13. Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы используют главным образом для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого напряжения. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированными от цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала.

Кроме того, изме­рительные трансформаторы позволяют расширять пределы измерения приборов, т. е. измерять большие токи и напряжения с помощью приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений. В ряде случаев измерительные трансформаторы служат для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электрических установок от аварийных режимов.

Трансформатор напряжения.

Его выполняют в виде двухобмоточного понижающего трансформатора. Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют.

Так как сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору на­пряжения велики, то он практически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, что U₁ = U'₂ = U₂k.

В действительности ток холостого хода I₀ (а также не­большой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения, поэтому, как видно из векторной диаграммы U₂ ≠ U₁ и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе δ_U. В результате при изме­рениях образуются некоторые погрешности.

В измерительных трансформаторах напряжения различа­ют два вида погрешностей:

а) относительную погрешность напряжения

γ_u = [(U₂k-U_l)/ U₁]100%;

б) угловую погрешность δ_u. за ее значение принимают угол между векторами U₁ и –U_2. Она влияет на результаты измерений, выполненных с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от силы тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор U₂ опережает вектор U₁.

Для уменьшения погрешностей γ_u и δ_u сопротивления обмоток трансформатора Z₁ и Z₂ делают по возможности малыми, а магнитопровод выполняют из высококачественной стали достаточно большого поперечного сечения, чтобы в рабочем режиме он не был насыщен. Благодаря этому обес­печивается значительное уменьшение тока холостого хода.

Трансформатор тока.

Его выполняют в виде двухобмоточ­ного повышающего трансформатора или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмот­кой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку. Первичной обмоткой трансформатора служит медный стержень, проходящий вну­три изолятора

Сопротивления обмоток амперметров и других приборов, подключаемых к трансформатору тока, обычно малы. Поэто­му он практически работает в режиме короткого замыкания, при котором токи I₁ и I′₂ во много раз больше тока I₀, и с достаточной степенью точности можно считать, что I₁=I′₂=I₂/к.

В действительности, из-за наличия тока холостого хода I₀≈I_μ в рассматриваемом трансформаторе I₁≠I₂ и между векторами этих токов имеется некоторый угол, отличный от 180°. Это создает относительную токовую по­грешность γ_i=[(I₂k-I₁)I₁]100% и угловую погрешность, измеряемую углом δ_; между векто­рами I₁ и -I'₂. Погрешность δ_i считается положительной, если вектор - I'₂ опережает вектор I₁.

Для уменьшения токовой и угловой погрешностей магнитопровод трансформатора тока изготовляют из высоко­качественной стали достаточно большого сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B = 0,06 ...0,1 Тл). При этих условиях намагничивающий ток будет мал.

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо. Трансформатор переходит в режим х.х. и его результирующая МДС, в рабочем режиме равная F_рез = F₁ — F₂, становится F_рез = F₁. В резуль­тате резко (в десятки и сотни раз) возрастает магнитный поток в магнитопроводе, а индукция в нем достигает значения В > 2 Тл, что приводит к сильному возрастанию магнитных потерь в стали. При этом трансформатор может сгореть. Еще большую опасность представляет резкое повышение напряжения на зажимах вторичной обмотки до нескольких сотен и даже тысяч вольт. Для предотвращения режима холостого хода при отключении приборов следует замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.