Приложение С (справочное). Техническая информация для электронных трансформаторов тока с аналоговым выводом

Приложение С
(справочное)

Техническая информация для электронных трансформаторов тока с аналоговым выводом

С.1 Общие положения

Это приложение относится к ЭТТ с аналоговым выходом, применяемым с электрическими измерительными приборами и защитными устройствами.

В таких трансформаторах с вторичным преобразователем используют датчики тока (например, датчики с эффектом Холла, катушки (пояс Роговского) без сердечника) и/или оптические устройства. ЭТТ может также иметь вторичный сигнальный кабель.

С.2 Математическое описание вторичного выхода

Для вторичное напряжение выражают следующим образом:

где - среднеквадратическое значение симметричного компонента вторичного напряжения;

- вторичное напряжение постоянного тока, включая экспоненциальную составляющую;

- вторичное остаточное напряжение, включая гармоники и субгармоники;

f - основная частота;

- вторичный угол фазового сдвига;

t - мгновенное значение времени;

- номинальное время задержки.

С.3 Вторичное смещение напряжения постоянного тока ()

Смещение напряжения постоянного тока является общей характеристикой электронных приборов, вызванной смещением электронных компонентов, которое измеряют на входе прибора, когда входной сигнал равен нулю. Обычно смещение напряжения рассматривают как дополнительный компонент выходного сигнала, поскольку оно не зависит от входного сигнала так же, как и от вспомогательного электропитания.

Особая ситуация может произойти, когда электропитание первичного конвертера получено от первичного тока. В этом случае устойчивая подача питания и, как результат, стабильное смещение напряжения достигаются, только когда первичный ток выше тока активации. Ниже минимального первичного тока, особенно при его нулевом значении, смещение напряжения может измениться.

Этот особый случай должен обсуждаться между изготовителем и заказчиком, чтобы установить нормы . Следует предоставить рекомендации по определению минимального первичного тока, выше которого находится в указанных пределах (например, ( = 5 мВ для ).

С.4 Испытательная цепь для измерений точности в стабильном состоянии

Рисунок С.1 - Испытательная цепь для измерения точности ЭТТ в стабильном состоянии

Напряжение на входе прибора сравнения должно быть отрегулировано при номинальных условиях так, чтобы оно было равно номинальному измеренному вторичному напряжению.

С.5 Информация для трансформаторов тока малой мощности, основанных на катушках с металлическим сердечником

С.5.1 Общие положения

Катушка с металлическим сердечником для ЭТТ малой мощности (LPCT) представляет собой усовершенствованный классический индуктивный трансформатор. Из-за требования к низкой входной мощности современных электрообъектов LPCT разрабатывают специально для вторичных нагрузок с высоким сопротивлением RH. Вследствие этого предел насыщения классического индуктивного трансформатора тока при очень больших (смещенных) первичных токах улучшается и таким образом измерительный диапазон значительно расширяется.

С.5.2 Применение

Уменьшение полной мощности ЭТТ позволяет проводить измерения без насыщения сверхтоков и токов короткого замыкания (в т.ч. полного) с высокой точностью. Несмотря на более широкий диапазон измерения, могут быть спроектированы LPCT меньшего размера, чем соответствующие классические индуктивные трансформаторы тока. Следовательно, дифференцирование измерительных и защитных ЭТТ становится лишним, так как один (многоцелевой) трансформатор тока может работать во многих областях применения.

С.5.3 Принцип работы

LPCT состоит из индуктивного ЭТТ с первичной обмоткой, маленьким сердечником и вторичной обмоткой с минимальными потерями, подключенной к шунтирующему резистору , который является составным компонентом и имеет большое значение для функционирования и стабильности LPCT, выдающего напряжение на выходе.

Шунтирующийся резистор спроектирован таким образом, чтобы энергопотребление трансформатора было почти равно нулю. Вторичный ток вызывает падение напряжения , по амплитуде и фазе пропорционального первичному току. Кроме того, ЭТТ имеет более идеальный диапазон измерений и точности, поскольку снижается мощность вторичной нагрузки и уменьшаются внутренние потери.

