книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

намическими, ферродішамическпмп и индукционными измерительными механиз­ мами нерационально из-за сравнительно большого потребления мощности этими

того, при включении шунтов с измерительными механизмами на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, так как с из­ менением частоты сопротивления шунта и измерительного механизма будут из­ меняться неодинаково.

Добавочные сопротивления. Для расширения пределов измерения вольтметров различных систем и для расширения пределов измере­ ния в параллельных цепях ваттметров, и других приборов приме­ няются добавочные сопротивления. Добавочные сопротивления вклю­ чаются последовательно с измерительным механизмом. Если напря­ жение постоянного тока, необходимое для полного отклонения под­ вижной части измерительного механизма равно Uu, а измерительный механизм должен быть включен на напряжение U = mUa, то вели­ чина добавочного сопротивления

г д = г и (m —1),

где га — сопротивление измерительного механизма.

Добавочные сопротивления делаются из манганиновой проволоки. Основанием, на которое наматывается проволока, служат различные изоляционные материалы (пластмасса и др.). Добавочные сопротив­ ления бывают щитовые и переносные, калиброванные и ограниченно взаимозаменяемые, т. е. такие, которые предназначены для приборов определенного типа, имеющих одинаковые электрические параметры. Добавочные сопротивления применяются для напряжений до 30 кВ постоянного и переменного тока частот от 10 Гц до 20 кГц. ГОСТ 8623—69 нормирует основные характеристики добавочных сопротив­ лений. Классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Номиналь­ ные значения токов, на которые рассчитываются добавочные сопро­ тивления, лежат в пределах от 0,01 до 7,5 мА. Постоянная времени лежит в пределах от 7 - Ю - 7 до 7-10~в с в зависимости от класса точ­ ности.

14. Измерительные трансформаторы переменного тока

Общие сведения. Измерительные трансформаторы, разделяемые на трансформаторы тока и напряжения, используются как преобразо­ ватели больших переменных токов и напряжений в относительно ма­ лые токи и напряя^ения, допустимые для измерений приборами с не­ большими стандартными номинальными значениями (например, 5А, 100 В). Применением измерительных трансформаторов в цепях высо­ кого напряжения достигается безопасность для персонала, обслужи­ вающего приборы, так как приборы включаются в заземляемую цепь низкого напряжения. Упрощаются и конструкции приборов, так как они применяются в цепях низкого напряжения. При приме­ нении измерительных трансформаторов отсутствует гальваническая связь между первичной цепью и приборами.

90

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток: первичной с числом витков Wy и вторичной —

няется из провода различного сечения, в зависимости от номиналь­

шины (или стержня), проходящей через окно сердечника. Вторичная обмотка во всех стандартных трансформаторах тока имеет небольшое

одинаковое сечение проводника. В соответствии с ГОСТ 7746—68

трансформаторы тока и напряжения отличаются друг от друга. У трансформаторов тока первичная обмотка включается в измеряемую цепь последовательно. Ко вторичной обмотке присоединяются при­ боры. Первичная обмотка трансформатора напряжения включается в измеряемую цепь параллельно.

По показаниям приборов, включенных вовторичные обмотки, можно определить значения измеряемых величин. Для этого необ­ ходимо их показания умножить на коэффициенты /с/ и кц.

* Д л я трансформаторов тока на номинальный первичный ток до 3000 А.

91

1х=,кіІ2 и U1 = kuU2.

Как будет доказано ниже, вторичные величины изменяются не

вторичной цепи, частоты тока, а также от конструктивных данных трансформатора и качества материала сердечника.

Обычно показание прибора умножается не на действительные, а на номинальные коэффициенты трансформации. Последние всегда указываются на щитке трансформатора в виде дроби, числитель ко­ торой есть номинальное значение первичной, а знаменатель — вто­ ричной величины. Номинальный коэффициент трансформации для данного трансформатора является постоянной величиной.

Для трансформаторов тока номинальный коэффициент трансфор­ мации будем обозначать кіа; для трансформатора напряжения —

кцн-

Определение измеряемых величин по номинальным коэффициентам трансформации приводит к погрешностям. Относительная погреш­ ность вследствие неравенства действительного и номинального коэф­

Погрешность // называется токовой погрешностью, a fu — по­ грешностью напряжения. Кроме этих погрешностей, у измерительных трансформаторов имеется еще так называемая угловая погрешность. Она получается из-за неточности передачи фазы вторичной величины по сравнению с первичной. Угловая погрешность измерительных

92

трансформаторов оказывает влияние на показания только таких приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазы между токами в цепях этих приборов. К ним относятся ваттметры, счетчики энергии, фазометры.

Как известно из теории трансформаторов, в идеальном случае

Измерительный трансформатор тока. Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому за­ мыканию, так как в его вторичную обмотку включаются приборы с малым сопротивлением. Полное суммарное сопротивление Z — г -\- jx приборов

иподводящих проводов является

нагрузкой трансформатора тока.

