Вимірювальні трансформатори струму. Виробництво.

трансформатори вимірювальні

► застосування, експлуатація вимірювальних трансформаторів струму

К вимірювальних трансформаторів струму пред'являються високі вимоги по точності. Часто трансформатор струму виконують з двома і більше групами вторинних обмоток: одна використовується для підключення пристроїв захисту, інша, більш точна - для підключення засобів обліку і вимірювання (наприклад, електричних лічильників).

Вторинні обмотки трансформатора струму обов'язково навантажуються. Якщо вторинні обмотки не навантажені, на них виникає висока напруга, достатню для пробою ізоляції трансформатора, що призводить до виходу трансформатора з ладу, а також створює загрозу життю обслуговуючого персоналу. Крім того, через зростаючих втрат в осерді магнитопровод трансформатора починає перегріватися, що так само може привести до пошкодження (або, як мінімум, до зносу) ізоляції та подальшого її пробою. З цих причин під час експлуатації трансформатора струму вторинну його обмотку можна тримати розімкнутої.

Нормальним режимом роботивимірювального трансформатора струму є режим короткого замикання його вторинному ланцюзі (наприклад, для трансформатора струму з номінальною потужністю вторинної навантаження S2н = 5 ВА і номінальним вторинним струмом I2н = 5А, максимальна зовнішня навантаження у вторинному ланцюзі не повинна перевищувати номінальну: Z2max < Z2н = S2н/I2н2 = 5/52 = 0,2 Ом). Максимальне навантаження вторинного ланцюга Z2max дорівнює сумі опорів проводів Z2пр (в режимі КЗ можна нехтувати опором проводів) і опору Z2ІП послідовних ланцюгів підключаються до трансформатора струму вимірювальних приладів: Z2max = Z2пр + Z2ІП. В цьому режимі по вторинному ланцюзі трансформатора струму проходить індукований струм I2, який своєю магніторушійної силою створює в магнитопроводе вторинний потік магнітної індукції Ф2, спрямований по закону електромагнітної індукції зустрічно потоку магнітної індукції Ф1, що генерується магніторушійної силою струму первинної ланцюга I1 (рис.6.1). В результаті в осерді в стаціонарному режимі встановлюється порівняно слабкий сумарний номінальний потік магнітної індукції Ф 0 = Ф1-Ф2 (він становить 2-3% від Ф1), який індукує у вторинній обмотці невелику ЕРС (не більше 1 В), що підтримує струм у вторинному ланцюзі в діапазоні (0-100)% від номінального струму I2н пропорційний значенню струму первинної ланцюга I1= (1-100)% I1н. Струм первинної ланцюга не залежить від навантаження вторинного ланцюга та може змінюватися від нуля до номінального, а в разі короткого замикання в первинному ланцюзі (Z1 = 0) перевершувати номінальний в десятки разів. В цьому випадку безпеку вторинних ланцюгів і їх навантажень забезпечується за рахунок входження сердечника трансформатора струму в насичення - при цьому допустиме перевантаження визначається коефіцієнтом безпеки трансформатора струму, рівним зазвичай 3..5.

Якщо вторинну ланцюг трансформатора струму розімкнути (аварійний режим), то зникнення вторинного струму I2 і створеного ним магнітного потоку Ф2 призведе до значного зростання магнітного потоку Ф0 = Ф1 від магніторушійної сили струму первинної ланцюга і, відповідно, збільшення ЕРС у вторинній обмотці (до декількох кіловольт ), що може викликати пробою ізоляції і небезпека ураження струмом для обслуговуючого персоналу. Крім того, при великому магнітному потоці, істотно відрізняється від номінального, різко збільшуються втрати в осерді, трансформатор починає вібрувати (гудіти) і нагріватися, що є, зокрема, однією з причин раннього старіння його магнітопроводу. Тому при експлуатації не можна допускати розриву вторинному ланцюзі трансформатора струму при наявності навантаження у абонента (Z1 <> 0), а при необхідності заміни лічильника, підключеного до трансформатора, вторинну обмотку трансформатора попередньо необхідно закоротити (сучасні трансформатори струму містять для цього у вторинній ланцюга спарені клеми).

З теорії роботи трансформатора струму слід, що його похибки (струмовий похибка, або похибка дійсного коефіцієнта трансформації, і кутова похибка - різниця фаз між струмами первинної і вторинної ланцюга) визначаються двома факторами: обмеженою магнітною проникністю? магнітопроводу і кінцевим, ненульовим значенням величини вторинної навантаження. Якби магнітна проникність? сердечника була б нескінченною (що означало б, що його магнітне опір дорівнює нулю), або вторинна навантаження нульовий (режим повного короткого замикання), то похибки були б нульові. На практиці не виконуються обидві умови.

Разом з тим похибки трансформатора струму тим менше, чим менше магнітне опір магнітопроводу, тобто більше магнітна проникність матеріалу, більше перетин сердечника і менше його довжина, а також чим менше його вторинне навантаження. Важливо враховувати те, що магнітна проникність? феромагнітного матеріалу, залежить від напруженості магнітного поля (в залежності від її величини можна говорити про слабкі, середніх і сильних полях), і графік цієї залежності має колоколообразний вид: з малим значенням? н в малих полях, максимальним значенням? max в середніх полях і знову ж мінімальним значенням в сильних полях. Оскільки трансформатори струму працюють в сталому режимі в малих полях, то для них істотно використання матеріалу не тільки з великою максимальною магнітною проникністю, але і високою початковою магнітною проникністю.

Ці якості сповна забезпечують нанокристалічні сплави. Саме високою початковою магнітною проникністю, лінійністю характеристик намагнічування і вузькою петлею гистерезиса пояснюється стійкість метрологічних характеристик вимірювального трансформатора струму з магнитопроводами з нанокристалічних сплавів до намагнічування постійним струмом: повне перемагнічування сердечника при подачі змінного струму відбувається у них вже при малій напруженості магнітного поля і значеннях первинного струму 1-2% I1н. Для сердечників з електротехнічної сталі цього домогтися важко навіть за рахунок збільшення перерізу магнітапровода. В цілому нанокристалічні сердечники характеризуються меншою матеріаломісткістю, габаритами і вагою в порівнянні з сердечниками з електротехнічної сталі для аналогічних за номенклатурою трансформаторів струму.

Вимірювальні трансформатори струму.