3. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерение больших переменных напряжений и токов обыч- ными аналоговыми электромеханическими приборами становит-

ся возможным при включении их в цепь через измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения. Использование делителей напряжения и шунтов для этих целей нецелесообразно и даже опасно для обслуживающегоперсонала.

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолирован- ных обмоток, помещенных на ферромагнитный сердечник.

Принцип действия ИТ совпадает с принципом действия обычных трансформаторов. Во вторичную цепь трансформато- ров тока включаются амперметры, последовательные обмотки счетчиков, ваттметров, цепи релейной защиты и управления; к вторичной обмотке трансформаторов напряжения подключают- ся вольтметры, параллельные цепи ваттметров, счетчиков и дру- гих приборов.

Стационарные измерительные трансформаторы переменного тока имеют следующие эксплуатационные характеристики: ча- стота 50 Гц; номинальное напряжение U_1ном трансформаторов напряжения – от 0,38 до 750 кВ, вторичное напряжение U_2ном – 150; 100; 100/√3 В; классы точности трансформаторов напряже- ния – 0,05; 0,01;0,2; 0,5; 1,0; 3,0; номинальный первичный ток I_1ном трансформаторов тока – 1 А...40 кА, номинальный вторич- ный ток I_2ном – 1; 2; 2,5; 5 А; номинальная нагрузка вторичной

цепи – 2,5; 5; 10; 25; 30; 40; 60; 75; 100 Вт; классы точности

трансформаторовтока – 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0.

Измерительные трансформаторы переменного тока

Для удобства и безопасности измерения тока установок высо- кого напряжения ток вторичной цепи с помощью трансформатора тока изменяется до стандартного значения 5А или 1А.

Измерительные приборы и реле выполняются на эти токи и включаются в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, один вывод которой обязательно заземляется (рис.2.13).

_TA Z2

~

Z1

Рис. 2.13. Схема включения трансформатора тока

В случае повреждения изоляции трансформатора приборы и реле остаются под потенциалом земли. Отличительной особенно- стью режима работы трансформатора тока является то, что пер- вичный ток не зависит от режима работы его вторичной цепи и остается неизменным при замыкании накоротко или размыкании вторичной цепи. Это связано с тем, что ток в первичной обмотке определяется сопротивлением нагрузки Z₁, которое на несколько порядков выше, чем входное сопротивление трансформатора со стороны первичной обмотки при любом значении сопротивления Z₂. Поэтому предохранитель во вторичной цепи не ставится, так как разрыв этой цепи является аварийным режимом для транс- форматора тока.

Основными параметрами трансформаторов тока являются:

• номинальное напряжение — линейное напряжение системы, в которой трансформатор тока должен работать. Это напряжение определяет сопротивление изоляции между первичной обмоткой, находящейся под высоким потенциалом, и вторичной, один ко- нец которой заземлен;

• номинальный первичный и вторичный токи — токи, на кото- рые рассчитан трансформатор. Трансформаторы тока обычно имеют запас по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20% выше номинального значения;

• номинальный коэффициент трансформации – отношение номинального первичного тока I_1ном к номинальному вторичному току I_2ном:

^kном ^I1ном ^{/ I}2ном ^.

На практике действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие потерь в трансформаторе. Раз- личают погрешности: токовую, угловую и полную;

• токовая погрешность, %, определяемая выражением:

^{kномI2 I1} 100 ,

I _I1

где I₂ – вторичный ток;I₁ – первичный ток.

В реальном трансформаторе вторичный ток сдвинут по фазе относительно первичного на угол, отличный от 180°. Для отсчета угловой погрешности вектор вторичного тока поворачивают на 180°. Угол между этим вектором и вектором первичного тока называют угловой погрешностью. Если перевернутый вектор вторичного тока опережает первичный ток, то погрешность по- ложительная, если отстает, то погрешность отрицательная.

Погрешность по углу измеряется в минутах.

Класс точности говорит о допустимой погрешности по току в процентах при номинальных условиях Z₂=Z_2н.

Наряду с токовой и угловой погрешностью вводится понятие

полной погрешности, %, характеризующей относительный намагничивающий ток:

100 1 ^T ₂

T

 _( k_номi₂ i₁ ) ^I1 0

dt ,

где I₁ – действующее значение первичного тока; i₂ – мгновенное значение вторичного тока; i₁ – мгновенное значение первичного тока; Т–период частоты переменного тока (0,02 с);

• номинальная нагрузка трансформатора тока – сопротив- ление нагрузки Ом, при котором трансформатор работает в своем классе точности при cos φ_2ном = 0,8. Иногда применяется понятие номинальной мощности:

2

^P2ном ^I2ном^Z2ном ^.

Поскольку ток I_2ном стандартизован, то номинальное сопро- тивление нагрузки однозначно определяет и номинальную мощ- ность трансформатора;

• номинальная предельная кратность – кратность первичного тока по отношению к его номинальному значению, при которой погрешность по току достигает 10%. Нагрузка и ее коэффициент мощности должны быть номинальными;

• максимальная кратность вторичного тока – отношение наибольшего значения вторичного тока к его номинальному при номинальной вторичной нагрузке. Максимальная кратность вто- ричного тока определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание первичного тока не ведет к возрастанию потока.

Трансформаторы тока обтекаются током короткого замыка- ния, и его обмотки подвергаются воздействию больших токов;

• динамическая стойкость (кратность) – отношение допу- стимого ударного тока к амплитуде номинального первичного тока;

• термическая стойкость (кратность) – отношение допу- стимого в течение 1 с тока короткого замыкания к номинальному значению первичного тока.

Так как ток первичной обмотки задается сетью, то наиболь- шим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насы-

щением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегченных условиях.

Режим работы трансформатора тока является, по существу, режимом короткого замыкания. Трансформатор тока не должен давать больших погрешностей при номинальном токе и коротком замыкании.

Для того чтобы трансформатор удовлетворял определенному классу точности, погрешность должна находиться в допустимых пределах. Класс точности трансформатора определяется его по- грешностью в процентах при первичном токе(100... 120) I_1ном.

В зависимости от числа витков первичной обмотки различают

одновитковые и многовитковые трансформаторы тока.

В одновитковом трансформаторе первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня или пакета шин. Примером тако- го исполнения является трансформатор ТПОЛ-10 с литой изоля- цией. Большим достоинством одновиткового исполнения являет- ся его высокая электродинамическая стойкость, так как на пер- вичную обмотку действуют силы только от подводящих шин и соседних фаз.

При выборе трансформатора тока необходимо учитывать, что его реальной нагрузкой являются не только обмотки приборов и реле, но и сопротивления соединительных проводов.