Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Используются в цепях переменного тока для изменения значения тока и напряжения в заданное число раз с определенной точностью.

Устройство измерительных трансформаторов аналогично обычным силовым трансформаторам с той лишь разнице, что их вторичная обмотка может быть двухслойной: одна катушка используется для целей измерения, а вторая (низкой точности) – для цепей автоматической защиты. Во вторичную цепь трансформатора могут включаться не только приборы контроля (вольтметры, ваттметры, счетчики энергии и т.п.), но и элементы автоматики (элементы защиты и управления). При возникновении аварийных ситуаций в линии ток может увеличиться в десять раз, при этом трансформатор тока существенно перегружается, его мощность становится во много раз больше рабочей, что приводит к насыщению магнитопровода, снижению точности измерений. В таком режиме трансформаторы тока работают не в нормальном режиме, и для них при этом нормируется уровень 10% точности.

Измерительные трансформаторы имеют следующие эксплуатационные характеристики:

· для трансформаторов напряжения (ТН): рабочую частоту (50 Гц), номинальное напряжение (от 0,38 кВ до 750 кВ), номинальное вторичное напряжение (100 В); класс точности (0,05…3,0),

· для трансформаторов тока (ТТ): номинальный первичный ток (от 1 А до 40 кА); номинальный вторичный ток (1; 2; 2,5; 5 А); номинальная нагрузка вторичной цепи (2,5; 5; 10; 25; 30; 40; 60; 75; 100 Вт); класс точности (0,2…10,0).

Измерительные приборы и элементы защиты электрических цепей выполняют на токи и напряжения вторичных обмоток измерительных трансформаторов. Причем, вторичная обмотка измерительных трансформаторов обязательно должна быть заземлена.

Рис. 3.4 Схема включения трансформатора тока.

Для трансформаторов тока важными метрологическими характеристиками являются: номинальное напряжение, номинальный первичный и вторичный ток, номинальный коэффициент трансформации, токовая погрешность, угловая погрешность, полная погрешность (характеризует относительный намагничивающий ток), номинальная нагрузка, номинальная предельная кратность первичного и вторичного тока.

Через трансформаторы тока в аварийных ситуациях могут протекать токи короткого замыкания, многократно превышающие номинальный ток, поэтому используют понятия динамической и термической стойкости (кратность токов). Наиболее уязвимым элементом измерительных трансформаторов является первичная обмотка, так как в аварийных ситуациях вторичная обмотка работает в режиме насыщения магнитопровода.

Трансформаторы тока (ТТ) бывают: шинные, кабельные, проходные. В одновитковом трансформаторе тока первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня или пакета шин.

Примером такого исполнения является одновитковый проходной трансформатор тока с литой изоляцией (на 10 кВ).

Рис. 3.5 Одновитковый трансформатор тока ТПОЛ-10, U_H₀_M = 10 кВ:

1 – магнитопроводы; 2 — вторичная обмотка; 3— крепежное кольцо;

4 — токопровод.

Применение литой эпоксидной изоляции позволяет сильно упростить конструкцию и технологию производства трансформаторов. Достоинством одновиткового исполнения ТТ является его высокая электродинамическая стойкость. При расчете измерительных цепей необходимо производить учет сопротивления проводов измерительной схемы.

Трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) служат для приведения напряжения к стандартному значению (100 В), на которое рассчитаны вторичные приборы. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала вторичная обмотка трансформатора заземляется.

Рис. 3.6 Схемы включения трансформаторов напряжения в трехфазных сетях с использованием двух (а) и трех (б) однофазных трансформаторов.

Основными параметрами ТН являются: номинальные значения напряжения на обмотках, коэффициента трансформации, погрешности по напряжению, мощность трансформатора и вторичная нагрузка.

На погрешность трансформатора влияет коэффициент мощности нагрузки (cosφ). Характер нагрузки оказывает влияние также и на угловую погрешность.

До напряжений 35 кВ конструкция ТН сходна с конструкцией силовых трансформаторов. Индукция в сердечнике ТН значительно меньше, чем у силовых трансформаторов, это позволяет снизить погрешность измерений.

Рис. 3.7 Внешний вид однофазных трансформаторов напряжения с масляной изоляцией (а) и литой изоляцией (б)

Согласующие трансформаторы предназначаются для сохранения неизменной величины сопротивления на их входе при разных сопротивлениях, нагружающих их выход.