Измерительный трансформатор тока.

В технике сильных токов бывает необходимо измерять переменные токи большой величины, иногда порядка нескольких сотен и тысяч ампер. Непосредственное включение в цепь измерительного прибора в этом случае невозможно, так как наибольший ток, который еще можно измерить прибором, составляет 200-300 А. При больших значе­ниях тока прибор получается очень громоздким. В этом случае приме­няют измерительные трансформаторы тока. В другом случае, когда требуется измерить сравнительно небольшой ток по приборам, рассчитанным на значительно больший номинальный ток, также применяют из­мерительный трансформатор тока, в результате этого расширяются пределы измерения прибора, т.е. одним и тем же прибором можно изме­рить ток различных номиналов.

Трансформатор тока состоит из сердечника, набранного из листовой электротехнической стали, на котором расположены две обмотки – первичная и вторичная.

Первичная имеет небольшое число витков большого сечения провода, ка­беля или шины, по которым протекает ток.

Вторичная обмотка имеет сравнительно с первичной большое число витков провода малого сечения. Она замыкается на токовых обмотках приборов.

Ток во вторичной обмотке меньше тока первичной во столько раз, во сколько число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной обмотки.

Отношение токов в обмотках называется коэффициентом трансформации тока.

Для большинства измерительных трансформаторов тока номина­льный вторичный ток составляет пять ампер.

Коэффициент трансформации такого трансформатора обознача­ется в виде дроби, числитель который соответствуют номинально­му току первичной обмотки, а знаменатель – номинальному току втори­чной обмотки, например, 30/5; 75/5; 100/5; 150/5 и т.д.

Трансформатор тока выполняет и другую функцию. Он электри­чески разделяет вторичную цепь, содержащую приборы, от первичной, ток который измеряется. Это имеет большое значение при измерениях в высоковольтные цепях, когда непосредственное включение токовых обмоток приборов невозможно, что связано с необходимостью иметь приборы, имеющие достаточно прочную изоляцию, рассчитанную на высокое напряжение.

Кроме того, включение такого измерительного прибора непос­редственно в цепь высокого напряжения опасно для жизни обслужи­вающего персонала. В этом случае также применяется измеритель­ный трансформатор тока, изоляция которого рассчитана на высокое напряжение. Вторичная обмотка такого трансформатора обязательно заземляется с целью предохранения вторичной цепи от высокого на­пряжения в случае замыкания между первичной и вторичной обмотками трансформа­тора тока.

Особенностью работы любого трансформатора тока является то, что в эксплуатационных условиях при наличии тока в пер­вичной обмотке нельзя размыкать вторичную цепь трансформатора тока.

При размыкании вторичной цепи такого трансформатора резко возрастает эдс, наводимая во вторичной обмотке, что может привести к пробою изоляции.

А возрастание магнитного потока в сердечнике при отсутствии размагничивающего действия вторичной обмотки вызывает перегрев сердечника трансформатора из-за вихревых токов.

Поэтому режим работы трансформатора тока на холостом ходу (при разомкнутой вторичной обмотке) является аварийным режимом работы трансформатора тока.

Если по каким-то причинам требуется отключить приборы во вторичной цепи трансформатора тока, то необходимо вторичную катушку (зажимы И₁ и И₂) замкнуть накоротко проводником. Некото­рые трансформаторы тока имеют специальное замыкающее устройство.

Трансформатор тока характеризуется величинами: номинальной мощностью, номинальным напряжением и номинальным коэффициентом трансформации.

Номинальная мощность определяется допустимой мощностью при­боров, включаемых во вторичную цепь трансформатора.

Если мощность приборов превысит номинальную мощность тран­сформатора, то значительно увеличивается погрешность измерения. Обычно номинальной вторичной нагрузкой трансформатора тока назы­ваются то наибольшее сопротивление, на которое можно замыкать его вторичную обмотку без увеличения погрешности выше допустимой для соответствующего класса точности.

Номинальное напряжение определяет возможность использова­ния трансформатора в электрических цепях высокого или низкого на­пряжения.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока выражается:

,

где w₁ и w₂ – число витков первичной и вторичной обмотки.

Этот коэффициент трансформатора определяется заводом-изготовите­лем.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока несколько отли­чается от действительного коэффициента трансформации, вследствие чего появляется погрешность в измерении, что определяется классом точности. Приближённо коэффициент трансформации можно определить опытным путём, использовав схему № 1. измерив величины первичного тока I₁ и вторичного I₂ , находим коэффициент трансформации:

.

Как видно из схемы, первичная обмотка трансформатора тока маркируется индексами Л₁, Л₂ (линия), включается в цепь измерительного тока последовательно, т.е. также, как включается амперметр, а вторичная – индексами И₁, И₂ (измерительная цепь).

По конструкции измерительные трансформаторы тока могут быть с масляным или воздушным охлаждением.

2. Измерительный трансформатор напряжения.

Для измерения высоких напряжений переменного тока применение добавочных сопротивлений для расширения пределов измерения ока­зывается затруднительным. Добавочное сопротивления при этом по­лучается громоздким, а установка приборов на щитах становится опасной для жизни обслуживающего персонала. В этих случаях пользуются трансформаторами напряжения, назначения которых заключается в уменьшении измеряемого напряжения до величин, позволяющих применять вольтметры, и безопасных для обслуживающего персонала.

Как трансформаторы тока трансформаторы напряжения позволяют отделить цепь измерительных приборов от цепи высокого напряжения, что обеспечивает безопасность обслуживания приборов.

Измерительный трансформатор напряжения также состоит из сердечника из электротехнической стали с двумя помещенными на нём обмотками. Первичная обмотка, включаемая в цепь высокого нап­ряжения параллельно (как вольтметр), имеет значительное чи­сло витков тонкого провода. Вторичная обмотка с малым числом ви­тков, обычно имеющая номинальное напряжение 100 или 230 В, замыкается на измерительные приборы, включаемые параллельно в цепь (вольтметры, частометры, обмотки напряжения ваттметров, счётчиков энергии, фазометров).

Измерительный трансформатор напряжения представляет собой маломощный понижающий трансформатор напряжения.

Трансформаторы напряжения также характеризуются номиналь­ной мощностью, номинальным первичным и вторичным напряжением, отношения которых определяется номинальным коэффициентом трансформации по напряжению:

,

где w₁ и w₂ – число витков первичной и вторичной обмоток.

В це­пях высокого напряжения для безопасности обслуживающего персона­ла вторичная обмотка измерительного трансформатора должна зазе­мляться. Измерительные трансформаторы напряжений могут быть c воздушным или масляным охлаждением. По числу фаз они могут быть однофазными двухобмоточными (многообмоточными) или трёхфаз­ными двухобмоточными.

Приближено коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения может быть определён по отношению первично­го и вторичного напряжения в режиме холостого хода в соответствии со схемой № 2. Измерив величину напряжения U₁ и вторичного U₂, мож­но определить коэффициент трансформации:

.

Подобно трансформатору тока, измерительные трансформаторы напряжения обладают погрешностью в коэффициенте трансформации, что определяет их класс точности.