Ответ
5.1 Общие сведения.
Измерительный трансформатор это масштабный электромагнитный преобразователь, предназначенный для точного преобразования тока или напряжения,а также для защиты персонала при измерениях в цепях высокого напряжения. Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток: первичной с числом витков 
и вторичной - 
, помещенных на ферромагнитный сердечник. Измерительные трансформаторы, разделяют на трансформаторы тока и напряжения. Схемы включения каждого из видов измерительных трансформаторов показаны на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Схемы включения измерительных трансформаторов тока(а) и напряжения(б).
На рисунке 5.1 обозначено 
-количество витков в первичной обмотке, 
-количество витков во вторичной обмотке.
5.2 Измерительные трансформаторы тока(ИТТ).
ИТТ применяются для расширения границ измерений по току амперметров, ваттметров, счётчиков электрической энергии. У трансформаторов тока первичная обмотка включается в измеряемую цепь последовательно.
Основными метрологическими характеристиками ИТТ, которые регламентированы ГОСТом 7746-89 и ГОСТом 23624-79 есть: номинальный коэффициент трансформации, класс точности, номинальная нагрузка вторичной цепи и частота.
Номинальный коэффициент трансформации ИТТ равен отношению первичного номинального тока к вторичному номинальному току тоесть
Номинальное значение первичного тока ВТС выбирают из ряда:
0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 2,5; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 75; 80; 100; 150; 200;…; 60000A;
а номинальное значение вторичного тока часто равно 5 А, хотя для частоти f=50 Гц допустимыми есть значения 1 А и 2 А.
Трансформатора тока свойственны 2 погрешности- токовая погрешность 
, которую выражают в процентах, и угловая погрешность 
, которую выражают в радианах.
Токовая погрешность 
обусловлена разницей между номинальным 
и истинным 
коэффициентами трансформации и равен:
Истинный коэффициент трансформации 
, который равен отношению истинных значений тока у первичной и вторичной обмотках ИИТ (
), не является постоянным, а зависит от режима роботы трансформатора.
Угловая погрешность 
обусловлена тем, что в реальных трансформаторах, в отличие от идеальных, вектор вторичного тока повёрнутый относительно первичного не точно на 
, и она равна углу между вектором первичного тока и повернутым на вектором вторичного тока. Угловую погрешность считают положительной если вектор первичного тока отстаёт от повернутого на вектора вторичного тока.
Токовая погрешность влияет на точность показаний всех измерительных приборов, включенных в его вторичную обмотку, а угловая- только на точность показаний фазочувствительных приборов.
Класс точности ИТТ обозначают одним числом с, которое выбирают из ряда: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10 и которое равняется границе допустимой токовой погрешности 
в нормальных условиях использования.
Границы допустимых токовой и угловой ошибки 
ИТТ в рабочих условиях использования устанавливаются двумя способами:
1.для классов точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2, которые есть лабораторным, в соответствии с ГОСТом 23624-79 границы допустимых погрешностей в диапазоне изменения первичного тока 
от 0 до 120% номинального значения 
устанавливаются за двучленными формулами:
где с и d, а и b – постоянные коэффициенты, значения которых зависят от класса точности ИТТ.
2.Для ИТТ классов точности 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10, которые принято называть стационарными, в соотвецтвии с ГОСТом 7746-89 границы допустимых погрешностей соотвецтвуют значениям, указанным в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Границы допустимых погрешностей стационарного ИТТ.
| Класс точности ИТТ | Первичный ток, % от номинального | Граница допустимой погрешности | Граница вторичной нагрузки, % от номинального | |
Токовой
 , %
| Угловой
 ,мин
| |||
| 0,1 | 5 20 100..120 | 0,4 0,2 0,1 | 15 8 5 | 25…100 |
| 0,2 | 5 20 100..120 | 0,75 0,35 0,2 | 30 15 10 | 25…100 |
| 0,3 | 5 20 100..120 | 1,5 0,75 0,5 | 90 45 30 | 25…100 |
| 1 | 5 20 100..120 | 3,0 1,5 1,0 | 180 90 60 | 25…100 |
| 3 | 50..120 | 3 | Не нормируют | 50…100 |
| 5 | 50…120 | 5 | Не нормируют | 50…100 |
| 10 | 50…120 | 10 | Не нормируют | 50…100 |
Таблица 5.2 - Значение коэффициентов с и d, а и b для определения допустимых погрешностей лабораторных ИИТ.
| Класс точности ИТТ | Значение коэффициентов | Граница вторичной нагрузки, % от номинального | |
| с/d | a/b | ||
| 0,01 | 0,01/0,002 | 1/0,1 | 95…100 |
| 0,02 | 0,02/0,004 | 1,5/0,15 | 50…100 |
| 0,05 | 0,05/0,005 | 3/0,3 | 50…100 |
| 0,1 | 0,1/0,02 | 5/0,5 | 25…100 |
| 0,2 | 0,2/0,04 | 10/1 | 25…100 |
По предназначению ИТТ разделяют на стационарные и переносные. Переносной лабораторный трансформатор часто есть многограничным с многосекционными первичной и вторичной обмотками.