На рис. 46 приведена векторная диаграмма трансформатора тока, по­

строение которой начато с вектора І2и\ — намагничивающей силы (н. с.) вторичной обмотки.лВектор напряжения U2 получен как сумма векто­

ственно создающей поток Ф 0 и совпадающей с ним по фазе и актив­ ной составляющей — Iawn опережающей Ф 0 на 90°, определяемой потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике.

93

статочной мощности цепи первичного тока размыкание вторичной

к аварийному случаю, потому что возрастание потока в сердечнике приводит к большому увеличению э. д. с. (до нескольких сотен вольт), что опасно для обслуживающего персонала и может вызвать электри­ ческий пробой изоляции обмоток. Кроме того, увеличение потока сопровождается ростом потерь на перемагничивание и вихревые токи, повышением температуры сердечника, а следовательно, и обмоток и может служить причиной термического разрушения их изоляции.

Для выяснения того, какие факторы и в какой степени влияют на правильность работы трансформатора тока, выведем уравнения то­

94

(75) можно пренебречь. Кроме того, ввиду малости угла Ьі можно

Из векторной диаграммы и уравнений погрешностей можно сделать следующие выводы.

Погрешности трансформатора тока увеличиваются по мере воз­

числа витков, а также от характера и величины нагрузки во вторич­ ной цепи.

Значение І0 будет тем меньше, чем выше магнитная проницае­ мость материала сердечника и чем меньше в нем потери на гистерезис и вихревые токи. Ток І0 также будет уменьшаться с сокращением длины магнитопровода и увеличением его сечения, так как при этом уменьшается магнитное сопротивление сердечника.

Уменьшение магнитной индукции тоже приводит к уменьшению І0, поэтому в обычных измерительных трансформаторах тока (нескомпенсированных) значения индукции значительно меньше, чем в силовых трансформаторах, и составляют величину порядка 0,05— 0,15 Т.

Увеличение сопротивления вторичной обмотки и возрастание

Соотношение между активной и реактивной составляющими сопротивления вторичной обмотки, а также параметры включенных в нее приборов влияют как на величины погрешностей // и о/, так и на их знаки. Угол ф0 практически остается неизменным, в то время

95

как угол iji2 зависит от соотношения между индуктивным и активным сопротивлениями обмотки и приборов.

значениях нагрузки z во вторичной цепи и при различном характере, в частности при ооз <г2 = 1)0 и cos ф2 = 0,6.

трансформаторы (лабораторные) должны изготовляться на номинальную частоту или область номинальных частот, выбираемых из определенного ряда, с край ­ ними значениями частот 25 Гц 10 кГц . Трансформаторы тока изготавливаются

Трансформаторы тока, предназначенные для внутренних и наружных уста­ новок переменного тока частоты 50 Гц (ГОСТ 7746—68), делаются на номиналь­ ные первичные токи от 1 А до 40 кА и номинальные вторичные токи 1 *; 2*; 2,5; 5 А. Они делятся на классы точности, указанные в табл. С.

* При номинальном вторичном токе до 3 000 А,

96

Сердечники трансформаторов тока изготовляются из тонкой листовой высо­ косортной трансформаторной стали, а для особо точных трансформаторов — из железоникеленых сплавов (типа пермаллоя). Д л я уменьшения потерь от вихревых то ­ ков листы изолируются друг от друга. Чаще всего применяют­ ся сердечники стержневого и круглого (кольцевого) типа.

Трансформаторы тока из­ готовляются на определенную номинальную вторичную на­ грузку . Д л я трансформаторов тока, соответствующих табл. 6,

ние трансформаторов тока раз­ лично в зависимости от назна­ чения, величины рабочего на­ пряжения, класса точности и значения первичного номи­ нального тока. Большое влия­

ние на конструкцию трансформаторов тока оказывает величина рабочего на­ пряжения: чем выше она, тем больше размеры трансформатора п тем лучшего качества применяется изоляция .

На рис. 48 схематично показано устройство одновиткового трансформатора тока проходного типа с круглым сердечником, первичная обмотка которого вы­ полнена в виде прямого медного стержня круглого сечения. Д л я изоляцип от корпуса и вторичной обмотки в трансформаторах на высокое рабочее напряжение чаще всего применяется фарфоровая трубка, используемая одновременно в ка­ честве проходного изолятора.

Переносные трансформаторы тока, предназначенные для лабораторий и конт­ рольно-испытательных станций, имеют несколько пределов тока. Например, переносный трансформатор тока И-54 класса 0,2 имеет номинальные первичные токп 0,5; 1; 2; 5; 10; 20 и 50 А, вторичный ток 5 А и номинальную нагрузку 0,4 Ом.