Погрешности трансформаторов тока

Коэффициент трансформации ТТ так же, как и у ТН, не является строго постоянной величиной и может из‑за погрешностей по току и углу отличаться от номинального.

Величина погрешностей ТТ главным образом зависит от кратности первичного тока по отношению к номинальному току первичной обмотки и от нагрузки подключенной ко вторичной обмотке.

Классификация трансформаторов тока по допустимым погрешностям приведена в таблице 2-2.

Таблица 2-2

Допустимые погрешности ТТ

Класс точности	Допустимая погрешность по току, %	Допустимая погрешность по углу, мин.	Область применения
0,2	+ 0,2	+ 10'	Точные лабораторные измерения
0,5	+ 0,5	+ 40'	Учёт электроэнергии
1,0	+ 1,0	+ 80'	Все типы защит и щитовые приборы
Р или (Д)	не нормируется		Специальные для дифференциальной защиты

Допустимые погрешности, приведенные в таблице 2-2, соответствуют нагрузкам вторичной обмотки ТТ не превышающих номинальной, и при вторичном токе не превышающим 120% номинального. При увеличении нагрузки или тока выше указанных значений погрешности ТТ возрастают и он переходит в другой (следующий) класс точности.

Требования, предъявляемые к трансформаторам тока используемых для релейной защиты отличаются от требований, предъявляемых к ТТ используемых для измерений. Если ТТ, питающие измерительные приборы, должны работать точно в пределах своего класса при токах нагрузки близких к их номинальному току, то ТТ, питающие релейную защиту, должны работать с достаточной точностью при прохождении больших токов (токов к.з. значительно превышающих номинальный ток ТТ).

Действующие «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) требуют, чтобы ТТ, предназначенные для питания РЗ, имели погрешность, как правило, не более 10%. Большая погрешность допускается в отдельных случаях, когда это не приводит к неправильным действиям релейной защиты. Погрешности возникают вследствие того, что действительный процесс трансформации в ТТ происходит с затратой мощности, которая расходуется на создание в сердечнике магнитного потока, перемагничивания стали сердечника (гистерезис), потери от вихревых токов, а также на нагрев обмоток.

На рис. 2‑8 представлена схема замещения трансформатора тока, где Z₁ и Z₂ – сопротивления первичной и вторичной обмоток, а Z_нам – сопротивление ветви намагничивания. Из схемы замещения видно, что первичный ток I₁, входящий в начало первичной обмотки Л₁, проходит по сопротивлению первичной обмотки Z₁ и в точке (а) разветвляется по двум параллельным ветвям. Основная часть тока, являющаяся вторичным током I₂ замыкается на сопротивление вторичной обмотки Z₂ и сопротивление нагрузки Z_н. Другая часть первичного тока I_нам замыкается через сопротивление ветви намагничивания и следовательно в реле и приборы подключённые ко вторичной обмотке ТТ, не попадает. Ветвь между точками (а) и (б) схемы замещения ТТ называется ветвью намагничивания и весь ток I_нам, проходящий по этой ветви, - током намагничивания.

Рис.2-8. Упрощённая схема замещения ТТ.

По схеме замещения видно, что во вторичную обмотку ТТ попадает не весь трансформированный ток, равный I₁/n_T, а только его часть и следовательно процесс трансформации происходит с погрешностями.

На рис. 2‑9 приведена упрощённая векторная диаграмма трансформатора тока, из которой видно, что вектор вторичного тока I₂ меньше вектора трансформированного первичного тока I₁/n_T, на величину I и сдвинут относительно его на угол δ.

Рис.2-9. Упрощённая векторная диаграмма ТТ.

Соотношение первичного и вторичного токов имеет вид:

(2-9)

Различают следующие виды погрешностей трансформаторов тока:

• Токовая погрешность (погрешность в коэффициенте трансформации) определяемая как арифметическая разность между первичным током, поделённым на коэффициент трансформации , и измеренным (действительным) вторичным током I₂ (I по диаграмме на рис. 2-8).

(2-10)

Токовая погрешность выражается в процентах:

, (2-11)

• Угловая погрешность определяется как угол  сдвига вторичного тока I₁ и считается положительной, когда I₂ опережает I₁.

Из рассмотренного выше следует, что причиной возникновения погрешностей у трансформаторов тока является существование тока намагничивания. Чем меньше ток намагничивания, тем меньше погрешности ТТ.

Величина тока намагничивания зависит от э.д.с. Е₂ и сопротивления ветви намагничивания Z_нам, т.е.:

(2-12)

Э.д.с. Е₂ можно определить как падение напряжения от тока I₂ в сопротивлении вторичной обмотки Z₂ и сопротивлении нагрузки Z_н, т.е.

Е₂=I₂ (Z₂+Z_н) (2-13)

Так как величина вторичного тока I₂ зависит от величины первичного тока I₁, то э.д.с. Е₂, а следовательно, и ток намагничивания I_нам возрастают при увеличении тока I₁ или при увеличении сопротивления нагрузки Z_н, подключённой ко вторичной обмотке.

Сопротивление ветви намагничивания Z_нам зависит от конструкции ТТ и качества стали сердечника. Это сопротивление не является постоянной величиной и зависит от характеристики намагничивания стали. При насыщении стали сердечника ТТ Z_нам резко уменьшается, что приводит к резкому возрастанию I_нам и следовательно, к возрастанию погрешностей ТТ.

Таким образом, погрешности трансформаторов тока зависят от отношения (кратности) первичного тока, проходящего через трансформатор тока, к его номинальному току и от величины нагрузки подключенной к его вторичной обмотке.