Содержание

Введение……………………………………………………….……………………..3

1 Трансформаторы……………………………………………..………………….....4

2 Назначение измерительных преобразователей и трансформаторов тока……...6

2.1 Классификация ИПТ и ТТ…………………..…………………….……….…....7

2.2 Основные параметры и характеристики трансформаторов тока…………....10

2.3 Принципиальная схема трансформаторов тока………….…………...………16

2.4 Условия  работы трансформаторов тока………………….…………...……...17

3 Измерительные трансформаторы напряжения…………………...………...…..19

3.1 Общие сведения и схемы соединения…………………………...…………....19

3.2 Конструкция трансформаторов напряжения……………………………........21

3.3 Выбор трансформаторов напряжения………………………………………...27

4 Практическое применение трансформаторов…………………...…………...…28

Заключение………………………………………………………………..………...30

Список  литературы………………………………………………….……………...31

      Введение

    Метрология  – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности.

    Современная метрология включает в себя три составляющих:

1. Законодательное.
2. Фундаментальное.
3. Практическое.

    Законодательная метрология – раздел метрологии включающие комплексы взаимосвязанных общих  правил, а также другие вопросы  нуждающиеся в регламентации  и контроля со стороны государства  направленные на обеспечении единства измерений и единообразия средств измерений.

    Вопросами фундаментальной метрологии (исследовательская метрология), созданием систем единиц измерения, физических постоянных разработкой новых методов измерений занимается теоретическая метрология.Вопросами практической метрологии в различных  сферах деятельности в результате теоретических исследований занимается прикладная метрология.

    Задачи  метрологии:

1. Определение основных направлений, развитие метрологического обеспечения производства.
2. Организация и проведение анализа состояние и измерений.
3. Разработка и реализация программ метрологического обеспечения.
4. Развитие и укрепление метрологической службы.

    Объекты метрологии.

    Средства  измерений, эталон, методики выполнения измерений и физические, и не физические (производственные величины).

     1 Трансформаторы

    Предметом данной курсовой работы является «Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения». В технике больших токов и высоких напряжений измерение электрических величин производится только через измерительные трансформаторы – трансформаторы тока и трансформаторы напряжения

    Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

    Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал  индукционную катушку с двумя  обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

    Трансформаторы  широко применяются при передаче электрической энергии на большие  расстояния, распределении ее между  приемниками, а также в различных  выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

    Преобразование  энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформатор  представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

    Если  во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение.

    Применив  трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и  просто получить пониженное напряжение.

    С допустимой для практики точностью  можно считать, что отношение  числа витков первичной обмотки  к вторичной равно отношению  приложенного напряжения к выходному.

      Это отношение, называемое коэффициентом трансформации, обычно сокращают на меньшее из чисел, и тогда коэффициент трансформации получают в виде отношения единицы к некоторому числу (1:4; 1:50) или, наоборот, некоторого числа к единице (4:1; 50:1). 
 
 
 
 
 
 
 
 

        2 Назначение измерительных преобразователей и трансформаторов тока.

    Под измерительным преобразователем тока (ИПТ) будем понимать устройство, предназначенное для преобразования первичного тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока. Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления. В настоящее время ИПТ обычно создаются на основе широко применяемого в электротехнике трансформаторного эффекта — в виде трансформатора.

    Трансформатором тока (ТТ), являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

    Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

    В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

    Трансформаторы  тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

    Трансформаторы  тока для измерений предназначаются  для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т. е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:

    1) преобразование переменного тока любого значения в переменный, ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;

     2) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

    Трансформаторы  тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:                                                       

    1) преобразование переменного тока  любого значения в переменный  ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;

    2) изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

    Трансформаторы  тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда  уменьшения тока для измерительных  приборов или реле не требуется.

    2.1 Классификация ИПТ и ТТ.

    В зависимости от рода тока ИПТ разделяются на ИП переменного и ИП постоянного тока. В работе будут рассматриваться ИПТ переменного тока для установок и сетей с номинальной частотой тока 50 Гц.

    По  назначению ИПТ разделяются на ИПТ  для измерений и ИПТ для  защиты. Последние могут предназначаться для работы только в установившихся (статических) режимах либо в установившихся и переходных (динамических) режимах.

