Elektro, zařízení a princip činnosti proudových transformátorů

Při provozu energetických systémů často vzniká potřeba převádět určité elektrické veličiny na podobná analoga s proporcionálně změněnými hodnotami. To umožňuje simulovat určité procesy v elektrických instalacích a bezpečně provádět měření.

Provoz proudového transformátoru (CT) je založen na zákonu elektromagnetické indukce, pracuje v elektrických a magnetických polích, které se mění ve tvaru harmonických proměnných sinusových veličin.

Převádí primární hodnotu vektoru proudu tekoucího v napájecím obvodu na sekundární sníženou hodnotu, zachovává modulovou úměrnost a přesný přenos úhlu.

Princip činnosti proudového transformátoru

Diagram znázorňuje procesy probíhající během transformace elektrické energie uvnitř transformátoru.

Výkonovým primárním vinutím protéká proud I1 s počtem závitů w1 a překonává jeho celkový odpor Z1. Kolem této cívky se vytvoří magnetický tok F1, který je zachycen magnetickým obvodem umístěným kolmo ke směru vektoru I1. Tato orientace zajišťuje minimální ztráty elektrické energie při její přeměně na energii magnetickou.

Překřížením kolmo umístěných závitů vinutí w2 do nich tok F1 indukuje elektromotorickou sílu E2, pod jejímž vlivem se v sekundárním vinutí objeví proud I2, překonávající celkový odpor cívky Z2 a připojenou výstupní zátěž Zn. V tomto případě se na svorkách sekundárního obvodu vytvoří úbytek napětí U2.

Hodnota K1, určená poměrem vektorů I1/I2, se nazývá transformační poměr. Jeho hodnota se nastavuje při návrhu zařízení a měří se v hotových konstrukcích. Rozdíly mezi ukazateli skutečných modelů a vypočtenými hodnotami jsou posuzovány metrologickou charakteristikou – třídou přesnosti proudového transformátoru.

Ve skutečné práci nejsou hodnoty proudu ve vinutí konstantní hodnoty. Proto se transformační poměr obvykle označuje nominálními hodnotami. Například jeho výraz 1000/5 znamená, že při provozním primárním proudu 1 kiloampér bude v sekundárních závitech působit zátěž 5 ampér. Na základě těchto hodnot se vypočítá dlouhodobý provoz tohoto proudového transformátoru.

Magnetický tok F2 ze sekundárního proudu I2 snižuje hodnotu toku F1 v magnetickém obvodu. V tomto případě je tok transformátoru Фт vytvořený v něm určen geometrickým součtem vektorů Ф1 a Ф2.

Výukový plakát „Měřicí transformátory“:

Nebezpečné faktory při provozu proudového transformátoru

Možnost poranění vysokonapěťovým potenciálem při porušení izolace

Vzhledem k tomu, že magnetický obvod CT je vyroben z kovu, má dobrou vodivost a vzájemně magneticky spojuje izolovaná vinutí (primární a sekundární), existuje zvýšené riziko úrazu elektrickým proudem pro personál nebo poškození zařízení v případě poškození izolační vrstvy.

Aby se takovým situacím předešlo, používá se uzemnění jedné ze sekundárních svorek transformátoru k odvedení vysokonapěťového potenciálu přes něj v případě havárií.

Tato svorka je vždy označena na těle přístroje a je vyznačena na schématech zapojení.

Možnost zranění vysokonapěťovým potenciálem při přerušení sekundárního okruhu

Svorky sekundárního vinutí jsou označeny „I1“ a „I2“, takže směr protékajících proudů je polární a shoduje se napříč všemi vinutími. Když je transformátor v provozu, musí být vždy připojen k zátěži.

Přečtěte si více

Jaká plemena slepic snášejí modrozelená vejce. Duhové barvy v kurníku: Plemena slepic, která snášejí modrá a zelená vejce – Telegraph

To se vysvětluje tím, že proud procházející primárním vinutím má výkon (S=UI) vysokého potenciálu, který se transformuje na sekundární obvod s nízkými ztrátami a při jeho přerušení proudová složka prudce klesá. k hodnotám netěsnosti prostředím, ale zároveň pokles výrazně zvyšuje namáhání zlomeného profilu.

