Бублики с пылу с жару или испытания шинных и проходных трансформаторов

Каждый день специалисты ООО «ИЦРМ» исследуют и проводят испытания различного рода средств измерений и электротехнической продукции. Для проведения испытаний аккредитованная испытательная лаборатория, в том числе и лаборатория ООО «ИЦРМ», должна быть оснащена необходимым эталонным и испытательным оборудованием. Стоимость эталонного оборудования должна быть оправданной, а его покупка целесообразной.

Ввиду наличия большого опыта в области испытаний средств измерений у специалистов ООО «ИЦРМ»: многие из наших инженеров занимаются испытаниями средств измерений более 10 лет, а также занимались научной деятельностью в ведущих научно-исследовательских институтах страны, мы хотели бы поделиться полезными советами, как сэкономить на покупке эталонного оборудования, основываясь на законах физики и электротехники, при этом не утратив качества проведенных работ.

Данная статья будет посвящена трансформаторам тока, в частности методам оценки токовых и угловых погрешностей.

Многие из тех, кто знаком с испытаниями, поверкой, исследованиями или разработкой трансформаторов тока, могли сталкиваться с утвержденными типами трансформаторов тока в Описаниях типа которых, в разделе «основные средства поверки», приведены эталонные измерительные трансформаторы тока, номинальное значение первичного тока которых в несколько раз ниже номинального значения первичного тока утвержденного типа трансформаторов.

Опытные метрологи понимают, о чем идет речь, но для новичков в данной области, приведенная нами информация может быть полезным открытием.

Исходя из вышеизложенного, мы бы хотели рассмотреть один из наиболее распространенных методов оценки токовых и угловых погрешностей шинных, втулочных, встроенных и разъемных трансформаторов тока со значениями номинального первичного тока свыше 2000 А.

В соответствии с терминологией ГОСТ 18685-73 «Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения»:

Шинный трансформатор тока – трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства.

Втулочный трансформатор тока – проходной шинный трансформатор.

Встроенный трансформатор тока – трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства.

Разъемный трансформатор тока – трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого можем размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током.

Внешний вид вышеперечисленных трансформаторов тока приведен на рисунках 1 – 4.

Внешний вид шинного трансформатора тока Внешний вид втулочного трансформатора тока
Рисунок 1
Внешний вид шинного трансформатора тока
Рисунок 2
Внешний вид втулочного трансформатора тока
Внешний вид разъемного трансформатора тока Внешний вид встроенного трансформатора тока
Рисунок 3
Внешний вид разъемного трансформатора тока
Рисунок 4
Внешний вид встроенного трансформатора тока

 

Приведем принципиальную схему одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схему замещения на рисунке 5 (слева-направо соответственно).

Внешний вид принципиальной схемы и схемы замещения

Рисунок 5 – Внешний вид принципиальной схемы и схемы замещения

Исходя из приведенных схем, основными элементами трансформатора тока, участвующими в преобразовании тока, являются первичная 1 и вторичная 2 обмотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включается последовательно (в разрыв токопровода высокого напряжения 4), т.е. обтекает током линии I1. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При работе трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Рассмотрим принцип действия трансформаторов тока.

По первичной обмотке 1 трансформатора тока протекает ток I1, именуемый первичным током. Первичный ток зависит только от параметров первичной цепи и является заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток Ф1, изменяющийся с частотой аналогичной частоте тока I1. Магнитный поток Ф1 охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф1 при своем изменении индуцирует в ней электродвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку, то в такой системе «вторичная обмотка – вторичная цепь» под действием индуцируемого ЭДС будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное направлению первичного тока I1. Ток, проходящий во вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф2, который направлен встречно магнитному потоку Ф1. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Ф2 в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф0 = Ф1 – Ф2, составляющий несколько процентов магнитного потока Ф1. Поток Ф0 и является тем передаточным звеном, посредством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф0, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-ЭДС Е1, а во вторичной обмотке – ЭДС Е2. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если пренебречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же ЭДС. Под воздействием ЭДС Е2 во вторичной обмотке протекает то I2, называемый вторичным током.

Ссылаясь на основополагающие стандарты на трансформаторы тока приведем следующие утверждения:

В соответствии с пунктом 9.5.1.4 ГОСТ 7746-2015 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» погрешности шинных, втулочных, встроенных и разъемных трансформаторов тока на номинальные токи свыше 2000 А при испытаниях допускается определять с первичной обмоткой, состоящей из нескольких витков.

Аналогичным образом, в соответствии с требованиями пункта 9.5.4 ГОСТ 8.217-2003 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Трансформаторы тока. Методика поверки» погрешности встроенных и шинных трансформаторов тока допускается определять с первичной обмоткой, которую создают пропусканием витков провода через центральное отверстие, при всех значениях номинальных ампер-витков. Число витков такой первичной обмотки определяют из условия равенства ее ампер-витков номинальному значению первичного тока.

Ампер-виток – это единица измерения магнитоэлектродвижущей силы. Определяется произведением числа витков обмотки, по которой протекает электрический ток, на значение силы тока в амперах.

Исходя из утверждений, приведенных выше, можно вывести математическую зависимость номинального значения первичного тока от количества витков первичной обмотки. Данная зависимость выражается формулой:

Iном = n · I (1)

где Iном – номинальное значение силы переменного тока в измерительной цепи трансформатора, А;

I – значение силы переменного тока в токоведущей цепи первичной обмотки, А;

n – количество витков первичной обмотки.

Пример: Исходя из приведенной выше теории, имея исследуемый трансформатор тока с номинальным первичным током Iном = 3000 А произвести оценку его токовых и угловых погрешностей допускается следующим образом: с применением источника тока со значением воспроизводимой силы тока 1000 А и эталонным трансформатором тока со значением номинального первичного тока 1000 А. Следовательно для оценки токовых и угловых погрешностей исследуемого трансформатора тока необходимо пропустить один виток токопровода со значением тока 1000 А через центральное отверстие эталонного трансформатора тока и три витка через центральное отверстие исследуемого трансформатора, создавая таким образом ток в первичной цепи исследуемого трансформатора равный 3000 А.

Мы надеемся, что данная информация будет полезна для Вас, и Вы сможете использовать ее при проведении исследований, испытаний, поверки, а также разработке трансформаторов тока.