Трансформатор струму

Реферат: UA 98134 U UA 98134 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Трансформатор, що заявляється, є електричним апаратом, належить до галузі електроенергетики, а саме - перетворювачів струму у його нормалізоване значення і призначений для роботи приладів контролю, виміру електричної енергії та захисту силового електричного обладнання від перевантажень за струмом. Відомі трансформатори, що мають безперервну мідну вторинну обмотку, виконану на декілька коефіцієнтів трансформації струму, та такі, в яких для компенсації похибки вимірювання струму, особливо на нижчих коефіцієнтах трансформації, застосовують часткову відмотку витків вторинної обмотки - корекцію витків [Барзилович, В.М. Высоковольтные трансформаторы тока. – М.: ГЭИ, 1962. - С. 18-23]. Суть методу полягає у тому, що для незмінної намагнічуючої сили вторинної обмотки, штучне підвищення вторинного струму досягається за рахунок зменшення витків котушки і, як наслідок, призводить до паралельного зсуву залежності струмової похибки у межі її менших значень. Найбільшого застосування цей метод знайшов у трансформаторах з дуже великими коефіцієнтами трансформації струму, при яких вплив ціни відмотаного витка на компенсацію похибки вимірювання малий і необхідну компенсацію досягають певною кількістю відмотаних витків. Істотним недоліком означених трансформаторів струму є: - у трансформаторах з малими коефіцієнтами трансформації струму кількість витків вторинної обмотки невелика і ціна відмотаного витка велика, що унеможливлює застосування методу компенсації похибки вимірювання, оскільки кількість відмотаних витків є цілим числом; - часткова відмотка витка, яку застосовують для зменшення його ціни і, відтак, часткової корекції похибки вимірювання струму, потребує виготовлення наскрізного отвору у магнітопроводі, через який його пропускають, але отвір погіршує магнітну характеристику сталі магнітопроводу і тим послаблює ефект від компенсації похибки вимірювання струму; - перекомпенсація похибки вимірювання на вищих коефіцієнтах трансформації струму зберігається. Відомі трансформатори, що мають безперервну мідну вторинну обмотку із відпайками на декілька ступенів трансформації струму і у яких для отримання малої похибки його виміру або забезпечення високої точності перетворення застосовують прямі методи та, навіть, пристрої компенсації похибки вимірювання [Бачурин, Н.И. Трансформаторы тока. – М.: Энергия, 1964. С. 21-72]. Наприклад, відомий метод, який застосовують у багатоступеневих за коефіцієнтом трансформації трансформаторах струму із вторинною одношаровою обмоткою, виконаною окремими секціями. Деякі з секцій, а саме ті, що не задіяні у вибраному коефіцієнті трансформації але вони також відповідають їй, приєднують паралельно до вибраного ступеня. Таке їх увімкнення утворює рівномірний розподіл густини магнітного потоку у магнітопроводі, а паралельне приєднання витків вільної секції до основної вторинної обмотки, яка також відповідає необхідному коефіцієнту трансформації струму, зменшує загальний активний опір обмотки на утворений коефіцієнту трансформації, що разом покращує точність виміру і клас точності трансформатора струму [А.С. № 641513, МКІ H01F 40/06, бюл. №1, від 10.01.79 р.]. Істотним недоліком означених трансформаторів струму є: - вторинна обмотка повинна бути виготовленою окремими гальванічно розв'язаними секціями, а отже, загальна кількість її вивідних кінців вдвічі більша; - реалізація методу компенсації похибки вимірювання можлива при співвідношенні витків вторинної безперервної обмотки, наприклад як 1:1,5:2:3, але навіть у цьому випадку підвищення класу точності можливе тільки на нижчих співвідношеннях - 1 та 1,5; - виконання вторинної обмотки окремими секціями потребує зовнішнього пристрою їх комутації у відповідний коефіцієнт трансформації струму, який здорожує трансформатор струму і знижує надійність приладу в цілому. Найбільш близьким за технічною реалізацією до корисної моделі є трансформатор струму [Деклараційний патент України, МКІ H01F. Трансформатор струму / Одеська державна академія холоду; №u2000095265, заявл. 