Трансформаторы тока и напряжения

В технике больших токов и высоких напряжений измере­ния электрических величин производят только через изме­рительные трансформаторы —трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, так как непосредственные измерения с помощью шунтов и добавочных резисторов весьма затруднительны. Так, наибольший ток, который еще можно измерить путем непосредственного включения прибора, со­ставляет 600 А, а напряжение — 2000 В. К тому же шунты и добавочные сопротивления получаются громоздкими и доро­гими, а прикосновение к таким приборам в сетях высокого напряжения опасно для жизни.

К нагрузке

Рис. 7.8

Трансформатор тока состоит из сердечника и двух обмо­ток — первичной и вторичной (рис. 7.8).

Первичную обмотку, которая содержит небольшое коли­чество витков, включают последовательно с нагрузкой, в цепи которой необходимо измерить ток, а к вторичной обмотке, с большим числом витков, подключают амперметр. Так как сопротивление амперметра мало, то можно считать, что транс­форматор тока работает в режиме короткого замыкания, при котором суммарный магнитный поток равен разности пото­ков, созданных первичной и вторичной обмотками.

Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке с низ­ким сопротивлением, создает на ней весьма небольшое паде­ние напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значи­тельно больше, чем у первичной, то на ней получается значи­тельно большее напряжение при меньшем токе.

Трансформатор тока применяют не только для определе­ния силы тока, но и для включения токовых обмоток ват­тметров и некоторых других приборов. Выводы обмоток транс­форматора тока маркируют следующим образом: первичная обмотка — Л1 и Л₂ (линия), вторичная — И1 и И₂ (измери­тель). На рис. 7.8 также изображено схематическое обозна­чение трансформатора тока.

Рис. 7.9

Один и тот же трансформатор тока можно использовать для одновременного включения нескольких измерительных приборов (рис. 7.9), однако желательно, чтобы их было не больше двух. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа приборов их общее сопротивление возрастает, и режим работы трансформатора тока все более отходит от режима короткого замыкания (уменьшается ток вторичной обмотки).

Трансформатор тока не только расширяет пределы изме­рения приборов, но и гальванически отделяет вторичную цепь от первичной, изолируя тем самым прибор от высо­ких напряжений сети. Поэтому измерительные приборы монтируют обычным способом на распределительных щи­тах. При этом для безопасности один вывод вторичной об­мотки заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замк­нутым на землю. Трансформаторы тока изготавливают та­ким образом, чтобы номинальный ток вторичной обмотки составлял 5 А.

Вторичную обмотку работающего трансформатора тока нельзя размыкать и оставлять разомкнутой. Она всегда дол­жна быть замкнута на прибор или закорочена. Это следует делать потому, что при разомкнутой вторичной обмотке магнитный поток в сердечнике обусловлен лишь большим первичным током, а не разностью потоков первичного и вторичного токов. Этот большой магнитный поток создаст на вторичной обмотке высокое напряжение, опасное для жизни. Кроме того, большой магнитный поток может выз­вать перегрев сердечника.

Конструктивно трансформаторы тока выполняют по-раз­ному. Все они, как правило, имеют несколько коэффициен­тов трансформации. Наиболее удобный переносной транс­форматор тока — измерительные клещи (рис. 7.10).

Это трансформатор с разъемным сердечником, смонтиро­ванный в одном корпусе с амперметром. При нажатии на рукоятку сердечник размыкается и им обхватывается про­вод с измеряемым током. После отпускания рукоятки спе­циальная пружина плотно замыкает сердечник, и амперметр показывает силу тока в проводе. В данном случае провод с измеряемым током выступает в роли первичной обмотки. Измерительные клещи очень удобны, так как позволяют из­мерять ток в любом месте линии без разрыва провода, хотя точность таких измерений невысока.

Рис. 7.11

Трансформатор напряжения состоит из сердечника и двух обмоток — первичной и вторичной (рис. 7.11).

Первичная обмотка содержит значительно больше витков, чем вторичная. На первичную обмотку подается измеряемое напряжение U1, а к вторичной обмотке подсоединяется вольт­метр. Поскольку сопротивление вольтметра велико, то по вто­ричной обмотке течет небольшой ток, и можно считать, что трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода, т. е. изменения вторичного напряжения пропорциональны изменениям первичного при постоянном коэффициенте транс­формации. Фаза вторичного напряжения противоположна фазе первичного. Выводы трансформатора напряжения обознача­ют следующим образом: выводы первичной обмотки — А, X, выводы вторичной — а, x. Все трансформаторы напряжения

изготавливают таким образом, чтобы номинальное напряже­ние вторичной обмотки было равно 100 В.

В целях безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформато­ра напряжения обязательно заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потен­циалом оказался замкнутым на землю. Конструктивно транс­форматоры напряжения очень похожи на маломощные си­ловые трансформаторы.