Измерительные трансформаторы используют главным образом для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого напряжения. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированны­ми от цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопас­ность работы обслуживающего персонала. Кроме того, изме­рительные трансформаторы позволяют расширять пределы измерения приборов, т. е. измерять большие токи и напряже­ния с помощью сравнительно несложных приборов, рассчи­танных для измерения малых токов и напряжений. В ряде случаев измерительные трансформаторы служат для подклю­чения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечи­вающих защиту электрических установок от аварийных режи­мов.

Типы измерительных трансформаторов. Измерительные трансформаторы подразделяют на два типа — трансформато­ры напряжения и трансформаторы тока. Первые служат для включения вольтметров и других приборов, реагиру­ющих на значение напряжения (например, катушек напряже­ния ваттметров, счетчиков, фазометров и различных реле). Вторые служат для включения амперметров и токовых катушек указанных приборов.

Измерительные трансформаторы изготовляют мощно­стью от пяти до нескольких сотен вольт-ампер; они рассчитаны для совместной работы со стандартными при­борами (амперметрами на 1; 2; 2,5 и 5 А, вольтметрами на 100 и В).

Трансформатор напряже­ния. Его выполняют в видедвухобмоточного понижа­ющего трансформатора (рис. 3.33,а). Для обеспече­ния безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщате­льно изолируют от первич­ной и заземляют.

Рис. 3.33. Схема включения (а) и век­торная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (б)

Так как сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору на­пряжения, велики, то он практически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, чтоU_l = U'₂=U₂k.

В действительности ток холостого хода I₀ (а также не­большой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения, поэтому, как видно из векторной диаграммы (рис. 3.33, б), и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе δ_u. В результате при изме­рениях образуются некоторые погрешности.

В измерительных трансформаторах напряжения различа­ют два вида погрешностей:

а) относительную погрешность напряжения

б)угловую погрешность δ_u; за ее значение принимают угол между векторами и — . Она влияет на результаты измерений, выполненных с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от силы тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор опережает вектор .

В зависимости от значения допускаемых погрешностей стационарные трансформаторы напряжения подразделяют на три класса точности: 0,5; 1 и 3, а лабораторные — на четыре класса: 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Обозначение класса соот­ветствует значению относительной погрешности у_и при номинальном напряжении U_lном. Угловая их погрешность составляет 20... 40 угл. мин.

Выпускаемые промышленностью трансформаторы напря­жения сохраняют класс точности при изменении первичного напряжения от 80 до 120% номинального.

Рис. 3.34. Схема включения измерительного трансформатора тока (а), общий вид проходного изолятора (б) и векторная диаграмма (в):

1— медный стержень (первичная обмотка); 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопровод

Для уменьшения погрешностей у_и иδ_и сопротивленияобмоток трансформатора и делают по возможности малыми, а магнитопровод выполняют из высококачественнойстали достаточно большого поперечного сечения, чтобы в рабочем режиме он не был насыщен. Благодаря этому обес­печивается значительное уменьшение тока холостого хода.

Трансформатор тока. Его выполняют в виде двухобмоточ­ного повышающего трансформатора (рис. 3.34,а) или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмот­кой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку. Первичной обмоткой трансформатора служит медный стержень, проходящий вну­три изолятора (рис. 3.34, б).

Сопротивления обмоток амперметров и других приборов, подключаемых к трансформатору тока, обычно малы. Поэто­му он практически работает в режиме короткого замыкания, при котором токи I₁ и во много раз больше токаI₀, и с достаточной степенью точности можно считать, что

В действительности из-за наличия тока холостого хода в рассматриваемом трансформаторе и между векторами этих токов имеется некоторый угол, отличный от 180° (рис. 3.34, в). Это создает относительную токовую по­грешность

и угловую погрешность, измеряемую углом δ_i, между векто­рами и — . Погрешность δ_i считается положительной, если вектор — опережает вектор .

В зависимости от значения допускаемых погрешностей трансформаторы тока подразделяют на пять классов точнос­ти: стационарные — 0,2; 0,5; 1; 3; 10 и лабораторные — 0,01;0,02; 0,05; 0,1; 0,2. Приведенные цифры соответствуют допус­каемой для данного класса токовой погрешности при номи­нальном значении тока. Угловая погрешность составля­ет 10... 120 угл. мин.

Для уменьшения токовой и угловой погрешностей магнитопровод трансформатора тока изготовляют из высоко­качественной стали достаточно большого сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B = 0,06...0,1 Тл). При этих условиях намагничивающий ток будет мал.

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной обмотки трансформатора тока недопустимо. Трансформатор переходит в режим х.хВ резуль­тате резко (в десятки и сотни раз) возрастает магнитный поток в магнитопроводе, 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 сотен и даже тысяч вольт. Для предотвращения режима холостого хода при отключении приборов следует замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.

