Что такое измерительные трансформаторы. Какие бывают типы измерительных трансформаторов. Как устроены трансформаторы тока и напряжения. Для чего применяются измерительные трансформаторы в электроэнергетике. Каковы преимущества использования измерительных трансформаторов.
Назначение и виды измерительных трансформаторов
Измерительные трансформаторы — это специальные трансформаторы, предназначенные для преобразования больших токов и высоких напряжений в относительно малые стандартные значения, удобные для измерения приборами. Они позволяют подключать измерительные приборы и устройства релейной защиты, рассчитанные на небольшие токи и напряжения, к цепям высокого напряжения и больших токов.
Основные виды измерительных трансформаторов:
- Трансформаторы тока (ТТ) — для измерения больших токов
- Трансформаторы напряжения (ТН) — для измерения высоких напряжений
Устройство и принцип действия трансформатора тока
Трансформатор тока состоит из следующих основных элементов:
- Первичная обмотка — включается последовательно в цепь измеряемого тока
- Вторичная обмотка — к ней подключаются измерительные приборы
- Магнитопровод — сердечник из электротехнической стали
Принцип действия трансформатора тока основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике. Этот поток индуцирует ЭДС во вторичной обмотке, которая создает во вторичной цепи ток, пропорциональный первичному току.
Устройство и принцип работы трансформатора напряжения
Трансформатор напряжения имеет следующую конструкцию:
- Первичная обмотка — подключается к цепи высокого напряжения
- Вторичная обмотка — к ней подключаются измерительные приборы
- Магнитопровод — замкнутый сердечник из электротехнической стали
Принцип действия ТН аналогичен обычному силовому трансформатору. Переменное напряжение первичной обмотки создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит во вторичной обмотке ЭДС, пропорциональную первичному напряжению. Вторичное напряжение снимается с выводов вторичной обмотки.
Основные характеристики измерительных трансформаторов
Важнейшими характеристиками измерительных трансформаторов являются:
- Номинальный коэффициент трансформации — отношение номинальных значений первичного и вторичного тока или напряжения
- Класс точности — максимально допустимая погрешность трансформатора в нормальных условиях эксплуатации
- Номинальная нагрузка — полная мощность, которую трансформатор может отдавать во вторичную цепь при номинальном первичном токе или напряжении
Применение измерительных трансформаторов в электроэнергетике
Основные области применения измерительных трансформаторов:
- Измерение токов, напряжений, мощности и энергии в высоковольтных цепях
- Питание цепей релейной защиты и автоматики
- Коммерческий учет электроэнергии
- Питание цепей сигнализации, блокировок и управления
Измерительные трансформаторы позволяют безопасно и удобно производить измерения в высоковольтных сетях, изолируя измерительные приборы от цепей высокого напряжения.
Преимущества использования измерительных трансформаторов
Применение измерительных трансформаторов дает следующие преимущества:
- Возможность измерения больших токов и высоких напряжений стандартными приборами
- Обеспечение электробезопасности персонала
- Унификация и стандартизация измерительных приборов
- Снижение стоимости измерительных систем
- Возможность удаленного размещения приборов
Особенности эксплуатации измерительных трансформаторов
При эксплуатации измерительных трансформаторов необходимо соблюдать следующие правила:
- Не допускать размыкания вторичных цепей трансформаторов тока под нагрузкой
- Не превышать номинальную нагрузку трансформаторов
- Периодически проверять сопротивление изоляции обмоток
- Контролировать нагрев трансформаторов в процессе работы
- Соблюдать полярность подключения приборов к вторичным цепям
Правильная эксплуатация обеспечивает надежную и точную работу измерительных трансформаторов в течение длительного срока службы.
Основные сведения об измерительных трансформаторах тока
Назначение, классификация и основные параметры измерительных преобразователей и трансформаторов тока.
Под измерительным преобразователем тока будем понимать устройство, 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 эфекта- в виде трансформатора.
Трансформатором тока, являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при
нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и 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 заземляется. поэтому он 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 включения измерительных
приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов.
Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:
- 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 измерительный информации в устройства защиты и управления.
Соответсвенно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:
- Преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлимый для питания устройств релейной защиты;
- Изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.
Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшение тока для измерительных
приборов или реле не требуется.
Назначение измерительных преобразователей и трансформаторов тока. – Трансформаторы тока
Измерительный преобразователь тока (ИПТ) это 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, 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
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:
- преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;
- изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.
