Измерительные трансформаторы тока и напряжения общие сведения. Измерительные трансформаторы тока и напряжения: принципы работы и применение

Что такое измерительные трансформаторы тока и напряжения. Как они устроены и работают. Для чего применяются в электроэнергетике. Какие бывают виды и конструкции. Каковы основные характеристики и параметры.

Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) — это специальные устройства, предназначенные для преобразования больших значений тока и напряжения в цепях высокого напряжения в пропорциональные, но значительно меньшие величины, удобные для измерения. Они позволяют:

• Отделить цепи высокого напряжения от измерительных цепей и повысить безопасность персонала
• Расширить пределы измерения электроизмерительных приборов
• Унифицировать конструкцию измерительных приборов и реле защиты

Принцип действия измерительных трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При протекании переменного тока по первичной обмотке в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток, который индуцирует ЭДС во вторичной обмотке.

Устройство трансформаторов тока

Трансформатор тока состоит из следующих основных частей:

• Магнитопровод из электротехнической стали
• Первичная обмотка с малым числом витков
• Вторичная обмотка с большим числом витков
• Изоляция между обмотками и корпусом
• Выводы для подключения к измерительным приборам

Первичная обмотка ТТ включается последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам и реле.

Принцип работы трансформатора тока

Принцип работы ТТ заключается в следующем:

1. Измеряемый ток I1 протекает по первичной обмотке
2. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф
3. Поток Ф индуцирует во вторичной обмотке ЭДС E2
4. Под действием E2 во вторичной цепи протекает ток I2, пропорциональный I1
5. Ток I2 измеряется подключенными приборами

Коэффициент трансформации ТТ определяется отношением числа витков обмоток:

K = I1 / I2 = w2 / w1

где w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

Виды и конструкции трансформаторов тока

По конструкции ТТ подразделяются на следующие основные виды:

• Катушечные — с цилиндрическими обмотками
• Шинные — первичная обмотка в виде шины
• Проходные — первичная обмотка в виде проходного изолятора
• Встроенные — встраиваются в оборудование
• Разъемные — с разъемным магнитопроводом для монтажа на кабель

По способу установки различают:

• Опорные — устанавливаются на опорной конструкции
• Проходные — проходят через отверстие в стене или перекрытии
• Шинные — монтируются непосредственно на шинах

Основные характеристики трансформаторов тока

Основными характеристиками ТТ являются:

• Номинальный первичный ток I1ном
• Номинальный вторичный ток I2ном (обычно 1 или 5 А)
• Номинальный коэффициент трансформации Kном = I1ном / I2ном
• Класс точности (0.2, 0.5, 1, 3, 10)
• Номинальная вторичная нагрузка Z2ном
• Предельная кратность Kпред

Класс точности определяет допустимую токовую и угловую погрешность ТТ. Например, класс 0.5 означает токовую погрешность не более 0.5% и угловую не более 30 минут.

Особенности эксплуатации трансформаторов тока

При эксплуатации ТТ необходимо учитывать следующие особенности:

• Вторичная обмотка всегда должна быть замкнута на нагрузку или накоротко
• Размыкание вторичной цепи под нагрузкой недопустимо
• Нагрузка вторичной цепи не должна превышать номинальную
• При коротких замыканиях возможно насыщение магнитопровода

Несоблюдение этих правил может привести к повреждению ТТ или возникновению опасных перенапряжений.

Устройство трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения по конструкции аналогичен силовому трансформатору и содержит:

• Магнитопровод из электротехнической стали
• Первичную обмотку с большим числом витков
• Вторичную обмотку с меньшим числом витков
• Изоляцию между обмотками и корпусом
• Выводы для подключения

Первичная обмотка ТН включается параллельно участку цепи, напряжение на котором нужно измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам и реле.

