НАГРУЗОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Нагрузочный трансформатор.
Полезная модель относится к электротехнике, в частности к сильноточному трансформатору для иснытаний элементов токовых защит автоматических выключателей и схем защиты электротехнических установок.
Для испытания элементов токовых защит автоматических выключателей и схем защиты используются источники переменного тока промышленной частоты до 3-10 кА низкого напряжения, конструктивно представляющие собой двухобмоточный трансформатор тока, который содержит магнитопровод и размещенные на нем обмотки: первичную - высокого напряжения и вторичную - сильноточную, низкого напряжения. Отличительная особенность конструкции вторичной обмотки состоит в том, что она выполняется с большим общим сечением витков, благодаря чему трансформатор работает в условиях небольших плотностей тока во вторичной обмотке.
Известен нагрузочный трансформатор 1, содержащий магнитопровод с замкнутой магнитной цепью, первичную и охватывающую ее вторичную обмотки, причем вторичная обмотка выполнена в виде контейнера, состоящего из отдельных соединенных между собой элементов. Недостаток этого трансформатора - сложность в обеспечении надежного электрического соединения между собой составляющих элементов вторичной обмотки и токовыводов. Соединение путем сварки трудно выполнимо, поскольку медные детали (элементы), обладают большой теплопроводностью и при сварке вся конструкция (вторичной обмотки), в которую уже заключена первичная обмотка, сильно нагревается. ; Известен также нагрузочный трансформатор 2, который содержит один виток вторичной обмотки, выполненный из проводника с большим сечением, равным сечению окна магнитопровода, однако во многих случаях один виток вторичной  обмотки не обеспечивает достаточного коэффициента трансформации по току, который, как известно,
определяется отношением числа витков вторичной и первичной обмоток. Но простое увеличение витков вторичной обмотки приводит к увеличению потерь мощности во вторичной обмотке, поскольку в зоне больших токов часть мощности приходится на потери, связанные с преодолением магнитного рассеяния за счет увеличения индуктивного сопротивления вторичной обмотки. В ряде случаев для уменьшения магнитного рассеяния за счет уменьшения индуктивного сопротивления обмоток применяют двойные концентрические вторичные обмотки с одинаковым числом витков, между которыми помещают первичную обмотку.
Так, известен трансформатор 3, выбранный в качестве прототипа, который содержит магнитопровод с замкнутой магнитной цепью и размещенную на нем вторичную обмотку, охватывающую первичную обмотку. Вторичная обмотка, выполненная из проводника большого сечения, образует две одновитковые ветви, располагающиеся концентрически в радиальном направлении.
Недостатком конструкции трансформатора, выбранного в качестве прототипа, является недостаточная точность в передаче значения тока, измеряемого при испытании элементов токовой защиты автоматических выключателей и схем защиты электротехнических установок. Действительно, нагрузочный трансформатор это, по существу, измерительное устройство. В нем, как и во всяком трансформаторе, происходит преобразование электрической энергии и выдается известная мощность. Но не отдача мощности является главной функцией этого устройства. Главная функция нагрузочного трансформатора выдача информации и, следовательно, как в устройстве информационном, измерительном - это точность передачи информации. В данном случае точность нагрузочного трансформатора определяется его коэффициентом трансформации, поскольку, зная коэффициент трансформации по показанию амперметра в задающей (первичной) цепи легко определить величину тока в контролируемой (вторичной) цепи. Принято различать
)5
2
номинальный (Кн) и истинный (1Си) коэффициенты трансформации. Номинальным коэффициентом трансформации называется отношение указанных в паспорте трансформатора значений первичного и вторичного токов. Истинный коэффициент трансформации равен отношению истинных значений первичного и вторичного токов. Разница между номинальным и истинным коэффициентом трансформации характеризуется токовой погрешностью (f), рассчитываемой по формуле:
f  (
Принято считать токовую погрешность (f) отрицательной, если действительный ток
получается меньше номинального, при котором должен срабатывать элемент токовой
защиты. В аппаратостроении разработаны специальные способы уменьшения токовой
погрешности измерительных трансформаторов. Как показано в работе 4 отрицательную
токовую погрешность можно уменьшить, отмотав от вторичной обмотки токового
трансформатора то, или иное число витков. Такой способ уменьшения токовой
погрешности называется витковой коррекцией.