    В зависимости от вида преобразования ИПТ делятся на преобразователи  тока в ток, тока в напряжение (например, трансреакторы, магнитные трансформаторы тока), тока в неэлектрическую величину (например, в световой поток). При этом по способу представления выходной информации ИПТ подразделяются на аналоговые и дискретные.

    Целесообразно разделять ИПТ в зависимости от уровня напряжения, определяющего конструкцию, а иногда и принцип действия ИПТ. С учетом применяемых номинальных напряжений различают ИПТ низкого  (номинальное напряжение до 1000 В) и высокого напряжения (1-1150 кВ и выше).

    Все трансформаторы тока можно классифицировать по следующим основным признакам:

    По  роду установки: трансформаторы тока для работы на открытом воздухе (категория размещения  1 по ГОСТ 15150-69); для работы в закрытых помещениях (по ГОСТ 15150-69); для встраивания в полости электрооборудования; для специальных установок (в шахтах, на судах,  электровозах и т. д.).

    По  способу установки: проходные трансформаторы тока, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах стен, потолков или в металлических конструкциях; опорные, предназначенные для установки на опорной плоскости; встраиваемые, т. е. предназначенные для установки в полости электрооборудования.

    По  числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми изменением числа витков первичной или вторичной обмотки, или обеих обмоток, или применением нескольких вторичных обмоток с различным числом витков, соответствующим различному номинальному вторичному току.

    По  числу ступеней трансформации: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые), т. е. с несколькими ступенями трансформации тока.

    По  выполнению первичной обмотки: одновитковые; многовитковые.

    Одновитковые  ТТ (рис. 1) имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с собственной первичной обмоткой. Одновитковые ТТ, не имеющие собственной первичной обмотки, выполняются встроенными, шинными или разъемными.

     Встроенный  трансформатор тока 1 представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной обмоткой. Он не имеет, собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной и вторичной обмотками. Их роль выполняет изоляция проходного изолятора.  
 
 
 
 

    Рисунок 1

    Схема трансформатора тока

    В шинном трансформаторе тока роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин распределительного устройства, пропускаемые при монтаже сквозь полость проходного изолятора. Последний изолирует такую первичную обмотку от вторичной.

    Разъемный трансформатор тока 2 тоже не имеет собственной первичной обмотки. Его магнитопровод состоит из двух частей, стягиваемых болтами. Он может размыкаться и смыкаться вокруг проводника с током, являющимся первичной обмоткой этого ТТ. Изоляция между первичной и вторичной обмотками наложена на магнитопровод со вторичной обмоткой.

    Одновитковые  ТТ, имеющие собственную первичною  обмотку, выполняются со стержневой первичной обмоткой или с U-образной.

    Трансформатор тока 3 имеет первичную обмотку  в виде стержня круглого или прямоугольного сечения, закрепленного в проходном изоляторе.

    Трансформатор тока 4 имеет U-образную первичную обмотку, выполненную таким образом, что на нее наложена почти вся внутренняя изоляция ТТ.

    Многовитковые трансформаторы тока (рис. 1) изготовляются  с катушечной первичной обмоткой надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой 5, состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первичной и вторичной обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи; с рымовидной первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока нанесена в основном только на первичную обмотку, имеющую форму рыма.

    По роду изоляции между первичной и вторичной обмотками ТТ изготовляются с твердой (фарфор, литая изоляция, прессованная изоляция и т, д.); с вязкой (заливочные компаунды); с комбинированной (бумажно-масляная, конденсаторного типа) или газообразной (воздух, элегаз) изоляцией.

    По  принципу преобразования тока ТТ делятся  на электромагнитные и оптико-электронные.

    2.2 Основные параметры и характеристики трансформатора тока.

    Основными параметрами и характеристиками трансформатора тока в соответствии с ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» являются:

    1. Номинальное напряжение U_ном, кВ — действующее значение линейного напряжения, при котором предназначен работать ТТ, указываемое в паспортной таблице трансформатора тока. Для отечественных ТТ принята следующая шкала номинальных напряжений, кВ:

    0,66; 3; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750.

