Измерительные трансформаторы тока и напряжения

МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РК

СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.КОЗЫБАЕВА

ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И МАШИНОСТРОЕНИЯ

КАФЕДРА ЭНЕРГЕТИКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

ПО ПРЕДМЕТУ:

ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ВЫПОЛНИЛИ:

СТУДЕНТКИ ГР.ПР-08

КИРЕЕВА ЕЛЕНА,

МАКИНА  САГДАНА

ПРОВЕРИЛ:

СТ.ПРЕПОД. КАФ. ЭиП

САВОСТИН  А.А. 
 
 
 
 
 
 
 

г.Петропавловск, 2011 г

Содержание 

Введение……………………………………………………………………………… 3

1 Измерительные трансформаторы тока …………………………………………..  5

 1.1 Технические характеристики трансформаторов тока………………………   5

    1.1.1 Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока…. 5

    1.1.2 Токовая погрешность трансформаторов тока………………………….. 5

    1.1.3 Нагрузка трансформаторов тока………………………………………… 5

    1.1.4 Электродинамическая стойкость трансформаторов тока……………… 5

 1.2 Конструкции и принцип действия трансформаторов тока…………………. 6

2 Измерительные  трансформаторы напряжения………………………………….. 8

 2.1 Технические характеристики…………………………………………………. 8

    2.1.1 Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения……………………………………………………… 8

    2.1.2 Нагрузка трансформаторов напряжения……………………………….. 8

 2.2 Конструкции и устройство трансформаторов напряжения…………………. 8

 2.3 Виды  трансформаторов напряжения………………………………………… 9

Заключение…………………………………………………………………………. 11

Список  литературы………………………………………………………………… 12 
 
 

Введение 

       Измерительный трансформатор применяют в установках переменного тока для изоляции цепей  измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения и для расширения пределов измерения измерительных приборов. Непосредственное включение измерительных приборов в цепь высокого напряжения сделало бы приборы опасными для прикосновения. Конструкция приборов в этом случае была бы сильно усложнена, так как изоляция токоведущих частей должна была бы быть рассчитана на высокое напряжение, а их сечение – на большие токи.

       Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Их применение дает возможность пользоваться одними и теми же приборами со стандартными пределами измерения для измерения самых различных напряжений и токов.

       Измерительный трансформатор тока преобразует  измеряемый большой ток в малый, а измерительный трансформатор  напряжения – измеряемое высокое  напряжение в низкое.

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

       В зависимости от вида преобразования измерительные трансформаторы 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 измерительные трансформаторы подразделяются на аналоговые и дискретные.

       Целесообразно разделять измерительные трансформаторы в зависимости от уровня напряжения, определяющего конструкцию, а иногда и принцип действия измерительного трансформатора.

       Все измерительные трансформаторы и  для измерений, и для защиты - можно классифицировать по следующим основным признакам. 

       По  роду установки:

• измерительные трансформаторы для работы на открытом воздухе;
• измерительные трансформаторы для работы в закрытых помещениях;
• измерительные трансформаторы для встраивания в полости электрооборудования;
• измерительные трансформаторы для специальных установок (в шахтах, на судах, электровозах и т, д.).

       По  способу установки:

• проходные измерительные трансформаторы, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах стен, потолков или в металлических конструкциях;
• опорные, предназначенные для установки на опорной плоскости;
• встраиваемые измерительные трансформаторы, 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.

        1 Измерительные трансформаторы  тока 

       1.1 Технические характеристики трансформаторов тока 

       1.1.1 Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока 

       Трансформаторы  тока характеризуются номинальным  первичным током I_ном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40000 А) и номинальным вторичным током I_ном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации: 

       1.1.2 Токовая погрешность трансформаторов тока 

       Трансформаторы  тока характеризуются токовой погрешностью ∆I=(I₂K-I₁)*100/I₁ (в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1 - 1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии - трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов - классов 1 и 3. 
 

       1.1.3 Нагрузка трансформаторов тока 

       Нагрузка  трансформатора тока - это полное сопротивление внешней цепи Z₂, выраженное в Омах. Сопротивления r₂ и х₂ представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S₂, В*А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z_2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z_2ном дается в каталогах. 
 

       1.1.4 Электродинамическая стойкость трансформаторов тока 

       Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости I_м.дин. Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости I_т или отношением k_т = I_т / I_1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости t_т. 
 

