Дәріс. Айнымалы токтарды және кернеулерді өлшеу
Дәрістің мазмұны:
1. Токтық трансформатoрдың (ТТ) жұмыс істеу принципі, қолданылуы және метрологиялық сипаттамалары.
2. Кернеулік трансформатордың (КТ) жұмыс істеу принципі, қолданылуы және метрологиялық сипаттамалары.
3. ТТ мен КТ-ны қолданғанда туатын өлшеу қателіктерін табу және есептеп шығару.
Дәрістің мақсаты:өлшеуіш трансформаторлардың (ТТ және КТ) жұмыс істеу принциптерін және олардың қолдану орынын білу; Оларды қолданғанда туатын қателіктерді есептей білу.
Кернеуі 600В асатын айнымалы токтың желілеріндегі токтың шамасын өлшеу үшін арнайы жасалған масштабтық түрлендіргіштер қолданады. Оның бірі токты өлшеуіш трансформаторлар.(ТТ) Кернеуі 3кВ асатын айнымалы токтың кернеуін өлшейтін түрлендіргішке арнайы жасалған кернеуді өлшеуіш трансформаторлар жатады (КТ).
Кернеу мен токты өлшеуіш трансформаторлардың күшті токты техникада энергияжабдықтауда қолданудың екі себебі бар. Біріншіден; оны жай есептеумеуде түсінуге болады. Мысалы, кернеуі 150 кВ электр желісін 500В арналған электрмагниттік аспаппен бақылау керек дейік. Егер бұл аспаптың өзінің номиналдық кернеуінде пайдаланатын тоғы 10мА болса және қосымша кедергінің пайдаланатын қуаты 1,5кВА болады екен. Бұл өлшеу тәсілінің пайдаланудағы құнсыздығынан басқа тағы бір жағдай ыңғайсыздық туғызады. Ол өлшеу кезінде пайда болатын жылулық. Егер өлшеуіш аспаптар тарату қалқанда тығыз орналасса бұл жылулық өсе-өсе өртке айналып кетуі мүмкін. Сондықтан өлшеуіш трансформаторлар қолданылады. Олардың шығыны аз, КПД-сі 100 
жетеді. Екінші себебі, өлшеуіш трансформатор өлшеуіш аспапты басқы электржелісінен гальваникалық дарақтайды, жұмысшы операторларға қауіпсіздік туғызады.
Токты өлшеуіш трансформатолар айнымалы токтың тарату құрылғыларында мына төменгі аспаптардың токтық тізбектерін жабдықтау үшін қолданылады: амперметрлерді, ваттметрлерді, фазаметрлерді және қуатты түрлендіргіштерді.
Токтық трансформатрлар (ТТ) электромагниттік электр аппараты болып саналады. Олар бірінші токты I1 екінші токқа I2 біркелкі (бір сызықпен) түрлендіру үшін қолданады. Оның екінші тоғы I2 стандартты шамада 5А болады. 6.1 суретте ТТ-ның конструкциясы және оны қосу схемасы келтірілген.
ТТ-ның токты түрлендіру әрекеті номиналдық трансформациялау коэффициенті арқылы көрсетіледі
(6.1)
мұндағы: W1 – бірінші орамадағы орамның саны (1,2,...п);
W2 – екінші орамадағы орамның саны;
I1ном – бірінші номиналдық ток (10;15;20; ... 40000А);
I2ном – екінші номинальдық ток (1,2,5А).
|
 |
а)
а) құралу принципі: 1 – электр желісі, бірінші орама; 2 – оқшаулатқыш; 3 – өзекше; 4 – екінші орама.
б) қосу сұлбасы: Л1, Л2 – бірінші қысқыштар; И1, И2 – екінші қысқыштар; РА – жұмысшы амперметр.
6.1 Сурет – Бірорамдық өлшеуіш ТТ
ТТның қателіктері нормаланғандықтан оларды өлшеуіш трансформаторлар деп атайды:
а) токтық қателігі 
1 = (I2Kтн – I1) I1100%; (6.2)
ә) бұрыштық қателік Ө1 (6.2 сурет), (рад; град).
 |
6.2 Сурет – Бұрыштық қателік
Осы қателіктердің деңгейіне қарай ТТ әртүрлі дәлдік кластарға бөлінеді: 0,2; 0,2S; 0,5 и 0,5S (6.1. кесте)
Номинальдық жүктеме деп екінші тізбектегі барлық кедергіні айтады, онда Cos = 0,8 болу керек.
Дәлдік класс жүктеменің шамасы 25 тен 100% дейін өзгергенде рұқсат етілген қатенің пайызын көрсетеді (6.1 кесте).
6.1 кесте – Тоқтық трансформатордың рұқсат етілген қателіктері
| Дәлдік класы | Бірінші ток, Iном қанша % | Рұқсат етілген қателіктер шегі | Екінші жүктеменің шегі, номиналдан қанша % | ||
| Токтық % | Бұрыштық | ||||
| град. | рад | ||||
| 0,5 | 100-120 |  1,5
0,75
0,5
| 90
45
30
| 2,7
1,35
0,9
| 25-100 |
| 0,5S | 100-120 | 1,5
0,75
0,5
0,5
| 90
45
30
30
| 2,7
1,35
0,9
0,9
| 25-100 |
Токтық трансформаторға өлшеуіш аспаптарды бірінен кейін бірін қосуға болады, бірақ бұл кезде екінші орамдағы токтың шамасы көп өзгермеу керек. Қосқан өлшеуіш аспаптың саны көп болуы мүмкін, бірақ олардың қосынды жүктемесі завод көрсеткен трансформатордың номиналдық жүктемесінен артпау керек.