Трансформаторы тока для защиты
Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:
- преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;
- изолирование реле, к который 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.
Поделиться с друзьями:
Твитнуть
Поделиться
Поделиться
Отправить
Класснуть
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРЕИМУЩЕСТВА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Что такое измерительный трансформатор?
Измерительные трансформаторы — тип трансформатора, используемого в системе переменного тока для измерения электрических величин, таких как напряжение, ток, мощность, энергия, коэффициент мощности, частота.
Измерительные трансформаторы также оснащены защитными реле для защиты энергосистемы.
Измерительные трансформаторы имеют основную функцию снижения напряжения и тока системы переменного тока. Уровень тока и напряжения энергосистемы относительно высок. Очень сложно и дорого разработать измерительные приборы для измерения тока и напряжения такого высокого уровня. Как правило, измерительные приборы рассчитаны на 110 В и 5 А
Измерение таких очень больших электрических величин возможно с помощью измерительных трансформаторов, оснащенных этими измерительными приборами малого номинала. Таким образом, эти измерительные трансформаторы очень хорошо известны в современных энергосистемах.
Статья по теме:
Что такое электрический трансформатор?
Детали и функции трансформатора
Преимущества измерительных трансформаторов
- Измерительный прибор небольшого номинала можно использовать для измерения больших токов и напряжений в системе питания переменного тока, например, 5 А, 110–120 В.
- Измерительные приборы можно стандартизировать с помощью измерительных трансформаторов. Что приводит к снижению стоимости измерительных приборов. Если измерительные приборы повреждены, их можно легко заменить исправными стандартизированными измерительными приборами.
- Измерительные трансформаторы обеспечивают электрическую изоляцию между измерительными приборами и силовыми цепями высокого напряжения, что снижает требования к электрической изоляции для защитных цепей и измерительных приборов, а также обеспечивает безопасность операторов.
- Через один трансформатор можно подключить несколько измерительных приборов к системе питания.
- Благодаря низким уровням тока и напряжения в измерительных и защитных цепях обеспечивается низкое энергопотребление в измерительных и защитных цепях.
Существует 2 типа измерительных трансформаторов:
- Трансформатор тока (ТТ)
- Трансформатор напряжения (PT)
Трансформатор тока представляет собой тип трансформатора, используемого для снижения тока энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить амперметром с малым номиналом (например, амперметром на 5 А).
Начальная школа C.T. имеет очень мало оборотов. иногда также используется основная полоса. Первичка включена последовательно с силовой цепью. Поэтому иногда его еще называют трансформатором серии . Вторичный имеет большой нет. оборотов. Вторичка подключена напрямую к амперметру. Так как амперметр имеет очень маленькое сопротивление. Следовательно, вторичный трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания. Одна клемма вторичной обмотки заземлена, чтобы избежать большого напряжения на вторичной обмотке по отношению к земле. Что, в свою очередь, снижает вероятность пробоя изоляции, а также защищает оператора от высокого напряжения. Кроме того, перед отключением амперметра вторичная обмотка замыкается накоротко с помощью переключателя «S», как показано на рисунке выше, чтобы избежать нарастания высокого напряжения на вторичной обмотке.
Трансформатор напряжения — это тип трансформатора, который используется для снижения напряжения энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить вольтметром небольшого номинала, т.
е. вольтметром на 110–120 В. Типичная схема подключения трансформатора напряжения показана на следующем рисунке.
Первичная школа П.Т. имеет большой нет. оборотов. Первичный подключен через линию (обычно между землей и линией). Поэтому его иногда также называют 9-м.0005 параллельный трансформатор . Среднее П.Т. имеет несколько витков и напрямую связан с вольтметром. Так как вольтметр имеет большое сопротивление. Таким образом, вторичный P.T. работает почти в разомкнутом состоянии. Одна заземленная клемма вторичной обмотки P.T. заключается в поддержании вторичного напряжения относительно земли.