Принцип работы трансформатора напряжения

Принцип работы ТН заключается в следующем:

1. К первичной обмотке прикладывается измеряемое напряжение U1
2. В магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф
3. Поток Ф индуцирует во вторичной обмотке ЭДС E2
4. На выводах вторичной обмотки появляется напряжение U2, пропорциональное U1
5. Напряжение U2 измеряется подключенными приборами

Коэффициент трансформации ТН определяется отношением числа витков обмоток:

K = U1 / U2 = w1 / w2

где w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

Виды трансформаторов напряжения

По конструкции различают следующие основные виды ТН:

• Однофазные — для измерения напряжения в однофазных цепях
• Трехфазные — для измерения напряжения в трехфазных цепях
• Каскадные — с несколькими последовательно соединенными трансформаторами
• Емкостные — с емкостным делителем напряжения

По способу установки ТН бывают:

• Опорные — на опорных изоляторах
• Проходные — проходят через стену или перекрытие
• Встроенные — встраиваются в оборудование

Основные характеристики трансформаторов напряжения

Основными характеристиками ТН являются:

• Номинальное первичное напряжение U1ном
• Номинальное вторичное напряжение U2ном (обычно 100 или 100/√3 В)
• Номинальный коэффициент трансформации Kном = U1ном / U2ном
• Класс точности (0.1, 0.2, 0.5, 1, 3)
• Номинальная мощность S2ном
• Предельная мощность Sпред

Класс точности определяет допустимую погрешность коэффициента трансформации и угловую погрешность ТН. Например, класс 0.5 означает погрешность коэффициента трансформации не более 0.5% и угловую погрешность не более 20 минут.

Применение измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы широко применяются в электроэнергетике для следующих целей:

• Измерение тока, напряжения, мощности и энергии в высоковольтных цепях
• Питание цепей релейной защиты и автоматики
• Коммерческий и технический учет электроэнергии
• Синхронизация генераторов
• Питание цепей сигнализации и блокировок

Применение измерительных трансформаторов позволяет существенно повысить безопасность и надежность работы электроустановок, а также обеспечить высокую точность измерений и учета электроэнергии.

5.4. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Трансформаторы тока предназначены для питания измерительных приборов и реле защиты, путем трансформации тока первичной цепи до значений (1 и 5А) наиболее удобных для приборов, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей ВН.

Первичную обмотку 1 ТТ (рис.1) включают в цепь ВН последовательно, а ко вторичной обмотке 3 также последовательно присоединяют катушки приборов и реле.

Рис.1 Схема многовиткового ТТ

1 – первичная обмотка; 2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка

ТТ характеризуется его

номинальным коэффициентом трансформации (обозначается на щитке):

,

где — номинальные значения первичного и вторичного тока.

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А.

( величина тока 1А применяют для уменьшения сечения проводов от ТТ до измерительных приборов, что имеет существенное значение в установках очень высоких напряжений и больших мощностей, где вследствие больших габаритов распределительных устройств длина соединительных проводов может достигать нескольких сотен метров, кроме того дешевле как сами ТТ, так и присоединенные к ним приборы и реле).

Коэффициент трансформации ТТ не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания. Токовая погрешность определяется по выражению:

Погрешность ТТ зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения .В зависимости от предъявляемых требований выпускают ТТ с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. указанные цифры представляют собой токовую погрешность в % номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100-200% для первых трех классов и 50-120% для двух последних. Для ТТ классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также

угловая погрешность.

Погрешность ТТ зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения на­грузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности.

При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастет.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоедине­ния точных лабораторных приборов, класса 0,5 — для присоедине­ния счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое со­противление, поэтому трансформатор тока нормально работает в ре­жиме, близком к режиму КЗ.

Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений запрещается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке.

При необходимости замены измерительного при­бора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная _Обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора). Вторичные обмотки ТТ обязательно заземляют, чтобы при пробое изоляции между первичной и вторичной обмотками вторичная цепь ТТ не оказалась по отношению к земле под напряжением первичной цепи, что может быть опасно для персонала и может привести к пробою за землю изоляции любого элемента вторичной цепи.

