6.2.5. Конструкції трансформаторів струму

Для роботи в низьковольтних мережах застосовуються котушкові трансформатори струму. Первинна обмотка 1 скла­дається з одного витка, зігнутого з декількох, складених разом тонких шин червоної міді, які обмотані кіперною стрічкою (ізоляція). Вторинна обмотка розділена на дві рівні частини і розміщена на обох стержнях магнітопроводу 5. Вторинна обмотка б закрита картонним кожухом 2 і кінці її під'єднані до затискачів 3. Болт 4 служить для заземлення корпуса трансформатора. Котушкові трансформатори струму встановлюють на номінальний струм до 600 А. (рис. 6.3). Для струму понад 500 А і більше застосовуються одновиткові Прохідні трансформатори до яких відносяться і вимірювальні кліщі, які застосовують для орієнтовних вимірювань струмів від 20 до 1000 А при низькій напрузі.

Одновиткові, двохобмоточні прохідні трансформатори високої напруги встановлюють в місцях проходження шин високої напруги через перегородки і перекриття. Вони виготовляються на струми від кількох сот до кількох тисяч ампер. Первинна обмотка (рис. 6.4) утворюється одним стержнем Л₁ – Л₂, який проходить через вікна двох незалежних один від одного магнітопроводів, кожен з яких має свою вторинну обмотку. По суті, тут є конструктивне поєднання двох окремих трансформаторів струму з послідовним з'єднанням їх первинних обмоток. У багатьох випадках один з магнітопроводів має більший переріз, в результаті чого струмова і кутова похибки є значно меншими.

У таких трансформаторів кожна із вторинних обмоток має свій клас точності. Обмотка класу 0,5 використовується для включення амперметрів, ватметрів і лічильників, обмотка класу 1,0 або 3,0 для живлення кіл захисту. Особливим різновидом трансформаторів струму є вимі­рювальні кліщі, які дають змогу вимірювати струм в одному проводі, не розриваючи коло для вмикання амперметра або звичайного трансформатора струму.

Вимірювальні кліщі р,ис. 6.5 відрізняються від звичайного трансформатора тим, що їх магнітопровід К складається з двох половинок, які закріплені на шарнірному механізмі у вигляді кліщів. Спеціальна пружина стискає кліщі, і половинки сердечника щільно притис­каються один до другого, утворюючи замкнутий кон­тур магнітопровода, який проходить через котушку з вторинною обмоткою, яка розташована у головці кліщів (рис. 6.5.) При натисненні на важіль М половинки сердеч­ника розсуваються, що дає змогу охопити ними провід зі струмом і виконати вимірювання, не перериваючи

живлення споживача електроенергією. Роль первинної обмотки виконує сам провід 1, струм в якому вимірюється. До вторинної обмотки приєднаний чутливий прилад випрямленої системи 2. Прилад має перемикач для п'яти меж вимірювання: 15; ЗО; 75; 300; 600 А. Додаткові затискачі а-б дають змогу використовувати прилад і в якості вольтметра з верхньою межею вимірювання 600 В.

6.3. Трансформатори напруги

Трансформатори напруги за принципом дії є звичайними трансформаторами змінного струму. Такий трансформатор подібний до силового трансформатора невеликої потужності. На противагу до трансформатора струму трансформатор напруги вмикається в коло навантаження не послідовно, а паралельно до нього, тобто на затискачі його первинної обмотки подається напруга, що підлягає вимірюванню.

Працює він у режимі, який близький до холостого ходу, коли втрати напруги в обмотках є дуже незначні, внаслідок чого напруга на вторинних затискачах є строго пропорційна напрузі, яка підведена до первинної обмотки, і майже не залежить від наванта­ження у вторинному колі, якщо це навантаження досить мале. 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. 6.6. показано принципову схему трансформатора напруги і вмикання його в коло високої напруги.

Висока напруга, яка вимірюється U₁ подається на первинну обмотку трансформатора з виводами А і X. Первинна обмотка має велику кількість витків ω₁ а вторинна - значно меншу кількість витків ω₂. До вторинної обмотки низької напруги й₂ приєднуються паралельно один до одного вольтметр і кола напруг інших приладів. Переважно обмотки ω_І і ω₂ є концентричні — обмотка високої напруги (ВН) охоплює обмотку низької напруги (НН), 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 (порядка тисяч Ом), тобто трансформатор напруги працює в умовах, що близькі до режиму холостого ходу силового транс­форматора. Тому спад напруги на первинній I₁ · Z_0БІ і вторинній I₂ · Z_ОБ2 обмотках трансформатора напруги дуже малі, що дає змогу рахувати, що U₁≈E_1X ; U₂≈E_2X.

Оскільки

де К₁₂ — коефіцієнт трансформації, то U₁ = К₁₂ • U₂, тобто вторинна напруга пов'язана з первинною постійним співвідно­шенням. Відповідно, вимірявши низьку напругу U₂, можна визначити первинну високу напругу U₁.

Номінальний коефіцієнт трансформації К_U 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 U₁/U₂ відрізняється від паспортного значення К_U, тому є похибка вимірювання напруги f_U%.

(6.6)

де U_{1 ВИМ} , U - виміряна і дійсна первинні напруги.

Похибка напруги, що виражається в процентах, це похибка у вимірюванні первинної напруги, яка відноситься до дійсного значен­ня цієї напруги. Чим менший опір обмоток трансформатора напруги

(6.7)

порівняно з опором навантаження z_н, тим менша похибка вимірювання напруги f_U%. Крім похибки вимірювання напруги є також так звана кутова похибка. Ця похибка пов'язана з тим, що між напругами U₁ і U₂ є зсув фаз, який визначається кутом δ_н, що є важливим при вимірюванні потужності і енергії (для ват­метрів і лічильників).

Кутова похибка визначається як кут δ_Н між векторами вторинної і первинної напруги і вимірюється у хвилинах, вважа­ється додатною, якщо вектор вторинної напруги випереджує вектор первинної напруги. Трансформатори напруги мають класи точності: 0,2; 0,5; 1; 3. Для напруг до 6 kВ трансформатори напруги виготовляються сухими з природнім повітряним охолодженням, для напруг вищих ніж 6 кВ застосовуються масляні трансфор­матори напруги. Трансформатори напруги часто виготовляються трифазними. Для трансформатора напруги має значення правильна передача фази, особливо при вимірюванні потужності і електричної енергії, тому потрібно слідкувати за виводами обмоток (А-Х, а-х).