Измерительные трансформаторы напряжения. Устройство и работа

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для возможности измерения высокого напряжения электроустановок переменного тока путем снижения этого напряжения для подачи на защитные реле, приборы измерения и системы автоматики.

При отсутствии измерительных трансформаторов понадобилось бы применять приборы и реле с большими габаритными размерами, так как необходима надежная изоляция от высокого напряжения, которая увеличивает размеры устройств. Изготовить такое оборудование практически невозможно, так как напряжения линий могут достигать величины 110 киловольт.

Измерительные трансформаторы для замера напряжения дают возможность применять стандартные обычные приборы для измерений электрических параметров, при этом увеличивая их диапазон измерения. Защитные реле, подключаемые через эти трансформаторы, могут применяться обычного исполнения.

Гальваническая развязка, которую обеспечивают трансформаторы путем отделения измерительной цепи от высокого напряжения, позволяет создать необходимый уровень безопасности обслуживающего персонала.

Такие трансформаторы нашли свою популярность в устройствах высокого напряжения. От их качественного функционирования зависит степень точности учета расхода электрической энергии и электрических измерений, а также автоматических аварийных систем и защитных реле.

Устройство и работа

Измерительные трансформаторы устроены аналогично понижающим силовым трансформаторам, и состоят из металлического сердечника, выполненного из электротехнической листовой стали, первичной и вторичной обмоток. Трансформаторы могут оснащаться несколькими вторичными обмотками, в зависимости от конструкции и предъявляемых требований к трансформатору.

К первичной обмотке подключается высокое напряжение, а с вторичной обмотки снимается напряжение измерительными устройствами. Коэффициент трансформации такого устройства равен отношению первичного высокого напряжения к номинальному значению вторичного напряжения.

Если бы трансформатор функционировал абсолютно без потерь и с абсолютной точностью, то оба напряжения на обеих обмотках совпадали бы по фазе, и коэффициент трансформации был бы равен единице. Однако на практике коэффициент трансформации всегда меньше единицы, так как всегда имеются некоторые потери энергии при работе трансформатора.

Погрешность измерительного трансформатора зависит от:

• Величины вторичной нагрузки.
• Магнитной проницаемости сердечника.
• Устройства магнитопровода.

Существуют методы снижения погрешности по напряжению путем снижения числа витков первичной обмотки, добавления различных компенсирующих обмоток.

Число витков первичной обмотки намного больше, чем вторичной. Измеряемое напряжение подается на первичную обмотку, к вторичной обмотке подключают различные измерительные приборы: вольтметры, ваттметры, фазометры и т.д.

Трансформаторы напряжения эксплуатируются в режимах, подобных холостому ходу. Это объясняется тем, что подключенный к вторичной обмотке прибор, например, вольтметр, обладает большим сопротивлением, и ток, протекающий по этой обмотке, очень незначителен.

Особенности подключения

Трансформаторы могут устанавливаться как на шинах подстанции, так и на каждом отдельном объекте. Перед электрическим монтажом необходимо осмотреть трансформатор на предмет необходимого уровня масла для масляных моделей, исправности армированных швов, целостности изоляции.

При проведении монтажа обе обмотки трансформатора должны быть завернуты в изоляцию, так как случайное касание выводов вторичной обмотки с проводами, находящимися под напряжением, может привести к возникновению на первичной обмотке опасного для жизни напряжения.

Для безопасности вторичную обмотку перед подключением заземляют. Это предотвращает возможность попадания высокого напряжения в цепи низкого напряжения при возможном пробивании изоляции.

Необходимо учитывать, что если к вторичной цепи подключить слишком много измерительных и других приборов, то величина тока вторичной цепи значительно увеличится, так же как и погрешность измерения. Вследствие этого необходимо следить, чтобы общая мощность присоединенных приборов не превзошла наибольший допустимый предел мощности, определенный инструкцией или паспортом трансформатора.

При превышении общей мощности допустимой величины целесообразно подключить дополнительный трансформатор, и переключить на него несколько приборов от первого трансформатора.

Трансформаторы должны иметь защиту от короткого замыкания, в противном случае при коротком замыкании обмотки перегреются, и изоляция будет повреждена. Для этого в цепях всех незаземленных проводников подключают электрические автоматы, а также рубильники (для образования видимого разрыва цепи при ее отключении). Первичную обмотку трансформатора чаще всего защищают путем установки предохранителей.

Разновидности

Измерительные трансформаторы классифицируются по нескольким признакам и параметрам. Рассмотрим основные из таких признаков и параметров.

По числу фаз:

• Однофазные.
• Трехфазные.

По количеству обмоток:

• Трехобмоточные.
• Двухобмоточные.

По методу охлаждения:

• С воздушным охлаждением (сухие).
• С масляным охлаждением.

По месту монтажа:

• Внутренние (для монтажа внутри помещений).
• Внешние (для установки снаружи помещений).
• Для распределительных устройств.

По классам точности: 0,2; 0,5; 1; 3.

Измерительные трансформаторы с несколькими обмотками

К таким трансформаторам есть возможность подключения сигнализирующих устройств, которые подают сигнал о замыкании цепи с изолированной нейтралью, а также защитных устройств, защищающих от замыканий в цепи с заземленной нейтралью.

На рисунке «а» изображена схема с 2-мя вторичными обмотками. На рисунке «б» показана схема 3-х трехфазных трансформаторов. В них первичные и основные вторичные обмотки соединены по схеме звезды, а нейтральный проводник соединен с землей. На приборы измерения могут подключаться три фазы и ноль от основных вторичных обмоток. Вспомогательные вторичные обмотки соединены «треугольником». От этих обмоток поступает сумма напряжений фаз на дополнительные устройства: сигнальные, защитные и другие.

Основные схемы подключения

Наиболее простая схема с применением однофазного трансформатора изображена на рисунке 4 «а». Она используется в панелях запуска электродвигателей, на пунктах переключения напряжением до 10 киловольт, для подключения реле напряжения и вольтметра.

Схема по рисунку 4 «б» используется для неразветвленных цепей в электроустановках от 0,4 до 10 киловольт. Это дает возможность установить заземление вторичных цепей возле трансформаторов.

Во вторичной цепи, изображенной на рисунке 4 «в», подключен двухполюсный автомат вместо предохранителей. При срабатывании автомата его контакт замкнет сигнальную цепь «обрыв цепи». Вторичные обмотки заземлены в фазе В на щите. Рубильником можно выключить вторичную цепь, и обеспечить при этом видимый разрыв. Такая схема используется в электроустановках от 6 до 35 киловольт при разветвленных вторичных цепях.

На рисунке 4 «г» измерительные трансформаторы подключены схемой «треугольник-звезда». Это позволяет создать вторичное напряжение, необходимое для приборов автоматической регулировки возбуждения компенсаторов. Для надежности функционирования этих приборов предохранители во вторичных цепях не подключают.

Похожие темы:

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются совместно с измерительными приборами для расширения их пределов измерения.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительный трансформатор напряжения представляет собой понижающий трансформатор с таким отношением витков w₁/w₂, чтобы при U₁ = U_сети; U₂ = 100 В.

Во вторичную цепь включаются вольтметры, частотомеры, обмотки напряжения ваттметров, счетчиков и фазометров. Так как электрическое сопротивление этих приборов велико (порядка 1000 Ом), то трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Такой режим связан с большими магнитными потерями, а это, в свою очередь, приводит к увеличению размеров магнитопровода и устройству специального масляного охлаждения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока применяются для включения в сеть амперметров, обмоток тока ваттметров, счетчиков и фазометров.

Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого поперечного сечения и включается в цепь последовательно.

Вторичная обмотка выполняется всегда на ток I₂ = 5А. Рабочий режим трансформатора тока близок к короткому замыканию, поэтому размеры магнитопровода у него значительно меньше, чем у трансформатора напряжения.

Эксплуатация измерительных трансформаторов

Для определения напряжения или тока в цепи необходимо показания приборов умножить на коэффициент трансформации измерительных трансформаторов. В целях безопасности нельзя оставлять вторичную обмотку трансформатора тока разомкнутой, если первичная включена в сеть. В этом режиме напряжение U

2 возрастает до нескольких тысяч вольт. (зажим Л\ является генераторным), то зажим Иг является также генераторным. Он должен быть подключен к началу последовательной обмотки счетчика. Отметим, что в распределительных устройствах принята установка трансформаторов тока так, чтобы зажим Л1 был обращен к сборным шинам. Поэтому зажим Л\ и соответственно зажим Их являются генераторными при положительном направлении мощности.
У встроенных трансформаторов тока однополярными являются «верх» и зажим А вторичной обмотки.
На паспортной табличке трансформатора тока указывается его коэффициент трансформации в виде отношения номинального первичного тока к номинальному вторичному току. Номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно равен 5 а. Таким же должен быть и номинальный ток счетчика, включаемого в его обмотку. В некоторых случаях для электроустановок напряжением 110 кВ и выше изготовляют трансформаторы тока с номинальным током вторичной обмотки 1 а.
Трансформатор тока выбирается по номинальному напряжению и по максимальной длительной нагрузке данного присоединения, которая должна быть не выше 110% номинального тока этого трансформатора. В то же время необходимо помнить, что при токе менее 20%
номинального увеличиваются погрешности как счетчика, так и трансформатора тока и счетчик недоучитывает энергию. При нагрузке менее 10% номинальной погрешность счетчика становится недопустимой. Перегрузка же счетчика на 10—20% вполне допустима и не вызывает увеличения его погрешности. Поэтому не следует устанавливать трансформатор тока с номинальным первичным током, значительно превосходящим нагрузку данного присоединения. Завышенным по коэффициенту трансформации считается такой трансформатор тока, у которого при 25%-ной загрузке силового трансформатора или линии ток во вторичной обмотке будет менее 0,5 а.
Пример 1. Трансформатор 320 ква с первичным напряжением
6,3 кв имеет первичный номинальный ток


По условиям термической и динамической устойчивости выбран трансформатор тока с коэффициентом трансформации 75/5 а. При 25%-ной загрузке силового трансформатора ток первичной обмотки будет:
Ток во вторичной обмотке                                                                              
Таким образом, трансформатор тока выбран неправильно и должен быть заменен на трансформатор 50/5 а.
Действительный коэффициент трансформации трансформатора тока отличается от номинального на некоторую величину, а вектор вторичного тока, протекающего во внешней цепи, не совпадает с вектором первичного тока. Другими словами, трансформатор тока обладает погрешностью по току и по углу. Наибольшая допускаемая погрешность обмотки трансформатора тока определяет его класс точности. Расчетные счетчики включаются в обмотку трансформатора тока класса 0,5. Счетчики, предназначенные для технического учета,, могут подключаться к обмоткам трансформаторов тока класса 1.
Погрешность трансформатора тока зависит от величины его вторичной нагрузки. Под вторичной нагрузкой трансформатора тока понимают полное сопротивление его внешней вторичной цепи, равное сумме сопротивлений всех последовательно включенных обмоток измерено быть не менее 2,5 мм2, сечение алюминиевых жил — не менее 4 мм2. Сопротивление переходных контакте* принимают равным 0,1 ом.

Пример 2. Во вторичные обмотки класса 0,5 двух трансформаторов тока ТПФМ 200/5, соединенные в неполную звезду, включены счетчик активной энергии САЗ, счетчик реактивной энергии СРЗ и амперметр Э-30. Приборы расположены в коридоре управления распределительного устройства иа стенке ячейки. Длина соединительного провода от трансформатора тока до приборов (в один конец) равна 4 м. Провода медные сечением 2,5 мм2. Определить вторичную нагрузку трансформаторов тока.