Схемы соединения трансформаторов тока и приборов (рис.2):

Рис. 2. Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и при­боров:

а — включение в одну фазу; б — включение в неполную звезду; в — включениев полную звезду

Измерительные трансформаторы | Тяговые подстанции городского транспорта

Страница 29 из 87

Глава XII
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

§ 47. Общие сведения

К измерительным трансформаторам относятся трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Они служат для включения измерительных приборов, реле и различных автоматических устройств.
Применение измерительных трансформаторов обеспечивает:

1. безопасность обслуживания приборов и реле, для чего один конец вторичных обмоток трансформаторов заземляется;
2. удобство обслуживания приборов и реле, так как они устанавливаются на щитах вне ячейки высокого напряжения;
3. удешевление и упрощение приборов вследствие стандартизации токов и напряжений на вторичной стороне трансформаторов;
4. защиту обмоток, включаемых в цепь последовательно, от воздействия больших токов короткого замыкания.

Трансформаторы напряжения применяются только в установках высокого напряжения, а трансформаторы тока как в установках до 1000 в, так и в установках более 1000 в.
Основным требованием, предъявляемым к измерительным трансформаторам, является неизменность соотношения между первичными измеряемыми величинами и величинами во вторичных обмотках трансформатора, а также сохранения фазных углов трансформируемых величин.

§ 48. Устройство и работа трансформаторов тока

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно с нагрузкой, а вторичная обмотка — на неизменное сопротивление z2 (рис. 48-1).
Если в обычном силовом трансформаторе I1=f(I2), то в трансформаторе тока I2=φ(I1). Если в силовом трансформаторе при разомкнутой вторичной обмотке в цепи первичной будет протекать ток холостого хода, то в трансформаторе тока размыкание цепи вторичной обмотки не влияет на первичный ток. В этом случае из-за отсутствия размагничивающего потока вторичной обмотки магнитная индукция в сердечнике от 800—1000 гс для нормального режима достигает насыщения, а э. д. с. вторичной обмотки мо?кет достигнуть нескольких сотен вольт (рис. 48-2). Кроме того, работа трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой вызывает значительное увеличение потерь в стали сердечника, что приводит к его разогреву.
Таким образом, работа трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой недопустима. При снятии приборов из цепи вторичной обмотки трансформатора тока последняя должна быть закорочена.

По величине погрешности судят о классе точности трансформатора тока, который определяется для номинального значения первичного тока. Всего существуют пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10.
Трансформаторы класса 0,2 употребляют для точных измерений при исследованиях; класс 0,5 — для питания измерительных приборов и счетчиков учета энергии при денежном расчете; класс 1—для счетчиков технического учета энергии и для различного рода контрольных приборов; классы 3 и 10 — для устройств, не требующих точности измерений, и для релейной защиты.
Угловой погрешностью трансформатора тока называют угол между вектором первичного тока и повернутым на 180° вектором вторичного тока. Угловая погрешность выражается в минутах угла и считается положительной, когда вектор первичного тока отстает от повернутого вектора вторичного тока.
С увеличением сопротивления во вторичной цепи трансформаторапри прочих неизменных условиях (φ2=const, I1 = const) возрастает э. д. с. Е2. Это вызовет увеличение намагничивающей силы (н. с.), что приведет к увеличению токовой и угловой погрешностей.
Например, трансформатор тока типа ТПФ с коэффициентом трансформации 400/5 работает в классе 0,5 при сопротивлении z2=0,6 Ом. Если сопротивление увеличить до 1,2 Ом, то трансформатор переходит в класс 1-й, а при 3 Ом — в класс 3-й.
Поскольку внешнее сопротивление во вторичной обмотке трансформатора оказывает решающее влияние на токовую погрешность, то выбор трансформатора производят по мощности вторичной обмотки:
(48—3)
На погрешность влияет также и величина первичного тока I1. Это связано с кривыми намагничивания стального сердечника трансформатора. При изменении первичного тока в пределах от 0 до Iном индукция в сердечнике меняется от 0 до 1000 гс. Уменьшение погрешности трансформаторов тока в этом случае может быть достигнуто увеличением сечения сердечника, применением для сердечников лучших магнитных материалов либо увеличением числа витков первичной и вторичной обмоток.
Однако эти способы не нашли применения вследствие того, что в первом случае увеличиваются затраты на сталь, а во втором случае — стоимость меди. Практически уменьшение погрешности в трансформаторах тока достигается при помощи подгонки витков и компенсации.
Подгонка витков трансформатора тока в сущности заключается в том, что число витков вторичной обмотки несколько уменьшают против расчетной величины [см. (48-1)]. Это приводит к тому, что при прежнем токе I1 ток I2 увеличивается и, таким образом, погрешность несколько уменьшается [см. (48-2)].
Если для подгонки требуется отмотать часть витка, то это делается так, как показано на рис. 48-3.

