Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Назначение измерительных трансформаторов:
Измерения в цепях переменного тока высокого напряжения сопряжены с трудностями расширения пределов измерения электроизмерительных приборов, непосредственной оценки и с трудностями обеспечения техники безопасности обслуживания этих измерений.
Для решения указанных задач, в высоковольтных установках, применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Кроме того, измерительные трансформаторы применяются для включения приборов релейной защиты.
По устройству и принципу действия, измерительные трансформаторы подобны обычным трансформаторам малой мощности, но отличаются от последних режимом работы, конструктивным оформлением, мощностью и габаритами.
Трансформаторы напряжения
Измерительные трансформаторы напряжения применяются при измерениях в сетях переменного тока напряжением свыше 220 В.
Трансформатор напряжения представляет собой понижающий трансформатор и состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из электротехнической стали, марки Э-41, Э-42 или других высококачественных сплавов с толщиной листа 0,35 мм.
На магнитопровод насажены две изолированные одна от другой обмотки. Сердечник с насаженными обмотками помещен в корпус.
На корпусе трансформатора сделаны выводы, соответствующие номинальному напряжению.
Измерительные трансформаторы изготовляются: однофазными и трехфазными. При напряжении до 3000 В, трансформаторы напряжения делаются сухими и при напряжении более 3000 В, делаются масляными - для большей электрической прочности изоляции обмоток.
Первичная обмотка высшего напряжения состоит из большого числа витков СО] медного, тонкого провода диаметром 0,1 — 0,2 мм.
Зажимы первичной обмотки по ГОСТ 1983-43 обозначают А - X и включают через предохранители в сеть высокого напряжения. Вторичная обмотка низшего напряжения состоит из относительно малого числа витков со2 медного провода диаметром 0,8 - 1,0 мм. Зажимы вторичной обмотки обозначаются а - х.
Во вторичную цепь трансформатора напряжения включаются вольтметры, частотометры и обмотки напряжения ваттметров, счетчиков электрической энергии и фазометров. Электрическое сопротивление обмоток этих проборов велико,
поэтому трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу.
Схема устройства и включения трансформатора напряжения:
К первичной обмотки приложено напряжение — Ui, по которой протекает переменный ток, вызывающий в магнитопроводе переменный магнитный поток, который пронизывает витки первичной и вторичной обмоток и индуктирует в них ЭДС EI и Е2. Так как падение напряжения во вторичной обмотке незначительное, из - за малого собственного потребления параллельных цепей измерительных приборов, то им можно пренебречь, тогда:
Следовательно, напряжение U2 на зажимах вторичной обмотки пропорционально напряжению Ui.
Напряжение на зажимах вторичной обмотки U2, будет во столько раз меньше напряжения Uj, приложенного к первичной обмотке, во сколько число витков coi больше числа витков С02.
Отношение действительного значения первичного напряжения Uj, к действительному значению вторичного напряжения U2 называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения:
Зная действительный коэффициент трансформации и измеряя напряжение вольтметром во вторичной цепи, можно определить первичное напряжение:
Номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют отношение номинального первичного напряжения UHi к номинальному вторичному напряжению:
Этот коэффициент дается заводом-изготовителем и указывается на щитке трансформатора. Номинальное вторичное напряжение для всех трансформаторов равно 100 В, а для лабораторных трансформаторов 100 и 100/V3 В.
Вольтметр, предназначен для включения через измерительный трансформатор напряжения, градуируют с учетом номинального коэффициента трансформации (рис. 2) и по его шкале сразу получают значение измеряемого напряжения. В этих случаях на шкале вольтметра наносится соответствующая надпись, например; с трансформатором напряжения 7500/100 В (см. рис. 2).
Действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения - К„, может быть равен номинальному коэффициенту трансформации - К„.„. только при некоторых отдельных режимах работы.
Ввиду этого градуировка шкал измерительных приборов, включенных через трансформатор напряжения с учетом номинального коэффициента- Ки.„ь неизбежно сопряжена с появлением погрешностей в показаниях приборов.
Погрешность при измерении напряжения, вызванная применением измерительного трансформатора напряжения определяется по формуле:
Кроме погрешности по напряжению, измерительные трансформаторы напряжения обладают еще угловой погрешностью, с которой необходимо считаться при совместной работе трансформатора напряжения с приборами, показания которых зависят от фазы напряжения. Например, при включении счетчиков, ваттметров, фазометров.
