Некоммерческое акционерное общество 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

  

Кафедра “Электрические станции, сети и системы ”

  

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу

«Электрические станции и подстанции»

для студентов всех форм обучения специальности 

050718 -   Электроэнергетика

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: С.Е.Соколов, Ж.К.Оржанова, А.А.Дусимов. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Методические указания к выполнению лабораторных  работ по курсу «Электрические станции и подстанции»  для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика.- Алматы:АИЭС, 2008.-27 с.   

Методические указания содержат описание лабораторных  работ по курсу «Электрические станции и подстанции», требования, предъявляемые к подготовке и оформлению лабораторной работы. Дан перечень рекомендуемой литературы.

Методические указания  предназначены для студентов, обучающихся по специальностям направления 050718 – Электроэнергетика.

Введение 

Настоящие методические указания представляют собой руководство к лабораторным работам, выполняемыми студентами, обучающимися по специальности  050718 – Электроэнергетика, при изучении курса «Электрические станции и подстанции».

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, сдавшие зачет и сделавшие отметку в специальном журнале инструктажа.

В процессе выполнения лабораторных  работ студент должен руководствоваться настоящими методическими указаниями и непосредственными указаниями преподавателя.

Отчет должен содержать:

- название работы;

- цель работы;

- основные сведения о трансформаторах тока;

- схемы установки с обозначением основного оборудования;

- таблицы экспериментальных и расчетных данных;

- графики полученных зависимостей и расчетные формулы.

Для защиты работы студенты должны подготовиться в соответствии с контрольными вопросами и рекомендуемой литературой.  

 

1 Общие теоретические сведения об измерительных трансформаторах

        

Измерительные трансформаторы тока (ИТТ) и напряжения (ИТН)  применяются в цепях переменного тока электроустановок при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики в первичные цепи технически невозможно, нерационально или недопустимо по условиям безопасности. Измерительные трансформаторы состоят из магнитопровода, собранного из листовой или ленточной стали, и двух обмоток на нем, первичной и вторичной, с соответствующей изоляцией и несущими или опорными  конструкциями в зависимости от вида установки.

         Измерительные трансформаторы напряжения своей первичной обмоткой включаются параллельно в цепь высокого напряжения. Во вторичную цепь приборы включаются тоже параллельно (см. рисунок 1). Вводы в аппарат и изоляция первичной обмотки выбираются по напряжению первичной цепи. Номинальное напряжение вторичной обмотки обычно 100 В, иногда 100/  В, реже 100/3 или 100 В.

         Сечения проводов первичной и вторичной цепей трансформаторов напряжения невелики, они зависят от мощности трансформатора, но чаще всего выбираются наименьшими допустимыми по механической прочности.

 

Рисунок 1 - Схемы включения измерительных трансформаторов тока (ИТТ) и напряжения (ИТН)

 

Измерительные трансформаторы устанавливаются в распределительных устройствах. Они связываются контрольными  кабелями с приборами вторичных устройств, которые размещаются на панелях щитов, пультов и на стенах в помещениях центрального и местных постов управления, машинного зала.

 Измерительные трансформаторы напряжения и тока должны быть малогабаритными, легкими и совершенными аппаратами, надежно работающими в электроустановках. В применяемых конструкциях должны снижаться до минимума все виды погрешностей для получения высокой точности.

          Для снижения напряжения во вторичных цепях при пробое изоляции до небольших значений вторичные цепи измерительных трансформаторов обязательно заземляются, это предохраняет устройства вторичных цепей от пробоя и обеспечивает безопасность эксплуатации.

         Шкалы приборов, подключаемых к измерительным трансформаторам, градуируются в единицах  первичных величин: первичного напряжения у трансформаторов напряжения и первичного тока у трансформаторов тока. При изменении первичного тока относительно номинального пропорционально ему изменяется вторичный ток относительно 5 А.

 

2 Лабораторная работа №1. Измерительные трансформаторы тока

 

Цель работы: изучение основных сведений о трансформаторах тока, векторной диаграммы измерительного трансформатора тока, конструкций  различных типов трансформаторов тока (ТТ) и проведение испытаний, предусматриваемых правилами технической эксплуатации.

 

2.1 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов тока

 

         Номинальный коэффициент трансформации ИТТ определяется отношением первичного I1н  и вторичного I2н номинальных токов

                                                                                                           (2.1)

 

Для идеального трансформатора с током намагничивания Iµ=0 отношение токов в обмотках обратно пропорционально отношению числа витков обмоток

                                                    ,  при этом                            (2.2)

 

         У реального трансформатора тока из-за несовершенства конструкции и потерь в магнитопроводе и обмотках возникают погрешности, которые снижают точность измерений.

          Различают погрешность тока

                                                                                                      (2.3) 

                                                            

или (в процентах)

                                                                                                  (2.4)                            

                                                                                                                       

                                                                                                                 

 и угловую погрешность, определяемую углом δ между векторами первичного I1  и вторичного I2 токов.