Несколько отличий между C.T. и П.Т. следующие:
Сл. № | Трансформатор тока (ТТ) | Трансформатор напряжения (PT) |
1 | соединены последовательно с силовой цепью. | подключен параллельно цепи питания. |
2 | Вторичная обмотка связана с амперметром. | Вторичная обмотка связана с вольтметром. |
3 | Вторичный работает почти в условиях короткого замыкания. | Вторичный работает почти в разомкнутом состоянии. |
4 | Первичный ток зависит от тока силовой цепи. | Первичный ток зависит от вторичной нагрузки. |
5 | Первичный ток и возбуждение изменяются в широких пределах при изменении тока силовой цепи | Изменения первичного тока и возбуждения ограничены небольшим диапазоном. |
6 | Одна клемма вторичной обмотки заземлена во избежание пробоя изоляции. | Одна клемма вторичной обмотки может быть заземлена в целях безопасности. |
7 | Вторичная цепь никогда не разомкнута. | Вторичная обмотка может использоваться в условиях разомкнутой цепи. |
Приборы Трансформаторы Использование и преимущества
Трансформаторы используются в системах переменного тока для измерения тока, напряжения, мощности и энергии. Они также используются в связи с измерением коэффициента мощности, частоты и для индикации синхронизма. Измерительные трансформаторы находят широкое применение в цепях защиты энергосистем для срабатывания реле максимального тока, пониженного напряжения, замыкания на землю и различных других типов реле. производится измерительными приборами.
Трансформаторы, используемые вместе с измерительными приборами для целей измерения, называются « Измерительные трансформаторы ». Трансформатор, используемый для измерения тока, называется «Трансформатор тока» или просто «ТТ».
Трансформаторы, используемые для измерения напряжения, называются «Трансформаторами напряжения» или «Трансформаторами напряжения» или просто «ТТ».
Обязательно прочтите:
- Типы трансформаторов – Трансформатор с кожухом и сердечником
Использование измерительных трансформаторов:
Расширение диапазона приборов, позволяющее измерять ток, напряжение, мощность и энергию с помощью приборов или счетчиков среднего размера, имеет очень большое значение в коммерческих измерениях. В энергосистемах измеряемые токи и напряжения очень велики, поэтому прямые измерения невозможны, поскольку эти токи и напряжения слишком велики для любого измерителя разумного размера и стоимости.
Решение заключается в уменьшении этих токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов , чтобы их можно было измерять с помощью приборов средних размеров. На рисунке ниже показано измерение тока с помощью CT .
Первичная обмотка подключена так, что через нее проходит измеряемый ток, а вторичная обмотка подключена к амперметру. « CT » понижает ток до уровня амперметра.
На рисунке ниже показано измерение напряжения с помощью P.T. Первичная обмотка подключается к измеряемому напряжению, а вторичная — к вольтметру. «P.T.» понижает напряжение до уровня вольтметра.
Может показаться, что расширение диапазона может быть удобно осуществлено за счет использования шунтов для токов и множителей для измерений напряжения, как это делается при измерениях постоянного тока. измерения. Но этот метод подходит только для малых значений тока и напряжения. Использование шунтов и умножителей имеет много недостатков.
Обязательно прочтите:
- Конструкция и принцип работы трансформатора
Недостатки шунтов в измерительных трансформаторах:
(i) Трудно добиться точности с помощью шунта на переменном токе.
поскольку разделение тока между измерителем и шунтом зависит от отношения реактивного сопротивления к сопротивлению двух путей. Для правильных измерений постоянные времени измерителя и шунта должны быть одинаковыми.
Следовательно, для каждого инструмента потребуется отдельный шунт. Кроме того, поскольку измерения выполняются в широком диапазоне частот, становится трудно получить хорошую точность с помощью шунтов.
(ii) Метод использования шунтов ограничивается мощностью не более нескольких сотен ампер, поскольку мощность, потребляемая шунтами при больших токах, будет значительно больше.
(iii) Проблема изоляции прибора и шунта весьма сложна, если измерения проводятся при высоких напряжениях в несколько сотен или тысяч вольт над землей.
(iv) Цепь измерения не изолирована электрически от цепи питания.
Необходимо прочитать:
- Потери в трансформаторах и КПД в трансформаторах
Недостатки умножителей в измерительных приборах Трансформаторы:
Умножители для измерения напряжения не представляют серьезных затруднений ниже 1000 В.
Но их использование выше этого предела становится нецелесообразным по следующим причинам:
(i) Мощность, потребляемая умножителями, становится большой, поскольку напряжение увеличивается. Рассеиваемая мощность около 7,5 Вт является верхним пределом для автономного прибора.
(ii) Необходимо следить за тем, чтобы токи утечки в высоковольтных умножителях не пренебрежимо малы. Однако изоляция умножителей, необходимая для предотвращения токов утечки, и уменьшение распределенной емкости для предотвращения шунтирующих емкостных токов становится очень затруднительной при напряжении выше нескольких тысяч вольт.
