Основные теоретические положения. Исследование измерительных трансформаторов

Исследование измерительных трансформаторов

Лабораторная работа № 4

Цель работы

1. Ознакомление с устройством, принципом действия, конструкцией и разметкой зажимов измерительных трансформаторов тока и напряжения.

2. Изучение схем включения измерительных приборов с использованием измерительных трансформаторов.

3. Исследование методов оценки погрешностей измерительных трансформаторов.

Измерительные трансформаторы подразделяются на трансформаторы тока (ИТТ) и напряжения (ИТН) являются измерительными преобразователями больших переменных токов и напряжений в относительно малые токи и напряжения, допустимые для измерений приборами с небольшими стандартными пределами измерений (например, 5А, 100 В). Кроме того, применением измерительных трансформаторов в цепях высокого напряжения создаются безопасные условия для персонала, обслуживающего приборы, так как приборы включаются в заземленную цепь низкого напряжения и отсутствует гальваническая связь между первичной цепью и приборами.

Измерительные трансформаторы тока включаются в цепь последовательно с нагрузкой, а измерительные трансформаторы напряжения - параллельно нагрузке своими первичными обмотками соответственно (рис.4.1).

Рис.4.1. Схемы включения измерительных трансформаторов тока и напряжения

У трансформатора тока первичная обмотка имеет малое число витков. В трансформаторах тока с номинальным первичным током более 500А она может состоять всего из одного витка – в виде прямой медной шины (стержня), проходящей через окно в в магнитопроводе. Выводы первичной обмотки обозначаются (линия). Вторичная обмотка имеет большее число витков по сравнению с первичной. Ее выводы обозначаются (измерение). Вторичная обмотка трансформатора тока нагружается измерительным приборам (на схеме рис.4.1 –амперметр) и имеет ключ, который должен быть разомкнут при измерении и замкнут во всех остальных случаях. Вторичная обмотка трансформатора обязательно заземляется. С помощью измерительного трансформатора тока можно измерять переменные токи до нескольких сотен кА (в случае наружных трансформаторов). Весьма часто трансформатор тока встраивается в корпус амперметра. Обычно это делают у амперметров, рассчитанных на измерение токов свыше 50 А.

У трансформатора напряжения первичная обмотка имеет большее число витков. Ее входные клеммы обозначаются А и Х. У вторичной обмотки, имеющей меньшее число витков, клеммы обозначаются а и х. По обозначениям входа и выхода трансформатора можно отличить измерительный трансформатор от силового трансформатора или дросселя.

При монтаже практических схем измерений с помощью ИТТ и ИТН особое значение имеет правильность подключения приборов к выводам трансформаторов. Для определения правильности сборки схемы (разметки зажимов) измерительных трансформаторов тока и напряжения используется метод баллистического толчка на постоянном токе. Более подробно этот метод изложен в практической части лабораторной работы.

У всех трансформаторов, в том числе и у измерительных, различают два режима работы: режим короткого замыкания (КЗ) и режим холостого хода (ХХ).

Рабочим режимом трансформатора тока является режим КЗ. Тот факт, что во вторичную обмотку трансформатора тока включен прибор (амперметр), имеющий весьма малое входное сопротивление, обеспечивается режим КЗ (практически вторичная обмотка замкнута). Чтобы при отсутствии амперметра или его неисправности обеспечить режим КЗ, у подключенного трансформатора вторичную обмотку замыкают ключом К. Если вторичную обмотку трансформатора разомкнуть, то ток во вторичной обмотке трансформатора исчезнет. Вместе с ним исчезнет и магнитный поток в магнитопроводе, который уменьшает поток первичной обмотки. Суммарный поток станет равным . Из-за этого возникнет очень большая ЭДС, наведенная во вторичной обмотке изменением большого потока . Эта величина ЭДС приведет к тому, что наступит пробой изоляции в витках вторичной обмотки. Возникнут дуговые явления и обмотка сгорит. Кроме того, из-за изменений этого большого потока перегреется магнитопровод трансформатора. Таким образом, режим ХХ для трансформатора тока является аварийным.

У трансформатора напряжения рабочим режимом является режим ХХ, аварийным – режим КЗ. Так как вольтметры обладают весьма большим собственным сопротивлением, то замыкание вторичной обмотки на вольтметр обеспечивает рабочий режим. Режим КЗ является аварийным, так как вторичная обмотка наматывается довольно тонким проводом и в случае КЗ эта обмотка сгорает.

Любой измерительный трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации. Эти коэффициенты для ИТТ и ИТН соответственно равны: На табличке (шильдике) и в технической документации указывается номинальный коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

В общем случае действительные коэффициенты, вычисленные по приведенным выше формулам, отличаются от номинальных. Действительный коэффициент зависит от конкретных условий включения трансформатора: от величины первичного тока и напряжения, от их частоты, от формы их кривой, от величины нагрузки, от природы нагрузки и т.д. Отличие номинальных коэффициентов трансформации от действительных приводит к числовой погрешности измерительного трансформатора:⨍

; (4.1)

Помимо этих числовых погрешностей у измерительного трансформатора имеется и угловая погрешность ,равная дополнительному углу сдвига фазы между первичной (входной) и вторичной (выходной) величинами трансформатора. Например, у идеального трансформатора тока угол сдвига фаз между первичным () и вторичным () током должен быть .Идеальный трансформатор – это такой, у которого в первичной и вторичной цепях действуют только реактивные нагрузки. В реальных условиях обмотки обладают активным сопротивлением. По этим причинам вектор сдвигается, и получаем вектор тока . Угол сдвига между и - равен (угловая погрешность измерительного трансформатора). Обычно угол имеет величину от до единиц градусов.

В зависимости от величин погрешностей и ГОСТом назначены классы точности измерительных трансформаторов: 0,2; 0,5; 1; 3; 10.

Для определения величины и нужно показания измерительного прибора и умножить на номинальный коэффициент трансформации: ; (4.2)

Дата добавления: 2015-04-30