Измерительные трансформаторы тока и напряжения служат для уменьшения соответственно тока и напряжения до значений, на которые рассчитаны вторичные реле и измерительные приборы, а также отделения вторичных цепей от первичных (силовых) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. К вторичным обмоткам трансформаторов тока подключают амперметры, реле тока, а также токовые обмотки других приборов и аппаратов (ваттметров, электрических счетчиков, реле мощности). К вторичным обмоткам трансформаторов напряжения подключают вольтметры, реле напряжения, а также обмотки напряжения других приборов и аппаратов.
Трансформаторы тока имеют замкнутый магнитопровод, первичную 2 и вторичную 3 обмотки. Первичная обмотка включается в первичную цепь с первичным током, а к вторичной последовательно подключаются амперметр РА% токовая обмотка ваттметра PW и реле тока КА% по которым проходит ток Л. Важной характеристикой трансформатора тока является коэффициент трансформации К, равный отношению первичного тока 1\ к вторичному Л. Основные параметры трансформатора тока — номинальные первичный и вторичный токи, класс точности, нагрузка вторичной цепи, определяемая мощностью в вольтамперах или сопротивлением в омах, и предельная кратность тока.
Трансформаторы тока обычно имеют первичные обмотки на токи от 5 до 15 000 А и вторичные — на 5 А. Класс точности — обобщенная характеристика трансформатора тока, определяемая установленными пределами допустимых погрешностей при заданных условиях работы, — обозначается числом, показывающим допустимую токовую погрешность в процентах при номинальном первичном токе. Выпускаются трансформаторы тока 0,5; 1 и 3 классов точности. Номинальной мощностью трансформатора называют такую нагрузку, при которой погрешность не превышает предельно допустимого значения. Предельной кратностью трансформатора тока называют кратность первичного тока, при которой погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%.
Промышленностью выпускаются трансформаторы тока напряжением до 750 к В внутренней и наружной установки различного конструктивного исполнения:
опорные — для установки на опорной плоскости; встроенные — первичная обмотка которых служит вводом электротехнического устройства;
проходные — предназначенные для использования в качестве ввода;
шинные — у которых первичной обмоткой служат шины распределительного устройства;
втулочные — проходные шинные;
электроизмерительные клещи — переносные разъемные без первичной обмотки, магнитная цепь которых может размыкаться, а затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током.
Выводы первичных обмоток трансформаторов тока обозначают: JI\ (начало) и Jl2 (конец), а вторичных И\ (начало) и If2 (конец).
Применяются несколько схем соединения трансформаторов тока. При схеме полная звезда (рис. 25, а) трансформаторы тока устанавливают в трех фазах, соединяя одноименные выводы (начала или концы) между собой. К реле отходят четыре провода: три от свободных выводов трансформаторов тока и один от объединенных. При схеме треугольник (рис. 25, 6) вторичные обмотки трех трансформаторов тока соединяют последовательно, образуя замкнутый контур. Эту схему применяют, когда требуется получить больший ток во вторичной цепи или осуществить сдвиг вторичного тока по фазе на 30 или 330°. При схемах неполная звезда или на разность токов (рис. 25, в, г) используют по два трансформатора тока, что позволяет обойтись меньшим количеством реле. Такие схемы получили распространение в сетях с изолированной нейтралью. При схеме фильтр токов нулевой последовательности трансформаторы тока устанавливают на трех фазах, соединяя их вторичные обмотки параллельно. Ток во вторичной цепи будет проходить только при замыканиях электрической сети на землю.
В трансформаторах тока изолировать первичную обмотку от вторичной тем труднее, чем выше напряжение. Трансформаторы тока при этом становятся сложными в изготовлении, громоздкими и дорогими. В последние годы созданы не имеющие этих недостатков магнитные и оптико-электронные измерительные трансформаторы тока.
Магнитные трансформаторы тока в отличие от обычных не врезают в провода силовой цепи, а располагают под ними на безопасном расстоянии от частей электроустановки, находящихся под напряжением. Преимуществом их являются низкая стоимость, возможность размещения в любом месте присоединения без специальных конструкций для установки. Применяют эти трансформаторы в устройствах защиты линий и силовых трансформаторов напряжением 35 — 220 кВ, особенно на подстанциях без выключателей.
Магнитный трансформатор тока ТВМ (рис. 26) является остронаправленным преобразователем магнитного поля, создаваемого током контролируемого провода (фаза А линии электропередачи), и представляет собой стальной П-образный сердечник 3 с двумя соединенными встречно-последовательно одинаковыми обмотками 7 и 2 на его полюсах. Магнитный поток ФА, создаваемый током фазы А, проходит по полюсам сердечника 3 в противоположных направлениях, но ввиду встречного включения обмоток 1 и 2 суммарная ЭДС их равна удвоенному значению ЭДС, индуктированной в каждой из них. Магнитные' потоки других фаз, например в фазы, проходят по полюсам сердечника рассматриваемого трансформатора тока в одном направлении и суммарная ЭДС, создаваемая этим потоком, практически равна нулю. Таким образом, подводимая от рассматриваемого трансформатора тока к вводному устройству измерения или зашиты ЭДС пропорциональна току фазы А. То же относится и к магнитным трансформаторам тока, установленным под другими проводами линии электропередачи.