Для предотвращения вышеуказанных эффектов необходимы специальные типы конструкций. Следовательно, конструкция умножителей для использования при высоком напряжении очень дорога и сложна.
(iii) Цепь измерения не изолирована электрически от цепи питания.
Обязательно прочтите:
- Испытания трансформаторов | Импульсное испытание трансформатора
Преимущества измерительных трансформаторов:
Трансформаторы тока и напряжения широко используются для очень точных измерений, а также для рутинных измерений, поскольку они имеют много преимуществ, а именно:
(i) Когда приборы используются вместе с измерительными трансформаторами, их показания не зависят от их констант (R, L, C), как в случае с шунтами и умножителями.
Приборные трансформаторы 0005 дают практически одинаковые показания прибора независимо от констант прибора или, собственно, количества приборов, включенных в цепь.
(ii) Трансформаторы тока стандартизированы при токе вторичной обмотки 5 А, а трансформаторы напряжения — при напряжении вторичной обмотки от 100 до 120 В. Это очень умеренные рейтинги, и инструменты для измерений оцениваются примерно так же.
Таким образом, амперметр на 5 А можно использовать для измерения 1000 А с помощью трансформатора тока с коэффициентом трансформации 1000/5 А или вольтметр на 110 В можно использовать для измерения напряжения 66 кВ с помощью трансформатора на 66 000/110 В. трансформатор напряжения . «Поэтому для измерения больших токов и высоких напряжений можно использовать очень дешевые приборы среднего класса.
(iii) Со стандартизацией C.T. и П.Т. номиналов вторичной обмотки можно стандартизировать приборы вокруг этих номиналов и, следовательно, значительно снизить стоимость измерительных трансформаторов и приборов.
Кроме того, замена измерительных трансформаторов упрощается благодаря стандартизации номиналов.
(iV) Цепь измерения изолирована от цепи питания. Тот факт, что счетчики во вторичной цепи прибора трансформатора электрически изолированы от первичной обмотки, имеет очень большое значение в системах высокого напряжения. Большие генераторы переменного тока обычно работают при напряжении от 11 кВ до 20 кВ, в то время как напряжение передачи достигает 750 кВ.
Поэтому во всех электрических системах необходимо иметь меру токов и напряжений, как для целей учета, так и для срабатывания защитных реле и другого оборудования. Подвести высоковольтные линии непосредственно к распределительному щиту для подключения к приборам невозможно, так как даже при напряжении до нескольких тысяч вольт сложно изолировать оборудование, чтобы обеспечить безопасность обслуживающего персонала.
Ситуация полностью меняется с применением ИП , так как к распределительному щиту выводятся только выводы от вторичных обмоток КИ для подключения к приборам учета.
Напряжения между этими выводами и между выводами и землей очень низкие, поэтому операторы могут работать безопасно.
На самом деле измерительные трансформаторы настолько важны для изоляции и расширения диапазона, что трудно представить себе работу высоковольтной сети переменного тока. система без них.
Подводя итог вышеизложенному, можно сказать, что использование приборов трансформаторов для расширения диапазона имеет следующие преимущества :
1) Для измерения используются приборы средних размеров, т.е. 120 В для измерения напряжения.
2) Приборы и счетчики могут быть стандартизированы, что позволяет сократить общие затраты. Замена поврежденных инструментов проста.
3) Приборы с одним диапазоном могут использоваться для работы с большими диапазонами тока или напряжения при использовании с подходящими многодиапазонными измерительных трансформаторов или с несколькими однодиапазонными измерительными трансформаторами.
4) Цепь учета изолирована от силовых цепей высокого напряжения. Таким образом, изоляция не является проблемой, а безопасность оператора обеспечена.
5)Низкое энергопотребление в измерительной цепи.
6) Несколько приборов могут работать от одного измерительного трансформатора .
Коэффициенты измерительных трансформаторов:
Коэффициент трансформации:
Это отношение величины первичного датчика к величине вторичного датчика.
Номинальный коэффициент:
Это отношение номинального тока первичной обмотки (или напряжения) к номинальному току (или напряжению) вторичной обмотки.
Передаточное отношение:
Поправочный коэффициент передаточного отношения (RCF):
Поправочный коэффициент передаточного отношения трансформатора представляет собой коэффициент трансформации, деленный на номинальный коэффициент.