    2. Номинальный первичный ток I_1H, А- указываемый в паспортной таблице ТТ - ток, проходящий по первичной обмотке, при котором предусмотрена продолжительная работа ТТ. Для отечественных ТТ принята следующая шкала номинальных первичных токов:

    1; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800;1000; 1200; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000;

    14000; 16000;18000; 20000; 25000; 28000; 30000; 32000; 35000; 40000.

    В трансформаторах тока, предназначенных для комплектования турбо- и гидрогенераторов, значения номинального тока свыше 10000 А могут отличаться от приведенных в данной шкале значений.

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

    3. Номинальный вторичный ток I_2H — указываемый в паспортной таблице ТТ - ток, проходящий по вторичной обмотке. Номинальный вторичный ток принимается равным  1 или 5 А, причем ток 1 А допускается только для ТТ с номинальным первичным током до 4000 А. По согласованию с заказчиком допускается изготовление ТТ с номинальным вторичным током 2 или 2,5 А.

    4. Вторичная нагрузка ТТ S_2H соответствует полному сопротивлению его  внешней вторичной цепи, выраженному в Омах, с указанием коэффициента мощности. Вторичная нагрузка может также характеризоваться полной  мощностью в вольт-амперах, потребляемой ею при данном коэффициенте мощности и номинальном вторичном токе.

    Вторичная нагрузка с коэффициентом мощности cos(φ₂) = 0,8, при которой гарантируется установленный класс точности ТТ или предельная кратность первичного тока относительно его номинального значения, называется номинальной вторичной нагрузкой ТТ S_{2H. ном}

    Для отечественных трансформаторов тока установлены следующие значения номинальной вторичной нагрузки S_2H.ном  выраженной в вольт-амперах, при коэффициенте мощности cos(φ₂) = 0,8В×А¹⁾:

    3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 60; 75; 100.

    Соответствующие значения номинальной вторичной нагрузки (в Омах) определяются выражением:

    Z_ном = S_{2H. ном} / I²_2HОМ

    5. Коэффициент трансформации ТТ  равен отношению первичного тока ко вторичному току.

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

    6. Стойкость ТТ к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

    Ток электродинамической стойкости  I_д равен наибольшей амплитуде тока короткого замыкания за все время его протекания, которую ТТ выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Ток I_д характеризует способность ТТ противостоять механическим (электродинамическим) воздействиям тока короткого замыкания. Электродинамическая стойкость может характеризоваться также кратностью K_д, представляющей собой отношение тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального первичного тока. Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные ТТ.

    Ток термической стойкости I_tт равен наибольшему действующему значению тока короткого замыкания за промежуток t_t, которое ТТ выдерживает в течение всего промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах короткого замыкания, и без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

    Термическая стойкость характеризует способность ТТ противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания. Для суждения о термической стойкости ТТ необходимо знать не только значения тока, проходящего через трансформатор, но и его длительность или, иначе говоря, знать общее количество выделенной теплоты, которое пропорционально произведению квадрата тока I_tT и длительности его t_т. Это время, в свою очередь, зависит от параметров сети, в которой установлен ТТ, и изменяется от одной до нескольких секунд.

    Термическая стойкость может характеризоваться  кратностью K_т тока термической стойкости, представляющей собой отношение тока термической стойкости к действующему значению номинального первичного тока.

    В соответствии с ГОСТ 7746-2001 для отечественных ТТ установлены следующие токи термической стойкости:

    а) односекундный I_1Т или двухсекундный I_2т (или кратность их К_1T и K_2Т по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения 330 кВ и выше;

    б) односекундный I_1Т или трехсекундный; I_3Т (или кратность их K_1T и K_3T по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения до 220 кВ включительно.

    Между токами электродинамической и термической  стойкости должны быть следующие  соотношения:

    для ТТ на номинальные напряжения 330 кВ и выше

    I_Д ≥ 1,8 √2 I_1T   или   I_Д ≥ 1,8 √2 I_2T

    для  ТТ  на  номинальные напряжения до 220 кВ     

    I_Д ≥ 1,8 √2 I_1T или I_Д ≥ 1,8 √2 I_3T

    Температура токоведущих частей ТТ при токе термической  стойкости не должна превышать: 200°С для токоведущих частей из алюминия; 250°С для токоведущих частей из меди и ее сплавов, соприкасающихся с органической изоляцией или маслом, и 300°С для токоведущих частей из меди и ее сплавов, не соприкасающихся с органической изоляцией или маслом. При определении указанных значений температуры следует исходить из начальных ее значений, соответствующих длительной работе трансформатора тока при номинальном токе.

