"):

e₂ = 4.44*f*W₂*Ф_м, где
e₂ - ЭДС вторичной обмотки
W₂ - количество витков вторичной обмотки
f - частота сети
Ф_м - амплитудное значение магнитной индукции в магнитопроводе
И где в этой формуле напряжение? Магнитный поток, а следовательно и Ток намагничивание - это наше все !
Да, конечно, для обычного (силового трансформатора) ток намагничивания мы можем "регулировать" величиной поданного напряжения, и полным сопротивление первичной обмотки тр-ра.
Рассмотрим ТТ с разомкнутой вторичкой, как "обычный" тр-р в режиме холостого хода. Первичная обмотка "обычного" трансформатора расчитывается таким образом, чтобы рабочая точка на кривой намагничивания (B=f(H)) была близка к точке перегиба с линейной области на область насыщения. Это понятно, здесь в любом режиме (кроме аварийного повышения первичного напряжения) ток намагничивания не изменится - можно назвать эту точку рабочей точкой трансформатора. А вот в ТТ весь первичный ток является током намагничивания. И рабочая точка "гуляет" от окрестностей нуля индукции (малая нагрузка сети) то глубокого насыщения (короткие замыкания сети).
Вобщем, повторили еще раз в других терминах. Бывает, что помогает разобраться.
И еще. В принципе замерять высокое напряжение на разомкнутой вторичке обычными приборами (скажем, электромагнитной системы, и, тем более обычным цифровым "китайцем") довольно сложно невозможно. Там получаются короткие импульсы большой амплитуды. Лучше всего подключать осциллограф (через делитель, конечно.)
И контрольный вопрос: почему у силового трансформатора предпочтительный режим работы - холостой ход, а у ТТ - к.з.? Хотите поговорим об этом?

[Tad]

И контрольный вопрос: почему у силового трансформатора предпочтительный режим работы - холостой ход, а у ТТ - к.з.? Хотите поговорим об этом?

Конечно. Только в основном послушать.
Напрашивается аналогия с источниками напряжения и тока.

[mic61]

...
Напрашивается аналогия с источниками напряжения и тока.

Да, так оно и есть. "Обычный" (силовой или напряжения) трансформатор - это реальный (в смысле неидеальный) источник напряжения. Отличается от тех источников напряжения (которые, наверное, многие изучали на ТОЭ) тем, что выходное (последовательное) сопротивление у него не равно нулю. А равно некоторой величине, которая в паспорте трансформатора называется напряжением короткого замыкания Uk%.
Ну, а трансформатор тока – это источник тока, естественно, не бесконечной мощности. Предел работы этого источника тока указан в паспорте обычно в ВА вторичной нагрузки, иногда в Ом-ах вторичной нагрузки, отнесенных к номинальному вторичному току ТТ.
Основное отличие ТНа (трансформатора напряжения, или силового трансформатора) от ТТ - в величине тока намагничивания в различных режимах.
Из теории известно, что ток намагничивания у ТНа во всех режимах его работы (х.х., нагрузка и КЗ) практически одинаков и по величине и по форме (наличие 3-й гармоники, амплитудное значение Iнам заходит в область насыщения хар-ки B = f(H) для получения синусоидальной формы магнитного потока
Ф = S*dB/dt, где

Ф – мгновенное значение магнитного потока,
S – площадь сечения магнитопровода,
dB/dt – скорость измения магнитной индукции по времени.

Режим короткого замыкания, в принципе, отличается от нагрузочного режима ТН только величиной тока, который да – нагревает, создает динамические усилия на обмотках. Можно увеличить сечение проводов обмоток или конструкцию обмоток, и то, что вчера было режимом КЗ сегодня стало рабочим режимом.
Ну нет, конечно. Это я шучу . Страшный зверь по имени Переходный Процесс при внезапном КЗ разнесет вдребезги пополам наши толстые провода и прочные обмотки. Да, силовые трансы работают в режиме КЗ (например в электрометаллургии), но там к режиму КЗ транс «подводят» постепенно, через зажигание дуги. Специалисты-электрометаллурги меня поправят.
В ТТ при режиме нагрузки ток намагничивания мал, а при увеличении вторичной нагрузки вплоть до размыкания вторичной обмотки, возрастает аж до величины первичного тока. Но остается даже в этом крайнем режиме синусоидальным (т.к. определяется не параметрами магнитной системы ТТ, а током нагрузки присоединения). При большом синусоидальном токе намагничивания магнитный поток будет иметь резко несинусоидальную форму («приплюснутая» сверху синусоида, при больших кратностях тока близка к прямоугольной). Следовательно ЭДС вторичной обмотки в месте перехода потока через ноль (там где скорость изменения будет наибольшей) будет иметь вид короткого остроконечного всплеска.
Продолжу завтра, с вашего позволения...

[rosck]

Из теории известно, что ток намагничивания у ТНа во всех режимах его работы (х.х., нагрузка и КЗ) практически одинаков и по величине и по форме (наличие 3-й гармоники, амплитудное значение Iнам заходит в область насыщения хар-ки B = f(H) для получения синусоидальной формы магнитного потока
Ф = S*dB/dt, где

Ф

Режим короткого замыкания, в принципе, отличается от нагрузочного режима ТН только величиной тока, который да – нагревает, создает динамические усилия на обмотках. Можно увеличить сечение проводов обмоток или конструкцию обмоток, и то, что вчера было режимом КЗ сегодня стало рабочим режимом.
Ну нет, конечно. Это я шучу . Страшный зверь по имени Переходный Процесс при внезапном КЗ разнесет вдребезги пополам наши толстые провода и прочные обмотки. Да,

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.

В ТТ при режиме нагрузки ток намагничивания мал, а при увеличении вторичной нагрузки вплоть до размыкания вторичной обмотки, возрастает аж до величины первичного тока. Но остается даже в этом крайнем режиме синусоидальным (т.к. определяется не параметрами магнитной системы ТТ, а током нагрузки присоединения).

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.

То есть, если умножить напряжение источника, на коэффициент трансформации ТТ, то получим значение выше которого в принципе не может вырости напряжение на вторичке. Для ТТ 200/5 это значение будет 5 х 40 = 200 вольт. Но скорость нарастания тока начинает ограничивается при более низком показателе, раза в три четыре. Реально получить более 70 вольт трудно. Но все изменится если если увеличить напряжение источника. Чем выше, тем порог ограничения роста скорости тока будет происходить при более высоких значениях.

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

Эскизы прикрепленных изображений

 

[mic61]

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.

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...

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.
...

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).

... 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.
...

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.

[Pantryk]

Похоже, что несимметрия первичного тока связана с перегрузкой питающего стенда.

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.

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?

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

[rosck]

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.

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.

[Pantryk]

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