Схема ввімкнення та режим роботи вимірювального трансформатора напруги

Трансформатори напруги за принципом дії є звичайними трансформаторами змінного струму. Такі трансформатори подібні до силових трансформаторів невеликої потужності. На відміну від трансформаторів струму, трансформатор напруги вмикається в коло навантаження не послідовно, а паралельно до нього, тобто на затискачі первинної обмотки подається напруга, що вимірюється.

Трансформатор напруги працює в режимі, близькому до холостого ходу, коли втрати напруги в обмотках дуже незначні, внаслідок чого напруга на вторинних затискачах строго пропорційна напрузі, яка підведена до первинної обмотки, і майже не залежить від навантаження у вторинному колі, якщо це навантаження є досить малим.

Застосування трансформаторів напруги дозволяє ізолювати електричні кола вольтметрів, ватметрів, лічильників від кола високої напруги і створює можливість стандартизації номінальної напруги вказаних вимірювальних пристроїв.

На рис. 1 показано принципову схему трансформатора напруги і вмикання його в коло високої напруги.

а

Рис. 1

Висока напруга, яка вимірюється подається на первинну обмотку трансформатора з виводами A і X. Первинна обмотка має велику кількість витків ω₁, а вторинна - значно меншу кількість витків ω₂. До вторинної обмотки низької напруги приєднуються паралельно один до одного вольтметр і кола напруг інших приладів. Переважно обмотки ω₁ і ω₂ є концентричні - обмотка високої напруги охоплює обмотку низької напруги, як і в силових трансформаторах.

Один вивід вторинної обмотки і корпус трансформатора заземляють. Це робиться на випадок пошкодження ізоляції, а також для того, щоб замкнути на

землю коло струму, яке показане штриховкою (рис. 6.6,а), через ємність між первинною і вторинною обмотками трансформатора. Наявність цього струму в колі приладів знижує точність вимірювання. Опір вольтметра і електричних кіл напруги вимірювальних приладів відносно великий (порядку тисяч Ом), тобто трансформатор напруги працює в режимі близькому до режиму холостого ходу силового трансформатора. Тому спад напруги на первинній I₁Z_ОБ1 і вторинній I₁Z_ОБ2 обмотках трансформатора дуже малі, що дає змогу рахувати, що

U₁ ≈ E_1X ; U₂ ≈ E_2X .

Оскільки ,

де – коефіцієнт трансформації, то , тобто вторинна напруга пов’язана з первинною постійним співвідношенням. Відповідно, вимірявши низьку напругу U₂ , можна визначити первинну високу напругу U₁.

Номінальний коефіцієнт трансформації , який вказується в маркуванні трансформатора напруги, дорівнює дійсному коефіцієнту трансформації тільки при деяких визначених режимах навантаження, тому застосування номінального коефіцієнта трансформації для обрахунку первинної напруги за показами вольтметра, який включений у вторинне коло, призводить до похибки результату, яку називають похибкою напруги трансформатора напруги.

Номінальний коефіцієнт трансформації

Через спад напруги в обмотках трансформатора дійсний коефіцієнт трансформації відрізняється від паспортного значення , тому є похибка вимірювання напруги f_U ( % ).

,

де - приведене значення первинної напруги : ;

U₁ – дійсна первинна напруга, U₂ – дійсна вторинна напруга.