Измерительный тр-р тока (ТТ)- Это спец тр-р,работающий в режиме КЗ и предназначен для расширения пределов измерений приборов, реагирует на величину тока (амперметр,ток катушки)

Токовый датчик для измерения параметров переменного тока может рассматриваться как разновидность простого трансформатора тока. Трансформатор по существу имеет две катушки на общем железном сердечнике. Напряжение I1подаётся на катушку В1, наводя через общий сердечник напряжение I2 на катушке В2.

Тот же самый принцип используется в токовом датчике (см. рис.). На замкнутом магнитопроводе в виде клещей замкнутых на проводнике, находится катушка B2 , по которой протекает электрический ток I1.

В1 это просто проводник, на котором пользователь проводит измерения, при количестве обмоток, образуемых проводником - равным единице. Токовый датчик замкнутый вокруг проводника вырабатывает выходной ток, значения которого определяются количеством витков на катушке В2, по формуле:

I2 (выход датчика) = (N1 / N2) x I1, где N1 = 1 или, иначе, Выходное значение датчика = I1/N2 (где N2 это число витков на катушке датчика).

Часто бывает очень трудно измерить I1 непосредственно, так как значение силы тока слишком велико, чтобы подавать его непосредственно на цепь измерительного прибора, или просто потому, что недопустимо разрывать цепь. Для обеспечения приемлемого выходного значения на катушке датчика размещается большое количество витков.

коэф-т тр-и по току I₁=K_i*I₂ F₂=W₂*I₂

U1-U2-короткозамк контур-размаг тр-р

Количество витков на катушке датчика в большинстве случаев имеют кратные значения (например, 100, 500 или 1000).

Если N2 равно 1000, в этом случае клещи имеют соотношение N1/ N2 или 1/1000, которое обозначается как 1000:1. Ещё один способ выразить соотношение это сказать что выходное значение датчика 1 мА/А - выходное значение 1 мА (I2) для 1А (или 1А@1000А) появляющееся на дисплее датчика. Существует множество других возможных соотношений: 500:5, 2000:2, 3000:1, 3000:5 и так далее - для различного применения. В большинстве случаев токовый датчик используется с цифровым мультиметром. Рассмотрим для примера токовый датчик с соотношением 1000:1 с токовым выходом и соотношением 1мА/A.

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) в процессе эксплуатации подвергаются воздействию многочисленных внешних факторов, которые оказывают влияние на их метрологические характеристики. Одним из таких факторов являются токи короткого замыкания. При коротком замыкании ток, протекающий через ТТ, характеризуется следующими особенностями:

• большая кратность тока, протекающего через первичную обмотку. Ток короткого замыкания может превышать номинальный первичный ток в сотни раз;
• наличие апериодической составляющей в кривой тока;
• при отключении тока короткого замыкания ток, протекающий через ТТ, отключается не в момент перехода тока через ноль.

Все эти особенности могут привести к насыщению магнитопровода ТТ вплоть до максимальной индукции насыщения. После ликвидации короткого замыкания, при работе в сети переменного тока магнитопровод ТТ через некоторое время размагнитится и погрешности восстановятся. Время размагничивания зависит как от внешних факторов – значения первичного тока, мощности вторичной нагрузки, так и от конструктивных особенностей ТТ – материала магнитопровода, числа первичных витков и др.

Вопрос №96 Измерительные трансформаторы напряжения погрешности и режимы работы.

Т рансформатор напряжения – трансформатор небольшой мощности, предназначенный для расширения пределов измерения приборов, реагирующих на напряжения-ваттметры, вольтметры,электросчетчики. Измерительный трансформатор может также работать как сельсин. Этот режим используется тогда когда требуется измерить угол рассогласования. он состоит из сельсин датчика сельсин трансформатора.ст возбуждается тремя переменными фазовыми напряжениями сд и создает переменное напряжение снимаемое с однофазной обмотки. То есть при повороте ротора сельсин датчика результирующий магнитный поток в трех фазной цепи сельсин трансформатора поворачивается на тот же угол, но в противоположном направлении. Точность в сельсинной схеме измерения рассогласования погрешность характеризуется напряжением на выходной обмотке ст, когда угол рассогласования равен 0.Погрешности могут быть статическими и динамическими. Статическая погрешность вызывается несинусоидальностью кривой взаимоиндукции между однофазной и трех фазной обмотками, а также нессиметрией фазовых обмоток сельсина. Динамические погрешности возникают в результате появления скорости и достигает значительных величин области больших скоростей.

Обычно допустимая величина угла рассогласования в следящей системе в сравнении с собственной ошибкой сельсинов очень мала. Это означает, что при углах рассогласования, не выходящих за пределы собственной ошибки сельсинов, выходное напряжение измерителя рассогласования либо равно нулю либо на столько мало что не вызывает реакции исполнительного элемента. Поэтому в данных системах достичь высокой точности невозможно.