Функция LPCT (где разработан таким образом, что соответствует ) может быть описана следующим образом:

Рисунок С.2 - Трансформатор с ферродинамическим сердечником

Рисунок С.3 - Эквивалентная цепь трансформатора тока с ферродинамическим сердечником с напряжением на выходе

С.5.4 Выходные характеристики

Коэффициент трансформации классического трансформатора тока (как указано в МЭК 60044-1) обычно характеризуется отношением номинального первичного тока к номинальному вторичному. Из-за способности LPCT измерять большие токи без насыщения более разумно выбрать диапазон для измерения ожидаемого максимального тока сети.

С.6 Общая информация об автономных катушках без сердечника и с воздушным сердечником

С.6.1 Область применения

В сетях высокого напряжения все большее применение в защитных реле находят датчики типа "пояса Роговского". Известные с 1912 такие датчики имеют выход, пропорциональный производной тока.

При высоковольтном применении интеграция выхода датчика не всегда происходит непосредственно в катушке, которая может быть электрически изолирована, а чаще всего в реле, что уменьшает стоимость.

Данное приложение описывает принцип действия автономной катушки без сердечника и показывает формы ее выхода. Кроме этого специфического пункта, другие характеристики катушки с воздушным сердечником (температурная зависимость, ЭМС, требование к изоляции) находятся в соответствии с настоящим стандартом.

С.6.2 Принцип действия

В катушке без сердечника вторичная цепь располагается на немагнитном материале (см. рисунок С.4). Отсутствие ферромагнитного материала обеспечивает хорошую линейную характеристику этого сенсора, которая означает отсутствие насыщения и гистерезиса. Вследствие этого катушки с воздушным сердечником имеют хорошие стабильно-устойчивую и переходную характеристики.

Рисунок С.4 - Автономная катушка без сердечника

Теорема Ампера (когда применяется к катушке без сердечника) показывает, что выходное напряжение катушки с высоким импедансом Z является функцией проходящего через нее первичного тока .

С.6.2.1 Тороидальный сердечник

а) Приблизительное уравнение при неуказанном поперечном сечении:

;

б) Уравнение при прямоугольном поперечном сечении:

,

где - магнитная проницаемость воздуха =

N - плотность витков [виток/м];

А - площадь одного витка [];

2rа - внешний диаметр [м];

2ri - внутренний диаметр [м];

h - высота [м];

- число витков тороидальной катушки с воздушным сердечником;

e(t) - выходное напряжение катушки с воздушным сердечником [V] с нагрузкой ;

.

Выходное напряжение катушки с воздушным сердечником:

или для синусоидального тока при стабильных условиях:

.

С.6.2.2 Эквивалентная цепь

На рисунке С.5 показана эквивалентная диаграмма катушки с воздушным сердечником.

Рисунок С.5 - Эквивалентная цепь автономного трансформатора тока с воздушным сердечником с напряжением на выходе

Дополнительный резистор используют для калибровки, для чего также может быть применен поправочный коэффициент, указанный на табличке с паспортными данными. Резистор или поправочный коэффициент компенсирует неточности производства при больших размерах обмотки и большом количестве витков, а также обеспечивает взаимозаменяемость датчиков и электрических компонентов.

Основанием для следующих уравнений является эквивалентная цепь, представленная на рисунке С.5:

;

;

.

Для

.

С.6.2.3 Векторная диаграмма

Рисунок С.6 - Векторная диаграмма - Автономная катушка с воздушным сердечником

Фазовый угол :

;

;

.

Погрешность:

или вне диаграммы

;

;

;

при cos :

;

.

С.6.3 Руководство при проведении измерений

При практическом применении автономной катушки с воздушным сердечником интегратор является частью защитной или измерительной системы.

Для измерения мгновенной погрешности интегратор в такой автономной катушке используют с соответствующей постоянной времени.

Входное сопротивление (импеданс) интегратора представляет собой номинальное сопротивление (импеданс) автономной катушки с воздушным сердечником.