UTILIZAREA TRANSFORMATOARELOR DE MASURA IN CIRCUITE TRIFAZATE

UTILIZAREA TRANSFORMATOARELOR DE MASURA IN

CIRCUITE TRIFAZATE PENTRU MASURAREA PUTERII ACTIVE

1. Consideratii generale .

Transformatoarele de masura sunt destinate extinderii limitelor de masurare a instrumentelor electrice de masurat, asigurand o serie de avantaje :

- securitatea personalului de deservire ( prin izolarea circuitelor secundare de cele primare si legarea unei borne secundare la pamant ) ;

- precizie ridicata ( clasa 0,5 . 0,1 ) ;

- standardizarea valorilor nominale ale aparatelor de masura conectate in secundar : 5A ( sau 1A ) pentru circuitele de curent, 100V ( sau 110V ) pentru circuitele de tensiune.

Dupa marimea pe care o reduc, transformatoarele se impart in : transformatoare de masura de curent si transformatoare de masura de tensiune, uneori numindu-se "reductoare" de curent sau de tensiune.

1.1. Transformatoare de curent .

Principiul de functionare al acestor transformatoare se bazeaza pe fenomenul de inductie electromagnetica, deci transformatoarele de masura functioneaza numai in curent alternativ.

In fig.1 se prezinta schematic constructia unui transformator de curent.

Transformatorul de curent este construit dintr-un circuit feromagnetic inchis, confectionat din tole, pe care se gasesc : infasurarea primara cu N₁ spire si infasurarea secundara cu N₂ spire. Primarul transformatorului se conecteaza in serie cu circuitul al carui curent trebuie masurat, iar secundarul lui se inchide pe un ampermetru sau pe circuitul de curent al unui wattmetru, contor, cosfimetru, etc.

Deoarece impedantele aparatelor conectate in secundarul transformatorului de curent sunt foarte mici, rezulta ca functionarea transformatorului de masura de curent este foarte apropiata de regimul de scurtcircuit . In acest regim, fluxul magnetic prin miez este practic egal cu zero.

Regimul de functionare de mers in gol constitue un regim de avarie pentru transformatorul de masura de curent, deoarece curentul de magnetizare ( de mers in gol I₀ ) devine egal cu curentul primar, care fiind determinat de parametrii circuitului exterior nu se modifica. Ca urmare, fluxul din miezul transformatorului creste foarte mult, ceea ce duce, pe de o parte, la o tensiune indusa in secundar de valoare ridicata, periculoasa pentru personalul de deservire, iar pe de alta parte, la cresterea pronuntata a pierderilor in fier. Datorita acestor pierderi are loc o incalzire excesiva a miezului, care poate avea ca efect distrugerea izolatiei infasurarilor si chiar aprinderea transformatorului.

Pentru a evita functionatea accidentala in gol, nu se monteaza niciodata sigurante in circuitele secundare ale transformatoarelor de curent.

Daca totusi un transformator de curent a functionat un timp scurt cu secundarul deschis si nu s-a deteriorat, miezul acestuia ramane magnetizat, inductia remanenta putand avea valori de ( 0,6 0,7 ) T, adica mult mai mare decat in regimul nominal de functionare. Din acest motiv transformatorul poate fi utilizat din nou numai dupa o prealabila demagnetizare a miezului in curent alternativ si verificarea clasei de precizie.

Transformatoarele de curent se construiesc pentru diferiti curenti primari nominali I_1n , cuprinsi intre 5A si zeci de mii de amperi, curentul nominal secundar I_2n fiind de 5A ( in cazuri speciale 1A ).

Raportul curentilor nominali se numeste raport de transformare nominal :

, iar raportul curentilor I₁ si I₂ - se numeste raport de transformare efectiv sau real :

;

In cazul functionarii in regim sinusoidal, ecuatia transformatorului de curent este :

, ( 1 )

unde N₁ reprezinta solenatia.

Pentru transformatorul de curent ideal, solenatia N₁ este mult mai mica decat N₁, respectiv N₂, asa incat se poate obtine valoarea aproximativa a raportului de transformare, adoptand in relatia ( 1 ) N₁ ≈ 0 :

;

≈ = = const.

De aici rezulta si : = , relatie pe care se bazeaza utilizarea practica a transformatorului de curent, prin determinarea unei valori masurate a curentului primar I₁, data de relatia :

, ( 2 )

in care I₂ este curentul citit la ampermetrul din secundar, iar K_in este raportul de transformare nominal.