На рис. 3 изображена векторная диаграмма трансформатора напряжения. Повернутый на 180* вектор напряжения U2 опережает или отстает от вектора напряжения Ui на угол 5И, характеризует угловую погрешность трансформации напряжения.
Угловая погрешность 5И выражается в угловых минутах и считается положительной, если вектор U2 опережает вектор Ui и наоборот отрицательной, если вектор U2 отстает от вектора Ui.
Наибольшая мощность, которую можно получить от трансформатора напряжения без увеличения погрешностей свыше допустимых, для его класса точности, называется номинальной, полной мощностью трансформатора, которая указана заводом-изготовителем на щитке трансформатора.
При номинальном напряжении трансформатора и номинальном вторичном токе или номинальном сопротивлении вторичной цепи мощность трансформатора можно определить по формуле:
Изложеное выше относительно однофазных трансформаторов относится и к
трехфазным трансформаторам.
Согласно ГОСТ 1983-67 и 9032-69 измерительные трансформаторы напряжения по нормам делятся на следующие классы точности: 0,05-0,1-0,2-0,5, которые относятся к лабораторным, а классы точности 1 и 3 относятся к стационарным.
Номинальные данные измерительных трансформаторов напряжения и максимальные погрешности их, обусловленные классом точности приведены в таблицах № 1 и 2.
Таблица 1 - Деление измерительных трансформаторов напряжения на классы точности
|
Классы точности измерительных трансформаторов напряжения |
Максимальные погрешности |
Режим нагрузки трансформатора |
|
|
Угловая |
По напряжению |
||
|
(минуты) |
(%) |
||
|
0,2 |
± 10 |
+ 0,2 |
При напряжении 0,9- 1,1 Г1н |
|
0,5 |
± 20 |
+ 0,5 |
Отдаваемая мощность вторичной обмотки 0,25(U1/UlH)2xSH |
|
1 |
±40 |
+ 1 |
При частоте 50 Гц |
|
3 |
Не стандартизируется |
±3 |
При cos нагрузки, равном 0,8 |
Таблица 2 — Номинальные данные измерительных трансформаторов напряжения
|
Трансформаторы |
Номинальное первичное напряжение |
Номинальная мощность SH (BA) для классов точности |
Максимальная мощность трансформаторов |
||
|
(В) |
0,5 |
1 |
3 |
(ВА) |
|
|
Однофазные двухобмоточные |
380; 500 |
25 |
40 |
100 |
200 |
|
3000 |
30 |
50 |
120 |
240 |
|
|
6000 |
50 |
80 |
200 |
400 |
|
|
10000; 15000 |
80 |
150 |
320 |
640 |
|
|
35000 |
150 |
250 |
600 |
1200 |
|
|
Трехфазные двухобмоточные |
380; 500 |
50 |
80 |
200 |
400 |
|
3000 |
- |
150 |
320 |
640 |
|
|
6000 |
80 |
- |
- |
- |
|
|
10000; 15000 |
120 |
200 |
480 |
960 |
По роду изоляции трансформаторы напряжения делятся:
- с сухой изоляцией (при напряжении до 3 кВ);
- маслонаполненные (при напряжении от 3 кВ и выше).
По роду установки стационарные трансформаторы напряжения применяются для внутреней и наружной установок.
Трансформатор тока
Трансформаторы тока применяют в электроизмерительной технике для расширения пределов измерения по току. Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого сечения и включается в сеть последовательно через зажимы Л! и Л2 (линия) и по ней протекает измеряемый первичный ток - 11в
Вторичная обмотка, выполняется из медного провода сечением, соответствующим номинальному вторичному току, имеет число витков со2. Обычно количество витков вторичной обмотки ш2 больше числа витков coj первичной обмотки.
Согласно ГОСТ вторичный номинальный ток 12 для всех трансформаторов равен 5 А. Лишь трансформаторы тока, предназначенные для установки на открытых подстанциях, чтобы уменьшить падение напряжения в соединительных проводах, имеющих относительно большую протяженность, имеет вторичный номинальный ток - 1 А.
К зажимам вторичной обмотки, с обозначением HI и И2 (измерительные приборы) подключаются последовательно соединенные обмотки амперметров, и токовые обмотки ваттметров, фазометров, счетчиков и т. д. как показано на рис. 4.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала на случай про-. боя между первичной и вторичной обмотками, один зажим вторичной обмотки И\ должен быть обязательно заземлен.