Компенсация погрешности трансформатора тока основана на искусственном повышении магнитной проницаемости стали сердечника на участке рабочей характеристики. Повышение магнитной проницаемости уменьшает намагничивающие ампервитки, создающие магнитный поток Ф0, а это приводит к уменьшению погрешности.
Компенсация осуществляется противонамагничиванием и при помощи магнитного шунта (рис. 48-4).

Рис. 48-3. Схема отмотки части витков

Рис. 48-4. Принципиальная схема многовиткового трансформатора тока с самоподмагничиванием

Компенсация противонамагничиванием или самоподмагничиванием осуществляется таким образом, что последовательно с общей вторичной обмоткой, охватывающей оба сердечника, соединяются дополнительные обмотки, охватывающие лишь один сердечник. Первичная обмотка охватывает также оба сердечника, но в окне сердечника II. Число витков первичной обмотки будет на один меньше (см. рис. 48-4).
Намагничивающие силы обмоток сердечников I и II будут

В сердечнике I будет преобладать н. с. первичной обмотки, а в сердечнике II — н. с. вторичной обмотки. Намагничивающие силы ΘI и ΘII и соответствующие магнитные потоки ФI и ФII будут в противофазе, поэтому результирующая н. с. Θ0 будет меньше отдельных составляющих ΘI и ΘII.  

Рис. 48-5. Характеристики токовой погрешности трансформаторов тока:
1 — без подмагничивания; 2 — с подмагничиванием

Рис. 48-6. Устройство стального сердечника трансформатора тока с магнитным шунтом

Таким образом, представляется возможным довести индукцию в сердечниках до максимального значения магнитной проницаемости. Это позволяет уменьшить сечение сердечника и получить достаточно пологую характеристику погрешности (рис. 48-5).
Компенсация магнитными шунтами (метод МЭИ)* по принципу действия аналогична методу подмагничивания (рис. 48-6). Здесь вторичные обмотки на стержнях I и II разделены на две неравные части. Намагничивающие силы обмоток I и II находятся в противофазе аналогично трансформатору с двумя сердечниками (см. рис. 48-4). Магнитный шунт эффективно действует до его насыщения, т. е. в пределах первичных токов до 10-50%.
Компенсированные трансформаторы тока предназначены для присоединения измерительных приборов, но не для релейной защиты.
Релейная защита в условиях коротких замыканий работает при токах, во много раз превышающих номинальный ток трансформатора. В этом случае за счет большого тока намагничивания сердечник работает в условиях, близких к насыщению.
Для обеспечения правильной работы релейной защиты при к. з. погрешность по току не должна превосходить 10%.
В соответствии с этим требованием для всех типов трансформатора тока существуют 10%-ные кратности тока к. з.

Чтобы релейная защита работала в пределах 10%-ной погрешности, для каждого значения кратности тока к. з. по отношению к номинальному току первичной обмотки трансформатора должно быть определено значение сопротивления в цепи вторичной обмотки (рис. 48-7).
При выборе трансформаторов тока, кроме коэффициента трансформации и погрешности, необходимо учитывать и устойчивость трансформаторов к токам короткого замыкания.
Электродинамическая устойчивость трансформатора ток а характеризуется коэффициентом динамической кратности
(48-5), где макс — амплитуда максимального тока.

Рис. 48-7. Характеристика 10%-ных кратностей:
1 — трансформатор ТПФМ, класс 0,5; 2 — трансформатор ТПФМУ, класс 0,5

Термическая устойчивость трансформаторов тока характеризуется коэффициентом термической устойчивости

(48-6)
где I1 сек — максимальное значение неизменного тока, который в течение 1 сек нагревает обмотки трансформатора до предельно допустимой температуры.