Находим сопротивления приборов (см. также приложение 1).

Наименование прибора	Тип	Потребляемая мощность, в-а	Сопротивление обмотки, ом
Амперметр	Э-30	1	0,04
Счетчик.	САЗ	0,55	0,02
Счетчик.	СРЗ	0,55	0,02
Итого	—	—	0,08

Сопротивление соединительных проводов

сопротивление переходных контактов равно 0,1 ом.
Суммарное сопротивление нагрузки

при максимально допустимом сопротивлении 0,6 ом.
Параллельные обмотки счетчиков в сети напряжением выше 0,4 кв питаются через трансформаторы напряжения. Обычно применяются трехфазные трансформаторы напряжения с группой соединения 12.

Векторы первичных напряжений при этом совпадают по фазе с векторами соответствующих вторичных напряжений.
Можно использовать также два однофазных трансформатора напряжения, соединенные по схеме открытого треугольника. В этом случае конец обмотки высокого напряжения одного трансформатора соединяется с началом обмотки другого. Так же соединяются и обмотки низкого напряжения (рис. 9). Начало обмотки высокого напряжения обозначается буквой А, а конец—буквой X. У обмотки низкого напряжения соответствующие буквы — а их.
Номинальное вторичное междуфазное напряжение трансформаторов напряжения равно 100 в. Счетчики, подключаемые к ним, должны иметь номинальное напряжение также 100 в. Трансформаторы напряжения обладают погрешностью в коэффициенте трансформации и угловой погрешностью. Наибольшие допускаемые погрешности определяют класс точности трансформатора напряжения.
Этому классу точности соответствует номинальная нагрузка его вторичной цепи, выраженная в вольт-амперах. Счетчики должны присоединяться к трансформатору напряжения класса 0,5. Фактическая нагрузка его вторичной обмотки не должна превышать номинальную для данного класса точности. Кратковременные нагрузки во внимание не принимаются. К ним относятся двигатели заводки пружинных приводов, лампы освещения ячеек, приборы синхронизации, обмотки реле, на которые напряжение подается только при работе защиты или автоматики.

Чтобы определить нагрузку трансформатора напряжения, выписывают из каталогов или справочников мощности 5прИб, в-а, или  Рприб, вт, которые потребляют параллельные обмотки приборов и реле, а также их коэффициенты мощности. Затем определяют суммарную нагрузку трансформатора напряжения или группы однофазных трансформаторов напряжения по формуле

— суммарные соответственно активные и реактивные мощности, потребляемые всеми параллельными катушками.

Таким образом, нагрузка трансформатора напряжения равна допустимой для данного класса точности.
Пример 3. В цепь трансформатора напряжения НТМИ-6 (класс 0,5 при SH = 80 в-а) включены три счетчика активной энергии САЗУ, три счетчика реактивной энергии СРЗУ, вольтметр Э-31 и реле .времени ЭВ-235. Нагрузки определяют по следующей таблице (потребляемые мощности приборов и реле взяты из приложения 1).

Для выбора сечения соединительных проводов необходимо рассчитать падение напряжения в них, которое не должно превышать

1. 5%. По условиям механической прочности сечение медных проводов должно быть не менее 1,5 мм, сечение алюминиевых проводов — не менее 2,5 мм2.

Вторичная обмотка трансформатора напряжения защищается плавкими вставками на ток 0,1 а либо автоматом. Должна быть предусмотрена сигнализация, действующая при перегорании вставок или отключении автомата.
Измерительные трансформаторы должны проходить следующие виды эксплуатационных проверок: измерение сопротивления изоляции обмоток, испытание обмоток повышенным напряжением, снятие вольт-амперной характеристики (для трансформаторов тока).

Рис. 11. Определение полярности обмоток трансформатора тока.
Измерение сопротивления изоляции обмоток высокого напряжения и их испытание повышенным напряжением проводится одновременно с испытаниями изоляции высоковольтного оборудования распредустройства.
Перед вводом в эксплуатацию, кроме вышеперечисленного, необходимо проверить полярность зажимов у трансформаторов тока и однофазных трансформаторов напряжения, а также группу соединения у трехфазных трансформаторов напряжения.
Полярность зажимов обмоток трансформаторов тока проверяется с помощью магнитоэлектрического прибора с обозначенной полярностью обмотки и нулем в середине шкалы по схеме, приведенной на рис. 11. Источник постоянного тока, в качестве которого используется сухая батарейка или аккумулятор напряжением 4—6 в, подключается последовательно с добавочным сопротивлением к первичной обмотке трансформатора тока. При этом плюс батарейки подключается к зажиму Л1, а минус — к зажиму Л2. Зажим прибора, обозначенный « + », подключается к зажиму Иi вторичной обмотки трансформатора тока, а зажим «—» к зажиму И2. Замыкая и размыкая ключом К цепь первичной обмотки трансформаторов тока, наблюдают за отклонением стрелки прибора П. Если при замыкании первичной цепи стрелка прибора будет отклоняться вправо, а при размыкании — влево, то выводы JI% и Я) являются однополярными, т. е. маркировка зажимов выполнена правильно.

Рис. 13. Характеристика намагничивания исправного трансформатора тока / и трансформатора тока с закороченными витками //.
Характеристика намагничивания, представляющая зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока от протекающего по ней тока намагничивания, является основной характеристикой, которая определяет исправность трансформатора тока.

Рис. 12. Снятие характеристики намагничивания трансформатора тока.
Для снятия характеристики намагничивания при разомкнутой первичной обмотке на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока подается переменное напряжение через регулировочный автотрансформатор АТ (рис. 12).
Увеличивая ступенями напряжение, для каждого его значения фиксируют величину тока. При новом включении, таким образом, снимаются 10—12 точек и строится характеристика намагничивания. При плановых проверках снимаются 3—4 точки и проверяется их совпадение со снятой характеристикой (рис. 13).
При наличии короткозамкнутых витков характеристика намагничивания резко снижается, как показано на рис. 13. Снижение характеристики может быть обнаружено при ее сравнении с характеристикой, снятой ранее, или с характеристиками однотипных трансформаторов тока.
В процессе эксплуатации необходимо также производить замеры нагрузок вторичных цепей измерительных трансформаторов, а также измерение падения напряжения в соединительных проводах трансформатора напряжения.

Измерительный трансформатор. Большая энциклопедия техники

Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России.

Измерительный трансформатор.

Трансформатор имеет несколько видов.

  1. Измерительный трансформатор комбинированный – конструктивное соединение трансформатора тока и трансформатора напряжения. Преимущество такого измерительного трансформатора состоит в экономии дорогостоящих изоляционных материалов и необходимого для их размещения места.

  2. Измерительный трансформатор проходной – переносной многодиапазонный измерительный трансформатор тока. В этом трансформаторе вторичная обмотка и ферромагнитный сердечник конструктивно объединены. Первичная линия (ток которой измеряется) должна проходить через измерительный трансформатор проходной «насквозь», при этом диапазон измерений определяется числом проходящих через трансформатор проводников.

  3. Измерительный трансформатор напряжения – устройство, применяемое в сильноточной (т. е. высоковольтной) технике для целей измерения, защиты и безопасности. Измерительные трансформаторы напряжения являются трансформаторами малой мощности, способствующими проведению экономичных и безопасных измерений напряжения в высоковольтных электроустановках.

В Советском Союзе на измерительные трансформаторы напряжения распространялись стандарты (ГОСТы), нормировавшие погрешность коэффициента трансформации и сдвига фазы, прочность изоляции, нагрузочную способность вторичной цепи (т. е. полную проводимость нагрузки), маркировку клемм.

Для измерительных трансформаторов напряжения по ГОСТам СССР требовалось соблюдение правил подключения к измеряемой цепи. В соответствии с такими правилами один из полюсов вторичной цепи должен быть защищен, а незащищенный полюс вместе с сердечником должен быть заземлен. Номинальный коэффициент трансформации К данного трансформатора выражается через номинальные значения напряжений и количество витков в обмотках следующим образом:

где индекс P указывает на первичную, а индекс S – на вторичную обмотку.

  4. Измерительный трансформатор тока – устройство, применяемое в сильноточной электротехнике для целей измерений, защиты и безопасности. Данные трансформаторы тока являются трансформаторами малой мощности, посредством которых осуществляется экономичное и безопасное измерение тока на электроустановках среднего и высокого напряжений. В распространявшихся на измерительные трансформаторы тока в Советском Союзе стандартах (т. е. ГОСТах) нормировались погрешности коэффициента трансформации и сдвига фазы, прочность изоляции, нагрузочная способность вторичной цепи (т. е. полное сопротивление нагрузки) и обозначение клемм. Кроме того, по условиям ГОСТов требовалось соблюдение правил подключения измерительного трансформатора тока. Основным условием при этом являлось то, что вторичная цепь не должна работать в режиме холостого хода. Таким образом, возможны два варианта: либо номинальное полное сопротивление нагрузки, либо короткое замыкание вторичной обмотки. Поэтому устройства защиты данного прибора во вторичную цепь не включаются. В данном случае номинальный коэффициент трансформации определяется через параметры первичной (индекс n) и вторичной (индекс B) цепей – номинальные токи i и число витков N:

Разновидностями конструкции измерительного трансформатора тока являются многодиапазонный и суммирующий трансформаторы тока, из переносных конструкций – измерительный трансформатор тока проходной и токотрансформаторные клещи (также применяются для выполнения измерений.

  1. Измерительный трансформатор электрический – рабочее средство сильноточной электротехники, являющееся вспомогательным для измерительных устройств.

В электроизмерительной технике трансформаторы электрические измерительные служат для пропорционального и согласованного по фазе преобразования подлежащих измерению переменных токов и напряжений до уровней, которые могут быть измерены. В результате достигаются расширение диапазонов измерения используемых измерительных приборов и гальваническое разделение измерительной цепи от измеряемой, к которой подключены измерительные приборы.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Измерительные трансформаторы: установка + фото

На сегодняшний день правительство проводит и придерживается политики энергосбережения. Теперь каждый пользователь обязательно должен вести учет всей потребляемой энергии. Существующие приборы учета электричества просто не могут работать с высоким напряжением. Поэтому здесь вам на помощь придут устройства, которые могут преобразовывать электричество с высокого напряжения в низкое. Эти устройства называются измерительные трансформаторы.

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока способны изолировать цепь электрических приборов от высокого напряжения к низкому. Их конструкция значительно упрощается, так как они могут работать с меньшим напряжением и током. Измерительные трансформаторы также способны преобразовывать большое напряжение в ток незначительной величины. Благодаря этому у пользователей появляется возможность применять стандартные измерительные приборы для замера тока.

Виды измерительных трансформаторов

По своей конструкции измерительные трансформаторы могут быть нескольких видов. К основным видам относят:

• Встроенный – это устройство, у которого вместо первичной обмотки имеется ввод электричества.
• Опорный – это прибор, который устанавливается на опоре.
• Проходной – это трансформатор, который используется в качестве входа.
• Шинный – это прибор, которому первичной обмоткой служит одна или несколько шин.
• Разъемный – устройство, цепь которого будет размыкаться, и замыкаться вокруг проводника.
• Трансформатор Тесла.

Измерительный трансформатор напряжения может иметь следующие основные показатели:

• Показатель коэффициента трансформации.
• Диапазон рабочей частоты.
• Класс точности измерения трансформаторов.
• Максимальный первичный ток.
• Значения погрешности.

