8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Поверка измерительных трансформаторов тока

1. Введение

Измерительные трансформаторы тока (ИТТ) относятся к измерительным преобразователям, предназначенным для преобразования обычно больших переменных токов в меньшие, удобные для измерения, а также для разделения измерительных цепей низкого и цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы оператора. Нагрузкой вторичной цепи ИТТ является сопротивление приборов и соединительных проводов, включенных во вторичную цепь (амперметры, последовательные обмотки ваттметров и счетчиков электрической энергии, цепи релейной защиты и управления).

Основными конструктивными частями ИТТ являются сердечник из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, образующий магнитопровод, и две обмотки (первичная w₁ и вторичная w₂). Ток I₁, протекающий по первичной обмотке, создает в сердечнике магнитный поток, который наводит э.д.с. в обеих обмотках. В замкнутой на сопротивление нагрузки вторичной обмотке возникает ток I₂, который в свою очередь создает магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку, создаваемому током I₁. Разностный магнитный поток обеспечивает трансформацию тока и компенсацию активных потерь в сердечнике, в обмотках и нагрузке. Таким образом, основное уравнение ИТТ, определяемое балансом магнитодвижущих сил, можно выразить равенством w₁1₁+w₂1₂ = w₁1_ , где 1_ – намагничивающий ток сердечника.

Графическое обозначение ИТТ и электрическая схема его включения приведены на рис. 1а. Зажимы первичной обмотки обозначаются буквами Л₁ – Л₂ (линия). В цепь измеряемого тока (линию) первичная обмотка включается последовательно. К зажимам вторичной обмотки, которые обозначены буквами И₁ – И₂ (измерение) подключается нагрузка Z_Н.

Целью настоящей работы является ознакомление с метрологическими характеристиками и методикой поверки ИТТ.

2. Основные характеристики ИТТ

По назначению и исполнению ИТТ делятся на лабораторные (переносные) и стационарные.

Важнейшими техническими характеристиками ИТТ тока являются: номинальный коэффициент трансформации; нагрузка вторичной цепи в омах; погрешности трансформатора (токовая и угловая).

Номинальным коэффициентом трансформации K_I,ном называется отношение номинального первичного тока I_1,ном к номинальному вторичному току I_2,ном, то есть K_I,ном = I_1,ном / I_2,ном. Номинальными первичным и вторичным токами называются значения соответственно первичного и вторичного токов, указанные на щитке ИТТ. Номинальный коэффициент трансформации указывается в виде несокращённого отношения номинальных токов.

Значение измеряемого тока I_1,изм, протекающего в первичной обмотке ИТТ, находится умножением значения измеренного тока во вторичной обмотке I_2,изм на номинальный коэффициент трансформации K_I,ном, т.е. I_1,изм = K_I,номI_2,изм

Лабораторные ИТТ предназначены для работы в цепях переменного тока с частотой от 25 Гц до 10 кГц. Номинальные значения первичных и вторичных токов нормированы. Диапазон I_1,ном составляет от 0,1 А до 60 кА. Для вторичных токов установлены номинальные значения 5, 2 и I А. Последние два значения используются редко. Стационарные ИТТ рассчитаны для работы в цепях с частотой 50 Гц, а по диапазону токов близки к лабораторным.

Отношение действительного значения первичного тока I_I,д к действительному значению вторичного тока I_2,д называется действительным коэффициентом трансформации K_I,д = I_1,д / I_2,д.

В идеальных трансформаторах вектор w₁1₁ и повернутый на 180^о вектор w₂1₂ равны по модулю и совпадают по фазе. В реальных трансформаторах (как об этом было сказано выше) эти векторы не равны друг другу, а их неравенство приводит к возникновению погрешностей ИТТ (см. рис.1б).

Погрешность ИТТ принято выражать в комплексной форме в следующем виде (вывод приведен в приложении)

= f_I + j,

где f_I - токовая погрешность, выраженная в относительных единицах;

 - угловая погрешность, выраженная в радианах.

Угловая погрешность характеризует угол фазового сдвиг вторичного тока относительно первичного. Она положительна, если повернутый на 180⁰ вектор тока вторичной обмотки опережает вектор тока первичной обмотки, и отрицательна, если он отстает. Погрешности измерительных трансформаторов зависят от значений первичного тока и от мощности нагрузки во вторичной цепи.

Класс точности ИИТ определяет пределы допускаемых погрешностей: коэффициента трансформации и угловой.