Измерительные трансформаторы

 

В современных электротехнических установках напряжение достигает 750 кВ и выше, а токи измеряются десятками килоампер и более. Для непосредственного их измерения потребовались бы очень громоздкие и дорогостоящие электроизмерительные приборы. Кроме того, при обслуживании приборов, непосредственно подключенных к сети высокого напряжения, обслуживающий персонал подвергался бы большой опасности поражения током.

Проблема состоит в том, что приборы нельзя непосредственно подключить к электрической цепи.

 

Большие токи измеряют посредством измерительных трансформаторов тока. При токах промышленной частоты трансформатор тока выполняется на ферромагнитном сердечнике и нагружается амперметром с номинальным током 5 А и малым внутренним сопротивлением.

Применение измерительных трансформаторов тока расширяет пределы измерения обычных электроизмерительных приборов и одновременно изолирует их от цепей высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы тока применяют для подключения амперметров, вольтметров, ваттметров, приборов релейной защиты и электроавтоматики, счетчиков для учета выработки и расхода электрической энергии.

Основными элементами измерительного трансформатора тока участвующими в преобразовании тока, являются первичная и вторичная обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод. Первичная обмотка измерительного трансформатора тока включается последовательно (в рассечку токопровода высокого напряжения). Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе измерительного трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Первичную обмотку совместно с цепью высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получающую измерительную информацию от вторичной обмотки измерительного трансформатора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной обмоткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичнorо тока.

Между первичной и вторичной обмотками измерительного трансформатора тока не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напряжение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоединение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, приложенного к первичной обмотке, на обслуживающий персонал, так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.

 

Основные параметры трансформатора тока:

- Номинальное напряжение — действующее значение линейного напряжения, при котором предназначен работать измерительный трансформатор тока, указываемое в паспортной таблице измерительного трансформатора тока. Для отечественных измерительных трансформаторов тока принята следующая шкала номинальных напряжений, кВ;

0,66; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150

- Номинальный первичный ток I_1н — указываемый в паспортной таблице измерительного трансформатора тока, проходящий по первичной обмотке, при котором предусмотрена продолжительная работа измерительного трансформатора тока. Для отечественных измерительных трансформаторов тока принята следующая шкала номинальных первичных токов, А:

1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200; 1500; 2000; 3000;

4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 25000; 28000; 32000; 35000; 40000.

В измерительных трансформаторах тока, предназначенных для комплектования турбо- и гидрогенераторов, значения номинального тока свыше 10 000 А могут отличаться от приведенных в данной шкале значений.

Измерительные трансформаторы тока, рассчитанные на номинальный первичный ток 15; 30; 75; 150; 300; 600; 750; 1200; 1500; 3000 и 6000 А, должны допускать неограниченно длительное время наибольший рабочий первичный ток, равный соответственно 16; 32; 80; 160; 320; 630; 800; 1250; 1600; 3200 и 6300 А. В остальных случаях наибольший первичный ток равен номинальному первичному току.

- Номинальный вторичный ток I_2н — указываемый в паспортной таблице измерительного трансформатора тока ток, проходящий по вторичной обмотке. Номинальный вторичный ток принимается равным 1 или 5 А, причем ток 1 А допускается только для измерительных трансформаторов тока с номинальным первичным током до 4000 А. По согласованию с заказчиком допускается изготовление измерительных трансформаторов тока с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А

- Коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока равен отношению первичного тока ко вторичному току.

В расчетах измерительных трансформаторах тока применяются две величины: действительный коэффициент трансформации n и номинальный коэффициент трансформации n_н. Под действительным коэффициентом трансформации n понимается отношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Под номинальным коэффициентом трансформации nн понимается отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.

- Стойкость измерительного трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

 

 

Постоянные высокие напряжения измеряются электростатическими киловольтметрами (до 500 кВ), стрелочными или цифровым приборами с добавочным резистором (до нескольких мегавольт). Переменные высокие напряжения промышленной частоты измеряют с помощью индуктивных, а при напряжениях выше 220 кВ емкостно-индуктивных трансформаторов напряжения.

 

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а - схема, б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений:

 

На первичную обмотку подается высокое напряжение U1, а на напряжение вторичной обмотки U2 включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.

Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения Кн = U1ном / U2ном

 

 

Электроизмерительные клещи

 

Электроизмерительные клещи предназначены для измерения электрических величин - тока, напряжения, мощности, фазового угла и др. - без разрыва токовой цепи и без нарушения ее работы. Соответственно измеряемым величинам существуют клещевые амперметры, ампервольтметры, ваттметры и фазометры.

 

Наибольшее распространение получили клещевые амперметры переменного тока, которые обычно называют токоизмерительными клещами. Они служат для быстрого измерения тока в проводнике без разрыва и без вывода его из работы. Электроизмерительные клещи применяются в установках до 10 кВ включительно.

Простейшие токоизмерительные клещи переменного тока работают на принципе одновиткового трансформатора тока, первичной обмоткой которого является шина или провод с измеряемым током, а вторичная многовитковая обмотка, к которой подключен амперметр, намотана на разъемный магнитопровод.

1 - проводник с измеряемым током, 2 - разъемный магнитопровод, 3 - вторичная обмотка, 4 - выпрямительный мостик, 5 - рамка измерительного прибора, 6 - шунтирующий резистор, 7 - переключатель пределов измерений, 8 - рычаг

Для охвата шины магнитопровод раскрывается подобно обычным клещам при воздействии оператора на изолирующие рукоятки или рычаги клещей.

 

Переменный ток, проходя по токоведущей части, охваченной магнитопроводом, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток, индуктирующий электродвижущей силой (ЭДС) во вторичной обмотке клещей. В замкнутой вторичной обмотке ЭДС создает ток, который измеряется амперметром, укрепленным на клещах.

В современных конструкциях токоизмерительных клещей применяется схема, сочетающая трансформатор тока с выпрямительным прибором.

Электроизмерительные клещи бывают двух типов: одноручные для установок до 1000 В и двуручные для установок от 2 до 10 кВ включительно.

Электроизмерительные клещи имеют три основные части: рабочую, включающую магнитопровод, обмотки и измерительный прибор, изолирующую - от рабочей части до упора, рукоятки - от упора до конца клещей.

У одноручных клещей изолирующая часть служит одновременно рукояткой. Раскрытие магнитопровода осуществляется с помощью нажимного рычага.

 

 

Электроизмерительные клещи для установок 2 - 10 кВ имеют длину изолирующей части не менее 38 см, а рукояток - не менее 13 см. Размеры клещей до 1000 В не нормируются.

Электроизмерительные клещи могут применяться в закрытых электроустановках, а также в открытых в сухую погоду. Измерения клещами допускается производить как на частях, покрытых изоляцией (провод, кабель, трубчатый патрон предохранителя и т.п.), так и на голых частях (шины и пр.). Человек, производящий измерение, должен пользоваться диэлектрическими перчатками и стоять на изолирующем основании. Второй человек должен стоять сзади и несколько сбоку оператора и читать показания приборов электроизмерительных клещей