Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы — это трансформа­торы, предназначенные для измерения напряжения и тока в цепях, где в силу высокого напряжения или больших величин тока невозможно непосредственное измерение этих величин измерительными приборами — вольтметрами и амперметрами. Кроме того, измерительные трансформаторы служат для под­ключения к их вторичным обмоткам реле защиты и автоматики, обеспечивающие контроль параметров и защиту трансформа­торов и линий электропередачи. По виду измеряемой величи­ны различают трансформаторы напряжения (ТН) и трансфор­маторы тока (ТТ).

Трансформатор напряжения предназначен для пре­образования высокого напряжения в низкое напряжение стандартного значения (обычно 100 или 1007√3 В), удобное для измерения, а также для разделения измерительных цепей и цепей релейной защиты от цепей высокого напряжения. Первичная обмотка ТН изолируется от вторичной соответ­ственно классу напряжения. Для безопасности обслуживания приборов один конец вторичной обмотки заземляется.

Рис. 2.29. Трансформаторы напряжения: а — НОМ-10-66; б — НКФ-110-58

ТН характеризуют параметры: номинальные действующие значения первичного и вторичного напряжения; номинальный коэффициент трансформации; погрешность по напряжению, %; угловая погрешность, мин. Номинальный коэффициент транс­формации — это отношение номинального первичного на­пряжения к номинальному вторичному.

ТН выполняют в виде двухобмоточного однофазного или трехфазного понижающего трансформатора, сухого или мас­ляного. ТН имеют буквенно-цифровое обозначение. Буквы обозначают конструкцию, цифры после дефиса — номиналь­ное ВН. В условном обозначении буква Н указывает на то, что это ТН.

На рис. 2.29,a изображен ТН НОМ-10-66 (напряжения, однофазный масляный, на напряжение 10 кВ), а на рис. 2.29,б — ТН НКФ-110-58 (напряжения каскадный, залитый трансфор­маторным маслом, в фарфоровой покрышке, на напряжение 110 кВ). Схема подключения измерительных приборов к ТН приведена на рис 2.30,а, векторная диаграмма — на рис. 2.30,б.

Рис. 2.30. Схема включения измерительных приборов к ТН (а) и его векторная диаграмма (б)

Вольтметры, обмотки напряжения счетчиков и др. имеют высокое сопротивление, поэтому ТН работает в режиме, близ­ком к режиму холостого хода. Тем не менее, ток холостого хода и нагрузки создают в трансформаторе небольшое паде­ние напряжения, как это видно на векторной диаграмме. В результате, во-первых, векторы первичного и приведенного вторичного напряжения не равны друг другу, а их разность создает погрешность по напряжению ∆u. Во-вторых, между этими векторами появляется сдвиг по фазе δ_u, который назы­вают угловой погрешностью ТН.

Относительная погрешность напряжения Ли измеряется в %:

. (2.59)

В зависимости от величины допускаемых погрешностей стационарные трансформаторы напряжения подразделяют на три класса точности: 0,5; 1 и 3; а лабораторные — на четыре класса точности: 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Обозначение класса соответствует величине относительной погрешности ∆u(%) при номинальном напряжении.

Угловая погрешность δ_u влияет на результаты измерений, проводимых с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от ве­личины тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор Ū’₂ опережает Ū₁ Угловая погрешность этих трансформаторов со­ставляет 20...40 угловых минут.

Для уменьшения погрешностей ∆u и δ_u сопротивления обмоток трансформатора делают по возможности малыми, а магнитопровод изготовляют из высококачественной электро­технической стали, несколько завышая его сечение. Таким образом, исключается насыщение стали и снижается ток холо­стого хода, что и снижает погрешности по напряжению и угловую.

Трансформатор тока.Трансформаторы тока (ТТ) пред­назначены для измерения тока, в том числе в установках высо­кого напряжения и изоляции измерительных приборов и уст­ройств релейной защиты от высокого напряжения. Первичный ток для разных ТТ находится в пределах от 50 до 4000 А, проходит через первичную обмотку, включаемую в разрыв ли­нии, где измеряется ток, вторичная обмотка подключается к измерительным приборам и реле, либо замыкается нако­ротко. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответ­ствии с классом изоляции аппарата (на полное напряжение).

Первичная обмотка ТТ имеет число витков w₁ вторичная — w₂. Коэффициент трансформации k₂ = w₂/w₁.У проходных ТТ роль первичной обмотки выполняет шина и w₁= 1, поэтому у них k = w₂.

ТТ имеют буквенно-цифровое обозначение. Буквы харак­теризуют конструкцию, а цифры — величину номинального напряжения в кВ.

ТТ различной конструкции изображены на рис. 2.31. ТОЛК-6 означает трансформатор тока опорной конструкции с литой изоляцией, катушечный, на напряжение 6 кВ; ТФЗМ-110Б озна­чает трансформатор тока в фарфоровом кожухе, заполненный трансформаторным маслом, со звеньевой первичной обмоткой, на напряжение 110 кВ.

Класс точности для различных ТТ имеет значения: 0,2; 0,5; 1,0;3: 5; 10 и определяется токовой (%), угловой и пол­ной погрешностями. Угловая погрешность зависит от величи­ны угла между векторами первичного и вторичного токов и находится в пределах от 10 до 180 угловых минут. Токовая — в пределах ±0,20...10%. В установившемся режиме исполь­зуется токовая и угловая погрешности, в режиме короткого замыкания — полная погрешность, которую принимают рав­ной отношению намагничивающего тока к первичному.

Токовая погрешность ТТ в % определяется по выражению:

.

Первичный ток может быть больше номинального значения на 5...20%. Вторичная нагрузка ТТ — это полное сопротивле­ние вторичной цепи Z₂ в омах при данном коэффициенте мощ­ности cosφ₂. Номинальной считают такую нагрузку, которая при cosφ₂ = 0,8 обеспечивает установленный для ТТ класс точности.

При выборе ТТ следует учитывать: номинальное напряже­ние сети, частоту, номинальный первичный ток, электродина­мическую и электротермическую стойкости, класс точности. ТТ, предназначенные для защиты сетей и систем от коротких замыканий должны иметь погрешность, обеспечивающую ус­тойчивую работу релейной защиты.

Рис. 2.31. Трансформаторы тока:

а — ТОЛК-6; б — ТФЗМ110Б

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной об­мотки трансформатора тока недопустимо. В этом случае трансформатор переходит в режим холостого хода и его результирующая МДС становится равной МДС первичной об­мотки. В результате магнитный поток в магнитопроводе воз­растает в десятки и сотни раз, а индукция в нем достигает значения В > 2 Тл, что приводит к сильному возрастанию магнитных потерь в стали; при этом трансформатор может сгореть. Еще большую опасность представляет резкое повы­шение напряжения на зажимах вторичной обмотки до не­скольких сот и даже тысяч вольт. Для предотвращения режи­ма холостого хода при отключении измерительных приборов следует замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.