Призначення ТС. Схема заміщення

Для зручності виміру струму в установках високої напруги і гальванічної розв'язки кіл вимірювальних приладів і засобів релейного захисту від високої напруги служать ТС, які мають замкнутий магнітопровід з двома обмотками. Через первинну обмотку пропускається вимірюємий струм, вторинна обмотка підключається до вимірювальних приладів чи реле. Первинна обмотка ізольована від вторинної у відповідності з класом ізоляції апарату. Один вивід вторинної обмотки обов'язково заземляються.

У разі пошкодження ізоляції ТС вимірювальні прилади і реле, підключені до його вторинної обмотки, залишаються під потенціалом землі.

За позитивний напрям струму в первинній обмотці ТС прийнятий напрям від початку до кінця обмотки, тобто від зажиму ЛІ до зажиму Л2 ( рис. 1. а)

 

а) б)

Рис. 1. Схема трансформатора струму:

а – умовне позначення;

б – схема заміщення.

Маркування вторинної обмотки виконано так, що позитивному напряму струму в первинній обмотці відповідає напрям струму у вторинній обмотці від кінця до початку. Тобто від зажиму U₂ до зажиму U₁. Напрям струму в навантаженні, що підключене у вторинне коло, в цьому разі залишається таким же, яким воно було б при прямомупідключенні навантаження ТС у первинне коло. Це дає можливість будувати векторні діаграми вторинних струмів співпадаючих з діаграмами первинних. В аварійному режимі ТС обтікаються струмом короткого замикання і їх обмотки під дією більших струмів.

Динамічна стійкість ТС (кратність ударного струму короткого замикання) визначається відношенням допустимого струму ударного короткого замикання до амплітуди номінального первинного струму.

Термічна стійкість задається відношенням допустимого на протязі 1 с струму короткого замикання до номінального значення первинного струму. Похибка ТС залежить від його конструкції (розмір сердечника, матеріалу магнітного проводу), а також від опору навантаження, підключеного до вторинних затискачів. Зі збільшенням опору навантаження похибка збільшується внаслідок збільшення струму намагнічування. Тому при роботі ТС опори всіх елементів, підключених до даного трансформатора і визначаючих розрахункове вторинне навантаження Z _{н расч}не повинно перевищувати номінального вторинного навантаження Z _{н ном}, при якому гарантується клас точності. Гранична кратність струму – це найбільше відношення первинного струму ТС, при якому повна похибка при заданому вторинному навантаженні не перевищує 10 %:

К ₁₀= І _1мах/ І _1ном

В інформаційних матеріалах заводів-виробників приведені криві граничної кратності К ₁₀ = F (Z _н), (рис. 2).

Рис. 2. Залежність номінальної обмеженої кратності від опору навантажень

Для більшості типів захисту необхідна точність роботи ТС повинна бути забезпечена при струмах, значно більших номінальних. Похибка трансформаторів при I ₁> I _{1 ном} буде обумовлена насиченням магнітного проводу і залежить не тільки від навантаження Z_н, але і від первинного струму I ₁ (рис. 3).

Компенсація похибки ТС

Для зниження похибки застосовується її компенсація. Розрізняють компенсацію похибки по струму і кутової похибки. Частіше всього необхідно компенсація похибки по струму. Вона виконується в діапазоні (0,1... 1,0) І _1ном і застосовується в ТС, які використовуються для вимірювання. В ТС класу Р, які використовуються для релейного захисту, компенсація похибки звичайно не застосовується.

Найпростіший метод компенсації похибки по струму ‑ виткова корекція. Якщо , то похибка завжди має від'ємний знак. Якщо кількість витків вторинної обмотки зменшити, то при

Таким чином, створюється позитивна похибка по струму, частково компенсуючи негативну.

Існують й інші засоби компенсації. Широко застосовуються метод шунта, який полягає у підвищенні магнітної проникності шляхом підмагнічування магнітопроводу ТС полями розсіювання.

Рис. 3. Схема перевірки коефіцієнта трансформації ТС

Режим холостого ходу ТС. Тобто розрив його вторинного кола аварійний і супроводжується різким збільшенням ЕРС Е₂, що небезпечно дня обслуговуючого персоналу, викликає сильний нагрів трансформатора і може привести до його пошкодження.

Робота ТС ілюструється схемою заміщення (рис. 1 б), з якої видно, що первинний струм, приведений до витків вторинної обмотки

I ₁^’= I _{1 ,}

розгладжується по двом колам. Основна його частина, яка являє собою вторинний струм I ₂, замикається через опір навантаження Z _ном, а друта частина (струм намагнічення)

I _ном= I _ном ‑ через опір Z _ном;

I ₁^’= I ₂ + I ^’_ном.

