Трансформатори струму

Трансформатори струму за принципом дії не відрізняються від звичайних силових трансформаторів, які служать для перетворення змінного струму, але працюють вони в режимі, який близький до короткого замикання, що і дозволяє використовувати їх для вимірювань.

За допомогою вимірювальних трансформаторів можна виконувати вимірювання в колах зі струмами від часток ампера до десятків тисяч ампер, користуючись стандартними амперметрами (на 1 - 5А).

Рис. 2. Принципова схема трансформатора струму

а) схема ввімкнення трансформатора струму

У трансформаторах струму, як правило первинний струм більший від вторинного . Первинну обмотку використовують з проводів різного перерізу залежно від номінального струму . Якщо перевищує 200, 500А вона може складатись з одного витка у вигляді прямої мідної (або алюмінієвої) шини або стержня (рис. 2, а).

На осерді 1 (рис. 2) є дві обмотки: первинна 2 з кількістю витків і вторинна з кількістю витків . Первинна обмотка з виводами Л₁ і Л₂ вмикається в коло або лінію, в якій треба визначити струм І₁, а вторинна з виводами И₁ і И₂ замикається безпосередньо на вимірювальні прилади (амперметр, струмові обмотки ватметру та ін.).

Опори обмоток цих приладів є дуже маленькими тому трансформатор працює в режимі близькому до короткого замикання. Струм знаходиться через коефіцієнт трансформації за показами амперметра:

(1)

Це справедливо, якщо струм холостого ходу трансформатора . Але ,тому є похибка у визначенні струму . Ця похибка визначається аналогічно похибці вимірювання напруги і в трансформатора напруги. Існує також і кутова похибка, яка зумовлена зсувом фаз між струмами і що визначається кутом δ₁.

Трансформатори струму мають класи точності 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. Для класів точності 0,2; 0,5; 1 похибка відповідає значенням кута δ₁, від 10' до 180', а для класів точності 3; 5; 10 — не нормується.

Лабораторні трансформатори виготовляють наступних класів точності: 0,05; 0,1; 0,2.

У трансформатора струму, який включений у лінію послідовно, не можна роз'єднувати вторинну обмотку, оскільки в цьому випадку розмагнічуючий магнітний потік вторинної обмотки відсутній і потік трансформатора, який визначається струмом в лінії, різко зростає, а разом з ним зростають ЕРС вторинної обмотки і втрати в сталі трансформатора. Це може призвести до небезпечних для життя перенапругам і пошкодженню ізоляції. Якщо під час роботи потрібно включений амперметр чи інший прилад від'єднати, то попередньо вторинну обмотку потрібно закоротити. Для цієї мети в схему включаються спеціальний вимикач Q, який нормально розімкнутий (рис. 2).

Оскільки навантаження може впливати на значення похибки, то навантаження вимірювального трансформатора повинно бути близьким до номінального для вторинної обмотки вимірювального трансформатора. Кутові похибки вимірювальних трансформаторів вносять помилку при вимірюванні кута зсуву фаз φ₁ між напругою і струмом оскільки кут зсуву фаз буде відрізнятися від дійсного кута φ₂ між напругою і струмом .

За векторною діаграмою трансформатора струму можна встановити основні властивості:

1) трансформатор струму працює в умовах к.з., тому для встановлення у вторинному колі струму , потрібна незначна ЕРС (1-12 В).

2) опір у вторинній обмотці менший ніж 2 0м. Відповідно потік і магнітна
індукція в осерді мають малі значення, тому: ,

тому

Відношення називають дійсним коефіцієнтом трансформації

(2) або (3).

В ідеального трансформатора струму коефіцієнт трансформації буде постійною величиною, що дорівнює відношенню кількості витків обмоток.

Значення вимірюваного струму можна отримати перемноживши покази амперметра, що включений у вторинну обмотку, на дійсний коефіцієнт трансформації.