По ГОСТ 7746-68 и 9031-69 для трансформаторов тока установлены следующие значения номинальных первичных токов: 5-10-15-20-30-40-50-70-100-150-200-300-400-600-800 А и 1-1,5-2-3-4-6-8-10 и 15 кА.
Принцип работы трансформатора тока тот же. Что и трансформаторов напряжения, но так как электрическое сопротивление приборов, включаемых во вторичную цепь, незначительно, то режим работы трансформатора тока близко к режиму короткого замыкания, поэтому магнитный поток в магнитопроводе незначителен и им можно пренебречь.
При нормальном режиме работе трансформатора тока результирующая намагничивающая сила незначительна по сравнению с первичной Ioxcoi=l%xI1xco1. если во время работы трансформатора тока разомкнуть его вторичную цепь, то тока в ней не будет, а ток в первичной цепи останется прежней величины, и будет являться намагничивающим. Поэтому магнитный поток, который установится в магнитопроводе при размыкании вторичной цепи трансформатора, будет во много раз больше магнитного потока, на который насажен магнитопровод при нормальном режиме его работы.
Магнитные потери возрастут пропорционально квадрату потока, что может вызвать повышение температуры магнитопровод а и разрушение изоляции. Кроме того, увеличенный магнитный поток будет индуктировать во вторичной обмотке ЭДС, достигающую опасных значений для обслуживающего персонала. Поэтому размыкание вторичной цепи трансформатора тока, при наличии тока в первичной обмотке, является недопустимым и относится к аварийному случаю.
Если необходимо у работающего трансформатора тока отключить прибор, тогда нужно зажимы вторичной обмотки замкнуть накоротко.
При измерении приборами, включенными во вторичную обмотку трансформатора тока, искомая величина определяется по показанию приборов, умноженному на номинальный коэффициент.
Для сохранения точности измерения, проводимого с помощью измерительного трансформатора тока, необходимо, чтобы коэффициент трансформации оставался неизменным. В действительности это условие не может быть выполнено, так как первичный ток трансформатора тока не зависит от сопротивления его вторичной цепи.
При нормальном режиме работы трансформатора первичный ток может изменяться от нуля до номинального значения, а при коротких замыканиях в цепи может быть во много раз больше номинального. В трансформаторах тока всегда стремятся к малым значениям сопротивлений: ZH и Z 2, т. е. Трансформатор тока должен работать в режиме близкому к режиму короткого замыкания. Условие к этому вытекает из необходимости иметь максимальное падение напряжения на зажимах первичной обмотки, включенной последовательно с нагрузкой в подключаемую цепь.
Из векторной диаграммы рис. 5 результирующая намагничивающая сила определяется уравнением:
Намагничивающая сила I0xcoi создается намагничивающим током 10, который равен току холостого хода трансформатора.
Под током холостого тока следует понимать ток, протекающий по первичной обмотке, который при разомкнутой вторичной обмотке создает в магнито-проводе номинальный магнитный поток для данного режима работы трансформатора.
Отношение действительного значения первичного тока Ii к действительному значению вторичного тока 12 называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора тока.
Действительный коэффициент трансформации - К\ обычно не известен, так как он зависит от режима работы трансформатора тока, т. е. От значения измеряемого тока, от сопротивления вторичной цепи трансформатора и т частоты тока. Поэтому приближенное значение тока в первичной цепи Ij определяется по номинальному коэффициенту трансформации К; „ и по показаниям амперметра, включенного во вторичную обмотку трансформатора.
.. f. - -
Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока называют отношение номинального первичного тока IIH к номинальному вторичному току Ь„:
Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока дается заводом - изготовителем и указывается на щитке трансформатора. Шкалу амперметра, предназначенного для работы с трансформатором тока градуируют с учетом номинального коэффициента трансформации, т. е. Непосредственно в значениях первичного тока. На шкале такого амперметра делается соответствующая надпись, например: с трансформатором тока 50/5, см. рис. 7.
Эта надпись означает, что шкала данного амперметра проградуирована с учетом номинального коэффициента трансформации:
Кроме погрешности по току у трансформатора тока возникает угловая погрешность.
Угловой погрешностью трансформатора тока называют угол 5 между вектором первичного тока Ii и вектором вторичного тока 12, повернутым на 180*.
Угловая погрешность трансформатора тока выражается в угловых минутах и считается положительной, если вектор вторичного тока \^ повернутый на 180*, опережает вектор первичного тока Ii.