На основании вышеизложенного следует, что конструкции приведенных выше
нагрузочных трансформаторов не допускают возможности уменьшения токовой
погрешности, свойственной трансформаторам данного типа.
Задача, на решение которой направлена заявляемая последняя модель, состоит в
уменьшении токовой погрешности нагрузочного трансформатора, определяющей
неточность в передаче значения измеряемого тока при испытании элементов токовой
защиты при одновременном сохранении достаточно высокого значения коэффициента
трансформации.
Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции вторичной обмотки
нагрузочного трансформатора. Как и трансформатор, выбранный в качестве прототипа, 3
U« J образующую две ветви располагающихся концентрически в радиальном направлении
витков. В отличие от прототипа вторичная обмотка выполнена из проводника большого сечения в виде листа шириной равной высоте окна магнитопровода, количество витков
внутренней по отношению к первичной обмотке ветви вторичной обмотки , а во
„  „  N +  внешней по отношению к первичной обмотке ветви вторичной обмотки витков,
где N-общее число витков вторичной обмотки. На фиг. 1 представлено схематическое изображение варианта конкретного исполнения заявляемого нагрузочного трансформатора, а на фиг. 2 - схема соединения обмоток.
Нагрузочный трансформатор содержит магнитопровод броневого типа 1 и обмотки: первичную 2 и вторичную, которая выполнена в виде двух концентрических ветвей 3 и 4, между которыми размещена первичная обмотка 2. Вторичная обмотка выполнена из проводника (медь) в виде листа шириной равной высоте окна магнитопровода 1 (с учетом толщины слоя изоляции, которая на фиг. 1 не показана). В данном конкретном случае ветви вторичной обмотки выполнены из медного листа «П -образной формы плечевой частью размещенного вокруг центрального стержня броневого магнитопровода так, что витки вторичной обмотки располагаются концентрически, а выступы, образующие с проводником единое целое, являются токовыводами 5 и 6 ветвей вторичной обмотки 3 и 4 и контактным переходом 7 между ветвями 3 и 4 вторичной обмотки. В данном случае, для обеспечения удобства эксплуатации нагрузочного трансформатора выступы, образующие токовыводы 5, 6 и контактный переход 7 изогнуты на угол 90° по отношению к плечевой части проводника, образующего ветви вторичной обмотки 3 и 4. В этом варианте исполнения вторичная обмотка трансформатора состоит из 9 витков, причем ветвь 3 состоит из четырех витков, а ветвь 4 - из пяти витков.
J)
4
этом число витков вторичной обмотки становится меньше номинального числа витков и вследствие этого уменьшается м.д.с. вторичной обмотки, направленная против м.д.с. первичной обмотки, но последняя остается неизменной, т.к. определяется только первичным током и числом витков первичной обмотки. Уменьшение м.д.с. вторичной обмотки сопровождается увеличением м.д.с. намагничивания и результирующего магнитного потока, что, в свою очередь, приводит к повышению э.д.с. во вторичной обмотке и уменьшению отрицательной токовой погрешности.
Экспериментально было установлено, что при малом числе витков вторичной обмотки нагрузочного трансформатора, выполненной по концентрической схеме, число витков во внутренней и наружной (по отношению к первичной обмотке) ветвях вторичной обмотки
+ 1
должно составлять и  соответственно, против N/2 в каждой из ветвей в
22
соответствии с номиналом, где N- общее число витков вторичной обмотки. Изготовлен и испытан нагрузочный трансформатор для испытаний элементов токовой защиты автоматических выключателей и схем защиты электрических установок, с незначительной токовой погрешностью при токе в контролируемой цепи порядка 12 кА.
Литература:
1.а.с. СССР №431561, МПК:Н01Р27/30,05.06/74, Бюл.№21.
2.а.с. СССР №625257, МПК:Н01Р27/30,25.09/78, Бюл.№35.
3.п. РФ №900327, МПК:Н01Р31/06, Публ. описания 25.01.82
4.В.В. Афанасьев и др., «Трансформаторы тока, Л.:Энергия, Ленинградское отделение, 1980.
Заявитель
о Директор НПФ  /У / / Давыденко Ю.Н.
../