Розділ 5. Силові трансформатори спеціальних конструкцій, вимірювальні та випробувальні

Вимірювальні трансформатори використовують головним чином для вмикання електровимірювальних приладів у ланцюги змінного струму високої напруги. При цьому електровимірювальні прилади стають ізольованими від ланцюгів високої напруги, що забезпечує безпеку роботи обслуговуючого персоналу. Крім того, вимірювальні трансформатори дозволяють розширити межі вимірювання приладів, тобто вимірювати великі струми й напруги за допомогою порівняно не складних приладів, розрахованих для вимірювання малих струмів та напруг.

У низці випадків вимірювальні трансформатори слугують для вмикання в ланцюги високої напруги обмоток реле, які забезпечують захист електричних установок від аварійних режимів.

Вимірювальні трансформатори поділяють на два типа: трансформатори напруги та струму. Перші слугують для вмикання вольтметрів та інших приладів, які реагують на значення напруги (котушки напруги ватметрів, лічильників, фазометрів, різних реле і т. і.). Другі застосовують для вмикання амперметрів, струмових котушок різних приладів і т. і.

Вимірювальні трансформатори виготовляють з потужностями від п’яти до кількох сотень вольт-ампер. Вони розраховані для спільної роботи зі стандартними приладами (амперметрами на 1;2;2,5 та 5 А; вольтметрами на 100 та 100 В).

 

Трансформатори напруги

Трансформатор напруги виконують у вигляді двообмоткового знижуючого трансформатора (рис. 5.1). Для забезпечення безпеки праці обслуговуючого персоналу вторинну обмотку ретельно ізолюють від первинної та заземлюють.

Оскільки опори обмоток вольтметрів та інших приладів, які вмикаються до трансформатора напруги, великі, то він практично працює в режимі холостого ходу. В цьому режимі можливо досить точно вважати, що

а) б)

Рис. 5.1. Схема вмикання (а) та векторна діаграма (б) вимірювального трансформатора напруги

 

В дійсності струм холостого ходу І₀ (а також не великий струм навантаження) створює в трансформаторі спад напруги. Тому (рис.5.1,б) та між їхніми векторами є зсув за фазою δ_u. При вимірюваннях це створює деякі погрішності.

У вимірювальних трансформаторах напруги розрізняють відносну погрішність напруги

%, (5.1) (6.1)

та кутову погрішність δ_u. Кутова погрішність впливає на результати вимірювання ватметрами, лічильниками, фазометрами та іншими приладами, показання яких залежить не тільки від величини струму та напруги, але й від кута зсуву фаз між їхніми векторами. Кутова погрішність вважається позитивною, якщо вектор випереджає вектор .

В залежності від значення допустимих погрішностей стаціонарні трансформатори напруги поділяють на три класи точності: 0,5;1;3. Лабораторні - на чотири класи: 0,05;0,1;0,2 та 0,5. Позначення класу відповідає значенню відносної погрішності γ_u при номінальній напрузі U_1ном. Кутова погрішність для таких трансформаторів становить 20'÷40'

Трансформатори напруги зберігають клас точності зі зміною первинної напруги в межах (80÷120)% від номінальної.

Для зменшення погрішностей γ_u та δ_u опори обмоток трансформаторів Z₁ та Z₂ намагаються зробити за можливістю меншими, а магнітопровід виконують з високоякісної сталі досить великого поперечного перерізу, щоб в робочому режимі він не був насичений. Завдяки цьому забезпечується значне зменшення струму холостого ходу.

 

Трансформатори струму

 

Трансформатори струму виконують у вигляді двообмоткового підвищуючого трансформатора (рис. 5.2,а) або у вигляді прохідного трансформатора, у якого первинною обмоткою є провід, який проходить через вікно магнітопроводу.

а) б) в)

Рис. 5.2. Схема вмикання вимірювального трансформатора струму (а), трансформатор для прохідного ізолятора (б) та векторна діаграма (в): 1-мідний стержень (первинна обмотка); 2-вторинна обмотка; 3-магнітопровід

 

В деяких конструкціях магнітопровід та вторинна обмотка змонтовані на прохідному ізоляторі, який слугує для уводу високої напруги в силовий трансформатор або іншу електричну установку. Первинною обмоткою такого трансформатора слугує мідний стрижень, який проходить всередині ізолятора (рис.5.2,б).

Опори обмоток амперметрів та інших приладів, які вмикаються до трансформатора струму, звичайно малі. Тому цей трансформатор працює практично в режимі короткого замкнення, при якому струми , у багато разів більші від струму холостого ходу І₀. Тому досить точно можливо вважати, що

(5.2)

В дійсності у зв’язку з наявністю струму холостого ходу в такому трансформаторі та між векторами цих струмів є деякий кут, відмінний від 180° (рис. 5.2,в). Це створює відносну струмову погрішність

% (5.3)

та кутову погрішність, яка вимірюється кутом δ_і між векторами та - . Погрішність δ_і вважається позитивною, якщо вектор - випереджає вектор .

В залежності від значення допустимих погрішностей трансформатори струму поділяють на п’ять класів точності: стаціонарні – 0,2;0,5;1;3;10 та лабораторні – 0,01;0,02;0,05;0,1;0,2. Наведені числа відповідні для даного класу струмовим погрішностям при номінальному струмі. Кутова погрішність знаходиться в межах 10'÷120'.

Для зменшення струмової й кутової погрішностей магнітопровід трансформатора струму виготовляють з високоякісної сталі досить великого перерізу, щоб в робочому режимі він був не насичений, тобто В=(0,06÷0,1) Тл. За цих умов намагнічуючий струм буде малий.

Слід зауважити, що розмикання ланцюга вторинної обмотки трансформатора струму неприпустиме. Трансформатор переходить в режим холостого ходу та його результуюча МРС, яка в робочому режимі дорівнює

стає (рис. 5.2,в). В результаті різко (в десятки й сотні разів) зростає магнітний потік у магнітопроводі, а індукція в ньому досягає значення В>2 Тл, що призводить до сильного зростання магнітних втрат в сталі. При цьому трансформатор може згоріти. Ще більшу небезпеку становить різке підвищення напруги на затискачах вторинної обмотки до кількох сотень і навіть тисяч вольт. Для усунення режиму холостого ходу при вимиканні приладів слід замикати вторинну обмотку трансформатора струму накоротко.