Погрешность по току оказывает влияние на погрешность всех электроизмерительных приборов, которые включены через трансформатор тока, а угловая погрешность - только в тех случаях, когда трансформатор тока применяется с приборами, показания которых зависят от сдвига фаз между током и напряжением (счетчики, ваттметры, фазометры).
Согласно ГОСТ 7746-68 и 9032-69 по допустимым значениям погрешностей трансформаторы тока делятся на семь классов точности: 0,05-0,1-0,2-0,5-1-3 и 10.
Для каждого трансформатора тока заводом - изготовителем на паспортной табличке указывается его номинальное сопротивление - номинальная вторичная нагрузка в Омах или номинальная мощность в Вольт-Амперах.
Номинальной мощностью трансформатора тока называется мощность (полная), которую можно получить от трансформатора без увеличения погрешностей, выше допустимых, предусмотренных стандартом для соответствующего класса точности.
Иногда на щитке трансформатора номинальная нагрузка указывается не в Омах, а в Вольт — Амперах. Тогда значение наибольшего сопротивления, на которое можно замыкать его вторичную обмотку, определяется по формуле:
Государственным стандартом для трансформатора тока с номинальным вторичным током 5 А установлены следующие значения номинальных вторичных нагрузок: 0,1-0,15-0,2-0,4-0,6-0,8-1-1,2-1,6-2,4-3-4 Ом.
Таблица 3 - Допустимые погрешности измерительных трансформаторов тока
|
Класс точности |
Первичный ток в % от 1Н |
Предельные погрешности |
Пределы вторичной нагрузки в % от номинальной при cos = 0,8 |
|
|
Токовая |
Угловая |
|||
|
% |
мин. |
|||
|
0,2 |
10 20 100-120 |
0,5 0,35 0,2 |
20 15 10 |
25-100 |
|
0,5 |
10 20 100-120 |
1 0,75 0,5 |
60 50 40 |
25-100 |
|
1 |
10 20 100-120 |
2 1,5 1 |
120 100 80 |
25-100 |
|
3 |
50-120 |
3 |
Не нормируется |
50-100 |
|
10 |
50-120 |
10 |
Не нормируется |
50-120 |
По способу применения трансформаторы тока делятся на: .
- переносные;
-стационарные. По роду установок:
- для внутренних установок; .
- для наружных установок;
- встроенные;
- устанавливаемые внутри других аппаратов. По способу установок:
- проходные;
- устанавливаемые в проходах стен или потолков;
- опорные. По конструкции первичной обмотки:
- одновитковые стержневые;
- одновитковые личные; ,
- многовитковые катушечные. По роду изоляции:
- с воздушной изоляцией;
- с фарфоровой изоляцией;
- с литой изоляцией.
Лабораторные трансформаторы тока согласно ГОСТ 9032-69 имеют классы точности: 0,05-0,1-0,2 при частоте 50 Гц. На рис. 8 показан внешний вид современных переносных лабораторных многопредельных трансформаторов тока типа: УТТ-6, УТТ-5, И-56, И-55, И-515, И-54, И-509, с кольцевыми из пермаллоя, у которых магнитная проницаемость значительно выше, чем у электротехнической стали.
Разновидностью трансформаторов тока являются токоизмерительные клещи типа Ц-30 или Ц-91, которые применяются в тех случаях, когда необходимо про- . извести измерения без разрыва проводника с измеряемым током.
Измерительные клещи изготовляют на номинальные токи: 15-30-75-300-600 А, с классом точности 2,5, на номинальное напряжение 600 В.
Испытание измерительного трансформатора тока
Цель работы:
При испытании измерительного трансформатора тока проверить:
1. Сопротивление изоляции обмоток;
2. Отсутствие обрыва во вторичной обмотке;
3. Полярнось зажимов вторичной обмотки;
4. Коэффициент трансформации обмоток;
5. Погрешность трансформатора по току;
Приборы и оборудование:
1. Трансформатор тока МТТ-1, УТТ-5 или КТ-10/5 1 шт.
2. Мегоометр типа Ml 102/1 1 шт.
3. регулятор напряжения типа РНШ на 250 В 1 шт.
4. Вольтметр типа Э-59 на 1,5-3-7,5-15 В 1 шт.
5. Реостат регулировочный на 30 Ом, 5 А 1 шт.
6. Амперметр типа Э-59 или Д-533 на ток 5-10 А 1 шт.
7. Амперметр типа Э-59 на ток 2,5-5 А 1 шт.
8. Милливольтметр типа М-330 на 250 мВ 1 шт.
9. Ключ замыкания 1 шт.