Potenciál na otevřených kontaktech sekundárního vinutí při průchodu proudu primárním okruhem může dosáhnout několika kilovoltů, což je velmi nebezpečné.

Proto musí být všechny sekundární obvody proudových transformátorů vždy spolehlivě sestaveny a zkratové zkraty musí být vždy instalovány na vinutí nebo jádra, která jsou vyřazena z provozu.

Konstrukční řešení používaná v obvodech proudových transformátorů

Jakýkoli proudový transformátor jako elektrické zařízení je určen k řešení určitých problémů při provozu elektrických instalací. Průmysl je vyrábí ve velkém sortimentu. V některých případech však při vylepšování návrhů může být snazší použít hotové modely s osvědčenými technologiemi, než předělávat a vyrábět nové.

Princip vytvoření jednootáčkového CT (v primárním okruhu) je základní a je znázorněn na obrázku vlevo.

Zde je primární vinutí pokryté izolací vyrobeno z přímé sběrnice L1-L2 procházející magnetickým jádrem transformátoru a sekundární vinutí je navinuto a připojeno k zátěži.

Princip vytvoření víceotáčkového CT se dvěma jádry je zobrazen vpravo. Zde se odebírají dva jednootáčkové transformátory se svými sekundárními obvody a jejich magnetickými jádry prochází určitý počet závitů výkonových vinutí. Tímto způsobem se nejen zvýší výkon, ale navíc se zvýší počet výstupních připojených obvodů.

Tyto tři principy lze různě modifikovat. Například použití několika identických vinutí kolem jednoho magnetického jádra je rozšířené pro vytvoření samostatných, nezávislých sekundárních obvodů, které fungují autonomně. Obvykle se jim říká jádra. Tímto způsobem jsou k proudovým obvodům jednoho proudového transformátoru připojeny ochrany spínačů nebo vedení (transformátorů) s různým účelem.

Zařízení silnoproudých zařízení využívají kombinované transformátory proudu s výkonným magnetickým jádrem, používané v nouzových režimech na zařízení, a konvenční, určené pro měření jmenovitých parametrů sítě. Vinutí navinutá kolem vyztuženého železa se používají k ovládání ochranných zařízení, zatímco běžná vinutí se používají k měření proudu nebo výkonu/odporu.

Takto se jim říká:

ochranná vinutí označená indexem „P“ (relé);
měření, označené čísly metrologické třídy přesnosti TT, např. „0,5“.

Při normálním provozu proudového transformátoru zajišťují ochranná vinutí měření vektoru primárního proudu s přesností 10 %. Kvůli této hodnotě se jim říká „deset procent“.

Princip stanovení přesnosti transformátoru umožňuje vyhodnotit jeho ekvivalentní obvod znázorněný na obrázku. V něm jsou všechny hodnoty primárních veličin podmíněně redukovány na akci v sekundárních otáčkách.

Ekvivalentní obvod popisuje všechny procesy probíhající ve vinutích, přičemž bere v úvahu energii vynaloženou na magnetizaci jádra proudem I.

Vektorový diagram vytvořený na jeho základě (trojúhelník SB0) ukazuje, že proud I2 se liší od hodnot I’1 o hodnotu I us (magnetizace).

Čím vyšší jsou tyto odchylky, tím nižší je přesnost proudového transformátoru. Aby se vzaly v úvahu chyby měření CT, byly zavedeny následující koncepty:

relativní proudová chyba, vyjádřená v procentech;
úhlová chyba vypočítaná délkou oblouku AB v radiánech.

Přečtěte si více

Hodnocení tichých a spolehlivých lednic

Absolutní hodnota odchylky vektorů primárního a sekundárního proudu je určena střídavým segmentem.

Obecná průmyslová provedení proudových transformátorů jsou vyráběna pro provoz ve třídách přesnosti určených charakteristikou 0,2; 0,5; 1,0; 3 a 10 %.

