6. Mérôváltók


6.1. A transzformátor mûködési sajátosságai

Röviden foglaljuk össze az ideális transzformátor tulajdonságait (6.-1. ábra). Az ilyen transzformátor mágneses köre lineáris, mágneses vezetôképessége végtelen nagy, tekercselésének ellenállása nulla, mind a vasmag mind a tekercselés veszteségmentes. A feszültségek aránya a menetszámok arányával azonos. (A feszültségváltóként való alkalmazás ezen a sajátosságon alapul.)



#6.-1. ábra

Az N1/N2 viszony a menetszám-áttétel, ezt a-val jelöljük. A primer látszólagos teljesítmény és a szekunder látszólagos teljesítmény egyenlô:



Ezt az elôzô összefüggéssel összevetve:





A transzformátor primer gerjesztése (az áram és a menetszám szorzata) egyenlô a szekunder gerjesztéssel. (Ezt nevezzük a gerjesztések egyensúlya törvényének.) Ha a transzformátor szekunder oldalára Z2 impedanciát kapcsolunk, a szekunder áram:



A primer áram:



Vizsgáljuk meg, mekkora impedanciát mutat - a primer kapcsok felôl mérve - a szekunder oldalon Z2 impedanciával terhelt transzformátor:





A transzformátor impedanciaváltóként viselkedik. Ha a szekunder oldalán Z2 impedanciával terhelt, a=N1/N2 áttételû transzformátor egy "fekete doboz", amelyrôl nem tudjuk, hogy mit tartalmaz és csak a primer kapcsaihoz férünk hozzá, akkor a primer kapcsok között váltakozóáramon a2Z2 impedanciát érzékelhetünk. Ha a szekunder kapcsokat rövidrezárjuk, a primer kapcsok között is rövidzárat érzékelhetünk. (Lényegében ilyen üzemmódban dolgozik az áramváltó.)

6.2. A feszültségváltó


A feszültségváltó egy gyakorlatilag üresen járó transzformátor, amelynek a szekunder kapcsaira nagy impedanciájú áramköri elemeket - pl. voltmérô, wattmérô és cosj mérô feszültségága - párhuzamosan kapcsolva csatlakoztatunk. A feszültségváltó igen nagy váltakozófeszültségek mérését teszi lehetôvé. A primer oldala nagyfeszültségû hálózathoz csatlakozik, ennek névleges feszültsége a 750 kV-ot is elérheti. A szekunder névleges feszültség általában 100 V (esetleg 120 V vagy 100/Ö3 V). Az egyfázisú feszültségváltó primer kapcsainak jelölése A és B, a szekunder kapcsoké a és b. A primer UAB és a szekunder Uab feszültség - a szöghibától eltekintve - azonos fázishelyzetû.

A feszültségváltó pontosságát a feszültséghiba (áttételi hiba) és a szöghiba jellemzi. A feszültséghiba definíciója:



ahol vn a feszültségváltó névleges áttétele, U1 a primer feszültség, U2 a szekunder feszültség.

A feszültségváltók névleges áttételét a névleges primer és a névleges szekunder feszültség arányával adják meg, pl. 20 kV/100 V. A szöghiba a primer és a szekunder feszültség közötti fázisszög. A precíziós mérésekre való feszültségváltó pontossági osztálya 0,1, ez legfeljebb 0,1 % feszültséghibát és 0,15 crad (centiradián) szöghibát jelent. Hálózati védelmek táplálására kevésbé pontos, 2,5...10 pontossági osztályú feszültségváltók is készülnek.


6.3. Az áramváltó

Az áramváltó rövidrezárt transzformátornak tekinthetô, amelynek viszonylag kis menetszámú primer tekercsét a hálózatba sorosan iktatjuk be (a fogyasztóval sorbakapcsoljuk), a szekunder kapcsaihoz pedig egymással sorbakapcsolt, igen kis impedanciájú áramköri elemek csatlakoznak, pl. ampermérô, wattmérô és cosj mérô áramága stb. Az áramváltók primer névleges árama több kA lehet, a szekunder névleges áram 5 A (kivételesen 1 A). Az áramváltó primer kapcsai K és L, a szekunder kapcsai k és l jelölésûek. A primer IKL áram és a - szekunder kapcsokat rövidrezárva, ezen az ágon folyó - Ikl áram azonos fázishelyzetû (a szöghibától eltekintve).

Az áramváltó pontosságát az áramhibával (áttételi hiba) és a szöghibával jellemezhetjük, ezek értelmezése hasonló a feszültségváltóéhoz. Az áramhiba:



ahol vn a névleges áttétel, I1 a primer áram, I2 a szekunder áram.

Az áramváltók névleges áttátelét a névleges primer áram és a névleges szekunder áram arányával adják meg, pl. 1000/5 A. Az áramváltók pontossága a feszültségváltóékhoz hasonló, a 0,1...10 pontossági osztályokba sorolhatók.