Токтық трансформатордың жүктемесі деп оның екінші орамасына қосылған барлық кедергілердің қосындысын айтады. Оған токты алып келетін сымдардыңда кедергілері кіреді. Трансформатордың жүктемесі Ом арқылы көрсетіледі және қуаттың коэффициенті де беріледі. Сүйтіп токтың трансформаторға қосылған аспаптардың жалпы кедергісі оның номинальдық жүктемесінен аспау керек. Егер бірінші орамада токтың күші өзгермесе, екінші орамада да токтың күші онша өзгермейді. Бұл кезде басты қателіктің шамасы дәлдік кластың шамасынан аспауы керек. Бұл жағдай тек қана токтық трансформатордың қысқа тұйықталу режимде істегенде ғана болады. Трансформатор бұл режимде істегенде бірінші орамдағы токтың күшінен пайда болған өзекшедегі магнит өрісі қарама-қарсы бағытталған екінші орамдағы токтан пайда болған магнит өрісі мен тепе-тең. Тек қана аз шамалы магнит өрістерінің айырмашылығы қалады, бірақ оның шамасы екінші магнит өрістен ең болмағанда 100 есе аз. Өзекшенің көлемі осы магнит өрістерінің айырмашылығына сәйкес алынады.
Егер трансформатордың екінші орамының ұштары еш нәрсеге қосылмай ашық болса, бірінші токтан пайда болған барлық магниттік өріс өзекшені жүктемелейді. Сондықтан өзекше қатты қызады, трансформатор жұмыстан шығып қалуы мүмкін. Трансформатордың екінші орамасында трансформациялық коэффицентке сәйкес өмірге қауіпті жоғары кернеу пайда болады. Сондықтан өлшеуіш аспаптар тіркелген тізбекті тек қана 2 жағдайда ажыратуға болады, олар: қашан трансформатордың екінші орамасы қысқа тұйықталған, не трансформатордың бірінші орамында ток жоқ. Осы себептен трансформатордың екінші орамына сақтандырғыш қойылмайды.
Кернеуді өлшеуіш трансформаторлар (КТ) бір болат өзекшеге оралған 2 орамадан тұрады, олар бір-бірінен және өзекшеден жақсы оқшаулатылған. Бірінші ораманың қыспақтарын А,Х деп, ал екінші ораманың қыспақтарын а,х деп белгілейді (6.4 сурет).
А Х
а х
Вольтметрге, вольтметр мен
санағыштардың параллельдік
орамаларына
6.4 Сурет Кернеулік трансформаторды қосу сұлбасы
КТ трансформациялық коэффициенті мынаған тең
Ккн = U1н/ U2н = W/1 W2 (6.3)
мұндағы W1, W2 – бірінші және екінші орамалардағы орамның саны. Стандарт бойынша трансформатордың Ккн мәні бірінші орамада номиналдық кернеу болған кезде екінші орамада 100 В болуын қамтамасыз ету керек.
КТ метрологиялық сипаттамасы:
1. Бірінші номиналдық кернеу U 1ном (0,4; 0,66; 1,0; 3,0; 6; 10; 15; 20; 35 кв).
2. Екінші номиналдық кернеу U 2ном (100 не 100/ 
В).
3. Номиналдық екінші қуат Cos 
= 0,8 кезінде S2ном Вт.
4. Дәлдік класы, Кдкн (0,2; 0,5; 1,0%).
Дәлдік класс 0,2 қуатты генераторларда және жүйеаралық электр берілісінде қолданатын есептеу санағыштардың кернеу трансформаторларына керек. Басқа қосылыстардағы есептеу санағыштар үшін және 1 не 1,5 дәлдік кластардағы өлшеуіш аспаптар үшін кернеулік трансформаторлардың дәлдік класы 0,5 болу керек.
Дәлдік класс арқылы кернеуді өлшегендегі салыстырмалы қателік ( 
, %) және бұрыштық қателіктер (Өтн мин, град) табылады (6.2 кесте).
6.2 Кесте – КТ дың рұқсат етілген қателіктердің шегі
Дәлдік класс,  н %
| Р.е. Қателіктердің шегі | |
| кернеулік % | бұрыштық, мин. | |
| 0,2 0,5 | 0,2
0,5
| 10
10
|
6.3 Кесте – КТ параметрлері
| Tun | U1 kB | S2Н BA | S2m, BA | ||
| ВН | НН | 0,2 | 0,5 | ||
| НОМ -10 3 НОЛ-10 НТМИ | 6-10 | 0,1
0,1/
0,1/
| - - |
Токты не кернеуді өлшегендегі қателіктер амперметрдің, токтық не кернеулік трансформатордың, вольтметрдің құрал-саймандық қателіктеріне байланысты. Бұл қателіктер салыстырмалы қателіктер арқылы табылады
(6.4)
(6.5)
мұнда 1, U – ТТ және КТ токтық және кернеулік қателіктері;
gI, gU -амперметр мен вольтметрдің дәлдік кластары;
IH, UH – амперметр мен вольтметрдің номиналдық мәндері;
I, U – амперметр мен вольтметрдің көрсету мәні.
Мысал. Электр желісіндегі ток трансформация коэффициенті 10 тең токтық трансформатормен өлшенген. Қолданылған амперметрдің дәлдік класы 0.5. Электр желісіндегі токты және өлшеу қателігін табу керек, егер амперметр 2,5 А көрсетсе, оның номиналдық тоғы 7,5 А тең.
Желідегі ток Iж = IKтн = 2,5*10 = 25A.
Өлшеудің салыстырмалы қателігі
Абсолюттік қате
Өлшеудің нәтижесі: Iж = (25 + 0,5) A.