• Назад
• Вперёд

Как измерять напряжение, ток и мощность

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока (ТТ) — это датчики, используемые для линейного понижения тока, проходящего через датчик, до более низкого уровня, совместимого с измерительной аппаратурой. Сердечник трансформатора тока имеет тороидальную или кольцевую форму с отверстием в центре. Проволока обвивается вокруг сердечника, образуя вторичную обмотку, и закрывается кожухом или пластиковым кожухом. Количество проволочных витков вокруг сердечника определяет коэффициент понижения, или коэффициент ТТ, между током в измеряемой линии (первичный) и выходным током, подключенным к контрольно-измерительным приборам (вторичный). Измеряемый провод нагрузки пропускается через отверстие в центре трансформатора тока. Пример: ТТ с соотношением 500:5 означает, что нагрузка 500 ARMS на основной линии приведет к выходу 5 ARMS на вторичном трансформаторе тока. Прибор будет измерять 5 ARMS на клеммах и может применять коэффициент масштабирования, введенный пользователем, для отображения полных 500 ARMS. ТТ указывается с номинальным значением, но часто указана точность более 100% от номинальной. Трансформаторы тока могут быть с разъемным сердечником или сплошным сердечником. ТТ с разъемным сердечником имеют открытый шарнир или съемную секцию, чтобы установщик мог подключить ТТ к проводу нагрузки без физического отсоединения измеряемого провода нагрузки.

Предупреждение о безопасности. Несмотря на то, что CT может физически подключаться к установленной линии, перед установкой CT необходимо безопасно отключить питание. Открытые соединения вторичной обмотки при подаче питания на первичную обмотку могут привести к чрезвычайно опасным потенциалам напряжения.

Параметры ТТ при покупке включают номинальный диапазон, диаметр отверстия, разъемный/сплошной сердечник, тип выхода (напряжение/ток) и диапазон выхода (0,333 ВСКЗ, ±10 В, 1 СКЗ, 5 СКЗ и т. д.). Поставщики CT часто могут настроить датчик для конкретных нужд, таких как входной или выходной диапазон.

 

 

 

Рис. 5. Трансформаторные трансформаторы тока с разъемным сердечником обычно имеют петлю или съемную секцию для установки вокруг линии без физического демонтажа, хотя питание все равно должно быть отключено. (Изображение предоставлено Magnelab)

Рис. 6. ТТ со сплошным сердечником дешевле, но для его установки в уже работающих цепях может потребоваться больше труда.
(Изображение предоставлено Magnelab)

Полоса пропускания измерения ТТ

Полоса пропускания от 1 кГц до 2 кГц достаточна для большинства приложений по обеспечению качества электроэнергии в цепях переменного тока. Для приложений с более высокой частотой подключайтесь напрямую к NI 9246 или NI 9247 для полосы пропускания до 24 кГц или выбирайте более дорогие высокочастотные трансформаторы тока. Все модули, перечисленные в таблице выше, имеют полосу пропускания приблизительно 24 кГц для сигналов, подключенных напрямую. Высокочастотные ТТ более специализированы и имеют характеристики полосы пропускания в диапазоне сотен МГц. NI 9215, NI 9222 и NI 9223 измерительных модуля с частотами дискретизации от 100 квыб/с/канал до 1 Мвыб/с/канал при 16-битном разрешении для высокочастотных измерений.

Для высокочастотных измерений, выходящих за рамки возможностей NI 9223, NI рекомендует осциллограф или дигитайзер для PXI, предназначенный для лабораторных, исследовательских и испытательных систем.

 

Измерение постоянного тока

Трансформаторы тока не измеряют постоянный ток или составляющую постоянного смещения сигнала переменного тока. Для большинства приложений переменного тока в этом нет необходимости. Когда необходимо измерение постоянного тока, NI 9227 имеет встроенные калиброванные шунты и может измерять постоянный ток до 5 Ампер. Для измерения постоянного тока более 5 А используется шунт для измерения тока большой мощности (см. ниже) или датчик Холла (см. ниже), подключенный к соответствующему измерительному модулю.

