Измерительные трансформаторы в цепях учёта электрической энергии

Для расширения пределов измерения счетчиков в сетях переменного тока применяются измерительные трансформаторы, которые позволяют при различных напряжениях и токах пользоваться счетчиками со стандартным пределом измерения 100 Ви 5 Анезависимо от напряжения и тока той цепи, называемой первичной, в которой производятся измерение и учет электроэнергии .

Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасные условия для обслуживающего персонала, отделяя цепи приборов от высокого напряжения. Для включения последовательных (токовых) обмоток приборов применяются измерительные трансформаторы тока, для включения параллельных обмоток приборов - измерительные трансформаторы напряжения.

Рисунок 2.3.1. Трансформаторы тока

Трансформаторы тока выпускаются только в однофазном исполнении. Первичная обмотка трансформатора тока включается в электрическую цепь последовательно, во вторичную обмотку его также последовательно включаются токовые катушки счетчиков и др. приборов; через них проходит ток, пропорциональный току в первичной цепи (Рисунок 2.3.1).

Начало и конец первичной обмотки трансформаторов тока (рисунок 2.3.2.) обозначаются индексами Л1 и Л2 (линия), а начало и конец вторичной обмотки — соответственно И1 и И2 (измерение). Зажимы Л1 и И1 однополярны. Это значит, что направление тока во внешней цепи, подключенной к зажимам И1 и И2, совпадает с направлением тока в первичной цепи Л1—Л2.

Рисунок 2.3.2. Условное обозначение трансформатора тока

Так, если зажим Л1 является генераторным, то генераторным будет и зажим И1. Маркировка зажимов предусматривает такое направление вторичного тока в подключенных катушках приборов, которое имело бы место при включении этих приборов непосредственно в цепь первичного тока. Это необходимо для правильной работы счетчиков. В распределительных устройствах принято устанавливать трансформаторы тока зажимом Л1 в сторону сборных шин. Тогда зажим И1 является генераторным при положительном направлении мощности.

На паспортной табличке трансформатора тока указывается его коэффициент трансформации в виде отношения номинальных первичного и вторичного токов, например 100/5А. Трансформаторы тока выпускаются с коэффициентом трансформации: 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 60/5, 75/5, 100/5 и др. до 15000/5. Номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно равен 5 А. В некоторых случаях для электроустановок 110 кВ и выше изготовляют трансформаторы тока с номинальным током вторичной обмотки 1 А. Номинальный ток счетчика должен соответствовать номинальному току вторичной обмотки трансформатора тока.

При включенной первичной обмотке вторичная обмотка должна быть обязательно замкнута на токовую обмотку прибора или закорочена. В противном случае во вторичной цепи возникает большая электродвижущая сила (1000 - 1500 В), опасная для жизни людей и изоляции вторичной обмотки. Вторичные обмотки трансформаторов тока при косвенном и полукосвенном включении счетчиков (с раздельным присоединением цепей напряжения) должны заземляться. На трансформаторе тока указывается класс точности: 0,2; 0,5; 1,0 или 3,0

На каждом трансформаторе тока указывается и номинальная нагрузка в Омах или вольт-амперах (ВA).

Трансформаторы напряжения по своему устройству принципиально ничем не отличаются от силовых трансформаторов, но мощность их не превышает 2 кВА. Их первичная обмотка с большим количеством витков подключается к измеряемому напряжению; к вторичной обмотке — обмотке низшего напряжения — подключаются параллельные цепи соответствующих измерительных приборов или счетчика.

Номинальный коэффициент трансформации указывается на щитке трансформатора в виде дроби, где в числителе стоит первичное номинальное напряжение, а в знаменателе — номинальное вторичное напряжение, которое у трансформаторов напряжения, применяемых со счетчиками, имеет одно и то же стандартное значение — 100 В.

Для включения электрических счетчиков применяются трансформаторы напряжения класса точности 0,5.

По исполнению трансформаторы напряжения могут быть трехфазными и однофазными, до 3 кВ они выполняются с сухим (воздушным) охлаждением, свыше 6 кВ - с масляным охлаждением.

Принятые обозначения выводов трехфазного трансформатора напряжения для стороны высокого напряжения — А, В, С, 0 идля стороны низкого напряжения — соответственно а, b, с, 0. Трансформатор имеет нулевую группу соединения, т. е. одноименные векторы первичных и вторичных напряжений совпадают (если пренебречь погрешностью).

Рисунок 2.3.3. Схема соединения однофазных трансформаторов напряжения в открытый треугольник

На рис.2.3.3. два однофазных трансформатора напряжения соединены по так называемой схеме открытого треугольника (не следует путать с разомкнутым треугольником). Эта схема обеспечивает симметричные трехфазные напряжения Uаь, Ubc, Uca, поэтому она предназначена для питания приборов и реле, включенных на междуфазное напряжение. Вторичные обмотки трансформаторов напряжения подлежат заземлению.

У трехфазных трансформаторов напряжения заземляется либо нулевая точка, либо вывод фазы b. В открытом треугольнике заземляется общая точка вторичных обмоток трансформаторов, которая должна соответствовать вторичным выводам, соединенным между собой и подключенным к «средней» фазе.

Трансформаторы напряжения обладают погрешностью по напряжению и по углу, обусловленной падением напряжения в обмотках от токов нагрузки. Погрешность по напряжению проявляется в некотором уменьшении вторичного напряжения при нагрузке. Угловая погрешность характеризуется некоторым углом между векторами первичного и вторичного напряжения.

Значения погрешностей зависят от мощности нагрузки трансформатора напряжения. Чем она больше, тем больше токи в обмотках. Пропорционально этим токам увеличиваются падения напряжения в обмотках.

Предельно допустимое значение падения напряжения трансформатора определяет его класс точности. Для каждого класса точности устанавливается номинальная мощность Shom. Обычно для трансформатора напряжений устанавливается два или три класса точности и две или три соответствующие им номинальные мощности. Таким образом, трансформатор напряжения в зависимости от нагрузки может работать в различных классах точности.

Как правило, при организации учёта электроэнергии «по высокой стороне» в трёхфазных сетях с изолированной нейтралью применяют трансформаторы НТМИ (Рис.2.3.4). Они предназначены для масштабного преобразования электрического напряжения переменного тока с целью дальнейшего измерения и подачи на приборы защиты и сигнализации. Рассмотрим один из таких трансформаторов НТМИ-6.

Данный трансформатор рассчитан на номинальное напряжениепервичной обмотки 6000В и вторичной обмотки – 100В. Он имеет различную номинальную мощность для определённого класса точности. Например, для класса 0,5 его мощность составляет 75ВА. Как Вы заметили, вторичная (выходная) обмотка в трансформаторах НТМИ имеет выходное напряжение 100В. Поэтому все электросчётчики, которые устанавливаются для учёта электроэнергии по высокой стороне – 6 кВ, 10 кВ и т.д. имеют входное напряжение 100В.