Подставляя в выражение погрешности тока вместо  отношение  получаем

                                            

                                                                                              (2.5)

 

 

         Для анализа режимов работы и оценки погрешностей строятся векторные диаграммы ИТТ (см. рисунок 2).

Погрешность тока  ∆I по диаграмме определяется разностью намагничивающих сил F2 F1, которую при малом угле δ можно принять равной отрезку аб. Тогда

 

                                                                                                  (2.6) 

и, так как угол  α  мал, токовая погрешность (в процентах) определяется формулой

                                                                                               (2.7)

        

 

                         

Рисунок 2 -  Векторная диаграмма измерительного трансформатора тока

 

          

          При малом δ угловая погрешность           

                                                                                             (2.8)

 

         В настоящее время для уточненных расчетов берется не токовая погрешность ∆I, а полная погрешность ε, определяемая вектором F0. Она характеризует как погрешность по току, так и угловую погрешность.

         На погрешности влияет в основном, ток намагничивания стали сердечника. Чем выше качество стали, т. е. больше начальная магнитная проницаемость, тем меньше и стабильнее ток  намагничивания.

         Для снижения погрешностей и повышения точности измерений применяются: холоднокатаная сталь, пермаллой (сплав стали с никелем), специальные схемы соединений обмоток, искусственное подмагничивание сердечника и другие средства.

В зависимости от назначения по допустимым погрешностям выбирают наиболее более дешевый аппарат, подходящий по точности измерений. Группировка трансформаторов тока по классам точности сердечников согласно ГОСТ 7746-78 и области их применения приведены в таблице 1. Обозначения класса точности соответствует наибольшей погрешности (в процентах) при токе в первичной обмотке, равном 100-120 % номинального. 

        

Т а б л и ц а 1 – Класс точности и области применения ИТТ

Класс

точности сердечника

Первичный ток,

% Iн

Пределы допускаемой погрешности

Область применения

в токе,

% (±)

угловой (±)

…….

срад

0,2

5

20

100-120

0,75

0,35

0,20

30

15

10

0,9

0,45

0,3

Точные измерения энергии и мощности (точные контрольные лабораторные  приборы)

0,5

5

20

100-120

1,5

0,75

0,5

90

45

30

2,7

1,35

0,9

Точные измерения энергии и мощности; счетчики 1-го класса

1

5

20

100-120

3,0

1,5

1,0

180

90

60

5,4

2,7

1,8

Измерения тока, энергии и мощности; реле, счетчики 1-го класса - расчетные

3

 

 

5

10

 

 

 

50-120

3,0

 

 

5,0

10,0

 

 

Не нормируется

Подключение амперметров, реле, фазометров

 

То же

Подключение катушек приводов

        

ИТТ класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований, ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций. Трансформаторы тока классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах.

Трансформаторы тока классов 3-10 используются для схем релейных защит, автоматики, где допустима погрешность 3% и выше. В некоторых схемах релейных зашит и автоматики находят применение и специальные конструкции ИТТ, например с сердечниками Д для дифференциальной защиты и любых других защит или с сердечниками Р для релейной защиты.

         Класс точности ИТТ существенно зависит от нагрузки вторичной цепи. Нагрузка ИТТ определяются либо мощностью S2 и cos φ2 при номинальном токе I2, либо полным сопротивлением вторичной цепи 

         Приняв ток  за расчетный, получим соотношения 

 

         Номинальной нагрузкой ИТТ является наибольшая мощность S2, при которой он работает в высшем классе точности. Подключение дополнительных приборов, т. е. увеличение  нагрузки вторичной цепи, проводит к увеличению погрешностей и снижению точности измерений.

         На точность работы ИТТ влияет также первичный ток. Номинальный класс точности (см. таблицу 1) соблюдается только в установленных ГОСТ пределах первичного тока, равных 100- 120%   I1н.

На рисунке 3 представлены схемы соединений ИТТ.

 

Рисунок 3 – Схемы соединений ИТТ: а – схема полной звезды; б – схема неполной звезды; в – двухфазная схема с включением реле на разность токов двух фаз; г – схема двусторонней звезды с включением реле на трехтрансформаторный фильтр токов нулевой последовательности

 

 

2.2 Программа работы

 

2.2.1 Изучение конструкций представленных в работе ТТ (технические данные записывают в отчет).

2.2.2 Проверка полярности зажимов (выводов) представленных ТТ типа ТП-10, ТПФМ-10.

2.2.3 Проверка состояния изоляции ТТ типа ТПФМ-10 и ТП-10.

2.2.4 Определение коэффициента трансформации и погрешностей ТТ.

2.2.5 Снятие вольтамперных характеристик ТТ ТПФМ-10 и оценка исправности вторичных обмоток.

2.2.6 Снятие нагрузочных характеристик.

 

2.3 Подготовка к работе

 

2.3.1 Ознакомиться с описанием настоящей работы и необходимой литературой.