Praktická aplikace proudových transformátorů

Různé jejich modely lze nalézt jak v malých elektronických zařízeních umístěných v malém krytu, tak v energetických zařízeních, která zabírají značné rozměry několika metrů. Jsou rozděleny podle provozních charakteristik.

Klasifikace proudových transformátorů

Podle účelu se dělí na:

měřicí zařízení, která přenášejí proudy do měřicích přístrojů;
ochranné, připojené k obvodům proudové ochrany;
laboratoř s vysokou třídou přesnosti;
mezilehlé používané pro opakovanou konverzi.

Při provozu zařízení se CT používají:

venkovní instalace pod širým nebem;
pro uzavřené instalace;
zabudované do zařízení;
nad hlavou – nasadit pouzdro;
přenosný, což vám umožní provádět měření na různých místech.

Na základě provozního napětí CT zařízení existují:

vysoké napětí (více než 1000 voltů);
pro hodnoty jmenovitého napětí do 1 kilovoltu.

Proudové transformátory jsou také klasifikovány podle způsobu izolačních materiálů, počtu transformačních stupňů a dalších charakteristik.

K ovládání obvodů pro měření elektrické energie, měření a jištění vedení nebo výkonových autotransformátorů se používají dálkové měřicí transformátory proudu.

Níže uvedená fotografie ukazuje jejich umístění pro každou fázi vedení a instalaci sekundárních okruhů ve svorkovnici na venkovním rozvaděči 110 kV pro výkonový autotransformátor.

Stejné úkoly plní proudové transformátory ve venkovních rozvaděčích 330 kV, ale vzhledem ke složitosti zařízení s vyšším napětím mají podstatně větší rozměry.

Na silových zařízeních se často používají provedení vestavěných proudových transformátorů, které se umisťují přímo na těleso elektroenergetického zařízení.

Mají sekundární vinutí s vodiči umístěnými kolem vysokonapěťového vstupu v utěsněném pouzdře. Kabely ze svorek CT jsou vedeny do zde připojených svorkovnic.

Uvnitř vysokonapěťových transformátorů proudu se jako izolant nejčastěji používá speciální transformátorový olej. Příklad takového provedení je na obrázku pro proudové transformátory řady TFZM, určené pro provoz při 35 kV.

Do 10 kV včetně se pro izolaci mezi vinutími při výrobě pouzdra používají pevné dielektrické materiály.

Příkladem je proudový transformátor značky TPL-10, používaný v KRUN, uzavřených rozvaděčích a dalších typech rozvaděčů.

Příklad zapojení sekundárního proudového obvodu jednoho z ochranných žil REL 511 pro jistič vedení 110 kV znázorňuje zjednodušené schéma.

Poruchy proudového transformátoru a jak je najít

Při zapnutí proudového transformátoru pod zátěží může vlivem tepelného přehřátí, náhodných mechanických vlivů nebo nekvalitní instalace dojít k narušení elektrického odporu izolace vinutí nebo jejich vodivosti.

V provozních zařízeních dochází nejčastěji k poškození izolace, což vede k přepólovým zkratům vinutí (snížení přenášeného výkonu) nebo vzniku svodových proudů náhodně vytvořenými obvody až ke zkratu.

Aby bylo možné identifikovat oblasti nekvalitní instalace napájecího obvodu, provádějí se periodické kontroly provozního obvodu pomocí termokamer. Na jejich základě se rychle odstraní závady přerušených kontaktů a sníží se přehřívání zařízení.

Přečtěte si více

Naklíčení pšenice: pokyny krok za krokem, aplikace, recenze

Nepřítomnost zkratů je kontrolována odborníky z laboratoří ochrany relé a automatizace:

převzetí charakteristiky proud-napětí;
zatížení transformátoru z externího zdroje;
měření hlavních parametrů v pracovním diagramu.

Analyzují také hodnotu transformačního koeficientu.

Ve všech pracích je posuzován vztah mezi vektory primárních a sekundárních proudů ve velikosti. Jejich úhlové odchylky se neprovádějí kvůli nedostatku vysoce přesných fázových měřicích zařízení, která se používají při kontrole proudových transformátorů v metrologických laboratořích.