ИТТ работает в режиме, близком к короткому замыканию, так как в его вторичную обмотку включаются приборы с малым сопротивлением. Полное суммарное сопротивление приборов и подводящих проводов является нагрузкой трансформатора тока.
На рисунке 5.2 приведена векторная диаграмма трансформатора тока, построение которой начато с вектора 
-магнитодвижущей силы(м.д.с) вторичной обмотки. Вектор напряжения 
получен как сумма векторов падений напряжений 
и 
на активном R и реактивном X сопротивлениях нагрузки при токе 
во вторичной цепи трансформатора.
Электродвижущая сила 
, наводимая во вторичной обмотке потоком 
сердечника, получена в результате сложения вектора 
с векторами 
и 
падений напряжения на активном 
и реактивном 
сопротивления вторичной обмотки.
Вектор м.д.с. 
сдвинут по фазе относительно вектора м.д.с. 
почти на 
т.е. м.д.с. оказывает размагничивающее действие. Вследствие этого магнитный поток в сердечнике создаётся результирующей м.д.с. 
, называемой полной намагничиваемой силой трансформатора.
М.д.с. состоит из реактивной составляющей 
, непосредственно создающей поток и совпадающей с ним по фазе, и активной составляющей 
, опережающей на 
, определяемой потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике.
Вектор м.д.с. 
получен сложением м.д.с. 
с повернутым на 
вектором м.д.с. - т.е.
Рисунок 5.2 - Векторная диаграмма трансформатора тока.
Выведем уравнения токовой погрешности и угловой погрешности. Из треугольников OBC и ABC (рис 5.2) имеем
где 
-угол между векторами и ; 
-угол между векторами 
и э.д.с. 
.
Поскольку угол 
мал, то можно положить 
. Тогда
Действительный коэффициент трансформации трансформатора тока
(5.1)
Токовая погрешность(в процентах)
(5.2)
так как в знаменателе можно заменить 
на 
ввиду того, что они мало отличаются друг от друга.
Подставляя в выражение (5.2) значение из (5.1), получим(в процентах)
100. (5.3)
Выражение для угловой погрешности можно получить из той же диаграммы(рисунок 5.2):
(5.4)
Так как 
составляет небольшое значение от 
, 
и 
то вторым слагаемым в знаменателе выражения (5.4) можно пренебречь. Кроме того, в виду малости угла 
можно положить 
. Тогда условная погрешность (в радианах)
.
Из векторной диаграммы и уравнения погрешности можно сделать следующие выводы.
Погрешности трансформатора тока увеличиваются по мере возрастания м.д.с. 
. Токовую погрешность для одного значения 
можно свести к нулю; для этого необходимо выполнить условие, вытекающее из уравнения (5.3):
что обычно и делается подбором витков 
вторичной обмотки. Для других значений тока 
погрешность не будет равна нулю, так как ток 
изменяется не пропорционально току .
Ток зависит от качества материала сердечника, его размеров, числа витков, а также от характера и значения нагрузки во вторичной цепи.
Увеличение сопротивления вторичной обмотки и возрастание нагрузки, т.е. включение большого числа приборов, приводят к повышению э.д.с. 
, что в свою очередь увеличивает ток 
и погрешности.
Соотношение между активной и реактивной составляющими сопротивления вторичной обмотки, а также параметры включенных в цепь вторичной обмотки приборов влияют как на значения погрешностей 
и 
, так и на их знаки. Угол 
практически остаётся неизменным, в то время как угол 
зависит от соотношения между индуктивным и активным сопротивлениями обмотки приборов.
Рисунок 5.3 - Погрешность трансформатора тока в зависимости от значения и характера нагрузки.
На рис 5.3 даны типичные для трансформаторов тока кривые токовой погрешности 
и угловой погрешности 
в зависимости от тока 
при различных значениях нагрузки Z во вторичной цепи и при различном её характере.
При использовании ИТТ для измерения тока значение измеряемого тока находят по формуле:
где 
- показания амперметра, А; 
- постоянная амперметра; 
-отсчёт на шкале амперметра; 
- номинальный коэффициент трансформации ИТТ.
Основные метрологические характеристики измерительных трансформаторов тока приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Основные метрологические характеристики измерительных трансформаторов тока.
| Тип ИТТ | Класс точности ИТТ | Диапазон стандартных значений первичных номинальных токов, А | Вторичные номинальные токи, А | Номинальное напряже ние | Номиналь ная частота (диапазон частот), Гц |
| И512 | 0,05 | 0,5…3000 | 1;5 | 15 В*А при 
| 50 |
| И515М | 0,1 | 0,5;1; 2,5; 5; 10; 25; 50 | 5 | 0,4 Ом | 50 |
| И509 | 0,2 | 5…1000 | 5 | 15 В*А при 
| 50…10000 |
| И54М | 0,2 | 0,2 | 5 | 0,7 Ом | 50 |
5.2 Измерительные трансформаторы напряжения(ИТН).
ИТН используют для расширения границ измерений по напряжению вольтметров, ваттметров, счетчиков электрической энергии, фазометров и других измерительных приборов на переменном токе.