2.3.2 Подготовить все необходимые рисунки и таблицы.

2.3.3 Ответить устно на контрольные вопросы.

 

2.4 Порядок выполнения работы

 

2.4.1 Изучение параметров и конструкций ТТ

В лаборатории изучаются следующие трансформаторы тока: TПЛ-10, TНШЛ-10, ТКФ-10, ТЗР, УТТ-6, И-64, УТТ-5.

В данном пункте работы необходимо записать паспортные дан­ные, изучить конструкцию перечисленных выше ТТ, обратить внима­ние на количество и тип обмоток, выводы и маркировку выводов с первичной стороны, устройство первичной обмотки.

Паспортные данные изучаемых в лаборатории трансформаторов тока внести в таблицу 2.

 

Т а б л и ц а 2 -  Паспортные данные ТТ

№№

п/п

Тип

Номинальное

напряжение (кВ)

Номинальное

первичное

напряжение (кВ)

Номинальные мощности при классах точности

1

2

3

4

5

6

7

8

0,5

1

3

10

1

ТПЛ-10

 

 

 

2

ТЗ

 

 

 

3

ТПФМ-10

 

 

 

4

ТНШЛ-0,5

 

 

 

5

ТКФ-3

 

 

 

6

ТЗР

 

 

 

7

УТТ-6

 

 

 

8

И-54

 

 

 

9

УТТ-5

 

 

 

 

2.4.2 Проверка полярности выводов ТТ

Для правильного подключения ТТ обмоток ваттметров, счетчи­ков электрической энергии и т.п. необходимо знать полярность за­жимов обмоток. Все ТТ должны иметь четкие обозначения выводов об­моток.

На ТТ отечественных заводов выводы первичной обмотки обоз­начаются: Л1 (начало обмотки) и Л2 (конец обмотки), однополярные с ними выводы вторичной обмотки соответственно обозначаются бук­вами И1 и И2.

Для проверки полярности выводов пользуются источником по­стоянного тока и гальванометром (или любым магнитоэлектрическим прибором с малым внутренним сопротивлением и обозначением поляр­ности проводов).

В данном пункте работы студент должен определить правиль­ность обозначения выводов ТТ типа ТПФМ-10, для чего необходимо собрать схему представленной на рисунке 4.  

При кратковременном замыкании цепи первичной обмотки кнопкой "К" во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, направление которой зависит от того, к каким выводам подключен прибор. Если стрелка прибора отклоняется вправо от среднего положения, то это значит, что полярность обозначения обмоток соответствует изображенной на схеме.

Если отклонение будет влево, то следует изменить полярность выводов на одной из обмоток. Следует помнить, что при размыкании кнопки “К” отклонение стрелки будет противоположным.

  

ТТ - испытуемый трансформатор тока типа ТПФМ-10;

К - кнопка с самовозвратом;

Б - источник постоянного тока;

Г - гальванометр с нулем посредине шкалы

Рисунок 4 – Определение полярности выводов ТТ

 

2.4.3 Проверка сопротивления изоляции ТТ

В методических указаниях по проверке измерительных ТТ при­водятся технические данные мегоометров, схемы замещения изоля­ции, которые дают возможность объяснить характер прохождения тока через изоляцию под воздействием приложенного постоянного напряжения в зависимости от времени приложения напряжения и сос­тояния изоляции.

В данном пункте работы студент должен:

1) Собрать схему по рисунку 5 и определить отсутствие об­рыва витков вторичной обмотки трансформатора тока ТПФМ-10 - 0,5 и ТПЛ-10.

Проверка отсутствия обрыва витков вторичной обмотки ТТ производится мегоометром на 1000 В.

Если в обмотке обрыв витков, то стрелка мегоометра останет­ся на нулевой шкале.

Рисунок 5 – Проверка сопротивления изоляции ТТ

 

2) Измерить сопротивление изоляции первичной и вторичной обмоток относительно корпуса и сопротивление изоляции между пер­вичной и вторичной обмотками ТТ типа ТПФМ–10-0,5-5 и ТПЛ-10-10. Проверка также производится мегоометром на 1000B.

Величина сопротивления изоляции вторичной обмотки относи­тельно корпуса, измеренная мегоометром на напряжении 1000 В не должна быть ниже 1 МОм, а для первичной - не ниже 20 -25 МОм.

 

2.4.4 Определение коэффициента трансформации ТТ

Определение коэффициента трансформации ТТ производится с помощью эталонного измерительного ТТ типа И-54, для чего необ­ходимо собрать схему по рисунку 6.

Проверка коэффициента трансформации ТТ производится для различных значений первичного тока (5-6 значений).

Показания снять через 1 А, до предельного значения шкалы амперметров 5А. Данные измерения внести в таблицу 3.

 

P – рубильник; ЛАТР - лабораторный автотрансформатор типа РПО-250;

Т1 - испытуемый ТТ типа ТПФМ-10 или TПЛ-10;

Т2 - эталонный ТТ типа И-54; А1 и А0 - амперметры 05 А.