10 Источник постоянного тока на напряжения 4,5 В 1 шт.
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомится с техническими данными испытуемого трансформатора тока и электроизмерительными приборами.
2. Проверить обмотки трансформатора тока на обрыв.
3. Проверить мегомметром сопротивление изоляции вторичной обмотки трансформатора тока по отношению к первичной.
4. Определить полярность зажимов обмоток трансформатора тока индукционным методом:
а) Собрать схему рис. 9 (при сборке схемы зажим JI1 первичной обмотки трансформатора тока подключить к плюсу, а зажим Л2 - к минусу).
Магнитоэлектрический милливольтметр с двусторонней шкалой подключить к вторичной обмотке зажимом плюс к И1 и зажимом минус к И2.
б) После проверки схемы руководителем замкнуть цепь ключом «К» и проследить за отклонением стрелки магнитоэлектрического милливольтметра. Если при кратковременном замыкании ключом, стрелка прибора отклонится вправо, то это подтвердит правильность обозначения зажимов, если стрелка прибора отклонится влево, то следует произвести перемаркировку зажимов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока. 5. Проверить коэффициент трансформации трансформатора тока: а) Собрать схему (рис. 10) и предъявить ее для проверки руководителю.
б) Ползунки реостатов r1 и г2 установить на полное сопротивление.
в) В первичную цепь трансформатора тока включить амперметр с пределом измерения тока I1=10 А, а во вторичную цепь к зажимам И1и И2 амперметр на ток I2=5 А. г) Ползунки реостатов r1 и г2 устанавливать различные значения первичного
тока в пределах 20-100% от номинального и замерить ток I2 во вторичной обмотке.
д) Измерив I1 и I2 определить действительный коэффициент трансформации трансформатора тока:
ж) Определить относительную погрешность при измерении тока, обусловленную применением трансформатора тока:
з) Результаты измерений и вычислений записать а таблицу № 4. Таблица 4
|
Измерено |
Вычислено |
Сопротивление вторичной цепи трансформатора тока - 7,2 |
|
U |
I1 |
I2 |
К1 |
К11 |
|||
|
В |
А |
А |
– |
– |
% |
Ом |
|
|
1 |
127 |
||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
|||||||
|
4 |
|||||||
|
5 |
и) По результатам измерений и вычислений построить кривую погрешности трансформатора тока в зависимости:
к) Дать заключение о пригодности к эксплуатации измерительного трансформатора тока.
Примечание: Изоляция в строенной первичной обмотки трансформаторов тока топов МТТ-1 и УТТ-5 выдерживает испытательное напряжение 3 кВ относитель-но корпуса и вторичной обмотки в течении одной минуты.
Изоляция вторичной обмотки трансформаторов выдерживает в течении одной минуты испытательной напряжение 2 кВ относи-
Трансформатор, у которого случайно разомкнулась вторичная обмотка, перед дальнейшим применением следует предварительно размагнитить, Для этого надо включить в цепь переменного тока зажимы одной из обмоток (первичной или вторичной) при второй разомкнутой обмотке, пропустить ток 10 % от номинального значения и плавно уменьшить его до нуля.
Контрольные вопросы:
1. Где применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения?
2. Как включаются измерительные трансформаторы тока?
3. Как определяется полярность зажимов вторичной обмотки трансформатора тока?
4. Как определяется номинальный и действительный коэффициенты трансформации трансформатора тока?
5. Как определить ток в первичной цепи с применением измерительного трансформатора?
6. Что называют номинальной нагрузкой измерительного трансформатора тока и для каких целей она указывается на паспортной табличке?
7. Как проверить обмотки трансформатора тока на обрыв?
8. В каком режиме работает измерительный трансформатор тока?
9. Как проверить сопротивление изоляции первичной и вторичной обмоток трансформатора тока относительно корпуса?
10. Что произойдет, если у трансформатора тока в рабочем состоянии отключить измерительные приборы?
11. Какие погрешности возникают при измерении тока, обусловленные применением трансформатора тока, и какое влияние они оказывают на электроизмерительные приборы?
12. Для каких целей производится размагничивание магнитопровода трансформатора тока, у которого во время работы случайно разомкнулась вторичная обмотка? Какой величины силы тока следует производить размагничивание?
Литература
1. Попов В. С. - Электрические измерения - издательство «Энергия»;
2. Писаревский Э. А. - Электрические измерения и приборы - издательство «Энергия»;
3. Катологи ЦБНТИ.