3KIsprrelpernapr14_08_07

Лабораторная работа № 10

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы. Ознакомиться с конструкцией, принципом действия и

особенностями эксплуатации трансформаторов. Исследование основных характеристик.

1 Предмет исследования

В релейной защите, особенно распределительных сетей, широкое распространение получили токовые защиты, дающие хороший результат при относительно невысокой стоимости применяемой аппаратуры.

Устройства релейной защиты подключаются к цепям тока и напряжения посредством измерительных трансформаторов тока и напряжения. С их помощью достигается развязка между высоким напряжением сетей и низким напряжением устройств релейной защиты, а также имеется возможность получить различные сочетания токов и напряжений необходимых для работы защиты. В цифровых микропроцессорных реле используются как датчики тока и напряжения.

Трансформатор тока

Трансформатор тока состоит из шихтованного магнитопровода на ко

тором размещена первичная и вторичная обмотка. Первичная обмотка рассчитана на протекание номинального тока сети, вторичная выполняется на токи 5 или 1 А в зависимости от применяемых измерительных приборов. За положительное направление тока в первичной обмотке принято направление от зажима 1 к зажиму 2. Для сохранения направления тока в приборах измерения такими же, как в сети вторичная обмотка подсоединяется от зажима U2 к зажиму U1.

Трансформаторы тока работают в режиме близкому к короткому за

мыканию, т.к. вторичная обмотка подключена к нагрузке с очень малым сопротивлением. Ток в первичной обмотке определяется только параметрами контролируемой сети и не зависит от режима работы вторичной.

Разрыв вторичной цепи, режим холостого хода, является аварийным

для трансформатора тока, так как он сопровождается резким возрастанием э.д.с. Е2, что опасно для обслуживающего персонала, измеритель-

81

ных устройств, вызывает сильный нагрев трансформатора и может привести к его повреждению. Для исключения разрыва цепи контактные соединения должны выполняться с повышенной надежностью, нельзя использовать предохранители, так как цепь уже разорвана.

Каждый трансформатор тока характеризуется номинальным коэффи

циентом трансформации, представляющим собой отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному: n I н1 / I н2 .

Значение номинального коэффициента трансформации указывается на паспорте трансформатора и записывается дробью 55/1, 500/5.

Для исследования предложен трансформатор ТО51-0,66 1/1, класс точности 0,5.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока не

равен действительному коэффициенту, представляющему собой отношение действительного первичного тока к действительному вторичному

nq I1 I 2 ,

вследствие погрешности, вызываемой потерями в трансформаторе. Погрешность определяется током намагничивания, следовательно, величиина погрешности трансформатора тока зависит от конструктивных особенностей трансформатора (размеров и материала магнитопровода), а также от значения нагрузки, подключенной к вторичным зажимам трансформатора. С увеличением нагрузки погрешность возрастает.

Для большинства токовых защит необходимая точность работы транс

форматоров тока должна быть обеспечена при токах, значительно больших номинальных. Погрешность трансформаторов при токах больше номинальных будет обусловлена насыщением магнитопровода и зависит не только от величины нагрузки, но и от первичного тока I1. Мак-

симально допустимая погрешность трансформаторов тока по току принимается 10%.

Погрешность по току трансформатора тока определяется следующим выражением:

82

В зависимости от величины погрешности по ГОСТ 7746-78 различа-

ют классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

1.2 Трансформатор напряжения

Конструктивно трансформатор напряжения выполнен как и транс форматор тока.

Разница заключается в том, что нормальный режим трансформатора напряжения соответствует режиму холостого хода (или режиму работы на нагрузку с большим сопротивлением).

Замыкание вторичных цепей между собой накоротко или через малое сопротивление приводит к сильному снижению сопротивления вторичной цепи, что соответствует режиму замыкания фаз первичной цепи через весьма небольшое сопротивление, приводит к значительному увеличению тока первичной цепи и может стать причиной нагрева обмоток.

Длительный режим с таким током недопустим для защиты от коротких замыканий на вторичной стороне силовых или измерительных трансформаторов напряжения должна быть предусмотрена автоматическая защита. По этой причине вторичные цепи измерительных трансформаторов напряжения присоединяются через плавкие предохранители.

Срабатывание предохранителей при коротком замыкании приводит к отключению цепи от питающего напряжения. Устройства релейной защиты и автоматики, присоединенные к этим цепям, воспринимают такой режим как короткое замыкание защищаемой цепи, может произойти ложное срабатывание. Для исключения этого при сгорании предохранителя должна быть предусмотрена блокировка устройств защиты (запрет на отключение) и включаться сигнализация о нарушении.

2 Программа работы и порядок ее выполнения

1.Ознакомиться с общими техническими требованиями к измерительным трансформаторам тока и напряжения.

2.Изучить основные характеристики измерительных трансформаторов.

3.Определить номинальный и действительный коэффициент транс-

83

формации трансформатора тока

4.Определить погрешность тока трансформатора тока.

