а) Общие сведения
При испытании трансформаторов, если ток превышает 10 а, а напряжение превышает 600 в, амперметры, вольтметры и ваттметры включают через измерительные трансформаторы.
Согласно ГОСТ 3484-65 измерения тока, напряжения и активной мощности при испытании трансформаторов должны производиться измерительными приборами и измерительными трансформаторами класса точности не ниже 0,5. При измерении потерь холостого хода и короткого замыкания ГОСТ рекомендует применять измерительные трансформаторы класса 0,2 и, кроме того, учитывать их угловые погрешности. Это вызвано тем, что при включении ваттметра через измерительные трансформаторы на результаты измерения активной мощности при малых cos φ существенное влияние оказывают угловые погрешности измерительных трансформаторов.
Таблица 7-18
Допускаемые погрешности лабораторных трансформаторов тока по ГОСТ 9032-59
Таблица 7-19
Допускаемые погрешности лабораторных трансформаторов напряжения по ГОСТ 9032-59
В табл. 7-18 и 7-19 приведены допускаемые погрешности лабораторных измерительных трансформаторов для различных классов точности согласно ГОСТ 9032-59 [Л. 33].
Как известно [Л. 19], относительная погрешность измерения активной мощности однофазным ваттметром, вносимая угловыми погрешностями трансформатора тока и напряжения, определяется по формуле
Обычно угловые погрешности трансформатора тока и напряжения имеют разные знаки, и поэтому суммарная угловая погрешность в большинстве случаев бывает равна их сумме. Следует также отметить, что угловые погрешности трансформаторов тока существенно возрастают при перегрузке вторичных цепей включенными приборами или за счет возрастания переходного сопротивления контактов разного рода переключателей в токовых цепях.
Коэффициент мощности cos φ при опытах холостого хода и короткого замыканиях некоторых типов трансформаторов 1—3-го габаритов
Вероятные погрешности однофазного измерения потерь при cos φ0=0,06 и cos φк=0,02
Определим вероятные погрешности измерения потерь холостого хода и короткого замыкания при испытании трансформаторов 1— 6-го габаритов с применением измерительных трансформаторов различных классов точности. Для упрощения расчета будем учитывать только угловые погрешности трансформатора тока и напряжения, пренебрегая другими погрешностями.
В табл. 7-20 приведены расчетные значения cos φ при опытах холостого хода и короткого замыкания некоторых типов трансформаторов 1—3-го габаритов с характеристиками по проекту нового ГОСТ, учитывающего применение для магнитопроводов холоднокатаной текстурованной стали марки Э330-0,35.
Из табл. 7-20 видно, что при опыте холостого хода трансформаторов 1—3-го габаритов cos φ0 находится в пределах 0,058—0,066. При опыте короткого замыкания трансформаторов 5—6-го габаритов коэффициент мощности cos φк может доходить до 0,02 (см. табл. 6-12).
При значениях cos φ < 0,1, что обычно имеет место при измерении потерь холостого хода и короткого замыкания трансформаторов, можно считать tg φ ≈ 1/cos φ.
В табл. 7-21 приведены результаты расчета по формуле (7-2) вероятной погрешности однофазного измерения потерь холостого хода при cos φ0=0,06 и потерь короткого замыкания при cos φк=0,02 с применением измерительных трансформаторов различных классов точности. Для расчета приняты допустимые угловые погрешности измерительных трансформаторов согласно табл. 7-18 и 7-19 при 100% первичного тока и первичного напряжения.
Из табл. 7-21 видно, какие существенные ошибки вносят угловые погрешности трансформаторов тока и напряжения при измерении потерь холостого хода и короткого замыкания испытываемых трансформаторов.
В случае применения измерительных трансформаторов класса 0,5 при однофазном измерении потерь холостого хода трансформаторов 1—3-го габаритов (cos φ0 = 0,06) погрешности измерения могут доходить до ±17%, а при измерении потерь короткого замыкания трансформаторов 5—6-го габаритов (cos φ0= 0,02) погрешность измерения может превышать 50%. Следует еще учесть, что при трехфазных измерениях по схеме трех ваттметров погрешности измерения будут в 1,5 раза, а при измерении по схеме двух ваттметров — в 2 раза больше, чем при однофазном измерении [Л. 19].
По изложенным выше соображениям для измерения потерь холостого хода и короткого замыкания следует применять измерительные трансформаторы специального исполнения с весьма малыми угловыми погрешностями или по крайней мере применять трансформаторы лабораторного типа класса точности не ниже 0,2. Однако в этом случае потребуется вносить поправки на результаты измерения потерь, что будет затруднять и усложнять работу испытателя при контрольных испытаниях.
Для измерения токов и напряжений, не связанных с измерением потерь, например при испытаниях на нагрев, можно применять измерительные трансформаторы класса 0,5.