Отличия измерительных трансформаторов от других приборов

Измерительные трансформаторы значительно отличаются от других приборов. Принцип работы трансформатора измерительного может немного отличаться от других устройств. Основное отличие заключается в том, что он включается первичной обмоткой в измеряемую цепь. Вторичная обмотка полностью будет пропорциональна первичному току, который будет измеряться. Обычно вторичную обмотку в этих приорах рассчитывают под ток в 5 А. К ней могут подключаться:

1. Амперметры.
2. Ваттметры.

Также достаточно часто измерительные трансформаторы используются в качестве релейной защиты. Релейная защита предназначается для защиты электрических систем от короткого замыкания. Информация о повышении напряжения поступает от измерительного трансформатора и реле.

Во вторичную обмотку измерительных трансформаторов достаточно легко можно подключить несколько разных приборов. Их ограничение будет зависеть от величины общего сопротивления. Это число не должно превышать 2 Ома. Если это число будет выше, тогда значительно может снизиться точность измерения. Даже незначительное увеличение сопротивления может привести к изменению класса точности. При размыкании вторичной цепи у вас также возрастет ЭДС на конце обмотки. Если ЭДС возрастет, тогда может произойти пробой изоляции. При размыкании электрической сети ток будет равным нулю. В первичной обмотке он меняться не будет, а во вторичной обмотке это может привести к увеличению ЭДС.

Как правило, в трехфазных сетях измерительные трансформаторы можно устанавливать как в двух, так и в трех фазах. Если вы его установите в двух фазах, тогда вторичная обмотка будет соединена в виде «неполной звезды». Если напряжение сети будет составлять выше 35 кВт, тогда измерительные трансформаторы тока будут установлены во всех трех фазах. Если трансформаторы использовать для дифференциальной защиты, тогда вторичную обмотку необходимо соединить в виде «треугольника».

Также читайте: силовой трансформатор.

Измерительные трансформаторы тока со встроенными преобразователями вторичного сигнала — Энергетика и промышленность России — № 22 (186) ноябрь 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 22 (186) ноябрь 2011 года

Их основная особенность заключается в том, что они объединяют в себе измерительный трансформатор тока (ИТТ) и преобразователь вторичного сигнала ИТТ – конвертор. Эти трансформаторы применяются для автоматизации и менеджмента, а именно, для измерений, контроля и управления электродвигателями в различных технологических процессах, для управления насосами в водонапорных станциях и т. д.

Автоматизация таких процессов осуществляется с помощью компьютерной техники и в связи с этим электрические сигналы, поступающие от ИТТ, должны быть в диапазоне электрических сигналов, применяемых для данной техники. Ток должен быть в диапазоне от 0 до 20 mА или от 4 до 20 mА, а напряжение – от 0 до 10 В. Обычно вторичный ток измерительных трансформаторов тока равен 5 А или 1 А, поэтому для их применения в этих целях необходимо присоединение конверторов. Конечно, возможно использование отдельного ИТТ и отдельного конвертора для получения соответствующего сигнала, однако «интеллигентные трансформаторы» имеют целый ряд преимуществ перед обычными ИТТ и конверторами:

• последовательное присоединение ИТТ и конвертора приводит к понижению класса точности такой системы за счет сложения двух погрешностей измерений – отдельно ИТТ и конвертора. Суммарная погрешность измерений в таких системах может составлять 3‑5 процентов.

Применение «интеллигентных трансформаторов тока» позволяет повысить класс точности измерений до 0,5. Последнее достигается за счет того, что проводится калибровка ИТТ вместе со встроенным в него конвертором одновременно
• применение «интеллигентных трансформаторов тока» позволяет значительно сократить время монтажа, а также требует меньше места для монтажа. Кроме того, значительно сокращается число соединяемых проводов и, следовательно, возможность их обрыва. Все это достигается за счет того, что в «интеллигентных трансформаторах тока» ИТТ и конвертор выполняются в одном корпусе.

Рассмотрим несколько типов обычных «интеллигентных трансформаторов тока» шинного типа.

Тип А 

Его, в основном, применяют в различных технологических процессах совместно с PLC (Programmable logic controller) для контроля величины тока, проходящего через электродвигатели.

Тип B

Этот трансформатор тока не требует вспомогательного напряжения, и поэтому он идеален для простого и точного измерения.

Тип C

Этот трансформатор тока в зависимости от пожелания заказчика может выдавать вторичный сигнал как в миллиамперах (4‑20 mА стандартный) и (0‑20 mА), так и в вольтах (0‑10 В). Он требует вспомогательного напряжения ~ 220 В, которое гальванически разделено от основной вторичной цепи.

Тип D

Этот трансформатор имеет одновременно три выходных вторичных сигнала 3 х (4‑20 mA) или
3 х (0‑20 mA) или 3 х (0‑10 В). Он также требует вспомогательного напряжения 220 В.

Тип E

С помощью этого измерительного трансформатора, а также PLC (Programmable logic controller) возможно измерять и контролировать электрическую мощность, поэтому он идеален для такого применения.

В заключение хотелось бы представить также измерительные трансформаторы тока со встроенными реле. Их применение в технике позволяет контролировать работу электрооборудования в различных технологических процессах и обладает рядом преимуществ, указанных выше для «интеллигентных трансформаторов».

Тип G

В отличие от предыдущего типа ИТТ, этот тип ЕМ 305 позволяет регулировать величину тока срабатывания, а также имеет более короткое время включения и выключения.

Тип F

Этот ИТТ применим для переменного тока не более 100 А с фиксированным током срабатывания реле – 0,5А. По желанию заказчика возможно изготовление ИТТ и с другим фиксированным током срабатывания. Трансформатор использует вспомогательное напряжение – 24 В (DC), возможно также изготовление ИТТ со вспомогательным напряжением 110 В (DC). Срабатывание реле фиксируется также оптически, с помощью встроенного диода.

Измерительные трансформаторы тока с разъемными сердечниками

Введение

Трансформаторы тока с разъемными сердечниками не являются принципиально новыми, хотя в прошлом они были громоздкими и тяжелыми и создавались с применением традиционных технологий, имеющих многочисленные недостатки. При производстве таких устройств или использовались дорогие материалы, или точность измерения тока у подобных сенсоров оставалась невысокой. В данном случае невысокая точность обусловлена в основном нелинейностью, погрешностью фазового сдвига выходного тока и стабильностью параметров в течение срока службы. В статье приводится анализ традиционных методов измерения тока и некоторых инновационных решений, отмечаются их преимущества и недостатки для разных областей применения.

 

Области применения измерителей мощности

Измерение электрической мощности лежит в основе многих промышленных устройств в следующих областях:

• управление электропитанием;
• контроль потребления электроэнергии;
• мониторинг состояния объектов.

Управление электропитанием является основной областью применения сенсоров тока, поскольку имеет важнейшее значение для любых промышленных и коммерческих систем. В основном это касается компаний, занятых выработкой и распределением электроэнергии, а также профессиональным промышленным мониторингом качества энергии и коэффициента мощности для контроля соблюдения тарифов в сфере коммунальных услуг, особенно при работе с нагрузками, имеющими низкий cos j.

Контроль потребления энергии приобретает все большее значение для промышленных предприятий, поскольку он позволяет отслеживать и оптимизировать затраты, а также выполнять расширенный анализ расхода энергии для повышения эффективности ее использования. Параметры источника питания часто зависят от пикового потребления, а управление динамическими характеристиками системы позволяет сокращать затраты и предотвращать выходы из строя. Контроль расхода энергии необходим для понимания и согласования режимов основных потребителей, а также для определения потерь энергии, в основном связанных с неправильным или неэффективным использованием (например, избыточное освещение, отопление или кондиционирование).

Мониторинг состояния требует мгновенного обнаружения неисправности и соответствующей реакции, чтобы предотвратить повреждение оборудования или остановку важных производственных процессов. Контроль энергетических параметров предоставляет полную информацию (ток, активная мощность, коэффициент мощности, частота и др.), отражающую состояние нагрузки двигателя (например, конвейера, насоса, режущего инструмента и т. п.). Он часто обеспечивает более оперативное обнаружение аномального поведения, чем традиционные датчики температуры, давления, вибрации и др. Анализ временных изменений этих электрических параметров даже позволяет прогнозировать наступление отказа, что необходимо для организации эффективного профилактического обслуживания.

Измерение мощности приобретает все большее значение не только в промышленности, но и при контроле нагрузки в коммерческих и бытовых применениях. Энергосбережение становится актуальной проблемой во всем мире, как по экономическим, так и по экологическим соображениям. Ключевой вопрос состоит в том, как добиться существенного и устойчивого сокращения потребления энергии? Наиболее верное решение будет найдено, если пользователи начнут понимать, как они потребляют энергию, и станут ответственными за это. В первую очередь сказанное относится к промышленным предприятиям, однако это приобретает все большее значение и для государственного сектора. Во многих странах проводятся кампании и разрабатываются бюджетные стимулы, направленные на сокращение потребления энергии. Эффективное использование таких стимулов требует от организаций создания точных средств измерения.

 

Требования к измерителю тока

Разработчики систем мониторинга электроснабжения должны тщательно выбирать датчики тока с учетом их специфических характеристик.

Точность

В большинстве применений точность измерения напрямую влияет на эффективность работы системы в целом. Очевидно, что правильность расчетов мощностных характеристик зависит от точности датчиков тока. Измеритель мощности класса точности 1 требует применения сенсора с погрешностью намного лучше, чем 1%, для изготовления которого необходимы дорогие материалы и производственные процессы. Альтернативный вариант состоит в индивидуальной калибровке измерителя под конкретный датчик тока. Учет конкретных параметров каждого сенсора позволяет использовать его в наиболее точном рабочем режиме и снизить разброс параметров от одного экземпляра к другому. Как мы увидим далее, это открывает возможности применения новых технологий, обеспечивающих высокую линейность, малый дрейф и хорошую повторяемость, путем компенсации индивидуальных погрешностей датчиков.

Дрейф

Дрейф датчика определяется стабильностью его показаний в течение срока службы независимо от первоначальной калибровки системы. Некоторые вариации характеристик сенсора могут быть вызваны изменением влажности и температуры окружающей среды, старением элементов и т. п. Низкий уровень дрейфа означает, что датчик имеет высокую стойкость к таким воздействиям. Это очень важная характеристика для построения высокопроизводительных, стабильных и надежных измерителей мощности.

Линейность

Линейность датчика определяет стабильность его характеристик в пределах рабочих режимов. Высокая линейность аналоговой части сенсора необходима для точного измерения в широком диапазоне токов, особенно при их малых уровнях. Различные технологии обеспечивают хорошие характеристики только в ограниченном диапазоне измерений, что ограничивает область применения в узком спектре либо только больших, либо только маленьких токов.

Фазовый сдвиг

Фазовый сдвиг — точность расчета истинного значения активной мощности или энергии определяется точностью и линейностью измерения не только амплитуды переменного тока и напряжения, но и фазового сдвига, возникающего между этими связанными между собой электрическими величинами. Фазовый сдвиг, безусловно, должен быть как можно ниже.

Интеграция

Трансформатору тока не требуется дополнительного питания, а нужно только два провода для подключения выхода к системе контроля мощности. Многие из них имеют стандартные калиброванные выходы для интеграции в системе контроля мощности. Типовые выходы 1 А, 5 А или 333 мВ совместимы с большинством стандартных промышленных измерителей мощности. Для ваттметров высокой точности необходима калибровка по каждому датчику, которые после этого нельзя заменять. При эксплуатации в системе трансформаторы со слаботочным выходом более безопасны, чем с традиционным выходом 1 А/5 А, и, таким образом, к ним есть доступ в процессе работы системы. Токовые же выходы практически нечувствительны к наводкам, а потому предпочтительнее для использования в тех случаях, когда для трансформатора требуется подключение к измерителю мощности длинным кабелем.

