Вимірювальні трансформатори

В потужних електричних мережах високої напруги, для безпеки персоналу, який обслуговує вимірювальні прилади, а також там де потрібно розширити межі вимірювання, використовують вимірювальні трансформатори (рис. 3.27). За призначенням їх поділяють на трансформатори струму і трансформатори напруги.

3.7.1. Трансформатори струму.

Вимірювальні трансформатори струму (ВТС) призначені для перетворення великих струмів у струми, значення яких є придатними для вимірювання стандартними приладами, для живлення засобів автоматизації та захисту. За принципом ВТС є аналогом однофазного силового трансформатора і має такі основні параметри:

1). номінальна напруга – лінійна напруга системи, де ВТС може працювати і на яку розрахована його ізоляція;

2). номінальний струм первинної обмотки – струм I _1н, при тривалій дії якого обмотка не перегрівається вище припустимої температури;

3). номінальний струм вторинної (вимірювальної) обмотки – за стандартом струм I _2н може бути 1 або 5А;

4). номінальний коефіцієнт трансформації – k_{i н} = I _1н/ I _2н;

5). клас точності;

6). номінальна потужність – потужність навантаження ВТС у межах його класу точності.

Для приведення ВТС у робочий стан його первинну обмотку (позначення затискачів Л1 і Л2) вмикають послідовно зі споживачем електричної енергії. У вторинну обмотку (може бути одна або кілька), затискачі якої позначені И1 та И2, вмикають вимірювальний прилад – амперметр А, струмові обмотки ватметра чи лічильника Wh (рис. 3.27). За результатами вимірювання струму I ₂ у вторинній обмотці, з використанням коефіцієнта трансформації k можна розрахувати струм I ₁ первинної обмотки трансформатора:

Але ж відомо, що при роботі під навантаженням (I ₁ ¹ 0 та I ₂ ¹ 0) між струмами обмоток ВН і НН трансформатора немає прямої залежності і, отже, k є змінною величиною. Значення коефіцієнта трансформації трансформатора і, зокрема, ВТС залежить від конструктивних особливостей апарата, величини і характеру навантаження, а також ряду інших факторів, врахувати вплив яких складно. Тому, при розрахунках струму первинної обмотки, який вважають струмом споживача, результати вимірювання у вторинній обмотці ВТС помножують на k_{i н}:

Оскільки значення k_{i н}, незалежно від струмів у обмотках апарату, вважають постійним, то виникає похибка. Відносну похибку вимірювання струму розраховують за формулою:

.

З рівняння випливає, що чим більше I ₁ та I ₂ відрізняються, відповідно, від I _1н та I _2н, тим більшою є похибка вимірювання струму.

Крім цього, при включенні у вторинну обмотку ВТС обмотки струму ватметра або лічильника (приладу, показання якого залежать від кута зсуву фаз j між векторами струму і напруги), може мати місце так звана фазова похибка вимірювання. Її абсолютна величина (у дугових хвилинах) дорівнює куту між та ВТС і вважається додатною у випадку, коли випереджає за фазою , або від’ємною – коли випереджає .

Конструктивно, ВТС відрізняється від однофазного силового трансформатора, що викликано специфікою режиму його роботи.

З одного боку, щоб не внести спотворення у коло споживача і точно визначити струм кола, спад напруги на обмотці ВТС, яку вмикають послідовно зі споживачем, повинен бути мінімальним. Звідси випливає вимога малого опору первинної обмотки апарату. З іншого боку, вимірювальну обмотку ВТС замикають на прилад (обмотку приладу) з дуже малим внутрішнім опором. Таким чином, робочий режим ВТС є близьким до режиму короткого замикання силового трансформатора.

У випадку розмикання вимірювальної обмотки і переходу ВТС у режим холостого ходу магнітний потік апарата, а з ним і ЕРС вимірювальної обмотки неприпустимо збільшуються. Це викликає перегрів осердя, можливість пробою ізоляції обмотки і, як наслідок, ураження обслуговуючого персоналу. Для запобігання переходу ВТС у режим холостого ходу, по завершенню вимірювань (перед відключенням вимірювального приладу), вторинну обмотку апарата обов’язково шунтують. Крім цього, у коло вимірювальної обмотки заборонено встановлювати запобіжники, а саму обмотку і корпус ВТС обов’язково заземлюють.

За кількістю витків у первинній обмотці розрізняють одновиткові і багатовиткові ВТС.

Одновиткові ВТС відносно прості у виготовленні, але при струмах до 400 А мають клас точності не менше 1. Тому такі апарати, як правило, використовують для здійснення вимірювань у потужних електросистемах з напругою понад 10 кВ, де вони здатні мати клас точності 0,5.

Наявність кількох витків у первинній обмотці ВТС обумовлює необхідність їх надійної ізоляції, що по мірі збільшення номінальної напруги суттєво ускладнює конструкцію апарата. Багатовиткові ВТС виготовляються для всієї шкали номінальних напруг і використовуються для вимірювання струмів до 3000 А. Залежно від конструкції і характеристик вони можуть мати клас точності: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 і далі. У промисловості в основному використовують багатовиткові ВТС з класом точності 0,5.

Для оперативного контролю струму у низьковольтних системах застосовують ВТС з розімкненим осердям, які виготовляють у вигляді кліщів (рис. 3.28). У вторинну обмотку такого ВТС включають амперметр, а первинною є електроізольований провід, у якому вимірюють струм.

Дата добавления: 2014-01-04