Рисунок 6

 

Т а б л и ц а 3 - Коэффициент трансформации ТТ

 (А)

 

 

 

 

 

 (А)

 

 

 

 

 

 

 

При известном коэффициенте трансформации образцового ТТ , коэффициент трансформации испытуемого ТТ  определяется по фор­муле

                                                                      

Где I0, I1 показатели амперметров, включенных в цепь вторичной обмотки образцового и испытуемого ТТ соответственно.

Изменяя ток первичной обмотки ТТ от 0 до I1ном и при различ­ных нагрузках в цепи вторичной обмотки испытуемого ТТ (от 0 до 7 Ом), снять показания амперметров и построить графики зави­симости токовых погрешностей испытуемого ТТ от нагрузки во вто­ричной цепи, и от тока в первичной цепи для различных сопротив­лений . Погрешность по току определя­ется по формуле

 

                                     

2.4.5 Снятие характеристики намагничивания ТТ

Ток намагничивания увеличивается с увеличением э.д.с., ве­личина которой, в свою очередь, зависит от нагрузки обмотки.

Зависимость E2 от I0 определяется характеристикой намагничивания (см. рисунок 7), из которой видно, что в прямолиней­ной ее части небольшому увеличению э.д.с. на величину E2 соот­ветствует также небольшое увеличение тока намагничивания I0.

Рисунок 7 – Характеристика намагничивания ТТ

 

В области же насыщения стали сердечника ТТ такому же уве­личению э.д.с. соответствует изменение тока намагничивания на большую величину. Наличие характеристики намагничивания или вольтамперной характеристики является основой при оценке исправ­ности трансформатора и дает возможность определить нагрузку на ТТ, установить наличие межвитковых замыканий.

В данном пункте студент должен:

1) Снять характеристику намагничивания ТТ типа ТПФМ-10 , не имеющего межвитковых замыканий (согласно схеме рисунка 8). 

 

Рисунок 8 - Схема для снятия характеристики намагничивания ТТ

 

Установить движок трансформатора в нулевом положении, вклю­чить рубильник. Увеличивая напряжение, подводимое автотрансформатором ко вторичной обмотке, произвести замер тока и напряжения. Данные измерения занести в таблицу 4.

На основании данных таблицы построить зависимость

                                                               

Т а б л и ц а 4 - Характеристика намагничивания ТТ

 (А)

 

 

 

 

 

 (А)

 

 

 

 

 

 

2) Произвести межвитковое замыкание вторичной обмотки испытываемого ТТ, переключив тумблер в положение "витковое к.з. вкл." и снять вольтамперную характеристику. Вольтамперную характеристику снять в той же последовательности, что и в предыдущем пункте. Данные измерений внести в таблицу 5 и  построить кри­вую.

Обе зависимости построить на одном графике и сравнить их.

 

Т а б л и ц а 5 - Зависимость U2 = f(Ic)

 (А)

 

 

 

 

 

 (А)

 

 

 

 

 

 

 

2.4.6 Определение нагрузки вторичной обмотки трансформатора и снятие нагрузочной характеристики

Определение нагрузки на ТТ является составной частью рас­четной проверки ТТ. Сопротивление нагрузки складывается из сле­дующих элементов: сопротивления проводов и кабелей, связываю­щих реле и приборы с ТТ; сопротивления реле и приборов, вклю­ченных в цепь ТТ; переходного сопротивления в контактных сое­динениях.

В данном пункте работы студент должен снять нагрузочную ха­рактеристику ТТ и произвести замер напряжения на разомкнутой вторичной обмотке ТТ и напряжения на вторичной обмотке при раз­личных нагрузках (согласно схеме на рисунке 9).

Порядок проведения данного пункта работы

1) Собрать схему (см. рисунок 9).

2) Установить движок автотрансформатора в нулевое по­ложение, предварительно подключив сопротивление нагрузки R = 0,5 Ом (15 ВА), включить рубильник Р. Снять нагрузочную характеристику I2 = f (I1), изменяя величину первичного тока I1 до 20 А через 4-5 А. Произвести замер напряжения на вторичной обмотке при то­ке 5 А. Затем, не изменяя величины подводимого напряжения, разорвать цепь вторичной обмотки.

Разорвать цепь вторичной обмотки ТТ следует на короткое время, тaк как разомкнутая вторичная обмотка характеризует ава­рийный режим его работы. Дать объяснение увеличению этого на­пряжения.

Характеристику I2 = f (I1) снять также для сопротивления нагрузки R = 3 Ом (75 Ом) и R = 10 Ом (300 Ом).

 

R - сопротивление нагрузки 0,510 Ом;

Р – рубильник;

ЛАТР - - лабораторный автотрансформатор типа PHO-250;

Т - испытуемый трансформатор типа ТПФМ;

А1 и А2 - амперметры тока 0-5 А;

V - вольтметр 0-60 В

Рисунок 9 – Схема для снятия нагрузочной характеристики ТТ

 

Вторичное напряжение при  вторичное напряжение при разомкнутой вторичной обмотке

На основании данных таблицы построить зависимость   при различных нагрузках во вторичной обмотке ТТ.