Цена

Цена датчика важна особенно в том случае, когда для измерения мощности в 3-фазной сети нужно три точных сенсора. Однако их стоимость не должна рассматриваться отдельно, необходимо учитывать также расходы на установку и обслуживание устройства. Использование хотя и более дорогого, но надежного и простого в установке и замене датчика с разъемным сердечником может реально снизить стоимость системы в целом.

 

Токовые трансформаторы с неразъемным сердечником

В системах измерения мощности, как правило, используются бесконтактные сенсоры тока, поскольку резистивные шунты создают потери мощности, а также проблемы с точки зрения установки и безопасности. В традиционных неразъемных датчиках тока применен принцип трансформатора, то есть они содержат первичную и вторичную обмотки, имеющие магнитную связь посредством сердечника. Измеряемый ток индуцирует магнитное поле в сердечнике, которое генерирует ток во вторичной обмотке, его величина пропорциональна первичному току, деленному на число витков вторичной обмотки. Подобные стандартные трансформаторы тока предназначены для измерения переменного синусоидального тока частотой 50/60 Гц. Эта хорошо известная технология широко доступна благодаря использованию традиционных материалов и производственных процессов.

Стандартные трансформаторы тока предлагают экономически эффективное и достаточно точное решение для применения в счетчиках электроэнергии, используемых в новом оборудовании и зданиях. Однако они не пригодны для многочисленных приложений, связанных с энергетическим мониторингом существующих промышленных установок и машин, где для этого было бы необходимо выключать питание и отсоединять кабели для монтажа неразъемных датчиков во всех местах, где они могут использоваться. Установка системы учета электроэнергии в целом невозможна, запредельно дорога или даже опасна, если она требует прерывания процесса даже на короткое время (например, остановка производственной линии, отключение питания телекоммуникационных станций, оборудования АЭС и т. д.).

 

Токовые трансформаторы с разъемным сердечником

Бесконтактный автономный (не требующий питания) трансформатор тока с разъемным сердечником может просто защелкиваться на измеряемом проводнике, при этом отсутствует необходимость использования резьбовых или сварных соединений или сложных кронштейнов, что значительно упрощает их установку и обслуживание (рис. 1). Они могут устанавливаться в приборных щитах, таким образом упрощая разводку выводов, и осуществлять удаленный мониторинг устройств, которые иногда эксплуатируются в труднодоступных местах или при неблагоприятных условиях. Преимущество трансформаторов с разъемным сердечником состоит в том, что они могут встраиваться в действующую систему без нарушения ее структуры, что в ряде случаев делает их единственным шансом для конструкторов систем измерения мощности.

Однако данные преимущества имеют свою цену: такие трансформаторы тока дороже, а точность их ниже, чем у неразъемных трансформаторов. Поэтому очень важно понимать разницу между различными существующими технологиями и делать выбор в соответствии с конкретной областью применения.

Работа трансформаторов тока с разъемным сердечником основана на том же принципе, что и у описанных выше неразъемных. Разница состоит в том, что в этом случае магнитный сердечник изготовлен из двух частей, которые можно разъединить. Ухудшение точности в основном вызвано несовершенством контакта между двумя частями и тем фактом, что вторичная обмотка распределена не вокруг всего сердечника, а только на одной из его половин. Цена и параметры таких трансформаторов тесно связаны с их физическими и механическими особенностями. Обязательным условием является высокая плоскостность контактных поверхностей, а также достаточное усилие сжатия двух частей сердечника. Датчик, как правило, снабжен специальными гибкими пружинными петлями, обеспечивающими достаточное сжатие и надежный механизм открывания.

 

Токовые трансформаторы с разъемным сердечником из ферросилиция FeSi (электротехническая сталь)

Электротехническая сталь широко используется в трансформаторах с разъемным сердечником в основном благодаря доступной цене. Характеристики у данного материала довольно плохие, что связано с низкой линейностью (особенно на малых токах) и большим фазовым сдвигом (рис. 1). Это ограничивает область применения подобных трансформаторов диапазоном больших токов и теми областями применения, где не требуется высокая точность. Во многих случаях нужна только грубая оценка расхода энергии для выявления основных потребителей, а не для точного подсчета их энергопотребления.

Рис. 1. Токовый трансформатор (1000 А) с разъемным сердечником

Иногда достаточно определить, является устройство потребителем электроэнергии или нет, и сформировать временной профиль работы, предполагая, что значение напряжения неизменно и его точное измерение здесь не требуется. В этом случае большой фазовый сдвиг не становится проблемой. Типичным случаем является мониторинг токов в приборных щитках, позволяющий системе определить состояние перегрузки в какой-либо цепи и вырабатывать сигнал аварии или перераспределить нагрузку. Другим недостатком FeSi-трансформаторов тока остается большой вес и габариты, поэтому они не подходят для установки в устройства с ограниченным пространством.

 

Токовые трансформаторы с разъемным сердечником из ферроникеля (пермаллоя) FeNi

В течение длительного времени благодаря очень хорошим характеристикам FeNi считался лучшим материалом для изготовления трансформаторов с разъемным сердечником, несмотря на высокую стоимость. Пермаллой становится хорошей альтернативой FeSi в тех случаях, когда точность и малый фазовый сдвиг являются важными параметрами или когда трансформатор нужен для измерения малых токов.

Кроме цены, FeNi-трансформаторы имеют и некоторые другие ограничения. Как и громоздкие FeSi-трансформаторы, они занимают ценное пространство в промышленных объектах и шкафах управления. К их недостаткам также относится довольно плохая линейность и высокий дрейф, что в основном связано с наличием воздушных зазоров, неизбежных при разъемной конструкции сердечника.

 

Токовые трансформаторы с ферритовым разъемным сердечником

Рис. 2. Трансформатор тока с ферромагнитным разъемным сердечником (800 A) и с ферритовым разъемным сердечником (100 A)

Хотя ферритовые материалы были хорошо известны в течение многих лет, низкие значения индукции насыщения и магнитной проницаемости не позволяли использовать их на таких низких частотах, как 50/60 Гц. Однако последние технологические достижения кардинально изменили характеристики ферритов на низких частотах и обеспечили массу преимуществ от их применения в широком спектре приложений, связанных с энергетическим мониторингом. У новых типов ферритов значительно улучшена магнитная проницаемость, что позволяет использовать их в трансформаторах тока вместо FeNi- или FeSi-сердечников, несмотря на низкий уровень магнитного насыщения.

Трансформаторы с разъемным сердечником на основе новых видов ферритов могут выполнять точные измерения сигналов переменного тока в расширенном диапазоне частот, включая 50/60 Гц (рис. 2). Они используют присущие ферриту качества, обеспечивающие высокую точность и отличную линейность даже при очень низких уровнях измеряемого тока. Ферритовые трансформаторы имеют малый фазовый сдвиг между входным и выходным током, что необходимо для точного измерения истинной активной мощности или энергии. Благодаря высокой твердости материала сердечника удается минимизировать воздушные зазоры, кроме того, феррит практически нечувствителен к старению и перепадам температуры (в отличие от FeNi или FeSi).

Последний, но не менее важный факт состоит в том, что все описанные качества ферритов доступны без больших финансовых затрат, что позволяет предлагать разъемные трансформаторы тока с хорошими параметрами по очень привлекательной цене. Для измерения высоких токов необходимы ферритовые сердечники больших габаритов, производство которых связано с некоторыми технологическими ограничениями. В этом случае больше подходят пермаллоевые трансформаторы или катушки Роговского.

 

Сравнение FeSi, FeNi и ферритовых материалов

Новые ферриты с высокой магнитной проницаемостью не являются оптимальным выбором для неразъемных трансформаторов тока, поэтому мы сосредоточимся на разъемных трансформаторах тока. Большая твердость материала (по этому показателю феррит близок к керамике) позволяет производить тонкую обработку и обеспечивать очень малые воздушные зазоры (менее нескольких микрон), которые сохраняются на протяжении многих лет. У шихтованных магнитных материалов, таких как FeNi или FeSi, величина воздушных промежутков не получается меньше 20–30 мкм, они подвержены старению и чувствительны к перепадам температуры. Если к преимуществу небольшого зазора феррита добавить лучшую линейность феррита при низких уровнях магнитного возбуждения (то есть при измерении малых токов), то в результате феррит обеспечивает лучшие характеристики, чем у пермаллоя FeNi, — 80%, при меньшей стоимости.

На рис. 3а–в приведены некоторые результаты моделирования, сравнивающего фазовые сдвиги FeSi, FeNi и феррита с высокой магнитной проницаемостью в 5-А трансформаторе тока.

Рис. 3. Фазовые сдвиги 5-А трансформатора тока на основе:
а) FeSi;
б) FeNi;
в) феррита с высокой магнитной проницаемостью

Фазовый сдвиг у феррита в два раза меньше, чем у пермаллоя, по этому показателю он вне конкуренции. Уменьшенный воздушный зазор ферритового сердечника также обеспечивает более высокую точность коэффициента трансформации (соотношение числа витков первичной и вторичной обмотки).

 

Катушка Роговского

Рис. 4. Принцип работы катушки Роговского

Катушка Роговского используется в разъемном гибком датчике, имеющем вид петли, которой можно легко обхватить проводник с измеряемым током (рис. 4). Она представляет собой спиральную катушку из провода с отводом от одного конца и проходящим через центр катушки отводом от другого конца, так что оба вывода находятся с одной стороны датчика. Длину петли подбирают в соответствии с диапазоном измеряемых токов, что позволяет обеспечить оптимальные передаточные характеристики.

Эта технология предназначена для точного измерения скорости изменения (производной) первичного тока, индуцирующего пропорциональное напряжение на выводах катушки. Для преобразования этого напряжения в выходной сигнал, пропорциональный первичному току, необходимо электронное интегрирующее устройство. Иными словами, с помощью технологии катушки Роговского можно создавать очень точные и линейные датчики тока, но для их работы нужна дополнительная электронная схема и калибровка.

Катушка Роговского имеет меньшую индуктивность, чем трансформатор тока, и, следовательно, лучшие частотные характеристики, что обусловлено отсутствием магнитного сердечника. У нее высокая линейность даже при больших токах, поскольку отсутствует сердечник из железа, который может насыщаться. Таким образом, данный тип датчиков

Рис. 5. Катушка Роговского компании LEM

особенно хорошо подходит для измерения больших или быстро изменяющихся токов. Еще одним преимуществом, особенно для применения в сильноточных системах, является малый размер и простота установки, в то время как традиционные трансформаторы тока большие и тяжелые.

Параметры таких датчиков очень сильно зависят от качества изготовления катушки, поскольку для обеспечения высокой устойчивости к электромагнитным помехам необходим равный интервал между витками. Другим важнейшим узлом, влияющим на параметры, является место соединения петли, поскольку точка разрыва петли определяет чувствительность датчика к влиянию внешних проводников, а также к позиции измеряемого токонесущего проводника, находящегося внутри петли. Система фиксации или зажима должна обеспечивать не только очень точное и воспроизводимое положение выводов катушки, но и высокую симметрию, в то время как один из концов петли подключен к выходному кабелю. Для обеспечения этих требований недавно разработаны новые технологии, имеющие особые механические и электрические параметры и позволяющие значительно повысить точность и ее нечувствительность к позиции измеряемого проводника внутри петли. Ранее погрешность, обусловленная его положением, составляла около ±3% на частоте 50/60 Гц, в новейших датчиках Роговского (рис. 5) ошибка снижена до ±0,5%.

