Схема замещения и погрешности трансформаторов напряжения.

К измерительным органам воздействующая величина — напряжение— обычно подводится от первичных измерительных преобразователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U_2ном = 100 В. Распространенной разновидностью первичного измерительного преобразователя напряжения является измерительный трансформатор напряжения TV.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи (рис. 7.1, а). Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков ω₁ включается на напряжение сети U₁.

Под действием напряжения по обмотке ω₁ проходит ток намагничивания I_нам создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной ω₁ и вторичной ω₂ в обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно Е₁ = 4,44ƒ·ω₁Ф, E₂ = 4,44ƒω₂Ф. Отсюда

E_l/E₂=ω₁/ω₂. (7.1)

Рис. 7.1. Однофазный измерительный трансформатор напряжения (а), схема замещения (б) и векторная диаграмма (в).

Отношение ω₁/ω₂ называется коэффициентом трансформации и обозначается K_U. В режиме холостого хода ток I₂=0, а ток в первичной обмотке I₁ = I_нам. При этом U₂ = E₂ и напряжение U₁, незначительно отличается от ЭДС Е₁.Поэтому

K_U=ω_l/ω₂=U_l/U₂. (7.2)

Работа трансформатора с нагрузкой Z_Н (в виде, например, реле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I₂ и увеличением (по сравнению с холостым ходом) тока I'₁ (рис 7.1, б). Эти токи создают падение напряжения ΔU в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U₂ = U'₁ - ΔU. Из векторной диаграммы (рис.7.1, в) следует, что вторичное напряжение U₂ отличается от приведенного первичного U₁' по значению на ΔU и по фазе на угол δ. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: погрешность напряжения ƒ_U=(ΔU/U'₁) 100 или вследствие незначительного угла δ

ƒ_U = [(K_UU₂-U₁ )/U₁]100 (7.3)

— угловую погрешность, которая определяется углом и между векторами напряжений U₁' и U₂.

Значения погрешностей трансформатора напряжения определяются падением напряжения ΔU, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (тока I₂). Вместе с ним возрастают и погрешности, поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим, близкий к холостому ходу.

В условиях эксплуатации трансформатор напряжения может работать с различными погрешностями. В зависимости от погрешностей по ГОСТ 1983—77Е установлены четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3 соответственно погрешностям напряжения ƒ_U в процентах. Номинальная мощность трансформатора отнесена к определенному классу точности. Однако по условию нагрева он может допускать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного класса точности. Начала и концы обмоток трансформатора напряжения TV маркируются в соответствии с правилом, изложенным при рассмотрении трансформаторов тока. При этом напряжения U₁ и U₂, направленные одинаково от одноименных концов обмоток (рис. 7.1, б), совпадают по фазе, если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора напряжения. Принято обозначать: А — начало первичной обмотки, а — начало вторичной обмотки; X — конец первичной обмотки, х — конец вторичной обмотки. Для трансформаторов напряжения, как и для трансформаторов тока, в зависимости от принятого положительного направления тока и напряжения можно построить векторные диаграммы с совпадающими или противоположно направленными векторами вторичного U₂ и приведенного первичного U'₁ напряжений. При этом погрешности не учитываются. Для анализа действий релейной защиты и автоматики более удобна векторная диаграмма с совпадающими векторами U₂ и U₁'.

Рассмотренные соотношения и векторная диаграмма характерны и для вторичных измерительных трансформаторов напряжения, которые, как правило, входят в измерительную часть устройств защиты и автоматики.