Каскадный трансформатор тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения точности измерений трансформаторов тока, находящихся в эксплуатации. К низковольтной измерительной обмотке находящегося в эксплуатации трансформатора тока подключена первичная обмотка дополнительного трансформатора тока с коэффициентом трансформации, равным единице, так, что образуется каскадный трансформатор тока, погрешность измерений которого равна сумме погрешностей трансформатора, находящегося в эксплуатации, и дополнительного трансформатора, погрешность которого во всем диапазоне нагрузок, присоединяемых к его вторичной обмотке, по абсолютной величине примерно равна погрешности трансформатора, находящегося в эксплуатации, а знак ее противоположен погрешности находящегося в эксплуатации трансформатора тока. В этом и заключается технический результат. В дополнительном трансформаторе тока, содержащем магнитопровод, первичную обмотку и вторичную обмотку, магнитопровод состоит из нескольких сердечников, намотанных лентой из ферромагнитного материала, вставленных друг в друга или наложенных друг на друга и разделенных между собой прокладками из немагнитного материала. Вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, состоящий из отдельных сердечников, так, что часть витков вторичной обмотки, проходящая через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывает, по меньшей мере, один сердечник. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения точности измерений трансформаторов тока, находящихся в эксплуатации.
В настоящее время известны способы уменьшения погрешности трансформаторов тока путем отмотки от вторичной обмотки трансформатора некоторого количества витков или добавления к вторичной обмотке некоторого количества витков (так называемая витковая коррекция), а также способы уменьшения погрешностей трансформатора подмагничиванием сердечника, что достигается установкой внутри трансформатора дополнительных магнитопроводов и намоткой на них дополнительных частей вторичной обмотки [1]. Однако это может быть осуществлено только в процессе изготовления трансформатора на заводе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является каскадный трансформатор тока, в котором погрешности трансформатора складываются из погрешностей его ступеней, причем выполнение измерительных обмоток каскадного трансформатора с погрешностями, имеющими разные знаки, позволяет получить погрешность каскадного трансформатора весьма малой по абсолютной величине [2].
Однако осуществить уменьшение абсолютной величины погрешности в каскадном трансформаторе тока тоже возможно только в процессе его изготовления на заводе.
Это обстоятельство не позволяет получить требуемый класс точности находящегося в эксплуатации трансформатора тока.
Задачей данного изобретения является уменьшение погрешности трансформаторов тока, находящихся в эксплуатации.
Данная задача решается таким образом, что к низковольтным выводам измерительной обмотки трансформатора тока, находящегося в эксплуатации, подсоединяется первичная обмотка дополнительного низковольтного трансформатора, коэффициент трансформации которого равен единице, а магнитопровод и вторичная обмотка выполнены таким образом, что во всем диапазоне измеряемых токов и во всем диапазоне нагрузок, присоединяемых к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, абсолютное значение токовой погрешности примерно равно абсолютному значению токовой погрешности находящегося в эксплуатации трансформатора, а знак ее противоположен знаку токовой погрешности находящегося в эксплуатации трансформатора.
Это достигается тем, что магнитопровод дополнительного трансформатора, выполненного согласно данному изобретению, содержит два или более сердечников, намотанных из ферромагнитной ленты, накладываемых один на другой торцевыми поверхностями и отделяемых друг от друга прокладками из намагниченного материала, а вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, собранный из отдельных сердечников, так что некоторая часть витков, проходящая через сквозное отверстие в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников).
Это достигается также, если магнитопровод дополнительного трансформатора содержит два или более сердечников, намотанных из ферромагнитной ленты, вставляемых друг в друга и отделяемых друг от друга прокладками из немагнитного материалами, а вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, собранный из отдельных сердечников так, что некоторая часть витков, проходящая в сквозных отверстиях в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников).
Это достигается также и тем, что два или более магнитопроводов дополнительного трансформатора, содержащих 3 или более сердечников, намотанных из ферромагнитной ленты, вставляемых друг в друга и отделяемых друг от друга прокладками из немагнитного материала, накладываются друг на друга торцевыми поверхностями и отделяются друг от друга прокладками из немагнитного материала, а вторичная обмотка наматывается на эти магнитопроводы, так что некоторая часть ее витков, проходящая через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопроводов (один или более сердечников).
На фиг.1 и 2 представлены дополнительные трансформаторы тока, выполненные согласно данному изобретению, магнитопроводы которых содержат два или более сердечников 1.1, 1.2...1n, намотанных из ферромагнитной ленты, а вторичные обмотки 2 с несколькими витками 3.1...3n, охватывающими только часть сечения магнитопроводов (один или более сердечников), проходящими через сквозные отверстия 4.1...4n в прокладках из немагнитного материала 5.1...5n, и выведены отводами 6 и 7.
Первичная обмотка на чертеже не указана.
