Особенности эксплуатации трансформаторов тока

 

Известно, что у силовых трансформаторов существует свойство саморегулирования магнитного потока сердечника Ф_с (рис. 1), иначе можно записать

Ф_с = Ф₁ – Ф₂ = const, (19.2)

где Ф₁ – магнитный поток в сердечнике, создаваемый первичной обмоткой;

Ф₂ – магнитный поток в сердечнике, создаваемый вторичной обмоткой;

Рис. 1. Трансформатор тока

При изменении сопротивления нагрузки z_Н меняется ток I₂, но

I₁ = к_ттI_2, то есть токи прямо пропорциональны, кроме того

Ф₁=cI_1,

Ф₂=cI_2,

т.е. потоки прямопропорциональны токам, таким образом, при изменении I₁ и I_2, Ф₁ и Ф₂ – меняются, но Ф_С остается постоянным.

У трансформаторов тока свойство саморегулирования отсутствует. Так как первичная обмотка включена непосредственно в силовую линию, обычно очень мощную, то изменения тока I₂ не могут оказать влияния на ток I₁, поэтому трансформатор тока эксплуатируется в режиме короткого замыкания, то есть значения I₂ и Ф₂ не равны нулю при работе трансформатора. Результирующий поток в сердечнике

Ф_с = Ф₁ – Ф₂.

Режим холостого хода не допустим.

Рассмотрим, что будет если разомкнуть вторичную обмотку: I₂ = 0, Ф₂ = 0, таким образом, Ф_С = Ф₁, но Ф₁ = сI₁, так как (обычно), то Ф₁ = Ф_с достигает очень больших значений, это в свою очередь приводит к увеличению ∆Р_С (потери в стали), поскольку ∆Р_С пропорционально , вследствие чего сердечник за короткое время разогревается настолько, что нарушается изоляция между пластинами электротехнической стали. Нарушение изоляции приводит к еще большему увеличению потерь в стали ∆Р_С. Этот процесс развивается лавинообразно, и через некоторое время трансформатор тока выходит из строя. Само явление получило название «пожар железа».

Другой негативный факт при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока – при увеличении Ф_С резко возрастает ЭДС индукции во вторичной обмотке:

;

Рис. График магнитного потока сердечника трансформатора

Значение U₂ достигает 1000 В и более, возникает пробой изоляции и напряжение, опасное для обслуживающего персонала, поэтому эксплуатация трансформатора тока в режиме холостого хода недопустима. При отсоединении (замене) амперметра, необходимо закорачивать выводы специальным замыкателем.

Первичная обмотка в цепь включается последовательно с измеряемым током. Во вторичную обмотку включаются приборы. При применении данной схемы трансформатора ток, который работает во вторичной обмотке, будет пропорционален току, который протекает в первичной обмотке.

Работа трансформатора связана с измерением электрического тока, кроме того, их можно применять для релейной защиты. В связи с этим на них возлагаются высокие требования по точности. Такие трансформаторы обеспечивают безопасность при измерениях, так как измерительные цепи изолируются.

К таким устройствам предъявляются высокие требования по точности. Вторичные обмотки могут применяться с двумя и более группами. Одна из них применяется для подключения устройства защиты, ко второй подключаются средства учета, измерения. Кроме того, трансформаторы тока можно использовать как элемент автоматики, релейной защиты.

 

 

9. Общие сведения Измерение мощности осуществляется в цепях постоянного и переменного токов низкой, высокой частоты, а также в импульсных цепях различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей лежит в пределах 10-16 - 109 Вт. Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности, предела изменения мощности и частотного диапазона. В цепях постоянного тока мощность потребления нагрузки определяется произведением тока в нагрузке и падения напряжения на ней: P=UI = I2R. В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления p(t) = u(t)i(t). Если u(t) и i(t) — периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью, или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением

Расчетные соотношения для мощности и энергии

• U – напряжение, В;
• I – ток, А;
• R – сопротивление, Ом

• P – активная мощность, Вт;
• Q – реактивная мощность, вар;
• S – кажущаяся (полная) мощность, В·А;
• I _л, I _ф – линейный и фазный ток, А;
• U _л, U _ф – линейное и фазное напряжение, В

Энергия в цепи постоянного тока	W = UIt = I^2Rt	W – энергия, Вт·ч; t – время, ч
Энергия в цепи переменного тока: однофазного	Wa = UIcosφ t = Pt Wp = UIsinφ t = Qt	Wa – активная энергия, Втч; Wp – реактивная энергия, варч; t – время, ч
Энергия в цепи переменного тока: трехфазного	Wa = √3UIcosφ t = Pt Wp = √3UIsinφ t = Qt
ощность в цепи постоянного тока	P = UI P = I2R P = U2 / R
Мощность в цепи переменного тока: однофазного
P = UIcosφ Q = UIsinφ S = UI = √ P^2 + Q^2
Мощность в цепи переменного тока: трехфазного[независимо от схемы соединения (звезда или треугольник) для симметричной трехфазной цепи]
P = 3UфIфcosφ = √3UлIлcosφQ = 3UфIфsinφ = √3UлIлsinφS = 3UфIф = √3UлIл
Мощность в цепи переменного тока: трехфазного[независимо от схемы соединения для трехфазной цепи при неравномерной нагрузке]	S = √ (∑P)^2 + (∑Q)^2

Выбор класса точности счетчиков зависит от назначения, способа включения и вида измеряемой энергии (активная или реактивная).

