17.7 Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы используются при измерении тока и напряжения в сетях высокого напряжения. Первичные обмотки этих трансформаторов включаются в сеть, а ко вторичным обмоткам подключаются электроизмерительные приборы. При таком включении электроизмерительных приборов упрощается изоляция их токоведущих частей и обеспечивается безопасность обслуживания. Кроме того, применение этих трансформаторов дает возможность расширить пределы измерения стандартными приборами.

Различают два вида измерительных трансформаторов: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Трансформаторы тока. Первичная обмотка трансформатора тока имеет малое число витков и включается последовательно в линию, в которой необходимо измерить ток (рис. 23.12). В цепь вторичной обмотки, которая имеет большое число витков, включают обмотку амперметра или токовые обмотки ваттметров и счетчиков. Если требуется включить одновременно несколько приборов, то их включают последовательно друг с другом.

Первичные обмотки трансформаторов тока рассчитываются на различные номинальные токи. При этом номинальные токи вторичных обмоток всех трансформаторов тока равны 5 А и только в некоторых специальных случаях - 1 А; Исходя из этих токов подбирают приборы включаемые во вторичную обмотку.

Рис. 17.12. Схема включения трансформатора тока

Рис. 17.13. Векторная диаграмма трансформатора тока

Так как сопротивление амперметров и токовых обмоток приборов мало, то трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. При этом магнитный поток и ЭДС вторичной обмотки, а также намагничивающий ток I₁₂ малы. Поэтому можно принять, что МДС обмоток практически взаимно уравновешены, т. е. I₁w₁=I₂w₂, откуда . Зная отношение w₂/w₁ по измеренному току I₂ легко определить ток I₁

(17.11)

В действительности I₁₂≠0, поэтому при измерении возникают погрешности (рис. 17.13). Различают два вида погрешностей трансформаторов тока: токовую и угловую, выражаемую углом δ₁ в минутах. Значение погрешностей меняется с изменением нагрузки трансформатора. С увеличением сопротивления нагрузки точность уменьшается. При номинальном токе I₂=5 А сопротивление нагрузки должно быть не более 0,2—2 Ом.

Для уменьшения погрешностей стараются снижать намагничивающий ток, выполняя магнитопровод трансформатора тока ненасыщенным из высококачественной стали.

В зависимости от значений допустимых погрешностей различают следующие классы точности трансформаторов тока: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10. Эти числа указывают допустимую токовую погрешность при номинальном токе. Угловая погрешность для первых трех классов не должна превышать соответственно 10, 40 и 80', а для классов 3 и 10 она не нормируется.

Следует иметь в виду, что у работающего трансформатора тока нельзя разрывать цепь вторичной обмотки. При отсутствии тока I₂ вторичная обмотка не оказывает размагничивающего действия на магнитный поток, вследствие чего он возрастет во много раз. Этот ноток наводит во вторичной обмотке большую ЭДС, которая опасна для обслуживающего персонала и может вызвать пробой изоляции. Кроме того, большой магнитный поток вызывает увеличение магнитных потерь, что приводит к повышению нагрева трансформатора. В результате этого он может сгореть. Поэтому при отсоединении измерительных приборов вторичную обмотку следует закорачивать.

Трансформаторы напряжения. Трансформаторы конструктивно подобны силовым трансформаторам небольшой мощности. Их первичная обмотка, имеющая большое число витков, подключается к сети, напряжение в которой необходимо измерить. Ко вторичной обмотке, которая имеет меньшее число витков, подключают вольтметр, обмотки напряжения других электроизмерительных приборов или реле (рис. 23.14). При подсоединении к одной вторичной обмотке нескольких приборов их обмотки включаются параллельно.

(17.12)

Так как сопротивления обмоток подключенных приборов велики, то трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу. Пренебрегая падением напряжения в трансформаторе, можно принять, что U₁/U₂≈E₁/E₂=w_l/w₂, откуда . Однако из-за падения напряжения это равенство не выполняется точно, поэтому в трансформаторах напряжения возникают два вида погрешностей в измерениях: погрешность напряжения

и угловая погрешность δ_U (рис. 17.15), выражаемая в минутах. В зависимости от допустимых погрешностей стационарные трансформаторы напряжения подразделяются на три класса точности: 0,5; 1 и 3, а лабораторные на четыре класса: 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Обозначение класса соответствует погрешности напряжения f_U% при номинальном напряжении U_lном.

Для трансформаторов напряжения классов тонкости 0,5 и 1 допускаются угловые погрешности соответственно 20' и 40'. Для трансформаторов класса точности 3 угловая погрешность не нормирована.

Рис. 17.14. Схема включения трансформатора напряжения

Рис. 17.15. Векторная диаграмма трансформатора напряжения

Для уменьшения погрешностей трансформаторов напряжения стремятся иметь малые значения сопротивлений обмоток и тока холостого хода. Магнитная система трансформатора выполняется из высококачественной стали и ненасыщенной.

Трансформаторы напряжения выполняются однофазными и трехфазными.

Для безопасности обслуживания трансформаторов напряжения и трансформаторов тока их вторичные обмотки и магнитопроводы заземляют.

В зависимости от условий работы измерительные трансформаторы могут иметь различное конструктивное оформление.