Transformatori de Masura, de Curent și Tensiune

Argument

Transformatoarele electrice de masura sunt transformatoarele speciale care alimenteaza aparate de masurat, relee si aparataj de comanda si de protectie, reducand in acest scop tensiunile nominale prea inalte sau curenti nominali prea mari pentru a afectua masurarile la o valoare suficient de mica si in general, standardizata (100V, 5A), pentru care se pot construi aparate de masurat, relee si aparate precise ieftine.

Raportul intre curentii sau tensiunile din primar si secundar trebuie sa fie constant, iar defazaul dintre ele trebuie sa fie cat mai mic posibil.

Transformatorul de curent este un transformator de masura care face posibila determinarea curentului din primarul sau, prin efectuarea masurarii curentului din secundarul sau. Impedanta circuitului secundar al transformatorului de curent fiind foarte mica, acesta functioneaza in conditii asemanatoare cu cele de scurtcircuit.

Transformatorul de curent mai ieste caracterizat prin curentul primar, tensiunea de serviciu, clasa de precizie si sarcina secundar Transformatorul de curent este o solutie simpla de masurare izolata galvanic în cazul particular, dar des întalnit, al curentului alternativ pur sinusoidal. La fel cu senzorii de curent magnetici acesta este construit de obicei pe un tor din material feromagnetic (fig. 11A). Transformatorul de curent funcţionează ca orice transformator, curentii din înfasurarile primar si secundar fiind legati de relatia:

i S NS = i P NP (4)

unde iP = curentul din primar;

iS = curentul din secundar;

NP = numarul de spire din primar;

NS = numarul de spire din secundar

La determinarea claselor s-a adoptat valoarea erorii limita de curent, cand prin secundar trece curentul nominal, iar impedanta acestui circuit are valoarea cuprinsa intre 25% si 100% din cea nominala.

Transformatoarele de clasa 0,2 se folosesc ca transformatoare etalon si in laborator. Cele de clasa 0,5 si 1 se folosesc la aparatele de tablou din centrale si statii, pentru contoare fiind de preferat cele de clasa 0,5.Cele da clasa 3 si 10 se folosesc pentru masurari de foarte mica precizie. Transformatoarele de curent functioneaza totdeauna scurtcircuitate prin instrumentul de masurat.

Transformatorul de tensiune este acela care face posibila determinarea tensiuni sale primare prin masurarea tensiunii din secundarul sau.

Transformatoarele de tensiune sunt foarte asemanatoare transformatoarelor de forta, deosebindu-se de acestea prin valoarea puterii, care trebuie limitata, pentru obtinerea unei precizii cat mai mari.Normal, ele functioneaza in conditii foarte apropiate de cele la mersul in gol. Se folosesc transformatoare de tensiune monofazate sau trifazate.

Transformatoarele de masura

Sunt transformatoare electrice speciale, destinate atat extinderii domeniului de masurare a aparatelor de masurat, cat si izolarii acestor aparate de circuite de inalta tensiune, periculoase pentru personalul de deservire. In acelasi timp transformatoarele de masura permit standardizarea aparatelor de masurat si de protectie (relee) pentru anumite valori, comode la fabricarea acestora: 5 sau 1A pentru circuitele de curent si 100 sau 110V pentru circuitele de tensiune.

Dupa marimea pe care o reduc,transformatoarele se inpart in:

Transformatoare de curent

Transformatoare de tensiune.

Transformatoare de curent

2 .1 Principiul de functionare. Aceste transformatoare au principiul de functionareasemanator cu cel al transformatoarelor de forta si consta in transferul de energie electromagnetica de la o infasurare primara la o infasurare secundara prin fenomenul de inductie electromagnetica

In (fig.1 pag.12)Este reprezentata schematic constructia unui transformator de curent continand infasurarea primara cu ω 1 spire, parcursa de curentul I_1, infasurarea secundara cu ω 2 spire, parcursa de curentul I_2 si circuitul feromagnetic inchis care inlantuie ambele infasurari, strabatut de fluxul ɸ, reyultant. Curentul I_2este indus de catre I_1, asa incat el se opune cauzei ce l-a produs;daca la un moment dat curentulI_1 intra in fereastra miezului, curentul I_2 iese din aceasta.

Fluxul rezultant ɸ este produs de amperspirele rezultante, adica de suma geometrica a amperspirelor primare si secundare, putandu-se exprima in cazul functionarii in regim sinusoidal si al liniarizarii caracteristicii de magnetizare a miezului, prin relatia

in care ωI10 sunt amperspirele rezultante (magnetizate);

Rm – reluctanta magnetica echivalenta (complexa) a circuitului feromagnetic.

Fluxul ɸ produce, prin inductie electromagnetica, in fiecare din infasurari cate o t.e.m. a carei valoare efectiva pe spira este

unde f este frecventa curentului.

Notandcu r2, x2 si R2 si X2 rezistentele si reactantele infasurarii, respectiv ale sarcinii secundare, se pot scrie pentru acest circuit relatiile:

unde:

Z_2 este impedanta secundara totala;

.φ_2 – argumentul acestei impedante.

Pe baza celor de mai sus se poate construi diagrama fazoriala a transformatorului de curent reprezentata in (fig.2 pag.12) pornind de la curentul I_2 a carei faza este aleasa arbitrar in directia axei –y. Se obtine intai E_2 construit pe baza relatiilor

si apoi ɸ determinat cu relatia

si situat cu 90° inaintea tensiunii E_2.Fluxului ɸ ii corespunde o inductieB= ɸ/S, unde S este sectiunea miezului.

Din curba de magnetizare a materialului miezului se determina campul magnetic H corespunzator inductiei B si prin multiplicarea acestuia cu l, lungimea miezului in sensul circulatiei fluxului magnetic, se obtin amperspirele magnetizate w_1 I_μ = Hl, care reprezinta componenta in faza cu fluxul ɸ a amperspirelor w_1 I_o, Componenta activa w_1 I_a a acestor amperspire se determina din curba pierderilor in miezul feromagnetic, prin histerezis si prin curenti turbionari in functie de valoarea inductiei magnetice P_fe=f (B), pe baza relatiei

Componentele w_1 I_μ si w_1 I_a, prima in faza cu fluxul ɸ si cealalta cu 90° inaintea lui, determina amperspirele rezultante w_1 I_o situate cu un unghi 0 inaintea fluxului.

Amperspirele primare, w_1 I_1 rezulta conform relatiei