5.Снять характеристику холостого хода трансформатора тока.

6Определить погрешность трансформатора напряжения.

3 Трансформатор тока

3.1 Перечень аппаратуры

84

3.2 Схема электрическая соединений 1

3.3 Схема электрическая соединений 2

220 B

3.4 Указания по проведению эксперимента

3.4.1 Определение погрешности трансформатора тока.

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соедините гнезда защитного заземления « " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» автотрансформатора А1.

85

Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений 1.

Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.

Установите сопротивление реостата А20 равным, например, 10 Ом.

Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и авто трансформатора А1.

Активизируйте мультиметры блока Р1.

Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, установите и зафиксируйте (с помощью амперметра Р1.2) первичный ток I1 трансформатора тока А19, равным 1,0 А.

Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.1 и амперметра Р1.3 соот-

ветственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора тока А19.

Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 и блока мультиметров Р1.

Вычислите нагрузку трансформатора тока А19 по формуле

S2 U 2 I 2

Вычислите погрешность трансформатора тока А19 по формуле

I I 2 / I1 I 100%.

Вычислите погрешность трансформатора тока по формуле

3.4.2 Снятие характеристик холостого хода Указания по проведению эксперимента

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соедините гнезда защитного заземления « » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания

G1.

Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений 2.

Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.

Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

86

Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.

Активизируйте используемые мультиметры Р1.1 и Р1.2.

Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке фиксируйте ток по амперметру Р1.2 и напряжение по вольтметру Р1.1, занесите в таблицу. Необходимо снять 4-5 точек. Ток не должен превышать 1А.

Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 и блока мультиметров Р1.

По результатам измерения построить характеристику холостого хода

Uf(I) .

Вычислите нагрузку трансформатора тока А19 по формуле

S2 U 2 I 2

Вычислите погрешность трансформатора тока А19 по формуле

I I 2 / I1 I 100%

Вычислите погрешность трансформатора тока по формуле

4 Измерительный трансформатор напряжения

4.1 Перечень аппаратуры

87

4.2 Схема электрическая соединений 1

220 B

P1.2

А Х

A

V P1.1а х

V P1.3

4.3 Указания по проведению эксперимента

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соедините гнезда защитного заземления « » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» автотрансформатора А1.

Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.

Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее по часовой стрелке положение.

Установите активную нагрузку А22 равной, например, 50%.

Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.

Активизируйте мультиметры блока Р1.

Включите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1.

Зафиксируйте (с помощью вольтметра Р1.1) первичное напряжение U1 трансформатора напряжения А21.

Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.3 и амперметра Р1.2 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора напряжения А21.

88

Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1.

Вычислите нагрузку трансформатора напряжения А21 по формуле

S2 U2 I2

Вычислите погрешность трансформатора напряжения А21 по формуле

U (U2 / U1 1)100,%

5 Вопросы для самоконтроля

1.Для чего предназначены измерительные трансформаторы тока и напряжения.

2.Что такое номинальный и действительный коэффициент трансформации тока.

3.Как влияет величина нагрузки трансформатора тока на действительный коэффициент трансформации.

4.Какой основной режим работы трансформатора тока.

5.Что произойдет с трансформатором тока при обрыве вторичной цепи.

6.Какой основной режим работы трансформатора напряжения.

7.К чему приведет короткое замыкание во вторичной цепи трансформатора напряжения.

8.Как защитить вторичную цепь трансформатора напряжения от короткого замыкания.

9.Как влияет величина тока первичной обмотки на погрешность трансформатора тока.

10.Как изменяется кривая намагничивания при увеличении тока.

89

Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СДВОЕННЫХ РЕАКТОРОВ

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией, назначением и принципом действия реакторов. Снять параметры сдвоенного реактора.

1 Предмет исследования

Реакторы представляют собой катушки индуктивности, предназначены для ограничения тока короткого замыкания в сильноточных сетях или как реактивная нагрузка в слаботочных.

Индуктивность катушки зависит от числа витков и геометрических размеров

L W 2G 0W 2 s l

где G - магнитная проводимость путей магнитного потока катушки;

S - усредненная площадь на пути потока; l - средняя длина силовой линии потока.

S и l - можно выразить через геометрические размеры катушек.

0 4 10 7 Гн м - магнитная проницаемость вакуума.

W – число витков реактора.

Как видно из приведенных выражений индуктивность катушки без магнитопровода в воздухе величина постоянная и определяется только ее геометрией.

Реакторы для защиты сильноточных сетей при номинальных токах должны нагреваться до допустимой температуры, при коротком замыкании обладать термической и динамической стойкостью.

Термическая стойкость может задаваться допустимым током термической стойкости IТ , временем термической стойкости tТ или парамет-

рами

I m tm или I m 2T tm

Для увеличения индуктивности в единице объема катушки используют магнитопроводы. Индуктивность в этом случае становится нелиней-

90