Лекция 12. Электрические аппараты для измерений

План лекции:

1 Трансформаторы тока.

2.Трансформаторы напряжения.

3. Емкостные делители напряжения.

12.1 Трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины 5 А или 1 А и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока (рис.12.1.а) имеет замкнутый магнитопровод 2 и две обмотки: первичную 1 и вторичную 3.

Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I₁, ко вторичной об­мотке присоединяются измери­тельные приборы, обтекаемые током I₂.

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации:

(12.1)

где I_1ном, I_2ном — номинальные значения первичного и вторичного токов соответственно.

Действительный коэффициент трансформации отличается от номинального вследствие потерь в трансформаторе, которые создают погрешность в измерении тока:

(12.2)

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей; сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I₁*W1. В зависимости от предъявляемых требований, выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100 - 120% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Р ис.12.1. Трансформаторы тока

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности. При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастает

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 - для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Различают одновитковые и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом трансформаторе тока первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин.

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

Трансформаторы тока для внутренних установок имеют сухую изоляцию с использованием фарфора или эпоксидной смолы.

Устройство трансформатора тока с использованием фарфора приведено на рис. 12.1.б. Первичная обмотка трансформатора тока, представляющая собой стержень, шину или катушку, проходит внутри фарфорового изолятора 4, на который надеты кольцевые сердечники 3, 5 (один или два). Сердечники изготовляют из спиральной стальной ленты, свернутой в виде кольца. На каждый сердечник намотана вторичная обмотка 2 из медного изолированного провода. Трансформаторы тока имеют однофазное исполнении. В РУ применяют трансформаторы тока классов точности 0,5; 1;3.

Трансформаторы с литой эпоксидной изоляцией имеют малые размеры и проще по технологии производства, поэтому получили широкое распространение. На рис. 12.1.в показано устройство трансформатора тока типа ТПОЛ-10 — (П — проходной, О — одновитковый, Л — с литой изоляцией) на номинальное напряжение 10 кВ. Первичная обмотка 1 выполнена в виде прямолинейного стержня с зажимами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магнитопровода 2 с вторичными обмотками. Магнитопроводы вместе с первичной и вторичной обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют монолитный блок 3 в виде проходного изолятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями под болты для крепления трансформатора. Зажимы 5 вторичных обмоток расположены на боковом приливе блока.

Одновитковые трансформаторы тока могут быть встроенными. В этом случае используются токоведущий стержень и изолятор другого аппарата или оборудования (выключателя, силового трансформатора, проходного изолятора и др.). На рис. 12.1г приведена установка трансформатора тока на высоковольтном вводе.

При напряжении 35 кВ и выше для открытых установок применяются трансформаторы тока с масляной изоляцией. Наиболее распространены трансформаторы тока так называемого звеньевого типа (рис. 12.д). Кольцевой магнитопровод 3 выполнен из ленточной стали. На нем навиты вторичные обмотки, изолированные вместе с сердечником кабельной бумагой 2, пропитанной маслом и покрывающей как вторичную так первичную обмотку 1. Обмотки помещены в фарфоровой корпус 3, заполненный маслом 4.

В установках 500 кВ и выше применяются каскадные трансформаторы тока типа ТФНК, в которых используется двухступенчатая трансформация для облегчения изоляции.