A lakatfogó nyitható vasmagú áramváltóval egybeépített ampermérô. A vezetôket befogva - azok bontása nélkül - mérhetô az áramerôsség váltakozóáramon (6.-2. ábra). A lakatfogó szigetelése, kúszóáramútja olyan, hogy kisfeszültségen csupasz vezetékek (pl. gyûjtôsinek) áramerôssége is biztonsággal mérhetô vele. A lakatfogókkal általában feszültség is mérhetô, ekkor mérôvezetékekkel kötjük össze a vizsgált áramkört a lakatfogó feszültségmérô kapcsaival. (A korszerû lakatfogók elektronikus digitális mûszerek, a feszültség és áramerôsség mellett a teljesítmény és a teljesítménytényezô mérését is lehetôvé teszik. Az áramerôsség Hall cellás érzékelése esetén egyen- és váltakozóáram mérésére egyaránt alkalmasak.)

#6.-2. ábra

A lakatfogós ampermérôk több méréshatárra készülnek. Legkisebb méréshatáruk 5...10 A, így fogyasztói berendezések ellenôrzésére, hibakeresésére jól használhatók. A lakatfogóval egyszerre több vezeték is átfogható, ekkor az átfogott vezetôkben folyó áramok pillanatértékeinek összegével (az áramok vektoros összegével) egyezô áramerôsséget mérhetünk. Földelt csillagpontú négyvezetôs, testzárlatmentes hálózat fázisvezetôit és nullavezetôjét egyszerre átfogva áramot nem érzékelünk, testzárlat esetén viszont igen (6.-3. ábra). A lakatfogó ezért alkalmas testzárlat, földzárlat kimutatására is.

#6.-3. ábra


6.4. A mérôváltók alkalmazása


A mérôváltók lényegében jelváltók, egyrészt a mûszereinkkel mérhetô nagyságúra transzformálják a feszültséget vagy az áramot, másrészt galvanikusan elválasztják a mérôköreinket a nagyfeszültségû hálózatoktól. Kisfeszültségû hálózatokban (400/230 V) többnyire csak áramváltókat használunk, a mûszerek feszültségágai közvetlenül csatlakoznak a hálózathoz. A mérôváltók szekunder köréhez egyidejûleg több mérômûszert is csatlakoztathatunk. Mind a feszültségváltók, mind az áramváltók szekunder oldalát a megfelelô kapocsnál földelni kell. Ennek hiányában a "lebegô" potenciálú mérôkörben - a primer és a szekunder tekercs közötti szigetelési hiba estén - igen veszélyes nagyságú feszültségek jelenhetnek meg.

#6.-4. ábra

A 6.-4. ábrán a mérôváltók alkamazására mutatunk be egy példát, amelyen megfigyelhetôk az alkalmazás sajátosságai. (feszültségágak párhuzamos, áramágak soros kapcsolása, földelési mód). A jelzett polaritású bekötéssel mind a wattmérô, mind a cosj mérô helyesen mûködik.

Az áramváltó használata különleges figyelmet igényel: tilos nyitott szekunder kapcsokkal üzemeltetni, a szekunder áramkörét nem szabad üzem közben megszakítani. Ebben az esetben ugyanis a szekunder áram I2 = 0 lenne, nem alakulna ki ellengerjesztés, a primer körben folyó áram gerjesztése igen nagy fluxust hozna létre (általában a telítésig mágnesezné a vasmagot). Mindezek következtében a szekunder tekercsben életveszélyes nagyságú feszültségek indukálódnának (ez a szigetelés épségét is veszélyeztetné), a vasmag - a hiszterézisveszteség megnövekedése következtében - erôsen melegedne. Ha az áramváltó szekunder oldalára valamilyen okból nem csatlakozik mérôkör, a szekunder kapcsokat rövidre kell zárni.

A mérôváltók terhelhetôségét a gyártó által megadott névleges teljesítmény jellemzi. Feszültségváltók megengedett szekunder árama a névleges teljesítmény és a névleges szekunder feszültség ismeretében egyszerûen megállapítható:



ahol Sn a feszültségváltó névleges teljesítménye, U2n a feszültségváltó névleges szekunder feszültsége. A szekunder kör, a párhuzamosan kapcsolt feszültségágak eredô impedanciájának megengedett alsó határa is számítható a névleges jellemzôkbôl:



Az áramváltó túlterhelôdése két okból következhet be:
Az áramváltó szekunder kapcsain létrejövô legnagyobb megengedett feszültség szintén a névleges jellemzôkbôl számítható:



ahol Sn az áramváltó névleges teljesítménye, I2n az áramváltó névleges szekunder árama.

A szekunder kör, a sorbakapcsolt áramágak eredô impedanciájának megengedett felsô határa:




Ellenôrzô kérdések