Основными метрологическими характеристиками ИТН, которые регламентируются ГОСТом 23625-79, есть: номинальный коэффициент трансформации, класс точности, номинальная нагрузка вторичной цепи и частота.
Номинальный коэффициент трансформации ИТН 
равен отношению первичного номинального напряжения 
ко вторичному номинальному напряжению 
, тоесть
Номинальные значения первичного напряжения ИТН выбирают из ряда 
=100; 127; 150; 220; 380; 500; 1000; 2000; 3000;…;75000В. а номинальные значения вторичного напряжении- 
=100/3; 100 
; 100; 150; 200 
; 200 В.
ИТН свойственны две погрешности – погрешность напряжения
, которую выражают в процентах, и угловая погрешность 
, которую выражают радианах или угловых минутах.
Погрешность напряжения обусловлена разницей между номинальным 
и истинным 
коэффициентом трансформации равен:
а угловая погрешность 
равна углу между вектором первичного напряжения 
и повернутым на 
вектором вторичного напряжения - 
и считается положительной, если повернутый на 
вектор вторичного напряжения опережает вектор первичного напряжения.
Значения обоих погрешностей зависит от режима работы ИТН, а именно от значения первичного напряжения 
относительно 
, а также от значения и характера нагрузки вторичной цепи.
Класс точности ИТН обозначают одним числом с, которое выбирают из ряда: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10 и которое равно границе допустимой погрешности напряжения 
в нормальных условиях использования, тоесть 
при 
и 
.
Границы допустимых погрешности напряжения 
и угловой погрешности 
ИТН в рабочих условиях использования устанавливают двумя способами:
1) Для ИТН классов точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5, которые есть лабораторными, границы допустимых погрешностей в соотвецтвии с ГОСТом 23625-79 в диапазоне изменения первичного напряжения 
от 80 до 120% номинального значения 
устанавливают по формулам:
Где с-коэффициент, который численно равен классу точности ИТН; а- коэффициент значения которого зависят от класса точности ИТН
2) Для ИТН классов точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10, которые принято называть стационарными, в соотвецтвии с ГОСТом 1983-89 границы допустимых погрешностей в диапазоне изменения напряжения 
от 80 до 120% номинального значения 
и при мощности нагрузки от 0,25 
до 
отвечают значениям приведённым в таблице 5.3.
Таблица 5.4 - Границы допустимых погрешностей стационарных ИТН.
| Класс точности ИТН | 0,2 | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 10 | |
| Граница допустимых погрешностей | Напряжения 
| 0,2 | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 10 |
Угловой  , мин
| 10 | 20 | 40 | Не нормируют |
Погрешность напряжения 
ИТН влияет на точность показаний всех измерительных приборов, а угловая 
только на показания фазочувствительных приборов(ваттметров, счётчиков электрической энергии, фазометров).
Измерительные трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу, так как во вторичную цепь включаются приборы с относительно большим внутренним сопротивлением. На рисунке 5.4 приведена векторная диаграмма трансформатора напряжения.
Рисунок 5.4 - Векторная диаграмма трансформатора напряжения.
Для большей наглядности диаграммы полагаем число витков первичной 
и вторичной 
обмоток одинаковым (в действительности 
). Это позволяет заменить векторы магнитодвижущих сил соотвецтвующими токами.
Последовательность построения векторной диаграммы трансформатора напряжения от тока 
до 
включительно такая же, как и в трансформаторе тока.
Векторы напряжения 
на вторичной обмотке трансформатора и э.д.с. 
найдём на основании следующих уравнений:
(5.5)
где R и X –эквивалентные активное и реактивное сопротивления приборов во вторичной цепи; 
и 
- активное и реактивное сопротивления вторичной обмотки.
Вектор первичного напряжения 
получен сложением повернутого на 
вектора э.д.с. 
с падением напряжения на активном 
и реактивного 
сопротивлениях первичной обмотки трансформатора:
Учитывая (5.5) и значение 
получим
(5.6)
Из (5.6) следует, что вектор первичного напряжения 
не равен вектору вторичного напряжения 
, не смотря на то, что было принято 
. Степень этого неравенства, а следовательно погрешности напряжения 
и угловая погрешность 
зависят от токов 
и 
и сопротивлений обмоток трансформатора. Наибольшее влияние на погрешности оказывает нагрузка во вторичной цепи трансформатора.
Рисунок 5.5 - Погрешности трансформатора напряжения в зависимости от нагрузки: а-погрешность напряжения; б- угловая погрешность.
Основные метрологические характеристики измерительных трансформаторов напряжения приведены в таблице 5.5.
Таблица 5.5 Основные метрологические характеристики измерительных трансформаторов напряжения.
| Тип ИТН | Класс точности ИТН | Первичное номинальное напряжение, В | Вторичное номинальное напряжение, В | Номинальная нагрузка, В*А | Частота,Гц |
| И510 | 0,1 | 3000; 6000; 10000; 15000 | 100/  ;100;
150; 200/ 
| 10…15 В*А при 
| 50 |
| УТН-1 | 0,2 | 220; 380; 500 | 100/ ;100
| 5…15 В*А при
| 
|