13.09.2000], в якому безперервна вторинна обмотка виготовлена з круглої вздовж перерізу міді і має більшу за потрібну кількість відмотаних за компенсацією похибки вимірювання витків, тобто позитивну перекомпенсацію, а зменшення ціни виткової корекції або настройка малої похибки вимірювання струму досягається за рахунок негативної компенсації коротким замиканням певної кількості витків у складі вторинної обмотки. Істотним недоліком означеного трансформатора струму є: - залежність кількості відмотаних і короткозамкнених витків вторинної обмотки від магнітних властивостей сталевих магнітопроводів і, тим більше, що при масовому їх виробництві застосовують залишки електротехнічної сталі після її розкрою для потреб силових трансформаторів напруги, а отже, з закладеною ±20 % розбіжністю магнітних властивостей. 1 UA 98134 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу усунути означені недоліки шляхом створення трансформатора струму з безперервною алюмінієвою вторинною обмоткою і застосуванням при її виготовленні природного явища - ємнісного ефекту, який утворюється за рахунок зміни форми котушки, перерізу обмотувального дроту і порядку укладання витків у обмотку, який зменшує похибку вимірювання струму. Поставлена задача вирішується тим, що трансформатор струму, до складу якого входять шихтований із електротехнічної сталі магнітопровід, ізольований діелектриком стрижень якого охоплює безперервна котушкова вторинна обмотка, виконана мідним обмотувальним дротом, діаметр якого і кількість витків відповідають тривало допустимій густині струму у міді та коефіцієнту трансформації струму, який, згідно з корисною моделлю, що заявляється, має вторинну обмотку, виготовлену з двох однакових, паралельно укладених у котушку тонких шарів алюмінієвої фольги, ізольованої діелектриком, та увімкнених послідовно і узгоджено, а переріз шару алюмінієвої фольги і кількість її витків у котушці відповідають тривало допустимій густині вторинного струму в алюмінії та половині коефіцієнта трансформації первинного струму. Відмінними ознаками корисної моделі, що заявляється, є конденсаторного типу вторинна обмотка, якій притаманний явно виражений ємнісний ефект, утворений паралельними і ізольованими діелектриком шарами дротів з алюмінієвої фольги та такий, що може розглядатися і бути врахованим як штучна ємність, увімкнена паралельно до активноіндуктивного опору вторинної обмотки. Ця ємність, за відомих умов - довжини фольги в котушці і її ширини, товщини діелектрика і його діелектричній провідності, частково або повністю компенсує індуктивну складову опору котушки, чим зменшує намагнічуючий струм трансформатора та покращує його клас точності. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає, що вказані відміни корисної моделі, що заявляється, є новими. На Фіг. 1 і Фіг. 2 подано у двох проекціях ескіз корисної моделі, що заявляється, а на Фіг. 3 схему увімкнення її вторинної обмотки на навантаження у вигляді амперметра і ватметра, розрахованих на нормалізоване значення струму після його трансформації. До складу трансформатора струму входять: шихтований із електротехнічної сталі магнітопровід (1) на стрижнях (5) якого, ізольованих діелектриком (2), розташовано вторинну обмотку (4), виготовлену однаковими, паралельно укладеними в котушку двома тонкими шарами ізольованої алюмінієвої фольги з однаковою кількістю витків w2 і w2* із маркуванням їх вихідних кінців відповідно И1-И2, И1*-И2* та таких, що з'єднані послідовно і узгоджено, як показано на схемі увімкнення вторинної обмотки та навантаження; одновиткова первинна намагнічуюча обмотка (3) з вихідними кінцями Л1-Л2, великий струм у якій, за допомогою вторинної багатовиткової обмотки (4), трансформується у його нормалізоване за ДСТУ значення 1 А або 5 А. Трансформатор струму працює таким чином. У первинній намагнічуючій обмотці (3), увімкненій послідовно у лінійний дріт мережі живлення тече первинний струм 11, і його значення підлягає визначенню з точністю, яка є показовою величиною. Він залежить тільки від параметрів первинного кола мережі