Измерительные трансформаторы

Лекция 9

При высоких напряжениях и больших токах возникает проблема их измерения. Причем основными требованиями здесь являются высокая точность измерения и безопасность персонала. Для этой цели и служат измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Начнем с трансформаторов напряжения. Они предназначаются для преобразования высокого напряжения до значения удобного для измерения и выполняются так, чтобы вторичное напряжение, увеличенное в «k» раз соответствовало бы первичному, т.е.:

.

Вторичное напряжение принято равным 100 В: .

Классы точности трансформаторов напряжения в зависимости от назначения приняты такими:

0,2; 0,5; 1 и 3.

Рассмотрим векторную диаграмму трансформатора исходя из упрощенной схемы замещения (рис. 1).

Рис. 1

Из векторной диаграммы следует, что ошибка при измерении будет зависеть от загрузки трансформатора (ток ) и определится выражением:

,

а угловая ошибка – угол :

.

Зависимость ошибки от нагрузки выглядит так (рис. 2):

Рис. 2.

Иными словами: чем больше нагрузка на трансформатор, тем больше площадь треугольника потерь напряжения и ошибка измерения.

Наибольшее распространение в эл. установках получили трехобмоточные трансформаторы типа НТМИ (буква И обозначает, что используется для контроля изоляции). Схема его подключения представлена на рис. 3.

Рис. 3.

На более высоких напряжениях (110 кВ и выше) находят применение однофазные типа НОМ, НОС и трехфазные трансформаторы типа НТМ, а также каскадные трансформаторы типа НКФ, которые используются при напряжениях 110 кВ и выше.

В последних используется принцип последовательной трансформации от первичного напряжения до номинального (100 В), необходимого для подключения приборов.

Наконец, несколько слов о т.н. емкостных трансформаторах – ЕТН. Принцип его работы может быть уяснен из схемы, изображенной на рис. 4. Он представляет собой емкостной делитель. Емкости и подбираются таким образом, чтобы основное напряжение приходилось бы на .

Рис. 4.

Рассмотрим теперь трансформатор тока. Схема замещения у него такая же, как и у трансформатора напряжения, но поскольку вторичная обмотка у него всегда замкнута, напряжение полностью уравновешивается падением напряжения в и . Векторная диаграмма, иллюстрирующая это падение напряжения представлена на рис. 5.

Рис. 5

Баланс токов тот же, что и у обычных трансформаторов:

.

Из векторной диаграммы следует, что ошибка в % при измерении тока будет:

Но т.к. , а , то окончательно имеем:

.

Т.о. видим, что ошибка при измерении тока есть функция тока и тока холостого хода . Кроме того, ток напрямую связан с током . Вот графическая интерпретация этих зависимостей (рис. 6).

Рис. 6.

Из этих графических зависимостей видно, что только на участке кривой M-N эта зависимость линейна. Поэтому при выборе трансформаторов тока надо стремиться к тому, чтобы номинальный ток его по своей величине приближался бы к ожидаемому рабочему току или расчетному . И, кроме того, чтобы нагрузка на вторичную обмотку не выходила бы за пределы отрезка M-N (рис. 6 а), т.е. соответствовала бы требуемому классу точности.

Сопротивление соответствует случаю, когда вторичная обмотка трансформатора тока разомкнута. Такой режим работы недопустим, т.к. исходя из соотношения

при ток холостого хода резко возрастает , стальной сердечник трансформатора перегревается и трансформатор может выйти из строя. Что касается конструктивного устройства трансформаторов тока, то надо отметить их достаточно большое многообразие, а именно:

ТПЛ–10 К – многовитковый;

ТПЛУ – усиленные;

ТПОЛ–10 – одновитковый;

ТПОЛА-10 – с алюминиевой первичной обмоткой;

ТПШЛ – шинные;

ТВТ и ТВС – встроенные в силовые трансформаторы.

Как выбирают измерительные трансформаторы?

Трансформатор напряжения выбирают по следующим условиям:

­ по напряжению ;

­ по классу точности, схеме соединений обмоток;

­ по вторичной нагрузке .

Сечения проводов по условию механической прочности должно быть не менее по меди и не менее по алюминию.

Трансформаторы тока выбираются по:

­ номинальному напряжению ;

­ номинальному току ;

­ эл. динамической стойкости: ;

­ термической стойкости: ;

­ классу точности;

­ вторичной нагрузке ,

где - расчетная нагрузка вторичной цепи;

- номинальное полное сопротивление нагрузки в выбранном классе точности.

Можно считать, что ,

где ,

- переходное сопротивление контактов (можно принять Ом),

- сопротивление приборов,

- сопротивление проводов.

Из приведенного выражения можно определить сечение проводов вторичной цепи:

, а

По условию прочности оно не должно быть менее по меди и по алюминию.

Литература:

1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Эл. оборудование станций и подстанций (3-е изд.). Энергоатомиздат, 1988 г.

2. Салтыков В.М. Эл. станции и подстанции в системах эл. снабжения. Тольятти, 1996 г.

Дата добавления: 2014-01-07