 

Катушки Роговского

Катушки Роговского, иногда называемые «канатными ТТ», представляют собой еще один вариант датчиков для измерения тока в линии. Катушки Роговского похожи тем, что они наматываются на провод нагрузки, но они гибкие, имеют гораздо большее отверстие, чем стандартные трансформаторы тока, и принцип измерения другой. Катушки Роговского индуцируют напряжение, пропорциональное скорости изменения тока, и поэтому требуют в цепи интегратора преобразования в пропорциональный ток. Интегратор представляет собой отдельный блок/компонент, который обычно монтируется на панель или на DIN-рейку, требует источника питания постоянного тока и выдает на приборы сигналы низкого напряжения или тока. Размер и гибкость поясов Роговского делают их хорошо подходящими для замыкания вокруг более крупных сборных шин в коммерческих зданиях или на заводах, особенно когда они уже построены, а измерение мощности добавлено в качестве модернизации, но они дороже, чем ТТ с сопоставимым входом. спектр.

Рис. 7. Для катушек Роговского требуется внешнее питание, интегрирующая схема (расположена в черном монтажном блоке на изображении выше) и они дороже, чем типичные твердотельные/разъемные ТТ, но обеспечивают быструю фазовую характеристику и подходят для модернизации установках и шинах больших размеров благодаря их большому гибкому отверстию. (Изображение предоставлено Magnelab)

Датчики на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла основаны на «эффекте Холла», названном в честь Эдвина Холла, когда ток, протекающий через полупроводник, расположенный перпендикулярно магнитному полю, создает потенциал напряжения на полупроводнике материал. Для целей измерения тока схема на эффекте Холла размещается в сердечнике перпендикулярно магнитному полю и выдает напряжение, масштабированное к текущей нагрузке в измеряемой линии. ТТ на эффекте Холла обычно имеют лучшую частотную характеристику и могут измерять смещение постоянного тока, но они дороже, требуют питания и могут быть подвержены температурному дрейфу.

Рис. 8. Датчики Холла имеют чувствительную цепь, перпендикулярную магнитному полю, и требуют питания. Датчики на эффекте Холла не имеют ограничений по насыщению, как ТТ, и могут измерять постоянный ток, но они более дорогие.

 

Токовые шунтирующие резисторы

Токовые шунты или токовые шунтирующие резисторы — это резисторы, помещаемые в цепь с целью измерения тока, протекающего через шунт. Это довольно распространенные электрические компоненты, и они существуют для различных применений. Размер шунта будет основан на диапазоне измеряемого тока, диапазоне выходного сигнала и мощности, протекающей по цепи. Для большей точности доступны более дорогие прецизионные резисторы. Шунты не наматываются на провод цепи и размещаются на линии как компонент. Это устраняет изолирующий барьер между измеряемой цепью и измерительным оборудованием и может усложнить установку по сравнению с трансформатором тока или поясом Роговского. Однако шунты могут измерять постоянные токи, имеют лучшую частотную характеристику и лучшую фазовую характеристику. НИ 9238 для CompactRIO и CompactDAQ был разработан с низкочастотным аналоговым интерфейсом (±0,5 В) специально для токовых шунтирующих резисторов. Кроме того, NI 9238 имеет межканальную изоляцию 250 В.

 

Основные трансформаторы тока

Основная информация о технологии трансформаторов тока приведена ниже. Информация носит общий характер; поэтому обязательно проверьте, насколько эти примечания применимы к вашему конкретному приложению.

Назначение и конструкция

Трансформатор тока представляет собой преобразующее устройство, которое преобразует входной ток в обрабатываемый токовый сигнал на выходе. Трансформатор тока в основном используется для преобразования токов большой величины в поддающиеся непосредственному измерению меньшие значения в миллиамперном или малом амперном диапазоне. В классическом трансформаторе тока входной ток пропорционален выходному току. Благодаря физическому принципу и механической конструкции сигнал тока передается гальванически развязанным электронным блоком обработки данных.

Трансформатор тока в основном состоит из небольшого количества обмоток на первичной стороне и большего количества обмоток на вторичной стороне. Преобразуемый ток протекает через первичную сторону. Обмотки обычно наматывают на кольцевой ферритовый сердечник переменного магнитного поля.