Vysokonapěťové zkoušky dielektrických vlastností jsou zadány specialistům z laboratoře izolačních služeb.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:

Transformátory jsou určeny pro přenos informačních signálů měření do měřicích, ochranných, automatizačních, signalizačních a řídicích zařízení, k izolaci sekundárních připojovacích obvodů od vysokého napětí v elektrických instalacích střídavého proudu o frekvenci 50 Hz pro napěťovou třídu 6–35 kV.

Konstrukce a princip činnosti ITT

Proudový transformátor obsahuje dvě vinutí umístěná na feromagnetickém jádru z elektrooceli (obr. 1). Závity primáru jsou připojeny k obvodu, kterým protéká primární proud do sekundáru, jsou připojena měřicí a ochranná zařízení. V magnetickém obvodu vzniká střídavý magnetický tok, který se indukuje v sekundárním vinutí, díky čemuž vzniká sekundární proud opačný než primárnímu.

Rýže. 1. Schéma proudového transformátoru: 1 – primární vinutí; 2 – sekundární vinutí; 3 – magnetický obvod; 4 – přerušení magnetického obvodu

Pro správný přenos fáze proudu a maximální přesnost měření jsou závěry primárního a sekundárního vinutí ICT označeny jako „linka“ (L) a „metr“ (I).

Někdy nehody způsobí, že přípustná hodnota proudu je překročena o řád. V tomto případě je ITT přetíženo. Z tohoto důvodu je jeho výkon výrazně vyšší než jmenovitý, jádro se nasytí a přesnost měření se snižuje. Proto GOST určila limity chyb 10%.

Specifika měřicího transformátoru proudu

Hlavní charakteristiky ICT: sekundární a primární jmenovitý proud, zatížení sekundárního obvodu, třída přesnosti, transformační poměr, úhlové a celkové chyby.

Zařízení proudového transformátoru

Stejné zařízení lze použít pro připojení několika zařízení najednou. Ale čím více jich je připojeno k transformátoru, tím vyšší je odpor. Z tohoto důvodu klesá proud v sekundárním vinutí, což ovlivňuje provozní režim zařízení.

Díky oddělení vinutí není ampérmetr vystaven vysokému napětí, což umožňuje jeho montáž přímo na rozvodnou desku. Pro snížení rizika průrazu izolace musí být výstup sekundárního vinutí uzemněn (obr. 2).

Rýže. 2. Schéma uzemnění ICT

Jmenovitý sekundární proud by neměl překročit 5A. A pokud je transformátor instalován ve velké vzdálenosti od měřicích zařízení, proud se sníží na 1A, aby se snížil úbytek napětí v ohebných vodičích.

Připojení měřicího transformátoru proudu: základní pravidla instalace

Aby se předešlo chybám při zapojování a selhání přístroje nebo měřicích přístrojů, jsou svorky na přístroji označeny písmeny a čísly: L1 a L2, I1 a I2, které označují počáteční a koncové body primárního a sekundárního vinutí. Pro zajištění možnosti připojení napěťového vinutí k fázi a nule je mezi L1 a I1 propojka a „nulový“ vodič je připojen ke třetí svorce.

Přečtěte si více

Smyslové orgány u ryb - vlastnosti struktury, funkce a charakteristiky stručně v tabulce (7. třída, biologie)

V měřicích transformátorech proudu napěťové třídy 6–10 kV jsou instalována více než dvě sekundární vinutí. Jeden z nich je připojen k ochrannému zařízení a zbytek je připojen k měřicím přístrojům (obr. 3).

Rýže. 3. Schémata zapojení sekundárních vinutí: a – „hvězda“, b – „částečná hvězda“

Schémata zapojení pro sekundární vinutí:

„Hvězda“ – instalace ve třech fázích;
„Částečná hvězda“ – instalace ve dvou fázích.

Nejčastěji je jmenovitá hodnota primárního proudu 50–2000A, sekundární – 5A.

