Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы используются главным образом для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого, напряжения. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированными от цепей высокого напряже­ний, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Кроме того, измерительные трансформаторы дают возможность расширять пределы измерения приборов, т. е. измерять большие токи и напряжения с помощью сравнительно несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений. В ряде случаев измерительные трансформаторы служат для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электри­ческих установок от аварийных режимов.

Измерительные трансформаторы подразделяются на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Первые служат для включения вольтметров, а также других приборов, реагирующих на величину напряжения, например катушек напряжения ваттметров, счетчиков, фазометров и различных реле. Вторые служат для вклю­чения амперметров и токовых катушек указанных приборов. Измери­тельные трансформаторы изготовляют мощностью от пяти до несколь­ких сот вольт-ампер, они рассчитаны для работы совместно со стан­дартными приборами (амперметрами на 1 и 5 а, вольтметрами до 100 в).

Трансформатор напряжения. Выполняется как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор (рис. 1.19). Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют. Так как сопротивление обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору напряжения, велико, то он фактически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, что

, (1.77)

Рис. 1.19. Схема включения трансформатора напряжения

В действительности ток холостого хода (а также небольшой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения; поэтому и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе . В ре­зультате этого при измерениях создаются некоторые погрешности.

В измерительных трансформаторах напряжения различают два вида погрешностей:

а) относительная погрешность коэффициента трансформации, или погрешность напряжения; величина ее

(1.78)

б) угловая погрешность ; за величину ее принимается угол между векторами и .Она влияет на результаты измерений, выполненных с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от величины тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор опережает вектор .

В зависимости от величины допускаемых погрешностей трансформаторы напряжения подразделяются на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Обозначение класса соответствует величине относительной погрешности при номинальном напряжении . Угловая погрешность составляет 10-40 минут (для 3-го класса она не нормируется). Для уменьшения погрешностей и сопротив­ления обмоток трансформатора z₁ и z₂ делают по возможности малыми, а сердечник выполняют из высококачественной стали достаточно большого поперечного сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B 0,6 - 0,8 тл). Благодаря этому обеспечивается значительное уменьшение тока холостого хода.

Трансформатор тока. Выполняется в виде обычного двухобмоточного повышающего трансформатора (рис. 1.20, а) или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмоткой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку; роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень, проходящий внутри изолятора (рис. 1.20, б).

Рис. 1.20. Схема включения трансформатора тока (а), общий вид проходного трансформатора (б)

Сопротивление обмоток амперметров и других приборов, подклю­чаемых к трансформатору тока, обычно мало. Поэтому он практически работает в режиме короткого замыкания, в котором токи и во много раз больше тока , и с достаточной степенью точности можно считать, что

(1.79)

В действительности из-за наличия тока холостого хода в рас­сматриваемом трансформаторе и между векторами этих токов имеется некоторый угол, отличный от 180°. Это создает токовую по­грешность

(1.80)

и угловую погрешность, измеряемую углом между векторами и . Погрешность считается положительной, если вектор опережает вектор .

В зависимости от величины допускаемых погрешностей трансформаторы тока подразделяются на пять классов точности: 0,2: 0,5; 1; 3 и 10. Эти цифры соответствуют допускаемой для данного класса токовой погрешности при номинальной величине тока. Угловая по­грешность для первых трех классов составляет 10 – 80 мин, а для двух последних не нормируется. Для уменьшения указанных погрешностей сердечник трансформатора тока изготовляют из высококачественной стали достаточно большого сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B = 0,06 - 0,1 тл). При этих условиях ток холостого хода будет мал.

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной обмотки тран­сформатора тока недопустимо. В этом случае трансформатор переходит в режим холостого хода и его результирующая м.д.с., которая в рабочем режиме была равна становится равной . В результате резко (в десятки и сотни раз) возрастает магнитный поток Ф_т в сердечнике, и индукция в стали достигает значения более 2 тл. Соответственно с этим резко возрастают потери в стали и трансформатор может сгореть. Еще большую опасность представляет резкое повышение напряжения на зажимах вторичной обмотки до нескольких сот и даже тысяч вольт. Для предотвращения режима холостого хода при отключении приборов нужно замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.