Измерительные трансформаторы напряжения

При высоких напряжениях и больших токах возникает проблема их измерения. Причем основными требованиями здесь являются высокая точность измерения и безопасность персонала. Для этой цели и служат измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Начнем с трансформаторов напряжения.

Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Они предназначаются для преобразования высокого напряжения до значения удобного для измерения и выполняются так, чтобы вторичное напряжение, увеличенное в «k» раз соответствовало бы первичному, т.е.:

.

Вторичное напряжение принято равным 100 В: .

Классы точности трансформаторов напряжения в зависимости от назначения приняты такими: 0,2; 0,5; 1 и 3.

Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечники приводят к погрешности измерения, которая зависит от I_ххи величины нагрузки вторичной обмотки.

Рассмотрим векторную диаграмму трансформатора исходя из упрощенной схемы замещения (рис. 1).

Рис. 1

Из векторной диаграммы следует, что ошибка при измерении будет зависеть от загрузки трансформатора (ток ) и определится выражением:

,

а угловая ошибка – угол :

.

Зависимость ошибки от нагрузки выглядит так (рис. 2):

Рис. 2.

Иными словами: чем больше нагрузка на трансформатор, тем больше площадь треугольника потерь напряжения и ошибка измерения.

Наибольшее распространение в эл. установках получили трехобмоточные трансформаторы типа НТМИ (буква И обозначает, что используется для контроля изоляции). Схема его подключения представлена на рис. 3.

Рис. 3.

На более высоких напряжениях (110 кВ и выше) находят применение однофазные типа НОМ, НОС и трехфазные трансформаторы типа НТМ, а также каскадные трансформаторы типа НКФ, которые используются при напряжениях 110 кВ и выше.

В последних используется принцип последовательной трансформации от первичного напряжения до номинального (100 В), необходимого для подключения приборов.

Наконец, несколько слов о т.н. емкостных трансформаторах – ЕТН. Принцип его работы может быть уяснен из схемы, изображенной на рис. 4. Он представляет собой емкостной делитель. Емкости иподбираются таким образом, чтобы основное напряжение приходилось бы на.

Рис. 4.

Рассмотрим теперь трансформатор тока. Схема замещения у него такая же, как и у трансформатора напряжения, но поскольку вторичная обмотка у него всегда замкнута, напряжение полностью уравновешивается падением напряжения ви.

Векторная диаграмма, иллюстрирующая это падение напряжения представлена на рис. 5.

Рис. 5

Баланс токов тот же, что и у обычных трансформаторов:

.

Из векторной диаграммы следует, что ошибка в % при измерении тока будет:

Но т.к. , а, то окончательно имеем:

.

Т.о. видим, что ошибка при измерении тока есть функция токаи тока холостого хода. Кроме того, токнапрямую связан с током. Вот графическая интерпретация этих зависимостей (рис. 6).

Рис. 6.

Из этих графических зависимостей видно, что только на участке кривой M-Nэта зависимостьлинейна. Поэтому при выборе трансформаторов тока надо стремиться к тому, чтобы номинальный ток егопо своей величине приближался бы к ожидаемому рабочему токуили расчетному. И, кроме того, чтобы нагрузка на вторичную обмотку не выходила бы за пределы отрезкаM-N(рис. 6 а), т.е. соответствовала бы требуемому классу точности.

Сопротивление соответствует случаю, когда вторичная обмотка трансформатора тока разомкнута. Такой режим работы недопустим, т.к. исходя из соотношения

при ток холостого ходарезко возрастает, стальной сердечник трансформатора перегревается и трансформатор может выйти из строя. Что касается конструктивного устройства трансформаторов тока, то надо отметить их достаточно большое многообразие, а именно:

ТПЛ–10 К – многовитковый;

ТПЛУ – усиленные;

ТПОЛ–10 – одновитковый;

ТПОЛА-10 – с алюминиевой первичной обмоткой;

ТПШЛ – шинные;

ТВТ и ТВС – встроенные в силовые трансформаторы.

Как выбирают измерительные трансформаторы?

Трансформатор напряжения выбирают по следующим условиям:

• по напряжению ;

• по классу точности, схеме соединений обмоток;

• по вторичной нагрузке .

Сечения проводов по условию механической прочности должно быть не менее по меди и не менеепо алюминию.

Трансформаторы тока выбираются по:

• номинальному напряжению ;

• номинальному току ;

• эл. динамической стойкости: ;

• термической стойкости: ;

• классу точности;

• вторичной нагрузке ,

где - расчетная нагрузка вторичной цепи;

- номинальное полное сопротивление нагрузки в выбранном классе точности.

Можно считать, что ,

где ,

- переходное сопротивление контактов (можно принять Ом),

- сопротивление приборов,

- сопротивление проводов.

Из приведенного выражения можно определить сечение проводов вторичной цепи:

, а

По условию прочности оно не должно быть менее по меди ипо алюминию.