Известно, что у силовых трансформаторов существует свойство саморегулирования магнитного потока сердечника Фс (рис. 19.2), иначе можно записать
Фс = Ф1 – Ф2 = const, (19.2)
где Ф1 – магнитный поток в сердечнике, создаваемый первичной обмоткой;
Ф2 – магнитный поток в сердечнике, создаваемый вторичной обмоткой;
Рис. 19.2. Трансформатор тока
При изменении сопротивления нагрузки zН меняется ток I2, но
I1 = кттI2, (19.3)
то есть токи прямо пропорциональны, кроме того
Ф1=cI1, (19.4)
Ф2=cI2, (19.5)
т.е. потоки прямопропорциональны токам, таким образом, при изменении I1 и I2, Ф1 и Ф2 – меняются, но ФС остается постоянным.
У трансформаторов тока свойство саморегулирования отсутствует. Так как первичная обмотка включена непосредственно в силовую линию, обычно очень мощную, то изменения тока I2 не могут оказать влияния на ток I1, поэтому трансформатор тока эксплуатируется в режиме короткого замыкания, то есть значения I2 и Ф2 не равны нулю при работе трансформатора. Результирующий поток в сердечнике
Фс = Ф1 – Ф2. (19.6)
Режим холостого хода не допустим.
Рассмотрим, что будет если разомкнуть вторичную обмотку: I2 = 0, Ф2 = 0, таким образом, ФС = Ф1, но Ф1 = сI1, так как (обычно), то Ф1 = Фс достигает очень больших значений, это в свою очередь приводит к увеличению ∆РС (потери в стали), поскольку ∆РС пропорционально , вследствие чего сердечник за короткое время разогревается настолько, что нарушается изоляция между пластинами электротехнической стали. Нарушение изоляции приводит к еще большему увеличению потерь в стали ∆РС. Этот процесс развивается лавинообразно, и через некоторое время трансформатор тока выходит из строя. Само явление получило название «пожар железа».
Другой негативный факт при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока – при увеличении ФС (рис. 19.3) резко возрастает ЭДС индукции во вторичной обмотке:
; (19.7)
Рис. 19.3. График магнитного потока сердечника трансформатора
Значение U2 достигает 1000 В и более, возникает пробой изоляции и напряжение, опасное для обслуживающего персонала, поэтому эксплуатация трансформатора тока в режиме холостого хода недопустима. При отсоединении (замене) амперметра, необходимо закорачивать выводы специальным замыкателем.