Реализуемая в Российской Федерации политика энергосбережения, а также растущая стоимость электрической энергии требуют все большей и большей эффективности ее учета.

Использование трансформаторов тока с большими номинальными первичными токами при значении фактических нагрузок присоединений менее 20% от номинального первичного тока трансформатора экономически нецелесообразно и приводит к тому, что часть транзита электрической энергии не учитывается.

Для обеспечения достаточной точности учета и сохранения существующих коэффициентов трансформации обмоток измерений и РЗА, проектировщики все чаще стали обращать внимания на трансформаторы тока с возможностью изменения коэффициента трансформации (КТ).

Переключение по первичной стороне

Изменение номинального КТ возможно реализовать в трансформаторах тока с возможностью переключения по первичной стороне (исполнение «П»). Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 1.

Первичная катушка трансформаторов тока в исполнении «П» состоит из двух секций с равным количеством витков. Переключение КТ производится путем изменения количества витков в первичной катушке при помощи перемычек на первичных контактах. Таким образом, возможно последовательное, либо параллельное соединение секций первичной катушки. При этом, количество витков во вторичных катушках при изменении КТ сохраняется. Изменение КТ происходит на всех вторичных катушках данного трансформатора без изменения таких параметров, как номинальный класс точности, номинальный коэффициент безопасности приборов и номинальная вторичная нагрузка.

Имея неоспоримое преимущество в наличии разных коэффициентов трансформации в одном корпусе, стоит отметить и ограничения, связанные с конструктивными особенностями трансформаторов, которые имеются в первом способе изменения КТ:

•  изменение коэффициента трансформации возможно только с двойной кратностью. Например 50-100/5; 100-200/5; 200-400/5 и т.д.;
•  возможно только два коэффициента трансформации;
•  ограничение по максимальному значению первичного тока (не более 600 А).
•  трансформатор тока должен быть опорного типа.

Переключение по вторичной стороне

Второй способ: применение трансформаторов тока с отпайками (ответвлениями) по вторичной стороне. Вторичная катушка в данных трансформаторах имеет не только начало и конец обмотки, но и промежуточные ответвления (отпайки). Количество отпаек может быть несколько, но не менее одной. Переключение КТ производится путем изменения количества витков во вторичной катушке.

Рассмотрим более подробно второй способ на примере встроенного трансформатора тока с коэффициентами трансформации 200/5, 600/5, 1000/5.

Принципиальная электрическая схема данного трансформатора представлена на рисунке 2.

Для обеспечения наибольшего из коэффициентов трансформации обмотки 1000/5, подключение необходимо произвести к началу «И1» и концу «И4» обмотки. При этом, промежуточные ответвления «И2», «И3» не должны быть закорочены и заземлены. В ином случае требуемый коэффициент трансформации, а следовательно, и класс точности, не будут обеспечены, т.к. часть витков обмотки будет закорочена. Необходимо также заземлять один из выводов («И1» или «И4») в соответствии с п.3.4.23 ПУЭ.

Для обеспечения коэффициента трансформации 200/5, подключение необходимо произвести к началу «И1» и к промежуточному ответвлению «И2». Все последующие ответвления «И3», «И4» не закорачиваются и не заземляются. Кроме этого, следуя требованиям ПУЭ необходимо заземлить один из выводов («И1» или «И2»).

Для обеспечения коэффициента трансформации 600/5, подключение необходимо произвести к началу «И1» и к промежуточному ответвлению «И3». Последующее ответвление «И4», промежуточное ответвление «И2», не закорачиваются и не заземляются. Заземляется один из выводов («И1» или «И3»).

Чаще всего заказчику нужны трансформаторы тока с несколькими отпайками, при этом номинальный класс точности, номинальный коэффициент безопасности приборов и номинальная вторичная нагрузка должны быть одинаковыми на каждой отпайке.

Например: ТВ-НТЗ-110-0.5Fs5/0.5Fs5/0.5Fs5—30/30/30-200/5-600/5-1000/5 40кА УХЛ2

Технически это сделать проблематично. Намотка вторичной обмотки с отпайкой ведется на один и тот же магнитопровод с установленной предельной индукцией, определяющей коэффициент безопасности, причем отношение количества витков отпайки к виткам обмотки равно отношению соответствующих им коэффициентов трансформации.

Исходя из расчета номинальной индукции в магнитопроводе:

\( B_{ном}=\frac{I_2\sqrt{(r_{2обм}+r_{2н})^2+(x_{2обм}+x_{2н})^2}}{4.44 f S_м \omega_2} \)

при сохранении равенства номинальной нагрузки ​\( r_{2н } \)​ и остальных параметров обмотки с отпайкой, учитывая количество витков получаем отношение индукции ​\( B_{обм}⁄B_{отп } \)​, а значит и отношение коэффициентов безопасности  ​\( K_{(б обм)}⁄K_{(б отп)} =(B_{пред}/B_{обм} )⁄(B_{пред}/B_{отп} )=B_{отп}⁄B_{обм} \)​ пропорциональное отношению ​\( ω_{2 обм}⁄ω_{2 отп} \)​ . Аналогично при сохранении коэффициентов безопасности номинальные нагрузки будут зависеть от числа витков обмотки.

Таким образом, при расчете и изготовлении вторичных обмоток трансформаторов с отпайками возможно сохранение  ​\( K_{б } \)​ при различных номинальных нагрузках:

ТВ-НТЗ-110-0.5Fs5/0.5Fs5/0.5Fs5-30/50/100-200/5-600/5-1000/5 40кА УХЛ2,

либо сохранение нагрузок при различных значениях \( K_{б } \)​  :

ТВ-НТЗ-110-0.5Fs5/0.5Fs10/0.5Fs15-30/30/30-200/5-600/5-1000/5 40кА УХЛ2.

Сохранение номинального класса точности, номинального коэффициента безопасности приборов и номинальной вторичной нагрузки при изменении коэффициента трансформации возможно только в случае применения трансформаторов тока с переключением по первичной стороне (первый способ, рассматриваемый выше). Параметры вторичной катушки не меняются, т.к. переключение коэффициента трансформации происходит по первичной стороне.

Стоит отметить, что применение трансформаторов тока с отпайками (ответвлениями) по вторичной стороне (второй способ изменения КТ) в настоящий момент получило более широкое распространение из-за следующих преимуществ по отношению к первому способу изменения КТ:

•  возможность обеспечение от двух и более коэффициентов трансформации на одной вторичной обмотке;
•  отсутствие ограничения по максимальному значению первичного тока;
•  отсутствие ограничения по конструктивному типу исполнения трансформаторов. Изготовление с отпайками по вторичной стороне возможно на встроенных, опорных, проходных шинных и других типах трансформаторов.