Оптико-электронный трансформатор тока представляет собой первичный преобразователь, расположенный вблизи провода с контролируемым током, и приемное устройство, размещенное на безопасном расстоянии от частей, находящихся под напряжением. Преобразователь и приемное устройство связаны между собой пучком света, который передается внутри полого изолятора по диэлектрическому световоду. Световой поток, идущий от преобразователя, зависит от измеряемого тока и его фазы. Приемное устройство представляет собой фоточувствительный прибор, преобразующий световой поток в электрические сигналы, которые поступают через усилитель к вводному устройству измерения или защиты. Оптико-электронные трансформаторы тока целесообразно применять в электроустановках напряжением 750 кВ и выше.
Трансформаторы напряжения имеют замкнутый магнитопровод, первичную 1 и вторичную 3 обмотки. К первичной обмотке подводится первичное напряжение U1 первичной (силовой) цепи, а к вторичной параллельно подключаются вольтметр PV, обмотка напряжения ваттметра PW и реле напряжения KV. Важной характеристикой трансформаторов напряжения является коэффициент трансформации Ку равный отношению напряжения U\ на зажимах первичной обмотки к напряжению U2 на зажимах вторичной при холостом ходе. Основные параметры трансформаторов напряжения: номинальные первичное и вторичное напряжения; погрешности напряжения и угловая; номинальная и предельная мощности.
Погрешность напряжения — погрешность, которую вносит трансформатор напряжения из-за того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному,—измеряется в процентах от действительного первичного напряжения. Угловая погрешность характеризуется углом между векторами первичного и вторичного напряжений, измеряется в минутах или сантирадианах и считается положительной, когда вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного. Номинальная мощность — это полная мощность, которую трансформатор напряжения отдает во вторичную цепь при номинальном вторичном напряжении с обеспечением соответствующих классов точности (обычно указана на паспортной табличке). Предельная мощность — это мощность, которую трансформатор напряжения длительно отдает при номинальном первичном напряжении по условиям допустимого нагрева его частей. Трансформаторы напряжения выпускаются для электроустановок напряжением до 750 кВ, на которые рассчитываются их первичные обмотки. Вторичные напряжения трехфазных трансформаторов и однофазных, соединяемых в треугольник, равны 100 В, однофазных, соединяемых в звезду,— 100В, а обмоток, соединяемых в разомкнутый треугольник,- 100/3 в.
Трансформаторы напряжения подразделяют на сухие (одно и трехфазные), масляные (одно- и трехфазные) и каскадные.
Трехфазные трансформаторы напряжения бывают трех- и пяти стержневые. Пяти стержневые трансформаторы напряжения (рис. 28, а) имеют первичную обмотку с выводами А, В, С и О, основную вторичную с выводами а, Ъ, с и 0 и дополнительную вторичную с выводами ад и хд. Каскадный трансформатор напряжения (рис. 28,6) состоит из отдельных элементов (на рис. 28, б — из элементов № 1 и № 2), соединенных последовательно. Каждый элемент представляет собой двух стержневой трансформатор с тремя обмотками: первичной /, связующей 4 и выравнивающей 2. Кроме того, первый элемент имеет основную и дополнительную обмотки 5 с выводами а, х и хд (для соединения в разомкнутый треугольник и присоединения цепей контроля изоляции электрической сети). Связующая обмотка служит для передачи мощности с обмотки, находящейся на магнитопроводе 3 одного элемента, на обмотку магнитопровода 3 другого элемента. Выравнивающая обмотка служит для выравнивания мощностей в первичной обмотке двух стержней одного магнитопровода в каждом элементе.
Выпускаются трехфазные трансформаторы напряжения с предназначенной для уменьшения угловой погрешности компенсационной обмоткой (рис. 28, в), катушки 2 которой включены последовательно (по схеме зигзаг) с катушками 1 первичной.
Контрольные вопросы
1.            Какие аппараты относятся к коммутационным?
2.            Как устроены и для чего служат неавтоматические выключатели в установках напряжением до 1000В?
3.            Каковы назначение и принцип действия автоматических выключателей?
4.            Каковы назначение и принцип действия контакторов?
5.            Начертите схему управления электродвигателем с помощью магнитного пускателя и объясните, как происходят процессы включения и отключения электродвигателя.
6.            Чем отличаются выключатели напряжением свыше 1000 В от выключателей напряжением до 1000 В?
7.            Каковы назначение и принцип действия плавких предохранителей?
8.            Для чего служат разъединители?
9.            Как устроен и работает выключатель с большим объемом масла?
10.          Каковы устройство и принципы действия короткозамыкателей и отделителей? Приведите пример их совместного использования.
11.          Каковы назначение и принципы действия измерительных трансформаторов тока и напряжения?