Номінальна напруга – лінійна напруга енергосистеми, в якій ТС повинен працювати. Ця напруга визначає міцність ізоляції між первинною обмоткою, яка знаходиться під високою напругою, і вторинною, один кінець якої заземлений.

Номінальний первинний I _1ном і вторинний I _2ном струми – це тривалі струми, які може пропускати ТС. Номінальний вторинний струм ТС звичайно рівний 5А.

Номінальний коефіцієнт трансформації – відношення номінальних первинного і вторинного струмів:

К _ном= І _1ном/ І _2ном.

Номінальний коефіцієнт приводиться на паспорті трансформатора і записується дробом.

Дійсний коефіцієнт трансформації не рівний номінальному внаслідок похибки, викликаної втратами в трансформаторі. Розрізняють похибку по струму й кутову похибку.

Похибку по струму, %:

де І ₂ – вторинний струм;

І^¢ ₁ – первинний приведений струм.

Для визначення первинних струмів при відомих вторинних користуються наближеним виразом І ₁= І ₂× К_ном. При цьому допускається деяка помилка, обумовлена тим, що номінальний коефіцієнт трансформації ТС не рівний дійсному коефіцієнту К_д = І ₁/ І ₂, значення якого залежить від режиму роботи трансформатора, і отже, воно змінне.

Номінальне навантаження ТС – опір навантаження Z _{2 ном} Ом, при якому він працює з заданим класом точності. Іноді застосовується поняття номінальної потужності P ₂= I ²_2ном× z _{2 ном} .

Оскільки сила струму I_2ном стандартизована, номінальний опір навантаження однозначно визначає і номінальну потужність трансформатора.

Таблиця 1.

№ п/п	Первинний струм, А	Опір Z нагр, Ом	Вторинний струм, І 2, А	Коефіцієнт трансформації К І= І 1/ І 2	Похибка
			І1=0,5 І 1 ном
І	І 1=5А	0,0
	5А	0,1
	5А	0,2
...
...	І 1=10А		І 1= І 1 ном
	І 1=20А		І 1=2 І 1 ном

 

Опис лабораторної установки

Лабораторний стенд вміщує установку У5052, яка складається з блоків К513_, К514_, планшету з трансформатором струму, реостату і двох приладів: амперметра з діапазоном виміру 0... 10А і цифрового вольтметру.

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити короткі теоретичні відомості по конструкції і основним параметрам ТС.

2. Скласти схему випробувань (рис. 3). Виписати з заводської таблички номінальні параметри ТС. Подаючи струм І₁ у первинну ТС, виміряти струм І₂ у вторинній обмотці. Визначити номінальний коефіцієнт трансформації, а також коефіцієнт трансформації при первинному струмі, рівному 0,1 І_{1 ном} ; 0,5 І_{1 ном} ; 2 І_{1 ном}

Порівняти отримані коефіцієнти з отриманими дослідним шляхом номінальним коефіцієнтом трансформації і його паспортним значенням.

3. Знайти і построїти вольт-амперну характеристику ТС. Для цього в схемі (рис. 4) замість амперметра до вторинної обмотки підключити цифровий вольтметр з високим вхідним опором. Вольт-амперна характеристика являє собою залежність напруги на затискачах вторинної обмотки U₂ від струму намагнічування І₁ при опорах в колі вторинної обмотки Z_Н = . Вольт-амперна характеристика U ₂= f (I ₁) дозволяє судити про справність ТС (рис. 4). В окремому випадку, може бути виявлено виткові замикання, при цьому крива U ₂= f (I ₁) розташовується нижче типової і має неправильну форму (без насичення). Вольт ‑ амперну характеристику знімають при подачі на первинну обмотку струму від 0 до І _{1 ном.}

4. Зняти залежність похибки коефіцієнта трансформації ТС від опору на вторинній обмотці. Для цього у схему (рис. 3) послідовно з амперметром підключають магазин опорів. Залежності знімають для струмів І ₁= І _1ном ; І ₁= 2 І _1ном ; І ₁=0,5 І _{1 ном} Для кожної залежності опір змінюють до 0 з кроком 0,1 Ом до значення на якому похибка коефіцієнта трансформації не досягне 20%. Результати вимірів заносять до таблиці 1, а графіки будують так: по осі абсцис відкладають опори у вторинному колі ТС з кроком 0,1 Ом. а по осі ординат – фактичну похибку коефіцієнта трансформації в діапазоні від 0 до 20%.

5.Оформити результати та зробити висновки по роботі.