Připojení transformátoru podle pravidel a bez chyb je zárukou stabilního a dlouhodobého provozu zařízení.

Instalační normy pro proudové a napěťové obvody jsou uvedeny v PUE – Pravidla elektrické instalace. Jak je patrné z dokumentu, v současných obvodech je průřez měděného drátu 2,5 m1,5. mm nebo více, v napěťových obvodech – od XNUMX kV. mm.

Sekundární obvody musí být uzemněny, aby byla zajištěna bezpečnost uživatelů a zařízení.

Nedoporučuje se instalovat transformátor sami, aniž byste měli příslušné dovednosti. Kontaktování elektroinstalační organizace, která má schválení SRO, vám umožní rychle a bez přerušení provádět řadu elektrických prací.

Testování měřicích transformátorů proudu

Aby se snížilo riziko nehod a zranění personálu a zajistily se bezpečné pracovní podmínky, je nutné periodické testování přístrojových transformátorů proudu. Tato opatření je rovněž nutné provést při uvádění nového zařízení do provozu nebo po modernizaci a opravě stávající budovy nebo stavby.

Seznam zkoušek přístrojových transformátorů

První fáze testování – inspekce. Zkontrolujte zde:

pas zařízení;
stav směsi, porcelánu nebo keramiky;
počet zemních spojení a umístění jejich instalace (na svorkovnici nebo ochranném panelu);
stav závitů v upínacích lamelách;
úplnost zařízení.

Pokud je transformátor vestavěný, je nutné zkontrolovat těsnění potrubí a krabic, kterými procházejí obvody.

Izolační odpor vinutí. Zkouška se provádí pomocí meggeru pro napětí 1,0–2,5 kV, přičemž se určuje izolační odpor vinutí vůči sobě navzájem a vůči pouzdru.

Elektrická pevnost izolace se kontroluje přivedením napětí 2000V po dobu 60s. Vinutí jsou po stejnou dobu izolována střídavým napětím 1000V.

Polarita sekundárních vinutí. Stejnosměrné impulsy, jejichž zdrojem jsou suché baterie/akumulátory do 6V, jsou měřeny galvanometrem.

Pokud se během uzavírání obvodu šipka zařízení posune doprava, pak jsou unipolární svorky ty, ke kterým jsou připojeny „plusy“ galvanometru a zdroje energie.

ITT transformační koeficient. Zatěžovací transformátor napájí primární vinutí proudem co nejblíže jmenovitému proudu. Koeficient se měří pro sekundární vinutí a odbočky.

Pokud vestavěné transformátory nemají označení, měly by být obnoveny. K tomu je napětí aplikováno na libovolné dvě větve. Pomocí voltmetru určete začátek a konec vinutí (budou mít nejvyšší hodnotu) a přiveďte napětí 1V na otáčku. Napětí podél větví by mělo být přímo úměrné počtu závitů.

Parametry magnetizace. Tento test umožňuje identifikovat tak běžnou závadu, jako je mezizávitový zkrat v sekundárním vinutí.

Získaná data jsou porovnávána s typickými hodnotami nebo s parametry zařízení stejného typu a třídy přesnosti. Pokud se magnetizace testovaného zařízení snížila a transkonduktance se snížila, pak je přítomna vada.

Přečtěte si více

Péřová bunda je roztrhaná, jak to opravit: sešít, přilepit.

Při testování se nedoporučuje používat reostat, detektor nebo elektronická zařízení, která mohou data zkreslit.

Testovací podmínky

Aby se předešlo chybám, testování by mělo být prováděno v souladu se zavedenými normami a pravidly uvedenými v návodu k obsluze:

teplota vzduchu od +15 do +35 °С;
atmosférický tlak 85–105 kPa;
vlhkost 30–80 %.

Zařízení používaná k testování nemají negativní dopad na životní prostředí. Zároveň se během testu na výstupních svorkách vyskytují napětí, která mohou člověka zranit. Měření by proto měli provádět pouze proškolení zaměstnanci s kvalifikační skupinou minimálně III.