Приборный трансформатор тока – это датчик, работающий по принципу электромагнитной индукции. Его структура в основном состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки, железного сердечника и изоляции. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь. Измеряемый ток (I1) протекает через него, создавая переменный магнитный поток в железном сердечнике, который, в свою очередь, индуцирует пропорциональный ток (I2) во вторичной обмотке. В идеале соотношение баланса ампер-витков соблюдается: I1 × N1=I2 × N2, а коэффициент номинального тока равен K=I1/I2=N2/N1.
При нормальной работе вторичная цепь трансформатора тока должна быть замкнута, иметь очень низкое сопротивление нагрузки и работать близко к короткому замыканию. Необходимо четко указать, что работа в разомкнутой цепи на вторичной стороне категорически запрещена. Если вторичная сторона разомкнута-, эффект размагничивания исчезает, и первичный ток полностью преобразуется в ток возбуждения, что приводит к глубокому насыщению железного сердечника. Это создаст опасно высокое напряжение в тысячи или даже десятки тысяч вольт во вторичной обмотке, что поставит под угрозу безопасность персонала и оборудования и приведет к сбою функций измерения и защиты.
Его основные функции можно резюмировать следующим образом: он пропорционально преобразует большой первичный ток в стандартный малый вторичный ток (обычно 5 А или 1 А); обеспечивает электрическую изоляцию между первичной системой высокого-напряжения и вторичной цепью измерения/защиты низкого-напряжения посредством магнитной связи, обеспечивая безопасность персонала и оборудования; и обеспечивает стандартизированные токовые сигналы для последующих измерительных приборов, приборов учета, релейной защиты и систем управления.
Из-за наличия тока возбуждения и потерь в реальном железном сердечнике I1N1=I2N2 + I0N1 (где I0 — ток возбуждения), что приводит к ошибкам соотношения и фазы. На эти ошибки в основном влияют характеристики материала железного сердечника, плотность магнитного потока в рабочей точке и сопротивление вторичной нагрузки. Насыщение железного сердечника является ключевой проблемой, приводящей к искажениям измерений и неправильной работе/отказу защиты. Когда первичный ток слишком велик или содержит большую постоянную составляющую, магнитный поток железного сердечника достигает насыщения, и вторичный ток будет сильно искажен, неспособный точно отражать первичный ток.
В зависимости от области применения измерительные трансформаторы тока в основном делятся на измерительные, измерительные и защитные. Трансформаторы тока, используемые для измерения, требуют высочайшей точности (например, класса 0,2S, 0,5S) и должны поддерживать высокую точность в широком диапазоне тока (например, 1–120 % номинального тока). Трансформаторы тока, используемые для защиты, подчеркивают устойчивость к насыщению и переходные характеристики в условиях сильного тока, таких как короткие замыкания (например, класс 5P, 10P), чтобы обеспечить надежную работу защитных устройств.
Основываясь на этих принципах и характеристиках, измерительные трансформаторы тока широко используются в энергетических системах (измерение, учет и защита при производстве электроэнергии, на подстанциях и в передаче), промышленной автоматизации (мониторинг оборудования, такого как двигатели и трансформаторы), новой энергетике (мониторинг и управление фотоэлектрическими и ветроэнергетическими системами), на транспорте (мониторинг электропитания для железнодорожного транспорта), системах связи (мониторинг электроснабжения и молниезащита), а также в прецизионных испытаниях приборов.