 

Заключение

В новых установках широко применяются неразъемные трансформаторы тока, и технология датчиков с разъемным сердечником разработана не для конкуренции с ними. Однако неразъемные трансформаторы невозможно использовать для модернизации существующих станков и оборудования без отключения системы и связанных с этим проблем и затрат. Новые материалы и передовые технологии привели к появлению современных трансформаторов тока с разъемным сердечником, предназначенных для быстрой модернизации существующих установок с помощью высокопроизводительных и экономичных систем мониторинга состояния объектов и наблюдения за ними, а также контроля расхода электроэнергии.

Быстро растущий рынок энергосберегающих устройств, внедрение систем контроля мощности диктуют необходимость разработки высококачественных и экономически эффективных трансформаторов тока с разъемным сердечником.

Такие трансформаторы не являются принципиально новыми, однако традиционные технологии, используемые для их производства, имеют многочисленные недостатки. Для их изготовления нужны дорогостоящие материалы (например, FeNi), или они имеют недостаточно хорошие параметры, особенно по показателям линейности и фазового сдвига (в частности, FeSi). Применение новых типов ферритов с существенно улучшенной магнитной проницаемостью позволяет добиться высоких параметров при доступной цене.

Технология производства катушек Роговского за последнее время была значительно усовершенствована, что позволило выпускать компактные, легкие и гибкие сенсоры для больших токов. Однако их применение требует дополнительной схемы обработки сигнала и калибровки, необходимой для получения наилучших характеристик. Улучшение конструкции и технологии изготовления способствовало снижению стоимости катушек и их чувствительности к позиционированию относительно измеряемого проводника с током. Так удалось преодолеть одну из главных проблем датчиков Роговского, имеющих очень интересные свойства и большой потенциал.

В последнее время многообразие технологий позволяет решать самые разные задачи в новых, появившихся в большом количестве приложениях, для которых чрезвычайно важны стоимость и экологические аспекты.

Типы трансформаторов тока

и их применение: Talema Group

В нашей предыдущей статье мы рассмотрели основные принципы конструкции и работы трансформаторов тока (ТТ). Теперь мы обсудим несколько распространенных типов ТТ и их применения.

Стандартный измерительный CT

Стандартные измерительные трансформаторы тока используются вместе с амперметрами для измерения больших токов, которые понижаются до стандартного выходного коэффициента 5 А или 1 А. Номинальная мощность трансформатора тока в ВА соответствует номинальной мощности измерительного прибора или амперметра в ВА.

A 200/5 A Трансформатор тока серии FSD используется вместе с подвижным железным амперметром со шкалой от нуля до 200 A. Амперметр откалиброван так, что полное отклонение (FSD) происходит, когда на выходе трансформатора тока 5 А.

Нагрузка R амперметра должна быть по возможности низкой, чтобы обеспечить возможность замыкания, близкого к короткому, чтобы гарантировать отсутствие препятствий для вторичного тока. Нагрузка R, используемая вместе с вольтметром, также должна быть как можно более низкой, чтобы поддерживать низкое вторичное напряжение ТТ для повышения точности.

ТТ с нагрузкой на амперметр ТТ, подключенный к нагрузке R измеряется вольтметром

Типичные номинальные значения стандартных измерительных трансформаторов тока в ВА составляют 2,5, 5 и 10 ВА. Для измерительных трансформаторов тока важно обеспечить насыщение на уровне, обеспечивающем безопасность измерительного прибора при токе выше номинального или в условиях неисправности.

Если амперметр отключен от цепи, вторичная обмотка фактически разомкнута, и трансформатор действует как повышающий трансформатор.Частично это связано с очень большим увеличением намагничивающего потока в сердечнике трансформатора тока, поскольку во вторичной обмотке отсутствует противодействующий ток, предотвращающий это.

Это может привести к тому, что во вторичной обмотке будет индуцировано очень высокое напряжение, равное отношению V _p × (N _s / N _p ), возникающего во вторичной обмотке.

По этой причине трансформатор тока нельзя оставлять разомкнутым. Если необходимо снять амперметр (или нагрузку), сначала следует замкнуть клеммы вторичной обмотки, чтобы исключить риск поражения электрическим током.

Передаточное число

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно изменить, используя несколько витков. В приведенном ниже примере показано, как ТТ 300/5 А можно использовать как ТТ 100/5 А, используя три первичных контура для уменьшения отношения витков с 60: 1 до 20: 1. Это позволяет использовать трансформатор тока с более высоким номиналом для измерения более низких токов.

Пределы погрешности отношения для измерительных трансформаторов тока классов 3 и 5 показаны ниже.

Ошибка соотношения составляет 3% и 5% соответственно, без требования ± фазовый сдвиг.

Применения для измерительных трансформаторов тока классов 3 и 5 включают:

• Защита от перегрузки
• Мониторинг тока Трехфазные генераторы
• Устройства управления
• Панели управления
• Управление и контроль распределительного устройства
• Распределение

Хотя желательно иметь нулевой сдвиг фаз между первичным и вторичным током для измерения 5 А ТТ это не так важно, поскольку амперметры показывают только величину тока.

Измерительный CT

Измерительный трансформатор тока предназначен для непрерывного измерения тока и точной работы в пределах номинального диапазона тока. Пределы погрешности по току и сдвига фаз определяются классом точности. Классы точности: 0,1, 0,2, 0,5 и 1.

В ваттметрах, счетчиках энергии и измерителях коэффициента мощности сдвиг фазы вызывает ошибки. Однако внедрение электронных счетчиков мощности и энергии позволило откалибровать погрешность фазы тока.

Когда ток превышает номинальное значение, измерительный трансформатор тока насыщается, тем самым ограничивая уровень тока в приборе. Материалы сердечника для этого типа CT обычно имеют низкий уровень насыщения, например нанокристаллический.

Nuvotem серии AP и AQ — это прецизионные трансформаторы тока с типичной точностью 0,1–0,2%, что делает их пригодными для приложений, требующих высокой точности и минимального сдвига фаз.

Защита CT

Защитный трансформатор тока разработан для работы в диапазоне сверхтоков.Это позволяет защитным реле точно измерять токи короткого замыкания даже в условиях очень высокого тока. Вторичный ток используется для срабатывания защитного реле, которое может изолировать часть силовой цепи, в которой возникла неисправность.

Материал сердечника для этого типа ТТ имеет высокий уровень насыщения и обычно изготавливается из кремнистой стали.

Напряжение в точке колена

За пределами точки K нам нужно увеличить ток в большей степени, чтобы иметь некоторое увеличение напряжения.Это потому, что кривая за точкой K становится нелинейной. Напряжение в точке K (V _k ) называется напряжением точки перегиба .

Напряжение точки перегиба трансформатора тока определяется как напряжение, при котором увеличение напряжения вторичной обмотки ТТ на 10% приводит к увеличению вторичного тока на 50%. Это также означает, что увеличение тока на 50% приведет к увеличению напряжения всего на 10%.

Напряжение в точке перегиба важно для трансформаторов тока класса защиты, т.е.е. где ТТ используется в целях защиты.

Нагрузка на защитные ТТ довольно высока по сравнению с ТТ измерительного класса, что означает, что падение напряжения на нагрузке будет большим. Следовательно, напряжение точки перегиба ТТ с классом защиты должно быть больше, чем падение напряжения на нагрузке, чтобы сердечник ТТ оставался в его линейной зоне.

Защитные трансформаторы тока обычно определяются в терминах совокупной погрешности при предельном коэффициенте точности, то есть насколько точным будет оставаться трансформатор тока, когда протекающий первичный ток во много раз превышает нормальный при возникновении неисправности.

Стандартные классы защиты трансформаторов тока — 5P 10 и 10P 10, где P — обозначение защиты. Число перед P указывает на общий процент ошибок. Число после буквы указывает коэффициент первичного тока, до которого будет достигнута совокупная погрешность, т. Е. В 10 раз больше номинального первичного тока в 5P 10 и 10P 10.

Защитные устройства обычно определяют классификацию ТТ защиты, предназначенного для работы с данным защитным устройством.

Talema производит широкий спектр стандартных и специально разработанных тороидальных трансформаторов тока 50/60 Гц. Каждая серия разработана с особыми характеристиками в компактных корпусах для большинства приложений. Доступны варианты как с монтажом на печатной плате, так и с подвесным выводом, а также возможность использования IDC или двусторонних разъемов.

• Хью Бойл — старший инженер-конструктор Nuvotem Talema, работает в компании с 1986 года.До прихода в Nuvotem Хью работал инженером в компаниях British Telecom и Telecom Eireann, а также изучал телекоммуникационную инженерию City and Guilds в инженерном колледже Стоу в Глазго, Шотландия.

  Просмотреть все сообщения

Измерительные и измерительные трансформаторы — для чего они используются?

Трансформатор тока

Трансформатор тока представляет собой измерительный трансформатор соответствующей конструкции, в котором при нормальной работе вторичный ток почти пропорционален первичному току, а его фаза отличается от фазы первичного тока на угол, близкий к нулю в случае надлежащего подключение клемм.Трансформаторы тока используются для измерения токов с высокими значениями, которые невозможно измерить прямым включением счетчиков из-за превышения их диапазонов измерения. Еще одним преимуществом измерительных трансформаторов является гальваническая развязка измерительных приборов от измерительной цепи, находящейся под высоким напряжением.

Конструкция трансформатора тока

Рис. 1. Трансформатор тока с двумя типами обмоток: первичной и вторичной

Обмотки намотаны на типичный ферромагнитный сердечник (обычно тороидальный), намотанный из одной пластины трансформатора.Первичный ток «Ip» протекает через первичную обмотку, которая трансформируется с первичной стороны на вторичную сторону трансформатора. Во вторичной обмотке протекает вторичный ток «Is», который питает электронные схемы измерительных приборов, счетчиков или реле. Обмотки трансформатора тщательно изолированы друг от друга, что предотвращает разрыв высокого напряжения с первичной стороны на вторичную цепь. Сумма всех токов в магнитной цепи равна нулю, потому что вторичная цепь трансформатора тока закорочена из-за низкого импеданса, и в ней протекает ток, который почти полностью компенсирует первичный поток.

IpNp ≈ IsNs

Из приведенной выше зависимости можно рассчитать значение первичного тока «Ip» на основании измерения вторичного тока «Is» и количества первичных обмоток «Np» и вторичных «Ns».

Ip ≈ Is (Ns / Np)

Соотношение количества витков называется отношением витков трансформатора или нескорректированным соотношением витков. Коэффициент трансформации трансформатора имеет значение, аналогичное фактической передаче тока, равное отношению действующего значения токов, фактически протекающих через трансформатор.

Ki = IP / Is

Фактическая передача «Ki» является переменной, потому что соотношение значений тока зависит от нагрузки трансформатора и значения первичного тока. Поэтому при работе трансформатора используется номинальная передача «Kn», равная отношению номинальных токов.

Kn = Ipn / Isn

Номинальные значения первичного и вторичного токов — это значения тех токов, к которым относится работа трансформатора.На практике после измерения значения вторичного тока значение первичного тока рассчитывается по следующей формуле:

Ip = KnIs

Измерительные трансформаторы используются для питания измерительных приборов и являются более точными, чем трансформаторы защиты, которые используются для питания реле защиты. Реле защиты менее точны, но они удовлетворяют требованиям в области общей погрешности в гораздо более широком диапазоне токов, которые превышают номинальные значения даже в несколько десятков раз.Благодаря этому они обеспечивают правильную работу защит в условиях перегрузок и перебоев в электросети. Однако измерительные трансформаторы более точны, но только в узком диапазоне токов и даже при токах, немного превышающих номинальные, они показывают большое отрицательное значение погрешности измерения, что эффективно защищает присоединенные к ним измерительные приборы от повреждений во время перегрузки или короткого замыкания. в электросети. Следовательно, измерительные и защитные трансформаторы не могут использоваться взаимозаменяемо, даже если они имеют одинаковую номинальную передачу и одинаковые значения предельной погрешности.