По назначению счетчики можно разделить на следующие категории: расчетные и предназначенные для технического (контрольного) учета, а по способу включения - на счетчики непосредственного включения и включающиеся через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Класс точности счетчиков непосредственного включения должен быть при измерении активной энергии не ниже 2,5, а при измерении реактивной - не ниже 3,0. Для расчетных счетчиков, включенных через измерительные трансформаторы, класс точности при измерении активной и реактивной энергии должен быть не менее 2,0, соответственно для счетчиков технического учета - не ниже 2,0 и 2,5

Измеряя большую мощность, рекомендуется применять расчетные счетчики активной мощности класса не ниже 1,0, реактивной - не ниже 1,5. При работе с расчетными счетчиками измерительные трансформаторы тока и напряжения должны иметь класс не ниже 0,5 (допускается использовать трансформаторы тока класса 1,0 при условии, что их действительная погрешность при нагрузке во вторичной цепи не более 0,4 Ом не превысит погрешности, допустимой для трансформаторов тока класса 0,5); для работы со счетчиками технического учета необходимо использовать трансформаторы класса не ниже 1,0

Нагрузка вторичных цепей измерительных трансформаторов не должна превышать номинальной для данного класса точности Исходя из этого ориентировочно принимают сопротивление соединительных проводов, подводимых к вторичной цепи трансформатора, не более 0,2 Ом

10.

Активную мощность в трехфазной сети определяют расчетным путем как сумму мощностей фаз Р1, Р2, Р3, показываемых отдельными ваттметрами т. е. Р = Р1 + P2 + P3, Вт

Для измерения мощности в четырехпроводной сети чаще применяют трехэлементные ваттметры, шкала которых градуирована в значениях трехфазной мощности.

В трехпроводных цепях трехфазного тока активную мощность измеряют обычно двумя однофазными ваттметрами или одним трехфазным двухэлементным ваттметром, шкала которого градуирована в значениях трехфазной мощности.

Активную мощность Р в трехфазной сети при измерении двумя однофазными ваттметрами определяют расчетным путем как сумму мощностей Р'и Р'' измеряемых отдельными ваттметрами, т. е. Р= Р'+ Р'', Вт.

Следует иметь в виду, что при измерении трехфазной мощности двумя ваттметрами их показания будут одинаковыми только при равномерной нагрузке фаз и cosφ = 1. Если cosφ = 0,5, то при равномерной нагрузке фаз показания одного ваттметра будут всегда равны нулю.

При равномерной нагрузке фаз и значении cosφ меньше 0,5 стрелка одного ваттметра будет отклоняться влево от нуля. Поэтому с помощью переключателя, вмонтированного в прибор, следует изменить направление тока в одной из катушек ваттметра, а его показания считать со знаком «минус».

На рис. 1 приведена схема включения трех однофазных ваттметров с трансформаторами тока и добавочными сопротивлениями в трехфазную четырехпроводную сеть низкого напряжения.

В этом случае для определения трехфазной мощности вначале определяют мощность Рх непосредственно по показаниям ваттметров, пользуясь для этого приведенными выше формулами определения мощностей при прямом включении ваттметров в сеть по выбранной схеме измерения.

Затем полученный результат измерения умножают на коэффициент трансформации трансформатора тока kт и отношение номинального напряжения U'ном параллельной цепи с учетом внешнего добавочного сопротивления к номинальному напряжению Uном параллельной цепи без добавочного сопротивления.

Рис. 1. Схема включения трех однофазных ваттметров с трансформаторами тока и добавочными сопротивлениями в сеть трехфазного тока низкого напряжения

Примеропределения активной мощности в трехфазной сети.

Определить активную мощность трехфазной сети 380/220 В по показаниям трех астатических ваттметров, включенных по схеме (рис. 1) через трансформаторы тока с номинальным коэффициентом трансформации kт = 400/5. Предел напряжения параллельной цепи ваттметров расширен с Uном = 150 В до U'ном = 400 В добавочными сопротивлениями. Показания ваттметров: Р1 = 0,25 кВт, Р2 = 0,35 кВт, Р3 = 0,3 кВт.

Решение. Определяем общую мощность, показываемую ваттметрами: Рх = Р1 + Р2 + Р3 = 0,25 + 0,35 + 0,3 = 0,9 кВт. Мощность трехфазной сети будет: Р= Рх х kт х (U'ном/Uном) = 0,9(400/5)(300/150) = 144 кВт.