На фиг.3 также представлен дополнительный трансформатор тока, выполненный согласно данному изобретению, который состоит из магнитопровода, содержащего 3 или более сердечников 1.1, 1.2...1n, намотанных ферромагнитной лентой, как вставленных друг в друга и разделенных прокладками из немагнитного материала 2.1, 2.2...2n, так и накладываемых друг на друга торцевыми поверхностями и отделенных друг от друга в свою очередь прокладками из немагнитного материала 3.1...3n, из вторичной обмотки 4, намотанной на магнитопровод, с несколькими витками, охватывающими только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников) 5.1...5n, проходящими через сквозные отверстия 6.1...6n в прокладках из немагнитного материала, с отводами от вторичной обмотки 7 и 8.
Первичная обмотка на чертеже не указана.
Из рассмотрения фиг.1, на которой представлена конструкция дополнительного трансформатора, следует, что прокладки из немагнитного материала 5.1...5n подразделяют поперечное сечение магнитопровода на параллельные участки (сердечники 1.1, 1.2...1.n) и витки 3.1...3.n, проходящие в отверстиях 4.1...4n, охватывают только часть сечения магнитопровода, например сердечник 1.1.
В связи с тем, что направление намотки этих витков совпадает с направлением намотки остальных витков 2 вторичной обмотки, направление потока, созданного витками 3.1...3.n, в сердечниках 1.2...1.n совпадает с направлением потока, созданного витками 2, и магнитные потоки в сердечниках 1.2...1.n суммируются, а в сердечнике 1.1 поток, созданный витками 3.1...3.n, направлен навстречу потоку, созданному витками 2, и поэтому магнитный поток, созданный витками 3.1...3.n, вычитается из магнитного потока, созданного витками 2. Таким образом, значения индукции и магнитные проницаемости на участках вблизи витков 3.1...3.n в сердечнике 1.1 и в сердечниках 1.2...1.n различны.
При незначительных первичных токах (до 10-20% номинального) большая доля потока, созданного витками 2 вторичной обмотки, проходит по сердечникам 1.2...1.n на участках вблизи витков 3.1...3.n. Вследствие подмагничивающего действия витков 3.1...3.n на участках сердечников 1.2...1.n, расположенных вблизи витков 3.1...3.n, индукция и магнитная проницаемость значительно увеличены, а в сердечнике 1.1 на участках, расположенных вблизи витков 3.1...3.n, значение индукции и магнитная проницаемость незначительны из-за размагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n в этом сердечнике и направленного против потока, созданного витками 2 в этом же сердечнике. В этом случае витки 3.1...3.n почти не сцепляются с потоком, созданным витками 2 во всем магнитопроводе. Это увеличивает коэффициент трансформации трансформатора тока, и рабочее число витков вторичной обмотки равно числу витков поз.2, что уменьшает абсолютное значение отрицательной токовой погрешности и даже может привести к тому, что токовая погрешность станет положительной, поскольку ток во вторичной обмотке увеличивается.
При увеличении первичного тока происходит перераспределение магнитного потока между сердечниками магнитопровода в месте намотки витков 3.1...3.n. В сердечниках 1.2...1.n индукция приближается к индукции насыщения из-за подмагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n в этих сердечниках. Магнитная проницаемость в этих сердечниках уменьшается. А в сердечнике 1.1 индукция увеличивается, но не достигает еще индукции насыщения вследствие размагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n, и магнитная проницаемость поддерживается значительной.
Большая часть магнитного потока, проходящая по сердечнику 1.1 в месте намотки витков 3.1...3.n, теперь сцепляется с витками 3.1...3.n, и при этом увеличивается число витков во вторичной обмотке, которая состоит теперь из витков 2 и витков 3.1...3.n. При этом уменьшается коэффициент трансформации, и абсолютное значение положительной токовой погрешности уменьшается.
Таким образом, во всем диапазоне измеряемых токов и во всем диапазоне нагрузок, присоединенных к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, при определенном числе витков 3.1...3.n и определенном количестве сердечников 1.2...1.n, охваченных витками 3.1...3.n, абсолютное значение токовой погрешности дополнительного трансформатора подбирается таким, что оно оказывается примерно равным абсолютному значению токовой погрешности трансформатора тока, находящегося в эксплуатации, а знак ее противоположен знаку токовой погрешности находящегося в эксплуатации трансформатора.
Источники информации
1. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Ленинград, Энергоатомиздат, ленинградское отделение стр.338-339.
2. Трансформаторы тока. В.В.Афанасьев и др., Ленинград, ЭНЕРГИЯ, Ленинградское отделение, 1980 г., стр.48-50.
Каскадный трансформатор тока, включающий трансформатор тока первой ступени каскада, низковольтные выводы измерительной обмотки которого соединены с выводами первичной обмотки дополнительного низковольтного трансформатора тока с коэффициентом трансформации, равным единице, являющегося второй ступенью каскада и содержащего первичную обмотку, магнитопровод, состоящий из, по меньшей мере, двух сердечников, намотанных лентой из ферромагнитного материала, причем указанные сердечники вставлены друг в друга или наложены друг на друга торцевыми поверхностями и отделены друг от друга прокладками из немагнитного материала, а вторичная обмотка намотана на магнитопровод так, что часть витков проходит через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывая, по меньшей мере, один из указанных сердечников.