Трансформатор напряжения

Трансформаторы напряжения используются для преобразования высокого напряжения в нормированное низкое, цепи питания измерительных приборов, счетчиков, счетчиков энергии и т. Д.

Конструкция трансформатора напряжения

Рис. 2. Трансформатор напряжения с двумя типами обмоток: первичной и вторичной

Индуктивные трансформаторы напряжения обычно изготавливаются однофазными. В трехфазных системах такие трансформаторы объединяются в подходящую систему или используются трехфазные трансформаторы.В зависимости от количества вторичных обмоток индуктивные трансформаторы напряжения могут иметь одну вторичную обмотку или несколько вторичных обмоток. В зависимости от назначения трансформаторы напряжения делятся на:

• трансформаторы напряжения для измерений,
• предназначен для питания приборов,
• трансформаторы напряжения для безопасности,
Трансформаторы напряжения
• для измерений и защиты.

В однофазных трансформаторах напряжения в качестве защиты может быть обмотка остаточного напряжения, предназначенная для соединения в комплекте из трех однофазных трансформаторов в открытый треугольник с целью создания нулевой составляющей напряжения в случае замыканий на землю, подавляющих феррорезонансные колебания.Основные параметры трансформаторов напряжения следующие:

• номинальное первичное напряжение,
• номинальное вторичное напряжение,
Номинальная трансмиссия
• «Kn» ( Kn = V1n / V2n ),
• номинальный уровень изоляции,
• мощность номинальная,
• класс точности,
• коэффициент номинального напряжения,
• предельная тепловая мощность,
• ошибка напряжения ( (KnVs — Vp / Vp) * 100 ),
Угловая ошибка
• .

В силовых измерительных приборах используются измерительные трансформаторы напряжения, отличающиеся высокой точностью преобразований при первичных напряжениях, близких к номинальным. При выборе измерительных трансформаторов напряжения, помимо определения типа и типа трансформатора, необходимо определить и отрегулировать следующие аспекты:

• система подключения трансформатора,
• номинальное первичное напряжение,
• номинальное вторичное напряжение,
Номинальная мощность и класс точности
• .

Выбор номинальной мощности трансформатора и его класса точности имеет большое значение при выборе трансформаторов для измерительных систем. Номинальная мощность трансформатора в основном зависит от суммы номинальных мощностей устройств и устройств, подключенных ко вторичной обмотке. Чтобы трансформатор работал в пределах требуемого класса точности, вторичная нагрузка трансформатора не должна быть ниже 25% от номинальной нагрузки и не должна превышать номинальную нагрузку. Трансформаторы напряжения, используемые для питания систем защиты, должны характеризоваться соответствующей точностью преобразования напряжения в состояниях повреждения, где возникают искаженные формы сигналов.

Типы, различия, преимущества и недостатки

Мы знаем, что напряжения и токи в энергосистеме очень велики. Таким образом, прямое измерение напряжения и величины с большой величиной невозможно. Таким образом, нам нужны измерительные приборы с широким диапазоном измерений или есть другой метод, например использование свойства преобразования в пределах переменного тока, а также напряжения. Трансформатор используется для преобразования тока или напряжения вниз, когда соотношение оборотов известно после этого определения уменьшили величину, используя обычный диапазон прибора.Уникальная величина определяется простым умножением результата на коэффициент конверсии. Таким образом, такой вид трансформатора с точным передаточным числом известен как измерительный трансформатор. В этой статье обсуждается обзор измерительного трансформатора и его работы.

Что такое измерительный трансформатор?

Определение: Трансформатор, который используется для измерения электрических величин, таких как ток, напряжение, мощность, частота и коэффициент мощности, известен как измерительный трансформатор.Эти трансформаторы в основном используются с реле для защиты энергосистемы.

измерительный трансформатор

Назначение измерительного трансформатора — понижать напряжение и ток в системе переменного тока, поскольку уровень напряжения и тока в энергосистеме чрезвычайно высок. Поэтому проектирование измерительных приборов с высоким напряжением и током сложно и дорого. Как правило, эти инструменты в основном рассчитаны на 5 А и 110 В.

Измерение электрических величин высокого уровня может быть выполнено с помощью устройства, а именно измерительного трансформатора.Эти трансформаторы играют важную роль в существующих энергосистемах.

Типы измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы

подразделяются на два типа, например

• Трансформатор тока
• Трансформатор потенциала

Трансформатор тока

Этот тип трансформатора может использоваться в энергосистемах для понижения напряжения с высокого уровня до низкого с помощью амперметра на 5 А. Этот трансформатор включает в себя две обмотки, первичную и вторичную.Ток во вторичной обмотке пропорционален току в первичной обмотке, поскольку он генерирует ток во вторичной обмотке. Принципиальная схема типичного трансформатора тока показана на следующем рисунке.

трансформатор тока

В этом трансформаторе первичная обмотка состоит из нескольких витков и последовательно соединена с силовой цепью. Так он называется последовательным трансформатором. Точно так же вторичная обмотка включает в себя несколько витков, и она напрямую подключена к амперметру, потому что амперметр имеет небольшое сопротивление.

Таким образом, вторичная обмотка этого трансформатора работает практически в состоянии короткого замыкания. Эта обмотка включает два вывода, один из которых соединен с землей, чтобы избежать сильного тока. Таким образом, вероятность пробоя изоляции будет снижена, чтобы защитить оператора от чрезмерного напряжения.

Вторичная обмотка этого трансформатора в приведенной выше схеме закорачивается перед отключением амперметра с помощью переключателя, чтобы избежать высокого напряжения на обмотке.

Трансформатор потенциала

Этот тип трансформатора может использоваться в энергосистемах для понижения напряжения с высокого уровня на более низкий уровень с помощью небольшого номинального вольтметра, который находится в диапазоне от 110 до 120 вольт. Типовая принципиальная схема трансформатора напряжения показана ниже.

Этот трансформатор имеет две обмотки, как у обычного трансформатора, первичную и вторичную. Первичная обмотка трансформатора включает несколько витков и включена параллельно цепи.Так он называется параллельным трансформатором.

трансформатор потенциала

Подобно первичной обмотке, вторичная обмотка включает меньшее количество витков и напрямую подключается к вольтметру, поскольку имеет большое сопротивление. Поэтому вторичная обмотка работает примерно в разомкнутой цепи. Один вывод этой обмотки соединен с землей, чтобы поддерживать напряжение относительно земли, чтобы защитить оператора от огромного напряжения.

Разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения

Разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения обсуждается ниже.

Трансформатор тока (CT)	Трансформатор потенциала (PT)
Этот трансформатор можно подключить последовательно с силовой цепью	Подключение этого трансформатора может производиться параллельно силовой цепи
Вторичная обмотка подключена к амперметру	Вторичная обмотка подключена к вольтметру
Конструкция этого может быть выполнена с помощью ламинирования кремнистой стали.	Для этого можно использовать высококачественную сталь, работающую при низкой плотности потока
Первичная обмотка этого трансформатора проводит ток.	Первичная обмотка этого трансформатора находится под напряжением
Включает меньшее количество витков	Включает количество витков
Вторичная обмотка этого трансформатора работает в состоянии короткого замыкания.	Вторичная обмотка этого трансформатора работает в разомкнутой цепи.
Первичный ток в основном зависит от протекания тока в силовой цепи	Первичный ток в основном зависит от вторичной нагрузки.
Пробоя изоляции можно избежать, подключив вторичную обмотку этого трансформатора к земле.	Вторичная обмотка может быть заземлена для защиты оператора от сильного напряжения
Диапазон этого трансформатора 1A или 5A	Диапазон этого трансформатора 110в
Этот коэффициент трансформации высокий	Низкий коэффициент трансформации
Вход этого трансформатора — постоянный ток	На входе этого трансформатора постоянное напряжение
Этот тип трансформаторов подразделяется на два типа, такие как намотанный и закрытый сердечник.	Этот тип трансформатора подразделяется на два типа, например, электромагнитный и конденсаторный.
Полное сопротивление этого трансформатора низкое	Импеданс этого трансформатора высокий
Эти трансформаторы используются для измерения тока, мощности, контроля работы электросети и защитного реле.	Эти трансформаторы используются для измерения, управления защитным реле и источником питания.

Преимущества и недостатки измерительного трансформатора

Достоинства измерительных трансформаторов

• Эти трансформаторы используют амперметр и вольтметр для измерения высоких токов и напряжений.
• При использовании этих трансформаторов несколько защитных устройств могут работать как реле, в противном случае — загораться.
• Измерительные трансформаторы на базе трансформаторов дешевле.
• Поврежденные детали можно легко заменить.
• Эти трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку измерительных приборов и силовых цепей высокого напряжения. Так что требования к электрической изоляции могут быть снижены в защитных цепях и измерительных приборах.
• С помощью этого трансформатора можно подключать к электросети различные измерительные приборы.
• Низкое энергопотребление в защитных и измерительных цепях из-за низкого уровня напряжения и тока.

Единственным недостатком измерительных трансформаторов является то, что они могут использоваться просто для цепей переменного тока, но не для цепей постоянного тока.

Испытания измерительного трансформатора

Измерительные трансформаторы, такие как трансформаторы тока или трансформаторы тока, играют важную роль при мониторинге и защите систем электроснабжения. Эти типы измерительных трансформаторов в основном используются для изменения формы тока на уменьшенный вторичный ток с помощью реле, счетчиков, устройств управления и других инструментов.

Испытание измерительного трансформатора необходимо при измерении, перепутывании соединений и возникновении неисправности защиты, в противном случае можно резко снизить высокую степень точности. Одновременно с этим произойдут электрические изменения в трансформаторе тока.

По этим причинам необходимо регулярно проверять и настраивать трансформаторы тока вместе с подключенными к ним устройствами. Для этих трансформаторов используются некоторые электрические испытания, чтобы гарантировать точность и оптимальную эксплуатационную надежность, например, соотношение, полярность, возбуждение, изоляцию, обмотку и испытание на нагрузку.

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое CT & PT в измерительном трансформаторе?

Трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT) — измерительные устройства, используемые в системах переменного тока

2). Какова функция измерительного трансформатора?

Эти трансформаторы используются для измерения и защиты оборудования

3). Что такое кВА в трансформаторах?

КВА означает киловольт-ампер, и это единица полной мощности, 1 кВА = 1000 ВА

4).Почему используется трансформатор тока?

Этот тип трансформатора используется для увеличения или уменьшения переменного тока

5). В чем преимущество измерительного трансформатора?

Этот трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию между цепями, такими как высоковольтные силовые и измерительные устройства, чтобы уменьшить необходимость в электрической изоляции.

Итак, это все об обзоре измерительного трансформатора. Это высокоточные электрические устройства, которые в основном используются для изоляции, преобразования уровней тока или напряжения.Первичная обмотка трансформатора может быть подключена к цепи высокого напряжения или высокого тока, а реле или счетчик — к вторичной цепи. Эти трансформаторы также используются в качестве изолирующего трансформатора за счет использования вторичных величин в фазовой манипуляции, не оказывая влияния на другие устройства. Вот вам вопрос, каково основное назначение приборного трансформатора?

