10 Трансформаторы напряжения. Назначение и принцип действия трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения (ТН) выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а также для приведения величины напряжения к уровню, удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57 В). Трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Трансформатор напряжения по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рис. 2.5, а, ТН состоит из стального сердечника (магнито-провода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника. Первичная обмотка W₁ , имеющая большое число витков тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W₂ , имеющей меньшее количество витков, подключаются параллельно обмотки реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС Е, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на ее зажимах U_2х . Напряжение U_2х во столько раз меньше первичного напряжения U₁ , во сколько раз число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁ . Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначаеться К_U:

Работа ТН с нагрузкой Zн в виде реле и приборов сопровождается протеканием тока I₂ и увеличением тока I₁^’ (рис. 2.5, б). В данном случае напряжение на его зажимах U2 будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчет первичного напряжения на вторичное производится по формулам:

U₁=U₂*K_U; U₂=U₁/K_U

Погрешности трансформаторов напряжения. Токи I₂ и увеличение тока I₁^’ (рис. 2.5,б) создают падение напряжения ∆U (рис. 2.5, в), которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (током I₂ ). Вместе с этим возрастают и погрешности:

–погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации) – это отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального: f_U= (∆U /U₁^’ )*100 или вследствие незначительного угла δ f_U={(К_U* U₂/U₁) /U1}*100;

– погрешность по углу, которая определяется углом  между векторами U₁^’ и U₂ .

В зависимости от предельно допустимых погрешностей ТН подразделяются на классы точности. Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности. Поэтому в каталогах и паспортах на ТН указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при которой ТН может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-10 с коэффициентом трансформации 10000/100 для класса точности 0,5 подключаемая мощность составляет 80 В*А; для класса точности 2,0 – 220 В*А, а предельная мощность – 720 В*А.