Типичным типом трансформатора является кольцевой сердечник или трансформатор тока кольцевого типа. В качестве первичной обмотки часто используется токоведущая шина или токонесущий кабель, который проходит через тороидальный сердечник трансформатора. Таким образом, рельс или линия образуют первичную обмотку с одним витком. Вторичная обмотка расположена на кольцевом сердечнике. Трансформация определяется соотношением количества первичных и вторичных обмоток. Классическая конструкция кольцевого трансформатора тока показана на следующем рисунке.

Принципиальный трансформатор тока кольцевого типа

Другой классический тип трансформатора тока – спиральный. В этом типе трансформатора первичная обмотка представляет собой проводник с током, который наматывается вокруг кольцевого сердечника на первичной стороне. В этом случае номер первичной обмотки > 1, но меньше номера вторичной обмотки. Принцип показан на следующем рисунке

Принципиальная обмотка трансформатора тока

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Опасные напряжения при не подключенной вторичной стороне Вторичная обмотка должна быть подключена к устройству измерения тока или замкнута накоротко, в противном случае на вторичной стороне могут возникнуть высокие потери в сердечнике или опасные напряжения. Поэтому перед заменой измерительной электроники во вторичной цепи трансформатор тока должен быть закорочен на вторичных клеммах.

Характеристические значения и расчет

В принципе конструкция и, следовательно, расчет соответствуют обычному трансформатору. Основное соотношение между входным и выходным током определяется соотношением числа витков N первичной и вторичной сторон. Поэтому важной характеристической величиной в конструкции трансформатора тока является коэффициент трансформации.

I _Out = N ₁ /N ₂ * I _In

Технические условия трансформаторов тока принцип трансформатора, описанный выше, технология всетоковых чувствительных дифференциальных трансформаторов тока принципиально отличается.

Принцип технологии измерения тока феррозонда

Принцип измерения SCT5xxx основан на дифференциальном измерении тока двух противоположно возбужденных сердечников в преобразователе. Для этого оба сердечника вводятся в насыщение с помощью обмотки возбуждения (красная) с внутренним генерируемым сигналом 32 кГц, при этом первый сердечник возбуждается в положительном, а второй в отрицательном диапазоне оси y. См. рис.)

Характеристики Технология измерения тока феррозонда

Обмотка обнаружения теперь измеряет наведенный ток обмотки возбуждения (синий). Если измерительный ток I _prim равен 0, то также измеряется 0 А, поскольку компенсирующий ток для компенсации не генерируется.

Если измерительный ток I _prim не равен 0, через оба сердечника образуется компенсирующий ток, который опять-таки компенсирует несоразмерность плотности магнитного потока B в сердечнике 1 и сердечнике 2. За счет компенсации I _смысл снова равен 0.
Измеренный ток компенсации предоставляет информацию об измеряемом токе I _prim .

Вместе с фиксированной частотой возбуждения это приводит к повышению точности и стабильности.

Общее описание технологии измерения феррозондовых токов

SCT серии SCT5xxx используется для контроля дифференциальных токов в системах электроснабжения, не требующих быстрого отключения системы. SCT5xxx типа B/B+ может измерять дифференциальные токи постоянного и переменного тока на частотах до 100 кГц.

Это делает этот дифференциальный трансформатор тока совместимым с широким спектром промышленных применений, нагрузок и источников питания. Благодаря выбираемым пользователем настройкам эта серия обеспечивает гибкую платформу для измерения дифференциального тока, подходящую для любого возможного применения, как во время проектирования промышленных установок, так и при расширении новыми современными нагрузками, работающими при постоянном напряжении или высоких частотах переключения, которые увеличивают величину тока утечки в системе.

SCT5xxx имеет аналоговый выход 4–20 мА, который представляет среднеквадратичное значение (TRMS) измеренного тока нулевой последовательности в реальном времени, например, для подключения к ПЛК. Кроме того, беспотенциальный релейный выход (NO / NC) со свободно выбираемым пределом остаточного тока может использоваться для предупреждения или даже отключения системы, если измеренное значение тока нулевой последовательности TRMS превысило заданное значение.