Determinarea valorii curentului primar cu relatia de mai sus ( 2 ) produce unele erori care provin din inegalitatea rapoartelor de transformare reale si nominale.

Eroarea relativa cu care se determina curentul din primar este :

ε_i = 100 = 100 = 100 = 100 [ % ] ( 3 )

Aceasta eroare se numeste eroare de curent sau de raport a transformatorului, fiind cuprinsa in mod obisnuit intre 0,1 si 3 % .

Transformatorul de curent mai prezinta si o eroare de unghi δ_i, definita ca fiind unghiul de defazaj intre curentul I₁ din primar si cel din secundar I₂, considerata pozitiva daca I₂ este defazat inaintea lui I₁. Eroarea de unghi nu afecteaza indicatia ampermetrului, insa introduce erori in indicatiile wattmetrelor, contoarelor, fazmetrelor si ale altor aparate la care deviatia depinde de defazajul curentilor din circuitele lor.

Un transformator de curent este caracterizat printr-o putere nominala secundara P_2n, o impedanta nominala secundara Z_2n si o clasa de precizie.

Puterea nominala secundara este acea putere aparenta, exprimata in VA, pe care transformatorul o poate furniza circuitului secundar, sub curent secundar nominal, fara ca erorile transformatorului sa depaseasca valorile admisibile. Valorile standardizate ale acestei puteri sunt cuprinse intre ( 1 si 90 ) VA.

Impedanta secundara nominala este impedanta circuitului secundar corespunzatoare puterii nominale si curentului secundar nominal :

= ;

Clasele de precizie standardizate pentru care se construiesc transformatoarele de curent sunt : 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 . Transformatoarele destinate laboratoarelor metrologice au, in general, precizii mai mari : 0,005 ; 0,01 ; 0,02 ; 0,05 . Indicele de clasa reprezinta eroarea de curent mazima, exprimata in procente, pe care o poate avea un transformator la un curent secundar cuprins intre 100 - 200% din I_2n si la o sarcina secundara cuprinsa intre 25 - 100% din Z_2n, sub un factor de putere de 0,8 al circuitului secundar.

1.2. Transformatoare de tensiune.

Se utilizeaza pentru reducerea valorilor tensiunii in circuite cu tensiuni nominale peste 600V, la tensiunea nominala de 100V ( sau 110V ).

Un transformator de masura de tensiune este format dintr-un circuit feromagnetic inchis, confectionat din tole, pe care se gasesc infasurarea primara cu N₁ spire si infasurarea secundara cu N₂ spire, (N₁ >N₂)

La bornele infasurarii primare se aplica tensiunea de masurat U₁, iar la bornele secundare se leaga un voltmetru sau circuitul de tensiune la unui wattmetru, contor, cosfimetru etc. ( fig.2 ).

Deoarece impedantele aparatelor conectate in circuitul secundar sunt mari, regimul normal de functionare al acestor transformatoare este apropiat de regimul de functionare in gol, iar regimul de scurtcircuit constituie regim de avarie. Din acesta cauza nu este permisa scurtcircuitarea bornelor secundare atata timp cat primarul este alimentat. In acest scop se monteaza pe primarul cat si pe secundarul transformatorului de tensiune sigurante fuzibile pentru protectie.

Transformatoarele de tensiune se construiesc in tara noastra pentru diferite tensiuni primare nominale U_1n , cuprinse intre ( 0,38 400 ) kV si tensiunea nominala secundara U_2n = 100 V ( sau 110 V ).

Raportul tensiunilor nominale se numeste raport de transformare nominal.

,

iar raportul tensiunilor U₁ si U₂ - raportul de transformare efectiv :

In timp ce K_un este o marime constanta, K_u variaza ( in limite restranse ) in functie de marimea si caracterul sarcinii din secundar, de materialul din care este executat transformatorul, de caracteristicile constructive ale acestuia, etc. Din aceste motive in practica se considera K_un = K_u si astfel tensiunea primara necunoscuta se determina cu relatia :

,

unde U₂ este tensiunea indicata de voltmetrul V.

Utilizarea acestei relatii pentru calculul tensiunii U₁ introduce erori, care provin din inegalitatea rapoartelor de transformare efectiv si nominal.

Eroarea relativa cu care se masoara tensiunea primara, exprimata in procente este :

ε_u = = = [ % ]

Aceasta eroare se numeste eroare de tensiune sau de raport a transformatorului si este cuprinsa in general intre 0,1 si 3 %.