Измерительные трансформаторы — CT и PT

Измерительные трансформаторы

Как вы будете измерять переменные токи и напряжения очень большой величины? Вам понадобятся измерительные приборы с более высоким диапазоном действия, что в буквальном смысле означает огромные инструменты.Или есть другой способ, используя свойство преобразования переменного тока и напряжения. Вы можете понижать напряжение или ток с помощью трансформатора, коэффициент трансформации которого точно известен, а затем измерять пониженную величину с помощью прибора с нормальным диапазоном. Исходную величину можно определить, просто умножив результат на коэффициент трансформации. Такие специально сконструированные трансформаторы с точным передаточным числом называются измерительными трансформаторами . Эти измерительные трансформаторы бывают двух типов — (i) трансформаторы тока (CT) и (ii) трансформаторы напряжения (PT) .

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока обычно используются для измерения токов большой величины . Эти трансформаторы понижают измеряемый ток, чтобы его можно было измерить с помощью амперметра с нормальным диапазоном. Трансформатор тока имеет только один или очень небольшое количество витков первичной обмотки. Первичная обмотка может быть просто проводником или шиной, помещенной в полый сердечник (как показано на рисунке). Вторичная обмотка имеет большое количество витков, точно намотанных для определенного соотношения витков.Таким образом, трансформатор тока увеличивает (увеличивает) напряжение при понижении (понижении) тока.
Теперь вторичный ток измеряется с помощью амперметра переменного тока. Передаточное число трансформатора N _P / N _S = I _S / I _P

Одно из распространенных применений трансформатора тока — «Цифровые клещи».
Как правило, трансформаторы тока выражаются в соотношении первичного и вторичного тока.ТТ 100: 5 будет означать вторичный ток 5 ампер, когда первичный ток равен 100 ампер. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 ампер или 1 ампер, что совместимо со стандартными измерительными приборами.

Трансформатор потенциала (PT)

Трансформаторы напряжения также известны как трансформаторы напряжения , и в основном они представляют собой понижающие трансформаторы с чрезвычайно точным передаточным числом. Трансформаторы потенциала понижают напряжение с высокой величины до более низкого напряжения, которое можно измерить с помощью стандартного измерительного прибора.Эти трансформаторы имеют большое количество витков первичной обмотки и меньшее количество витков вторичной обмотки.
Трансформатор напряжения обычно выражается отношением первичного к вторичному напряжению. Например, PT 600: 120 будет означать, что напряжение на вторичной обмотке составляет 120 вольт, когда первичное напряжение составляет 600 вольт.

Измерительные трансформаторы — определение, типы и подключение

Определение измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы — это устройства преобразования тока и напряжения, которые используются для понижения напряжений и токов в линиях передачи и распределения до уровней, позволяющих безопасно управлять измерительными приборами, защитными устройствами и реле управления, изолировав их от напряжений питания.

На приведенной выше диаграмме показано базовое использование измерительных трансформаторов. Они используются для преобразования первичного напряжения или тока в значения, которые подходят для измерительных приборов, таких как вольтметры, амперметры, ваттметры, счетчики энергии, измерители коэффициента мощности, частотомеры и т. Д., А также реле защиты и контрольное оборудование. Кроме того, они могут служить изоляцией между приборами и цепями высокого напряжения.

Помимо основных достоинств, упомянутых выше, он имеет еще и коммерческое преимущество.Сети производства, передачи и распределения электроэнергии имеют разный уровень напряжения. Создание приборов, которые могут безопасно работать на всех этих уровнях напряжения, и поддержание большого количества запасов крайне непрактично. Производители разрабатывают приборы, рассчитанные на 120 В или 5 А, которые в сочетании с подходящими измерительными трансформаторами могут быть подключены к цепям высокого напряжения и высокого тока.

Типы измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы

в основном делятся на два типа:

1. Трансформаторы тока (CT)
2. Трансформаторы напряжения или трансформаторы напряжения (VT или PT)

Трансформаторы тока

Трансформаторы, используемые для преобразования токов, известны как трансформаторы тока.Они используются для снижения высоких токов до 1 А или 5 А, чтобы их можно было измерить с помощью амперметра или использовать в других цепях управления. Он состоит из одного или меньшего числа витков первичной обмотки и большого количества витков вторичной обмотки. В большинстве типов сам токопроводящий проводник выступает в роли первичной обмотки трансформатора.

Первичная обмотка трансформаторов тока подключается последовательно к линии, а вторичная обмотка подключается к устройствам измерения, управления или защиты. Трансформаторы тока служат двум целям: 1) облегчают измерение больших токов и 2) изоляцию счетчиков, приборов и реле защиты от высокого напряжения.

В зависимости от типа конструкции трансформаторы тока подразделяются на три следующих типа:

• Оконный трансформатор тока или тороидальный трансформатор тока : полый сердечник, через который пропускается токопроводящий проводник или кабель.
• Шина CT : содержит медную или алюминиевую шину, окруженную вторичной обмоткой, намотанной на ферромагнитный сердечник.
• Wound CT : Они имеют раздельную первичную и вторичную обмотку.

Подробнее: Трансформатор тока — работа, виды и подключение

Вторичная цепь подключенного трансформатора тока никогда не должна размыкаться, пока трансформатор возбуждается первичным током, потому что из-за более высокого отношения витков на вторичной обмотке индуцируются высокие напряжения, которые могут быть опасны для изоляции и персонала, а также из-за точности трансформатора могут быть повреждены.

Трансформатор напряжения или трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы, используемые для преобразования напряжений, известны как трансформаторы напряжения или напряжения. Они используются для снижения высокого напряжения до 120 В или других более низких уровней, чтобы их можно было измерить с помощью вольтметра или использовать в других схемах управления. Он состоит из магнитопровода, на который намотано большое количество витков первичной обмотки и меньшее количество витков вторичной обмотки. Они разработаны для оптимальной работы с вторичными нагрузками с высоким импедансом.

Первичная обмотка трансформатора напряжения подключена параллельно нагрузке, напряжение которой должно измеряться или контролироваться. Вторичная обмотка подключена к измерительным приборам и приборам управления. Существует три типа трансформаторов напряжения:

Тип электромагнитной индукции: Принцип аналогичен двухобмоточному трансформатору.

Тип с емкостной связью: Трансформатор напряжения с емкостной связью представляет собой комбинацию емкостного делителя напряжения и электромагнитного типа PT.

Тип оптики: Преобразователь оптического напряжения работает по принципу эффекта Керра, благодаря которому свет, отраженный от намагниченной поверхности, может изменять поляризацию и интенсивность отражения.

Сравнение трансформатора тока и трансформатора напряжения

Свойство	Трансформатор тока	Трансформатор потенциала / Трансформатор напряжения
Назначение	Преобразует большой ток в низкое измеримое значение.	Понижает высокое напряжение до низкого измеримого значения.
Обмотки	Первичный: Обычно однооборотный. Вторичный: большое количество поворотов.	Первичный: большое количество витков. Вторичный: Меньше ходов.
Толщина обмотки	Первичная: тяжелый проводник, способный выдерживать большие токи. Вторичный: Тонкий проводник, выдерживающий ток 5–20 А.	Первичный: тонкий проводник. Вторичный: толстый провод.
Первичная Подключение	Первичная обмотка подключена последовательно к проводнику с током	Первичная обмотка трансформатора напряжения соединена между проводником и землей.
Номинал вторичной обмотки	Номинальный ток вторичной обмотки может составлять 1 А или 5 А	Номинальное напряжение вторичной обмотки может составлять 100 / √3 — 120 / √3 или 100/3 — 120/3 В
Обозначения
Типы	1.Оконный ТТ или тороидальный ТТ 2. Бар CT 3. Роторный ТТ	1. Тип электромагнитной индукции 2. Тип с емкостной связью 3. Оптический тип
Безопасность Учет	Вторичные клеммы a Трансформатор тока никогда не должен быть разомкнут.	Вторичные клеммы трансформатора напряжения никогда не должны замыкаться накоротко.

Нагрузка и точность измерительных трансформаторов

Номинальная нагрузка : Величина нагрузки, которая может быть наложена на вторичную обмотку измерительных трансформаторов, не вызывая ошибки, превышающей ту, которая определяется его классом точности.

Класс точности: Класс точности описывает, насколько точным будет преобразование измерительных трансформаторов при нагрузке в допустимых пределах.

Полярность: Задание полярности выполняется на трансформаторе, чтобы показать относительные мгновенные направления тока в первичных и вторичных клеммах. Это указывает направление вторичного тока, когда первичный ток течет в отмеченную первичную клемму.

Преимущества измерительных трансформаторов

1. Изолируют измерительные приборы и цепи управления от цепей высокого напряжения.
2. Производители разрабатывают приборы, подходящие для напряжений от 100 до 120 В или 1 А и 5 А, которые в сочетании с подходящими измерительными трансформаторами могут быть подключены к цепям высокого напряжения и высокого тока.
3. Измерительные трансформаторы обеспечивают безопасную работу приборов и обслуживающего персонала.
4. Несколько приборов могут быть подключены к одному измерительному трансформатору при условии, что общая нагрузка не будет превышать номинальную нагрузку трансформатора.

Подробнее: Разница между трансформаторами тока и трансформаторами напряжения

Измерительные трансформаторы — Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Измерительные и управляющие цепи с очень высокими токами или напряжениями не могут быть выполнены с помощью стандартных мультиметров.Давление на счетчики будет слишком большим и вызовет повреждение как счетчика, так и человека, с которым он работает. Мы используем измерительные трансформаторы, чтобы понизить значения до значений, которые безопаснее измерить. Измерительные трансформаторы предназначены для понижения больших напряжений и токов в фиксированной известной пропорции.

Два наиболее распространенных типа измерительных трансформаторов:

Полярность измерительных трансформаторов обычно обозначается точками, указывающими полярность.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока (ТТ) обычно имеет фиксированное соотношение.Например, у CT соотношение составляет 50: 5. Это все еще трансформатор 10: 1, но передаточное число дано примерно как 5.

Открывать вторичную обмотку ТТ опасно. Поскольку на вторичной обмотке ТТ нет нагрузки, ток вторичной обмотки определяется током первичной обмотки. При разомкнутой вторичной обмотке отсутствует CEMF, сдерживающая поток сердечника первичной обмотки, и поэтому вторичная обмотка должна быть замкнута накоротко, чтобы предотвратить опасность возникновения очень больших напряжений.

Сердечник очень быстро доводится до насыщения.

Поскольку максимальное количество магнитных линий сжимается 120 раз в секунду, на клеммах вторичной обмотки индуцируется очень высокое напряжение. Это может быть ОЧЕНЬ опасно. Никогда не работайте с трансформатором тока, вторичная обмотка которого разомкнута, поскольку может быть очень высокое напряжение.

Трансформаторы потенциала

Трансформатор напряжения (РТ) обычно рассчитан на вторичное напряжение 120 В в целях стандартизации. Как и в случае трансформатора тока, коэффициент мощности трансформатора тока будет примерно равняться 120 вольт.Например, он может иметь соотношение 12 кВ: 120. Это будет означать, что математическое соотношение равно 100: 1.

ПТ действует так же, как понижающий трансформатор.

Коэффициент множителя

Показание ваттметра, подключенного к вторичным цепям трансформатора тока и трансформатора тока, необходимо умножить на соотношение обоих трансформаторов.

Например: 50: 1 x 20: 1 = 1000

Это известно как множитель.