Данные измерений внести в таблицу 6.

 

Т а б л и ц а 6 - Нагрузочная характеристика ТТ

1

2

3

4

5

 (А)

 

 

 

 

, А (R = 0,5 Ом)

 

 

 

 

, А (R = 3 Ом)

 

 

 

 

, А (R = 10 Ом)

 

 

 

 

2.5 Содержание отчета

2.5.1 Цель работы.

2.5.2 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов тока.

2.5.3 Технические данные ТТ.

2.5.4 Схемы испытаний, результаты и необходимые графики.

2.5.5 Анализ полученных данных.

 

2.6 Контрольные вопросы

2.6.1 Назначение и схемы включения ТТ.

2.6.2 Векторная диаграмма схемы замещения ТТ.

2.6.3 Конструкции ТТ.

2.6.4 Режимы работы ТТ.

2.6.5 Почему не допускается работа ТТ при разомкнутой вторичной обмотке?

2.6.6 Погрешности ТТ. Чем они обусловлены?

2.6.7 Способы уменьшения погрешностей.

 

3 Лабораторная работа №2. Измерительные трансформаторы напряжения

 

Цель работы: изучение конструкций различных трансформаторов напряжения, схем их включения и проведение некоторых испытаний, предусматриваемых правилами технической эксплуатации (ПТЭ).

 

3.1 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов напряжения

 

В электроэнергетических установках ИТН применяются для включения в их вторичную цепь параллельных обмоток приборов контрольно–измерительных систем, устройств синхронизации, релейной защиты, автоматики, для контроля изоляции и других целей.

Подключаемые приборы различаются назначением, потребляемой мощностью, коэффициентом мощности, местом установки, требованиями к надежности и точности измерений.

Поэтому для разных участков главной схемы электрических соединении – генераторов, трансформаторов, сборных шин и. т. п.- в зависимости от условий и назначения выбираются включаемые по разным схемам один или несколько однофазных  или трехфазных  ИТН. На небольших подстанциях ИТН иногда служат для питания осветительной сети.

В принципе ИТН – это небольшой силовой трансформатор, работающий в режиме, близком к режиму холостого хода. Для идеального ИТН (без потерь и погрешностей) коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков

                                                                                           (3.1)

 

поэтому

                                           

                                                                                                           (3.2)

                                        

 

         Номинальное вторичное напряжение обычно равно 100В или 100/ В. Шкалы подключаемых приборов градуируются по первичному напряжению.

         У реальных ИТН возникают погрешности изменения из-за потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи и из-за нагрева обмоток, эти погрешности снижают точность измерений.

         Погрешность напряжения (в процентах) определяется выражением                                              

                                                                                        (3.3)

        


При построении диаграммы приняты следующие условности : векторы  и  изображены повернутыми на 1800, величины со штрихом, а именно: , , ,  приведены к первичной обмотке

Рисунок 10 -  Векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (ИТН)

 

Угловая погрешность определяется углом δ между векторами первичного и повернутого на 1800 вторичного напряжения.

         Векторная диаграмма ИТН представлена на рисунке 10.

Для снижения погрешностей применяются сердечники с возможно меньшим магнитным сопротивлением, уменьшается индукция в магнитопроводах, магнитное рассеяние, плотность тока в обмотках.

          Группировка ИТН по классу точности согласно ГОСТ 1983-77 приведена в таблице  7.

ИТН класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований при наладочных работах, приемных испытаниях оборудования, для подключения вычислительных машин, приборов автоматического регулирования частоты, градуировки эксплуатационных приборов и т.п., ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций.

 

Т а б л и ц а 7

Класс

точности

Наибольшая погрешность

напряжения, %

Угловая

……

град

0,2

±0,2

±10

±0,3

0,5

±0,5

±20

±0,6

1

±1

±40

±1,2

3

±3

Не нормируется

     

        ИТН классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах. Они служат для подключения щитовых приборов, расчетных и контрольных счетчиков и прочих измерительных устройств, у которых погрешность в напряжении не должна превышать 0,5 или 1%. Для подключения расчетных счетчиков обязательно применение ИТН класса 0,5.

ИТН класса 3 и грубее используются в релейных защитах, устройствах автоматики, для питания сигнальных ламп и т.п., где допустима погрешность измерения больше 3%.

        Класс точности существенно зависит от вторичной нагрузки ИТН, при увеличении которой он снижается. Нагрузка (мощность) однофазного ИТН (в вольт – амперах) определяется выражением 

                                                                                                                  (3.4)

или

                                                                                        (3.5)

                                                                                                                   

где U – номинальное напряжение вторичной обмотки, В;

       I- ток вторичной обмотки, А;

      ∑ Р = S cos φ – суммарная активная мощность;

      ∑ Q = S sin φ-суммарная реактивная мощность;

       z = - полное сопротивление вторичной цепи, Ом;

       r = z cos φ – активное сопротивление вторичной цепи;  

                 х = z sin φ – реактивное сопротивление вторичной цепи.