Pe langa eroare de tensiune, transformatorul mai prezinta si o eroare de unghi. Se numeste eroare de unghi a unui transformator de tensiune, unghiul de defazaj δ_u dintre tensiunea primara U₁ si tensiunea secundara U₂. El se considera pozitiv daca U₂ este defazat inaintea lui U₁.

Eroarea de unghi afecteaza numai masurarile in care intervine defazajul dintre tensiune si curent ( wattmetre, contoare, fazmetre ). Ea nu are importanta in cazul masurarii tensiunii.

Un transformator de tensiune este caracterizat printr-o putere secundara nominala si printr-o clasa de precizie.

Puterea secundara nominala este puterea aparenta exprimata in VA, pe care transformatorul o poate furniza circuitului secundar, sub tensiune secundara nominala, fara ca erorile transformatorului sa depaseasca valorile admise. Puterile standardizate sunt cuprinse intre 5 si 1000 VA.

Clasele de precizie standardizate sunt 0.1; 0,2; 0,5; 1; 3. Indicele de clasa reprezinta eroarea de raport, exprimata in procente, pentru o tensiune secundara variabila intre 80 si 120 % din tensiunea secundara nominala si pentru o putere secundara cuprinsa intre 25 si 100 % din puterea nominala secundara, sub un factor de putere 0,8 inductiv.

Marcarea bornelor primare si secundare se face cu litere A - X respectiv a - x, curentul inchizandu-se prin sarcina de la a la x cand primarul este parcurs de curent de la A la X. La transformatoarele trifazate bornele primare se noteaza cu A, B, C ( inceputurile ) si X, Y, Z ( sfarsiturile ), iar cele secundare cu a, b, c respectiv x, y, z.

Punctul neutru se marcheaza cu _"O" in primar respectiv _"o" ( in secundar ).

Pentru montajul si exploatarea transformatoarelor de masura, trebuie sa se respecte urmatoarele reguli :

- Infasurarea secundara a transformatorului de curent trebuie sa fie legata fie la bobina de curent a unui instrument de masura, fie in scurtcircuit ;

- Infasurarea secundara a transformatorului de tensiune se leaga la bobina de tensiune a unui instrument de masura sau poate fi lasata deschisa ( in gol ) ;

- Se vor monta sigurante fuzibile atat in primarul cat si in secundarul transformatorului de tensiune ;

- In circuitele in care se utilizeaza ambele tipuri de transformatoare, este obligatoriu sa se lege la pamant cate o borna a fiecarui circuit secundar ;

- Daca in montaj se utilizeaza numai transformatoare de curent, iar in circuitele de tensiune se folosesc rezistente aditionale, nu este obligatorie legarea la pamant a circuitelor secundare a transformatoarelor de curent ;

- In toate cazurile, polaritatea infasurarilor aparatelor trebuie astfel aleasa incat sensul de circulatie al curentului sa fie acelasi ca si cand nu ar exista transformatoare de masura ;

-Constantele aparatelor conectate prin transformatoare de masura se amplifica cu rapoartele de transformare respective

; ;

; ;

;

( pentru montaj semiindirect cu transformator de tensiune )

( pentru montaj semiindirect cu transformator de curent ).

2. Chestiuni de studiat

Se vor studia modul de conectare a aparatelor de masura prim transformatoare de masura si regulile de utilizare a acestora.

Scheme de montaj si aparate folosite

    Montajul 1

Montajul 2

R - rezistente ;

L - inductanta trifazata variabila ;

A₁, A₂ , A₃ - ampermetre 0 - 5 A ;

V - voltmetru - 300 V;

W₁, W₂, W₃ - wattmetre ;

T₁, T₂, T₃ - transformatoare de curent ;

TU₁, TU₂ - transformatoare de tensiune monofazate legate in "V" ; ;

K - intrerupator trifazat de la tablou ;

K₁ - heblu trifazat ;

4. Modul de lucru

Se realizeaza pe rand montajele 1 si 2 alimentarea cu tensiune facandu-se de la tablou cu o tensiune de 380 V, 50Hz.

Se determina constantele aparatelor, se citesc indicatiile aparatelor, care se trec in tabel.

Pentru montajul 1 se a determina :

;

; ;

Pentru montajul 2 se va determina :

; ; ;

5.Tabel de date