Рисунок 23. Схема измерительного трансформатора

• Если вольтметр показывает 117 вольт, какое первичное напряжение? (6000: 120 = 50: 1.115 x 50 = 5750 В)
• Если амперметр показывает 4,6 А, каков первичный ток? (50: 5 = 10: 1 4,6 А x 10 = 46 А)

• Какой множитель у ваттметра? (50: 1 x 10: 1 = 500: 1)

• Какова истинная мощность, передаваемая нагрузке? (46 А x 5750 В = 264 500 Вт)
• Какое значение показывает ваттметр? (264 500/500 = 529 Вт)

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается о концепциях измерительных трансформаторов и о том, как выполнять необходимые расчеты.

Видео

Instrument Transformers от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Измерительный трансформатор

— обзор

II.A Напряжения

При измерении амплитуды напряжения может сначала потребоваться масштабирование и изменение его амплитуды и формы на подходящую для измерительного устройства, например, для уменьшения его амплитуды с 100 В на 100 мВ и преобразовать его из переменного в постоянное напряжение.

Метод, используемый для масштабирования или уменьшения амплитуды постоянного и низкочастотного переменного напряжения, обычно представляет собой форму резистивного делителя. Делитель на рис. 13a обычно используется с электромагнитными аналоговыми приборами и имеет входное сопротивление, которое изменяется от диапазона к диапазону; Рисунок 13b часто используется в цифровых мультиметрах (и некоторых электронных аналоговых измерителях) и обеспечивает фиксированное значение входного сопротивления. Когда необходимо масштабировать только переменные напряжения, можно использовать реактивные делители, которые могут быть емкостными или индуктивными.Индуктивная форма при тщательной конструкции может обеспечить очень точное деление напряжения. Например, точность (погрешность) отношения декад, составляющая 1 часть из 10 ⁷ (0,00001%) в диапазоне частот от 100 Гц до 20 кГц, может быть получена с умеренными затратами и осторожностью. Следовательно, такие делители очень часто используются при калибровке.

РИСУНОК 13. Резистивные делители напряжения (а) для аналоговых приборов, (б) для электронных / цифровых приборов.

Масштабирование напряжений в линиях электропередач для защиты и измерения мощности выполняется для напряжений до 66 кВ с использованием трансформаторов напряжения, которые имеют конструкцию с двойной обмоткой, аналогичную конструкции силового трансформатора.Для более высоких напряжений измерительные трансформаторы включают в себя емкостной делитель (рис. 14a) или используют каскадную конструкцию (рис. 14b). Все эти трансформаторы напряжения будут иметь погрешности по фазе и соотношению из-за дефектов материала сердечника и потерь в обмотке. На рисунке 15 показана упрощенная векторная диаграмма для трансформатора напряжения, из которой очевидно, что фазовая ошибка представляет собой небольшой угол между первичным и вторичным векторами, а ошибка отношения составляет

РИСУНОК 14. Трансформаторы напряжения (ТН): ( а) конденсаторный ТН и (б) каскадно подключенный ТН.[От Грегори Б.А. (1981). «Введение в электрические приборы и измерительные системы», Macmillan Education, Хэмпшир, Англия.]

РИСУНОК 15. Фазорная диаграмма трансформатора напряжения.

(knUs − UpUp) × 100%

Нагрузка на измерительные трансформаторы имеет большое значение, так как это повлияет на их ошибки в измерениях. Следовательно, номинальные характеристики измерительного трансформатора даются с точки зрения удельной нагрузки или нагрузки и обычно указываются в ВА (вольтамперы).Например, трансформатор напряжения номиналом 10 ВА с вторичным напряжением 110 В должен работать с приборной схемой, потребляющей 10/110 А (или 0,09091 А). Таким образом, когда вторичное напряжение составляет 110 В, общее сопротивление нагрузки на вторичной обмотке должно иметь значение 1210 Ом.

Знание этих рабочих условий имеет большое значение, поскольку величина ошибок влияет на измерение мощности, подаваемой (и заряженной) потребителю.

Входная схема прибора, используемого для измерения переменного напряжения, часто представляет собой комбинацию усилителя и делителя R — C .Усилитель необходим для увеличения чувствительности измерительных цепей или устройства и делителя, чтобы уменьшить большие входящие сигналы до соответствующей величины. Когда используется комбинированный делитель сопротивления и емкости ( R — C ) (рис. 16), обеспечивающий правильные пропорции сопротивлений и конденсаторов; деление напряжения не зависит от частоты. Математически:

РИСУНОК 16. Емкостной делитель напряжения.

VoutVin = R2 / jωC2R2 + 1 / jωC2R2 / jωC2R2 + 1 / jωC2 + R1 / jωC1R1 + 1 / jωC1 = R2 / (1 + jωC2R2) R2 / (1 + jωC2R2) + R1 / (1 + jωC1R1).

Теперь, если R ₁ C ₁ и R ₂ C ₂ , постоянные времени двух половин делителя сделать равными T ( отрегулировав C ₂ , скажем), тогда

VoutVin = R2 / (1 + ωT) R2 / (1 + ωT) + R1 / (1 + ωT) = R2R1 + R2.

Это показывает, что деление напряжения (теоретически) одинаково для всех частот от нуля (постоянный ток) до бесконечности. На практике недостатки компонентов приводят к тому, что верхний предел рабочей частоты составляет от 50 до 100 МГц.

В то время как некоторые виды электромеханических инструментов, особенно те, которые используют движение электродинамометра, имеют отклоняющий момент, пропорциональный квадрату тока, и, таким образом, могут обеспечивать показания для сигналов нулевой частоты (постоянного тока) и переменных (20–200 Гц) сигналов, подавляющее большинство Аналоговые и цифровые приборы для измерения напряжения могут использоваться только для измерения нулевой частоты или постоянного напряжения. Таким образом, чтобы эти вольтметры можно было использовать для измерения переменных сигналов, необходимо включить в прибор преобразователь переменного тока в постоянный.

Преобразователь, обычно используемый в аналоговых мультиметрах, на протяжении многих лет представляет собой двухполупериодный или мостовой выпрямитель. Это обеспечивает отклоняющий ток, который зависит от среднего значения выпрямленного значения (рис. 17), и в результате получается прибор, измеряющий среднее значение. Поскольку среднеквадратичное значение (постоянный ток или эквивалент нагрева) является требуемым значением, почти все измерительные приборы масштабируются для отображения среднеквадратичного значения, исходя из предположения, что измеряемый сигнал представляет собой чистую синусоидальную волну. Обратите внимание, что частное, полученное путем деления среднеквадратичного значения на среднее значение, называется форм-фактором и равно 1.111 для чистой синусоиды. Ограничением использования простой мостовой схемы является то, что требуется минимальное напряжение 400 мВ, прежде чем выпрямительные диоды начнут работать, что налагает предел чувствительности, который часто неприемлем для современного использования. Эта проблема решается в электронных аналоговых и цифровых приборах за счет включения диодов в схему усилителя, как показано на рис. 18a, но полученная конструкция по-прежнему рассчитана на среднее значение.

РИСУНОК 17. Среднее, пиковое и среднеквадратичное значения одночастотной синусоидальной волны.

РИСУНОК 18. Преобразование переменного тока в постоянный: (a) определение среднего значения и (b) измерение пика.

Если требуется пиковое значение волны напряжения, можно использовать схему, показанную на рис. 18b, для обнаружения (и удержания) пикового значения. Чтобы обеспечить прибор для измерения среднеквадратичных значений, необходимо использовать более сложные электронные схемы, такие как схемы умножителей, а для измерения ограничений электронного преобразователя при работе с искаженными формами сигналов следует использовать пик-фактор (отношение пикового значения к среднеквадратичному значению). быть определенным для «истинного» прибора, измеряющего среднеквадратичное значение.Поскольку в ряде приложений управления напряжением теперь используется метод переключаемой синусоидальной волны, при котором синусоидальная волна отключается на часть цикла (рис. 19a), интересно увидеть эффект изменения «выключенной» части (α ^o ) от пик-фактора (рис. 19б). Указанные коэффициенты амплитуды для цифровых мультиметров варьируются от 3 до 10 и должны использоваться соответственно, то есть, когда в сигнале присутствует большое количество искажений, необходимо использовать измеритель с большим коэффициентом амплитуды. На каждый из компонентов входных цепей, которые подвергаются переменному напряжению, будет влиять частота.В результате спецификация будет содержать нижний и верхний пределы частоты, обычно 20 Гц на нижнем конце и 5–30 кГц на верхнем. Это делает рассмотрение спецификации важным, так как работа за пределами этих пределов приведет к добавлению (большой) неизвестной ошибки к измерению.

РИСУНОК 19. Синусоидальная волна отключена для α ^o ; (б) соотношение между пик-фактором и α.

Многие приборы с питанием от сети имеют одну входную клемму, которая подключена напрямую (или через небольшой резистор) к заземлению сети.Эта заземленная входная клемма налагает серьезные ограничения на использование прибора, особенно при измерении слабых сигналов. Любое напряжение, которое существует между землей (или шасси) прибора и источником сигнала, будет добавлено к измеряемой величине, что стоит запомнить и проверить при использовании осциллографа, выбрав максимальную чувствительность и подключив вход осциллографа к источник заземления, тем самым измеряя любой сигнал, присутствующий на земле источника.

Проблема «вход-земля» решается в большинстве современных электронных приборов за счет наличия «плавающего» входа.Это означает, что нет прямого соединения между входными клеммами и землей, поскольку измерительные цепи изолированы (т. Е. Изолированы) от заземления. Эта ситуация представлена ​​на рис. 20, на котором Z ₂ представляет полное сопротивление изоляции и будет иметь большое значение (обычно 10 ⁸ Ом).

РИСУНОК 20. Упрощенная эквивалентная схема прибора с плавающим входом.

Для измерения слабых сигналов на удалении от прибора желательно использовать прибор с «охраняемым» входом (рис.21), поскольку это вводит дополнительную изоляцию между измерительными цепями и землей и, что более важно, обеспечивает путь, который отводит вызывающие ошибки токи от цепей считывания сигнала.

РИСУНОК 21. Упрощенная эквивалентная схема прибора с защищенным входом.

Для того, чтобы изоляцию / изоляцию измерительных цепей от земли одного счетчика можно было сравнить с изоляцией другого счетчика, было принято соглашение. Это касается гипотетической ситуации, представленной на рис.22, который обеспечивает оценку коэффициента подавления синфазного сигнала (CMRR), который равен 20log ₁₀ ( E _см / E _e ) дБ, где E _см является обычным режим напряжения и E _e ошибка, вносимая в считывание E _cm , когда сопротивление дисбаланса составляет 1 кОм. Поскольку в импедансе изоляции присутствует емкостная составляющая, CMRR переменного тока следует указывать для конкретной частоты и будет меньше значения постоянного тока.

РИСУНОК 22. Схема оценки коэффициента подавления синфазного сигнала.

Примечание : Поскольку на практике сопротивление дисбаланса 1 кОм маловероятно, выражение для CMRR следует изменить на

20log10 (EcmEe × (1 кОм / Runbal)) дБ.

При измерении малых постоянных напряжений частой проблемой является влияние переменных помех, накладываемых на измеряемую величину. Способность прибора (в режиме измерения постоянного напряжения) подавлять эти помехи является его способностью подавления нормального (или последовательного) отношения мод.Численно

ЯМРР = 20log10 (EnmpeakEepeak) дБ на заданной частоте,

, где E _нм — напряжение нормального режима, а E _e — результирующая ошибка считывания, которая обычно проявляется в виде колебаний отображаемое значение.