живлення і, тому, вважається заданою величиною. Під дією первинного струму в колі магнітопроводу збуджується змінний у часі магнітний потік Ф 1. Цей потік охоплює витки вторинної обмотки (4) і наводить в ній електрорухому силу Е2. Під дією електрорухомої сили, у замкненій на вимірювальні прилади вторинній обмотці (4) встановлюється вторинний струм І2. Він збуджує у магнітопроводі змінний магнітний потік Ф 2 зворотного напрямку по відношенню до потоку Ф1 та такий, що залежить від параметрів вторинного кола. Відтак, у магнітопроводі встановиться підсумковий магнітний потік Ф 0 = Ф1 - Ф2, який складатиме 1-3 % від первинного магнітного потоку Ф1, оскільки трансформація первинного струму у вторинний супроводжується втратами енергії на утворення магнітного потоку у магнітопроводі, на його нагрів та перемагнічування, а також на нагрів дроту вторинної обмотки. Отже, за рахунок їх усунення можливо покращити якість трансформації вимірюваного струму. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, полягає у зменшенні підсумкового магнітного потоку Ф0 і, як наслідок, струму намагнічування І0, який його утворює і є частиною первинного струму І1, що не трансформувався у вторинний струм І2, а відтак склав похибку вимірювання первинного струму за тотожністю їх намагнічуючих сил І 2 = І1 / w2 – І0 для одновиткової первинної обмотки. Оскільки за характером повний опір вторинної обмотки трансформатора струму разом із навантаженням є активно-індуктивним, у складі вторинного струму мають місце дві складові, що знаходяться у квадратурі - активна і реактивна індуктивна. Активна складова вимірюваного струму залежить від активного опору вторинного кола, а реактивна - від індуктивного, а відтак ємність, яка виникає у вторинній обмотці, за рахунок її виготовлення згідно з описом, та така, що може розглядатися увімкненою паралельно до 2 UA 98134 U 5 10 15 затискачів вторинної обмотки, компенсує її індуктивний опір, реактивну складову вторинного струму і тим намагнічуючий струм І0, чим зменшує похибку при вимірюванні первинного струму І1. Визначення досягнутого за рахунок корисного ефекту виконано на трансформаторі струму ТЛК-10 з шихтованим прямокутним магнітопроводом, на вільному від витків заводської вторинної обмотки стрижні якого додатково виготовлено вторинну обмотку з відмінами згідно з описом. Значення намагнічуючого магнітопровід струму вимірювалось шляхом диференціального увімкнення вторинних обмоток ненавантажених трансформаторів струму зразкового УТТ-6 класу точності 0,2 і опитного ТЛК-10 класу точності 1, встановлених на спільну первинну обмотку. Почерговим увімкненням обох вторинних обмоток трансформатора струму ТЛК-10 у диференційну схему їх порівняння із вторинною обмоткою зразкового трансформатора УТТ-6 доведено, що вторинна обмотка ТЛК-10, яку виконано з відмінами згідно з описом, має на 40 % нижчі значення намагнічуючого струму у межах первинного струму 5 % - 120 % від номінального, а відтак меншу похибку вторинного вимірюваного струму. Отриманий ефект може бути застосованим і для зменшення мас активних матеріалів трансформатора струму - сталі та обмотувального дроту, якщо підвищення класу точності трансформатора струму непотрібне. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Трансформатор струму, до складу якого входять шихтований із електротехнічної сталі магнітопровід, ізольований діелектриком стрижень якого охоплює безперервна котушкова вторинна обмотка, виконана мідним обмотувальним дротом, діаметр якого і кількість витків відповідають тривало допустимій густині струму у міді та коефіцієнту трансформації первинного струму, який відрізняється тим, що його вторинна обмотку виготовлена з двох однакових, паралельно укладених в котушку тонких шарів алюмінієвої фольги, ізольованої діелектриком, та увімкнених послідовно і узгоджено, а переріз шару алюмінієвої фольги і кількість її витків у котушці відповідають тривало допустимій густині вторинного струму в алюмінії та половині його коефіцієнта трансформації первинного струму. 3 UA 98134 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4