С увеличением числа включенных приборов сопротивление вторичной цепи уменьшается, а нагрузка ИТН увеличивается.

 

3.2  Программа работы

3.2.1 Записать технические данные, ознакомиться и изучить конструкции представленных в работе измерительных трансформато­ров напряжения.

3.2.2 Проверить полярность выводов трансформаторов напряже­ния.

3.2.3 Определить погрешности и коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

3.2.4 Произвести проверку работы схемы для контроля изоляции.

 

3.3 Подготовка к работе

3.3.1 Ознакомиться с описанием настоящей работы и литерату­рой, указанной в конце сборника.

3.3.2 Подготовить все необходимые рисунки.

3.3.3 Подготовить таблицы, необходимые для записи результа­тов соответствующих измерений.

3.3.4 Ответить устно на контрольные вопросы по заданной лабораторной работе.

 

3.4  Порядок выполнения работы

3.4.1 Изучение конструкции ТН

В данном пункте работы необходимо:

1) Записать паспортные данные следующих ТН: НОМ-6, НОМ-10, HTМK-6, НТМИ-6, И-50.

2) Ознакомиться и изучить конструкции перечисленных выше ТН. Обратите внимание на тип магнитопровода, количество и размещение обмоток трансформатора, изоляцию обмоток, выводы и маркировку выводов с низкой и высокой стороны, схемы соединения обмоток (для 3-х фазных ТН), бак с маслом и его заземление.

 

3.4.2 Проверка полярности выводов ТН

Для правильного подключения к вторичной обмотке ТН обмоток ваттметров, счетчиков электроэнергии и т.п. необходимо знать по­лярность зажимов обмоток ТН.

Все ТН должны иметь четкие обозначения выводов. На отечест­венных ТН однополярные выводы обозначаются одинаковыми буквами, прописными со стороны высокого напряжения и строчными со стороны низкого напряжения.

На однофазных ТН выводы обмотки со стороны высокого напря­жения обозначаются:

А - начало обмотки, X - конец обмотки.

Однополярные с ними выводы низкого напряжения соответствен­но "а" и "х".

У трехфазных пятистержневых ТН со схемой соединения обмоток "звезда-звезда" - "разомкнутый треугольник" () выводы со стороны высокого напряжения обозначаются: А, В, С, О и со сторо­ны низкого напряжения соответственно а, в, с, о  а выводы обмоток соединенной в разомкнутый треугольник обозначаются "ад" и "хд".

Для определения полярности выводов или проверки правильнос­ти их обозначения наиболее удобным является способ гальванометра, при котором необходимо иметь источник постоянного тока (), однополюсный выключатель и гальванометр или любой измерительный прибор магнитоэлектрической системы с обозначением полярности вы­водов.

Для выполнения данного пункта нa панель стенда выведены вы­воды обмоток однофазного ТН типа HOM-6: 6000/l00B.

В данном пункте студент должен:

1) Определить правильность обозначения выводов НОМ-6. Для этого подключить выводы обмоток НОМ-6 к поляриметру по схеме рисунка 11. При кратковременном замыкании цепи первичной обмотки НОМ-6 кнопкой “К” во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, направление которой зависит от того, к каким выводам подключен контрольно-измерительный прибор. Если стрелка прибора отклоня­ется вправо от среднего положения, то полярность обозначения соответствует изображенной на рисунке 11. Если отклонение влево, то следует изменить полярность на одной из обмоток (следует пом­нить, что при размыкании кнопки "К" направление отклонения стрел­ки прибора будет противоположным).

 

Рисунок 11 – Определение полярности ТН методом гальванометра

 

2) При известном обозначении выводов И-60 определить полярность выводов обмотки низкого напряжения НН а2 и х2 трансформатора НОМ-6 по схеме рисунка 11.

Собрать схему по рисунку 12 и определить полярность выводов обмотки низшего напряжения НОМ-6 (а2 и х2). Для этого при отключенном выключателе (В) с помощью ЛАТРа установить на вто­ричной стороне образцового трансформатора напряжения И-50 IOGB соответствующего напряжению 6000В на первичной стороне. Если выводы обмотки высокого напряжения А2 и Х2 НОМ-6 однополярны с выводами низкого напряжения а2 и х2, то при замыкании цепи выключателем (В) вольтметр V1 покажет ноль. Если вольтметр V1 покажет напряжение, то необходимо поменять местами выводы обмот­ки низкого напряжения НОМ-6.

 

Рисунок 12 – Определение полярности ТН методом образцового трансформатора

 

3) Разработать схему определения полярности выводов двух трехфазных групп TH-1 и ТН-2 со схемой соединения обмоток (12 группа) с помошью двух вольтметров.