б) Выбор измерительных трансформаторов
Испытательные стенды для проведения опытов холостого хода, короткого замыкания и для испытания на нагрев должны обеспечивать измерения токов и напряжений в диапазоне, определяемом типами и техническими характеристиками трансформаторов, испытываемых с данного стенда.
Таблица 7-22
Ориентировочные данные для выбора измерительных трансформаторов
В табл. 7-22 приведены обобщенные данные для выбора пределов измерения трансформаторов тока и напряжения для указанных выше испытаний. Из данных этой таблицы следует, что для обеспечения измерений токов и напряжений в требуемом диапазоне на испытательном стенде надо устанавливать несколько комплектов (групп) измерительных трансформаторов, по возможности многопредельных. Пределы измерения групп трансформаторов следует выбрать так, чтобы каждая следующая группа по номинальным данным являлась продолжением предыдущей.
Пример. Требуется оборудовать стенд для измерения напряжений в пределах 2—60 кВ и токов в пределах 15—1 500 а.
Для решения целесообразно установить многопредельные измерительные трансформаторы класса 0,1 или 0,2, состоящие из следующих групп.
Трансформаторы напряжения:
1 группа......................................... . 3—6 -10—15/0,1 кВ
2 группа .................................................... 20—40—60/0,1 кВ
Трансформаторы тока:
1 группа..................................................... 25—50—100/5 а
2 группа..................................................... 125—250—500/5 а
3 группа..................................................... 750—1 500/5 а
Применение многопредельных трансформаторов, помимо уменьшения их числа, позволяет повысить качество измерений. При этом многопредельный трансформатор используется с уставкой на тот предел, который наиболее близок к измеряемой величине тока или напряжения. Благодаря этому достигается наибольшее отклонение стрелок приборов (уменьшается цена деления прибора) и уменьшаются также ошибки в измерениях, вызываемые погрешностями измерительных трансформаторов (см. табл. 7-18 и 7-19).
Многопредельные трансформаторы тока класса точности 0,1 и 0,2 на рабочие напряжения выше 500 в отечественная промышленность пока не изготовляет. Поэтому на испытательных станциях трансформаторного производства (Электрозавод, ЗТЗ и др.) для измерения токов при напряжении выше 500 в применяют импортные трансформаторы тока класса 0,2, например типа TPSQ Дрезденского завода TUR (ГДР), трехпредельные — на 25—50—100/5 а и 100—200—400/5 а и двухпредельные — на 600—1 200/5 а. Эти трансформаторы выпускались заводом TUR на классы напряжения 10, 20 и 30 кВ с одноминутным испытательным напряжением по нормам VDE соответственно 42, 64 и 86 кВ. С 1960 г. завод TUR выпускает такие трансформаторы тока только в классе 0,5.
Фирма Сименс (ФРГ) выпускает многопредельные трансформаторы тока класса точности 0,2 при вторичной нагрузке 15 ва для классов напряжения 10, 20 и 30 кВ на следующие пределы измерения: 
Свердловским научно-исследовательским электротехническим институтом (СНИЭТИ) разработана конструкция многопредельного трансформатора тока типа ТЛЛ-35 класса 0,1 при вторичной нагрузке 0,6 ом для номинального напряжения 35 кВ с пределами измерения от 5 до 1 500/5 а и 16 коэффициентами трансформации. Конструкция трансформатора опорного типа, сухого исполнения с основной изоляцией из эпоксидного компаунда. Вес трансформатора около 95 кг, габаритные размеры около 680X400X460 мм.
Рис. 7-14. Схема соединений трансформатора тока типа ТЛЛ-35, класса 0,1 с переключателем коэффициента трансформации в пределах 5—1 500/5 а.
ТТ — трансформатор тока: ПКТ — переключатель коэффициента трансформации; Л1, Л2, Л5 и Л6 — зажимы первичной обмотки; В и С —зажимы вспомогательной обмотки для подмагничивания сердечников трансформатора тока от преобразователя частоты; АТТ — автотрансформатор токодобавочный для плавной регулировки погрешностей; и1 — и8 — штепсельные гнезда переключателя; ШВ — штепсельная вилка; И1 и И2 — зажимы для подключения вторичной нагрузки приборов; z2 — вторичная нагрузка.
Трансформатор тока ТЛЛ-35 имеет следующие особенности:
- малые и практически постоянные угловые погрешности при изменении первичного тока в пределах от 0,1 до 1,2 номинального;
- изменение коэффициента трансформации (пределов измерения) достигается перестановкой штепсельной вилки ШВ переключателя вторичной обмотки в основном без переключения первичной обмотки;
- трансформатор тока имеет вспомогательную вторичную обмотку с зажимами В и С для подмагничивания двух его тороидальных сердечников током повышенной частоты от отдельного статического преобразователя частоты.