    Значения  токов электродинамической и  термической стойкости ТТ государственным  стандартом не нормируются. Однако они  должны соответствовать электродинамической  и термической стойкости других аппаратов высокого напряжения, устанавливаемых в одной цепи с трансформатором тока.

    7. Механическая нагрузка определяется  давлением ветра со скоростью  40 м/с на поверхность трансформатора тока и натяжением подводящих проводов (в горизонтальном направлении в плоскости выводов первичной обмотки), которое должно быть не менее:

    500 Н  - для ТТ до 35 кВ включительно;

    1000 Н  - для ТТ на 110—220 кВ;

    1500 Н - для ТТ на 330 кВ и выше.

    Таковы  основные технические параметры  и характеристики трансформаторов  тока. При проектировании ТТ помимо этих параметров должны учитываться следующие требования к конструкции:

    - контактные зажимы выводов первичной обмотки трансформаторов тока должны выполняться с учетом требований ГОСТ 10434-82, а трансформаторов тока наружной установки — с учетом, кроме того, требований ГОСТ 21242-75. Контактные зажимы выводов вторичных обмоток должны выполняться с учетом требований ГОСТ 10434-82. Контактные зажимы вторичных обмоток встроенных трансформаторов тока могут быть расположены на конструктивных элементах аппарата, в который встроен трансформатор тока. В трансформаторах тока наружной установки контактные зажимы выводов вторичной обмотки должны находиться в специальных коробках, надёжно защищающих их от атмосферных осадков.

    Обозначение выводных концов первичных и вторичных обмоток согласно ГОСТ 7746-2001 должно производиться в соответствии с табл. Л-3. Линейные выводы первичной обмотки обозначаются символами Л1 и Л2, которые должны наноситься так, чтобы при направлений тока в первичной обмотке от Л1 и H_t соответственно к K_t и Л₂ вторичный ток проходил по внешней цепи (приборам) от И₁ к И₂.

    - маслонаполненный трансформатор тока должен иметь маслорасширитель (компенсатор) и указатель уровня масла. Вместимость маслорасширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора тока — от отключенного состояния до нормированной токовой нагрузки — и при колебаниях температуры окружающего воздуха, установленных для данного климатического района.

    В трансформаторах тока на номинальные напряжения 330 кВ и более обязательно должна быть предусмотрена защита масла от увлажнения, например посредством сильфонов. Целесообразно такую же защиту предусматривать и в трансформаторах тока на меньшие напряжения.

    - размеры  указателя  уровня  масла должны  быть такими, чтобы обслуживающий персонал мог с безопасного расстояния наблюдать за уровнем масла в трансформаторе тока.

    - трансформаторы тока, имеющие массу более 50 кг, должны иметь приспособления для подъема. Если такие приспособления невозможно выполнить, то завод-изготовитель должен указывать в инструкции места захвата трансформаторов тока при подъеме.

    - трансформаторы тока, у которых  амплитуда напряжения на разомкнутой  вторичной обмотке при номинальном токе в первичной обмотке превышает 350 В, должны иметь надпись: «Внимание! Опасно! На разомкнутой обмотке высокое напряжение».

    - трансформаторы тока, кроме встроенных, должны иметь контактную площадку для присоединения заземляющего проводника и заземляющий зажим в соответствии с требованиями ГОСТ 21130-75 и ГОСТ 12.2.007.3-75. Возле заземляющего зажима должен быть установлен знак заземления по      ГОСТ 21130-75. Указанные требования не распространяются на ТТ с корпусом из литой смолы или пластмассы, не имеющие подлежащих заземлению металлических частей, а также на ТТ, не подлежащие заземлению согласно  ГОСТ 12.2.007.3-75.

    2.3 Принципиальная схема трансформатора тока

    Принципиальная  схема одноступенчатого электромагнитного  трансформатора тока и его схема  замещения приведены на рис. 2. Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока участвующими в преобразовании тока, являются первичная 1 и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку токопровода высокого напряжения 4, т. е. обтекается током линии I_j. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.