 

3.5 Определение погрешности и коэффициента трансформации

 

Определение коэффициента трансформации ТН и его погрешнос­ти производятся непосредственным измерением и расчетом с помо­щью формул.

 

3.5.1 Снятие характеристики

а) Собрать схему по рисунку 13, где АП-1 - автоматический выключатель типа АП-50.

Примечание: на панель лабораторного стенда выведены выводы об­моток низкого напряжения трансформаторов напряжения ТНx (НОМ-6) и ТН0 (И-50). Высоковольтная часть схемы собрана за панелью.

б) В режиме х.х (при включенном В) плавным регулированием  (при помощи ЛАТРа) для испытуемого ТНх снять и построить зависимость .

Зависимость  снять при  от 4800 до 6300 В через 300В. Полученные данные занести в таблицу 8.

 

 

ЛАТР - лабораторный автотрансформатор для получения регулируе­мого напряжения;

ТНp - трансформатор напряжения типа НОМ - 10, (I27/IOOOOB) для питания испытуемого ТН, И-50 образцовый ТН (6000/100В);

ТНx - испытуемый трансформатор напряжения типа НОМ-6 (6000 – 100В);

V1, V2 - вольтметры, ;

W – ваттметр;

Z2 - нагрузочное сопротивление (20-400 Ом).

Рисунок 13 – Определение погрешности и коэффициента трансформации

 

в) По этим данным расчетным путем определить коэффициент трансформации ТНx (к) и его погрешность.

 

Т а б л и ц а 8 - Погрешности и коэффициент трансформации ТН при холостом ходе

 

Показание V1 , В

80

85

90

95

100

105

U1 - показание V1, умноженное на 60 В

4800

5100

5400

5700

6000

6300

U2, В

 

 

 

 

 

 

K = U1/ U2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: первичное напряжение испытуемого трансформатора определяется по показанию вольтметра V1 (подключенного на низ­кой стороне ТН0) умножением на номинальный коэффициент транс­формации Кн = 60 трансформатора ТН0 (И-50). Например, показание вольтметра  соответствует первичному напряжению трансформатора ТНх равным .

3.5.2 Определение коэффициента трансформации К и погрешности  при различных нагрузках ТН

 

Т а б л и ц а 9 - Погрешности ТН при различных нагрузках

 

        U2 при хх

                 ТНх

S2, ВА

95

100

105

Примечание

25В:А

U1, В

 

 

 

 

U2, В

 

 

 

K

 

 

 

,%

 

 

 

 

 

 

 

50В:А

U1, В

 

 

 

 

U2, В

 

 

 

K

 

 

 

,%

 

 

 

 

 

 

 

75В:А

U1, В

 

 

U2, В

 

 

 

K

 

 

 

,%

 

 

 

 

 

 

 

200В:А

U1, В

 

 

U2, В

 

 

 

K

 

 

 

,%

 

 

 

 

 

 

 

300В:А

U1, В

 

 

U2, В

 

 

 

K

 

 

 

,%

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение К и  производится при следующих значениях: S2 = (25; 50; 75; 200 и 300 ВА) для U2 = (0,95; 1,0; 1,05) U2ном, т.е. для U2 = 95, 100 и 105 В.

Для этого: 1) при х.х, испытуемого ТНх устанавливают U2 = 95 (“B” - отключен, z2         );

2) включают “B” и снимают показания V1, V2 при вышеуказан­ных эначениях S2;

3) аналогично определяются изменения V2 в зависимости от S2 при U2xx = 100 и 105 В.

Полученные данные занести в таблицу 9.

Расчет погрешности  производится для каждого значения нагрузки по формуле, приведенной выше. В этой формуле Кн следует принять на основании опытных данных. Полученные % сравнить с паспортными и сделать вывод о классе точнос­ти исследуемого трансформатора напряжения.

 

3.5.3 Определение погрешности () THх и ее знака по дифференциальной схеме

Собрать дифференциальную схему трансформатора напряжения по рисунку 14 и определить значения погрешностей при различных нагрузках. Последовательно и встречно соединенные вторичные об­мотки этих трансформаторов напряжения замыкается на вольтметр V0.

 

 

Рисунок 14 – Определение погрешности ТН по дифференциальной схеме

 

При номинальном вторичном напряжении U2ном = 100 В показание вольтметра V0 сразу дает погрешность в процентах, так один вольт разностного напряжения соответствует однопроцентной по­грешности в коэффициенте трансформации. Знак погрешности опреде­ляется с помощью вольтметров V1 и V2: если U1 меньше U2, то > 0.

Подключая последовательную нагрузку S2 при U2ном = 100 В (при хх) снять показания вольтметров V1 , V2 , V0.

Данные измерений внести в таблицу 10.

По данным этой таблицы построить зависимости U2, k,  при различных U2хх.