       1.2 Конструкции и принцип действия трансформаторов тока 

       По  конструкции различают трансформаторы тока катушечные, одновитковые (типа ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (типа ТПЛ и ТЛМ). Трансформатор  типа ТЛМ предназначен для КРУ и конструктивно совмещен с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки.

       Для больших токов применяют трансформаторы типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет  шина. Электродинамическая стойкость  таких трансформаторов тока определяется стойкостью шины.

       Для ОРУ выпускают трансформаторы типа ТФН в фарфоровом корпусе с  бумажно-масляной изоляцией и каскадного типа ТРН. Для релейной защиты имеются  специальные конструкции. На выводах  масляных баковых выключателей и  силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока. Погрешность их при прочих равных условиях больше, чем у отдельно стоящих трансформаторов. 

       Рисунок 1. Схема включения в сеть трансформатора тока 

       На  схеме: 

       Л1-Л2 первичная обмотка;

       И1-И2 вторичная обмотка;

       I₁ - ток линии;

       I₂ - ток протекающий во вторичной обмотке.

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

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

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

       Если  в силовых трансформаторах и  трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной  и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов. 

        2 Измерительные трансформаторы  напряжения 

       2.1 Технические характеристики 

       2.1.1 Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения 

       Трансформаторы  напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/ ), коэффициента трансформации К = U_1ном/U_2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2; 0,5; 1; 3. 
 

       2.1.2 Нагрузка трансформаторов напряжения 

       Вторичная нагрузка трансформатора напряжения - это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. 
 

       2.2 Конструкции и устройство трансформаторов напряжения 

       В установках напряжением до 18 кВ применяются  трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях - только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ. НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

       На  рисунке 2 показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение U₁, а на напряжение вторичной обмотки U₂ включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.

       Рисунок 2. Схема трансформатора напряжения 

       Устройство  измерительного трансформатора напряжения подобно устройству силового трансформатора небольшой мощности. Первичную обмотку  измерительного трансформатора напряжения с большим числом витков включают в сеть, напряжение в которой измеряют или контролируют.

       Вторичная обмотка с меньшим числом витков замыкается на прибор с большим сопротивлением. Таким прибором может быть вольтметр, параллельная обмотка ваттметра, счетчика или какого-либо иного измерительного прибора или реле. По отношению к измерительному прибору вторичное напряжение должно совпадать по фазе с первичным, что достигается соответствующим соединением вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения с прибором. Это необходимо при измерении мощности и энергии.

       Сопротивление вольтметров, параллельных обмоток  ваттметров, счетчиков и других измерительных  приборов и реле сравнительно велико (составляет тысячи Ом). Поэтому ток в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения весьма мал и режим работы его близок к режиму холостого хода силового трансформатора.

       Так как при малых токах в обмотках трансформатора падения напряжения в сопротивлениях этих обмоток также  малы, напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток практически равны Э.Д.С, а отношение этих напряжений равно коэффициенту трансформации. 
 

       2.3 Виды трансформаторов напряжения 

       Трансформаторы  напряжения бывают следующих видов:

• заземляемый трансформатор напряжения - однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен, или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;
• незаземляемый трансформатор напряжения - трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;
• каскадный трансформатор напряжения - трансформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединенных секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток;
• емкостный трансформатор напряжения - трансформатор напряжения, содержащий емкостный делитель;
• двухобмоточный трансформатор напряжения - трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку;
• трехобмоточный трансформатор напряжения - трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.

Заключение 

       Измерительные трансформаторы применяют для подключения амперметров, вольтметров, ваттметров, приборов релейной защиты и электроавтоматики, счетчиков для учета выработки и расхода электрической энергии. От их работы зависит точность учета электрической энергии и измерения электрических параметров, правильность и надежность действия релейной защиты при повреждениях электрического оборудования и линий электропередач.

       Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Список  литературы 

       1. http://www.elecmet.ru/production/electric/transformators/measuring-trans-voltage/

       2. Трансформаторы тока / В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, Л.В. Жалалис и др. – Л.:Энергия, 1980

       3. Трансформаторы силовые и измерительные. Справочник. Том 1 / Под ред. Акимова Е.Г. — 2005