Первичная обмотка трансформатора тока состоит из трех отдельных катушек: двух одинаковых, переключаемых на внешних зажимах Л1 и Л2, и третьей, выполненной из шины в виде скобы с отдельно выведенными концами Л5 и Л6 (рис. 7-14).
В табл. 7-23 указаны пределы измерения трансформатора тока типа ТЛЛ-35 в зависимости от соединения первичной и вторичной обмоток.
Из табл. 7-23 видно, что для испытательного стенда с пределами измерения по току от 5 до 1 500 а при испытательных напряжениях до 35 кВ достаточно иметь всего один комплект трансформаторов тока типа ТЛЛ-35.
Таблица 7-23
Пределы измерения трансформатора тока типа ТЛЛ-35
Применение этих трансформаторов позволит значительно повысить точность измерения потерь холостого хода и короткого замыкания при существенном упрощении схемы коммутации распределительного устройства ВН стенда.
Ценным свойством трансформаторов тока, работающих с подмагничиванием сердечника током повышенной частоты, является саморазмагничивание сердечника ст всяких остаточных намагничиваний постоянного направления; в частности за счет постоянной составляющей переходного тока при коротких замыканиях [Л. 34]. Это свойство особенно важно для стендов, где производится измерение активной мощности (потерь) при малых cos$, так как у трансформатора тока с подмагниченным сердечником резко возрастают угловые погрешности [Л. 19].
Для измерения потерь холостого хода и короткого замыкания при испытательных напряжениях до 600 в и частоте 50 Гц можно применять лабораторные трансформаторы тока класса 0,1 или 0,2 с номинальным напряжением 500 в, технические характеристики которых приведены в табл. 7-24.
При невозможности получения (с импорта) лабораторных трансформаторов тока класса 0,1 или 0,2 на номинальные напряжения выше 500 в для измерения в цепях высокого напряжения вынужденно применяют трансформаторы тока низкого напряжения типа И-56 или УТТ-6.
Таблица 7-24
Трансформаторы тока лабораторные на номинальное напряжение 500 в
При однофазных измерениях трансформатор тока И-56 включают в цепь ВН при однополюсно заземленных концах первичной и вторичной его обмоток. При трехфазных измерениях трансформатор тока И-56 с однополюсyо заземленными концами первичной и вторичной обмоток включают в цепь ВН через специальный переключатель высокого напряжения, при помощи которого трансформатор тока поочередно включают на разные фазы без разрыва цепи тока [Л. 19].
Для использования в цепи высокого напряжения трансформатора тока типа УТТ-6 через его центральное отверстие закладывают изолированные витки первичной обмотки, разделенные на две или четыре секции. Начала и концы секции заводят на панель для переключения секций параллельно, в группу или последовательно. Витки первичной обмотки дополнительно изолируют от корпуса трансформатора, а панель переключения изолируют от земли на требуемое рабочее напряжение (15 или 35 кВ).
Указанный вариант использования трансформатора тока требует громоздкого и сложного устройства для переключения витков первичной обмотки. Кроме тою, из-за больших длин концов секций первичной обмотки могут значительно возрасти погрешности измерения. Поэтому при необходимости лучше использовать вариант с одним трансформатором тока И-56 и переключателем высокого напряжения.
На стендах для измерения потерь холостого хода и короткого замыкания при напряжениях до 15 кВ следует устанавливать однофазные трансформаторы класса 0,1 типа И-510 или класса 0,2 типа И-50. Оба типа трансформатора имеют одинаковые номинальные напряжения обмоток: первичное 3—6— 10—15 кВ; вторичное 0,1 или 0,1/√3 кВ (при номинальной вторичной нагрузке 15 или 10 ва).
Габаритные размеры и веса трансформаторов напряжения:
В табл. 7-25 приведены технические характеристики многопредельных однофазных трансформаторов напряжения класса 0,1 и 0,2 типа UZON завода TUR (ГДР), которые применяются па стендах испытательной станции трансформаторного производства Электрозавода.
Таблица 7-25
Трансформаторы напряжения типа UZON
С 1960 г. завод TUR выпускает трансформаторы напряжения типа UZON только в классе 0,2. Все же при возможности заказа рекомендуется применять тип UZON-10 с пределами первичного напряжения 1—10 кВ и UZON-30 с пределами 6—30 кВ.
При невозможности получения с импорта многопредельных трансформаторов напряжения класса 0,1 или 0,2 с номинальными напряжениями выше 15 кВ следует применять двухпредельные трансформаторы напряжения специального исполнения в классе 0,1 или 0,2 при вторичной нагрузке 15 ва, с первичной обмоткой на 30—60 кВ, с одноминутным испытательным напряжением 95 кВ. Такой трансформатор может быть изготовлен в типе НОМИ-35 с магнитопроводом из электротехнической стали марки Э330-0,35 по ГОСТ 802-58 [Л. 26]. Предполагается, что изменение коэффициента трансформации будет производиться переключением вторичной обмотки.