 

Т а б л и ц а 10 - Погрешности ТН по дифференциальной схеме

S2, ВА

(при х.х. U2ном = 100В)

U1, В

U2, В

U0, В

,%

Знак

погрешности

25

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

75

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

  

3.6 Проверка работы схемы контроля изоляции ТН типа НТМИ

 

Трансформаторы типа НТМИ предназначены для измерения всех фазных и линейных напряжений. А также для контроля изоляции (в системе с изолированной нейтралью) при помощи трёх вольтметров. Они имеют стержневой магнитопровод и три обмотки - первичную и две вторичные (см. рисунок 15), соединенные по схеме .

Вторичная обмотка НТМИ, соединенная в звезду с выведенной нулевой точкой служит для измерений всех фазных и линейных нап­ряжений, а также для контроля изоляции (в системе с изолирован­ной нейтралью), а к обмотке, соединенной в разомкнутый треуголь­ник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом, в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы - НКФ. Контроль состояния изоляции при помощи НТМИ производится следу­ющим образом.

В нормальном режиме на концах дополнительной вторичной обмотки напряжение равно нулю, при замыкании же одной из фаз сети на землю напряжение повышается до 3 Uф, оно бу­дет равно геометрической сумме двух неповреждённых фаз. Число витков дополнительной обмотки рассчитывают так, чтобы в этом случае напряжение было равно 100B. Реле минимального напряжения, включенное в цепь разомкнутого треугольника, сработает и вклю­чит звуковую сигнализацию. Затем по трем вольтметрам устанавливают, в какой фазе произошло замыкание. Вольтметр заземлённой фазы покажет нуль, два других - линейное напряжение.

 

 

 

Рисунок 15

 

В данном пункте студенту необходимо проверить работу НТМИ-6 при замыкании одной из фаз сети 6кВ на землю по схеме рисунка 15.

Порядок выполнения данного пункта:

1) Собрать схему по  рисунку 15.

2) Включить автомат AП-3, при этом напряжение трехфаз­ной сети 380B повышается до 6 кB тpaнсформатором ТН. В сеть 6кВ включен трансформатор напряжения НТМИ-6. В исправности изоляции убедиться по показаниям трех вольтметров, включенных в цепь основной обмотки.

3) Нажатием кнопки "К" имитируется замыкание на землю в сети 6кВ. При этом, действуют по выше описанной схеме вторич­ные цепи НТМИ-6, реле повышения напряжения срабатывает и подает звуковой и световой сигналы, вольтметр заземленной фазы покажет нуль.

4) Дайте объяснение конструкции и работе НТМИ в нор­мальном режиме и замыкании одной из фаз сети на землю.

 

3.7 Содержание отчета

3.7.1 Цель работы.

3.7.2 Технические данные ТН.

3.7.3 Принципиальные схемы испытаний.

3.7.4 Результаты по каждому пункту работы.

3.7.5 Анализ полученных данных и выводы по каждому пункту.

Отчет по данной работе оформляется и защищается студентом до следующего занятия. Без зачтённой работы студент к выполне­нию следующей работы не допускается.

 

3.8  Контрольные вопросы

3.8.1 Схема замещения и векторная диаграмма ТН. Дать её объяснение.

3.8.2 Как производится определение группы соединений одно­фазных ТН постоянным током, методом двух вольтметров, фазометром? Привести схемы и дать объяснения.

3.8.3 Конструкции ТН, изоляция ТН.

3.8.4 Как определяется ток холостого хода и величины zk или Uk?

3.8.5 Как производится фазировка ТН?

3.8.6 Принцип действия каскадных ТН, их конструкции.

3.8.7 Емкостные делители напряжения.

3.8.8 Как производится определение нагрузки на трансформатор напряжения?

3.8.9 Способы уменьшения погрешностей ТН.

3.8.10 Почему 3-х фазные, 3-х стержневые ТН не позволяют осу­ществить контроль изоляции?

3.8.11 Конструкция и принцип действия НТМИ при контроле изоля­ции.

3.8.12 Схемы включения однофазных ТН и их область применения.

 

Список литературы

 

1.Л.Д.Рожкова, Л.К.Карнеева., Т.В.Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для вузов.-М.:Издательский центр «Академия», 2004.-448 с.

2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов. 2-изд.  - М.: Энергоатомиздат, 1986.-310 с.

3.  Электрическая часть станций и подстанций. / Под ред. Васильева А.В.  Учебник для вузов. 2-изд.  - М.: Энергоатомиздат, 1990.-210 с.

4. Электротехнический справочник.  / Под ред. Орлова И.Н. и др.  7-изд. т 3, кн1.  - М.: Энергоатомиздат, 1988.- 429 с.

5. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1987. – 315 с.

 

 Содержание 

Введение ......…………………………………………………………………….3

1 Общие теоретические сведения об измерительных трансформаторах………..4

2 Лабораторная работа №1. Измерительные трансформаторы тока …………….4

3 Лабораторная работа №2. Измерительные трансформаторы напряжения…........15

Список литературы……………………………………..……………...……....27