Основні відомості. 1.Вимірювальні трансформатори призначені для розширення меж вимірювання електровимірювальних приладів змінного струму

1.Вимірювальні трансформатори призначені для розширення меж вимірювання електровимірювальних приладів змінного струму, якщо ці прилади не можуть бути ввімкнені в мережу безпосередньо, та передачі сигналів вимірювальної інформації пристроям релейного захисту та керування. В установках при напрузі 380 В і вище вимірювальні трансформатори ізолюють прилади від високої напруги, за рахунок чого створюють порівняно безпечне їх обслуговування. Крім того, це дає можливість застосовувати легкі і дешеві вимірювальні прилади, виготовлені на малий струм (5 А) і малу напругу (100 В).

Є два види вимірювальних трансформаторів: трансформатори напруги і трансформатори струму.

Трансформатори напруги – це знижувальні трансформатори малої потужності. Їх виготовляють трифазними і однофазними на первинну (вищу) напругу (0,38; 0,5; 6,0; 10 кВ і вище). Вторинна (низька) напруга, на яку вмикають вимірювальні прилади, в усіх ТН дорівнює 100 В (або ). Затискачі первинної обмотки ТН маркуються буквами латинського алфавіту А-Х, В-Y, C-Z, затискачі вторинної обмотки ТН маркуються буквами a-x, b-y, c-z.

Первинну обмотку ТН з числом витків w₁ вмикають у коло високої напруги паралельно тим приладам і опорам, на затискачах яких треба виміряти напругу. Вторинну обмотку з числом витків w₂ приєднують безпосередньо до котушок напруг вимірювальних приладів: вольтметрів, ватметрів, фазометрів, лічильників, які між собою з’єднані паралельно. Шкалу вимірювальних приладів, призначених для роботи від ТН, градуюють так, щоб прилад відразу давав дійсні значення вимірювальної величини.

U₁=U₂ּk_нтн,

де k_нтн – номінальний коефіцієнт трансформації ТН.

Оскільки опір котушок напруг приладів, що приєднуються безпосередньо до вторинної обмотки ТН великий, вимірювальний ТН практично завжди працює в режимі холостого ходу, чим забезпечує незмінне співвідношення між первинною і вторинною напругами при умові, якщо повна потужність S_2тн не перевищує його номінальну потужність

S_{2тн ном=} (5÷25) В∙А.

Якщо збільшується потужність вторинної обмотки трансформатора напруги, змінюється дійсний коефіцієнт трансформації і виникає відносна похибка ТН.

де k_тн –дійсний коефіцієнт трансформації ТН.

Для вимірювальних трансформаторів має місце так звана кутова похибка d_U. Кутова похибка ТН дорівнює куту між вектором первинної напруги і повернутим на 180º вектором вторинної напруги .

Вимірювальні трансформатори струму відрізняються від трансформаторів напруги тим, що первина обмотка ТС має, як правило, невелике число витків w₁ (при струмі І₁≥ 400 А – тільки 1 виток) і вмикається послідовно з приймачами електричної енергії. Затискачі первинної обмотки маркуються буквами Л₁ і Л₂ (лінія). Затискачі вторинної обмотки ТСз числом витків w₂>w₁ маркуються буквами И₁, И₂.

До вторинної обмотки ТС послідовно приєднують струмові котушки амперметрів, лічильників, ватметрів, фазометрів, струмові реле захисту.

В більшості випадків вторинний струм І₂= 5 А, а первинний І₁ = (0,1 ÷ 30 кА).

K_тсн= І_1н/І_2н– номінальний коефіцієнт трансформації ТС, позначається у паспорті.

Цей коефіцієнт залишається практично сталим, якщо опір приладів, які приєднані до вторинної котушки, не перевищує номінального значення навантаження. Для різних ТС Z₂=(0,2 – 0,8) Ом, або S_2нтс=2,5 – 30 В∙А.

Якщо навантаження Z₂> Z_2н, то вторинний струм зменшується і дійсний коефіцієнт трансформації k_тс¹ k_тс_ном, внаслідок чого виникає відносна похибка ТС в коефіцієнті трансформації

Кутова похибка ТС d_І– це кут між вектором первинного струму і повернутим на 180º вектором вторинного струму .

Кутова похибка вимірювальних трансформаторів ТН іТС впливає на показання тих приладів, у яких обертаючий момент рухомої частини залежить від фази між струмами в котушках. Це фазочутливі прилади (ватметри, лічильники, фазометри).

Для цих же приладів дуже важливо, щоб напрямок струму в первинній обмотці (від Л₁до Л₂) був таким же як і напрямок струму у вторинній обмотці (від И₁→И₂). Якщо маркування вимірювальних трансформаторів буде виконано невірно, це приведе до неправильних показань трифазних приладів, а в фазочутливих однофазних приладах зміниться знак кута відхилення рухомої частини приладу (стрілки або диску).

Для правильного маркування затискачів ВТ виконуються досліди балістичного поштовху і метод трьох амперметрів (для ТС), або використовуються апарати для перевірки вимірювальних трансформаторів.

Режим роботи вимірювального трансформатору струму дуже близький до режиму короткого замикання, тому що до вторинної обмотки ТС приєднується незначний опір.

Струм в первинній котушці ТС залежить тільки від силового навантаження, не залежить від опору вторинного кола, і може змінюватися від нульового значення до номінального, а в режимі короткого замикання перевищувати номіна-

льне значення в десятки і сотні разів.

При номінальному режимі ТС результуюча (або повна) намагнічуюча сила незначна і складає 1% від н.с. . Тобто н.с. вторинної обмотки компенсує більшу частину н.с. первинної обмотки , і у вторинній котушці ТС індукується мала е.р.с. e₂, яка створює номінальний струм в котушках приладів, що підключені до обмотки.

Коли опір вторинного кола збільшується до нескінченності, вторинний струм І₂ = 0, результуюча н.с. буде дорівнювати н.с. первинної обмотки _.Це приводить до збільшення у сотні раз е₂, що небезпечно для обслуговуючого персоналу і може викликати пробій ізоляції. Крім того, збільшення потоку супроводжується збільшенням затрат на перемагнічування та вихрові струми, збільшення температури осердя, а значить і обмоток, і може служити причиною термічного руйнування ізоляції. Тому розмикання вторинної обмотки ТС являється аварійним режимом.

В паспорті вимірювального ТС вказуються значення:

а) номінальної напруги

U_н⁼(0,66 – 1200) кВ;

б) номінальний первинний струм

I_1н= (0,0001 – 30) кА;

в) номінальний вторинний струм

I_2н=5А (1А; 2А);

г) клас точності ТС (0,05; 0,1; 0,2 і т.д.);

д) номінальне навантаження вторинної обмотки

Z_2н= (0,2 – 0,8) Ом

при cosφ= 0,8 (інд), S_2н= (2,5 – 30) B∙А;

е) кількість вторинних обмоток (1; 2; 3).