1.3 Схема замещения и векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения

Расчётную схему замещения измерительного ТН , как и для ТТ, обычно принимают Т-образной, приводя все величины к числу витков вторичной обмотки. Такая схема замещения может быть использована для рассмотрения работы ТН как в установившемся режиме, так и в переходном. Схема замещения измерительного ТН приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 Эквивалентная схема замещения измерительного ТН

На рисунке 1.6 приведена векторная диаграмма измерительного ТН, построенная с учётом выбранных направлений векторов . Построение векторной диаграммы удобнее начать с вектора потока намагничиванияФ_о, который является результатом взаимодействия потоков Ф₁ и Ф₂. Применительно к схеме замещения ТН можно считать, что поток Ф_о создаётся током намагничивания , который проходит по ветви намагничивания.

Ток намагничивания опережает поток намагничиванияФ_о на угол (угол потерь; угол γ весьма мал и им можно пренебречь).

С учётом выбранных направлений иU₂ построим на векторной диаграмме вектор ЭДС – Е₂ , который составляет с вектором Ф_о угол равный 90º.

Во вторичной цепи под действием ЭДС - Е₂ протекает ток I₂, отстающий от ЭДС - Е₂ на угол φ

(1.8)

Рисунок 1.6 Векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения

Приведённый первичный ток равен геометрической сумме токовI₂ и .

Вторичный ток I₂, протекая по виткам вторичной обмотки (Z₂) производит падение напряжения U_W2, равное I₂ ∙ Z₂.

Вектор ЭДС - Е₂ есть геометрическая сумма векторов напряжений U₂ и U_W2, т.е.

- Е₂ = U₂ + U _W2 (1.9)

Отсюда U₂ = - Е₂ - I₂ ∙ Z₂ (или - Е₂ + (- I₂ ∙ Z₂)) (1.10)

Вычтем геометрически из вектора - Е₂ вектор I₂ ∙ Z₂ и получим искомый вектор U₂.

Аналогично построим на векторной диаграмме вектор приведённого первичного напряжения , как геометрическую сумму векторов -Е₂ и .

Из векторной диаграммы ТН следует, что, во-первых, вектор напряжения U₂ сдвинут по фазе относительно вектора на угол δ, который является угловой погрешностью ТН, во-вторых, если пренебречь углом δ (так как он мал), то разницу в величинах напряженийиU₂можно определять как алгебраическую разность

(1.11)

Из схемы замещения и векторной диаграммы ТН следует также, что выходное напряжение U₂ меньше первичного приведённого на сумму падений напряжений в первичной обмотке от токаи во вторичной обмотке от токаI₂, т.е.

, (1.12) где - вторичное напряжение идеального ТН.

Погрешность в работе измерительного ТН по напряжению f_U принято оценивать в процентах

(1.13) Угловая погрешность ТН оценивается углом сдвига фаз (δ) между первичным и вторичным напряжениями.

Допустимые погрешности в работе ТН нормируются при номинальном первичном напряжении. Для ТН введена шкала классов точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Один и тот же ТН может работать с погрешностью f_U, которая соответствует тому или иному классу точности. Так, если значительно перегрузить ТН большим числом подключённых реле, то возрастут токи I₂ и , что приведёт к увеличению падений напряжений на первичной и вторичной обмотках. Поэтому заводы-изготовители в технической документации на ТН указывают номинальную мощность, подразумевая под ней максимальную нагрузку (в В∙А), которую может питать данный ТН в гарантированном классе точности.