Prúdové transformátory — princíp činnosti a aplikácie

Pri práci s energetickými systémami je často potrebné previesť určité elektrické veličiny na im podobné analógy s proporcionálne zmenenými hodnotami. To vám umožňuje simulovať určité procesy v elektrických inštaláciách a bezpečne vykonávať merania.

Prevádzka prúdového transformátora (CT) je založená na zákon elektromagnetickej indukciepracujúce v elektrických a magnetických poliach meniacich sa vo forme harmonických striedavých sínusových veľkostí.

Prevádza primárnu hodnotu vektora prúdu tečúceho v silovom obvode na sekundárnu zníženú hodnotu, rešpektujúc modulovú úmernosť a presný prenos uhla.

Princíp činnosti prúdového transformátora

Ukážku procesov prebiehajúcich pri transformácii elektrickej energie vo vnútri transformátora vysvetľuje schéma.

Výkonovým primárnym vinutím preteká prúd I1 s počtom závitov w1, čím prekonáva jeho impedanciu Z1.Okolo tejto cievky sa vytvorí magnetický tok F1, ktorý je zachytený magnetickým obvodom umiestneným kolmo na smer vektora I1. Táto orientácia zabezpečuje minimálnu stratu elektrickej energie pri jej premene na magnetickú energiu.

Pretínaním kolmo umiestnených závitov vinutia w2 v nich tok F1 indukuje elektromotorickú silu E2, pod vplyvom ktorej vzniká v sekundárnom vinutí prúd I2, ktorý prekonáva impedanciu cievky Z2 a pripojené výstupné zaťaženie Zn. V tomto prípade sa na svorkách sekundárneho okruhu vytvorí úbytok napätia U2.

Volá sa veličina K1, určená pomerom vektorov I1 / I2 koeficient transformácie... Jej hodnota sa nastavuje pri návrhu zariadení a meria sa v hotových konštrukciách. Rozdiely medzi ukazovateľmi skutočných modelov a vypočítanými hodnotami sú hodnotené metrologickou charakteristikou - triedou presnosti prúdového transformátora.

V skutočnej prevádzke nie sú hodnoty prúdov v cievkach konštantné hodnoty. Preto sa transformačný koeficient zvyčajne označuje nominálnymi hodnotami. Napríklad jeho výraz 1000/5 znamená, že pri primárnom prevádzkovom prúde 1 kiloampér bude v sekundárnych závitoch pôsobiť 5 ampérových záťaží. Tieto hodnoty sa používajú na výpočet dlhodobého výkonu tohto prúdového transformátora.

Magnetický tok F2 zo sekundárneho prúdu I2 znižuje hodnotu toku F1 v magnetickom obvode. V tomto prípade je tok z transformátora Ф v ňom vytvoreného určený geometrickým súčtom vektorov Ф1 a Ф2.

Nebezpečné faktory počas prevádzky prúdového transformátora

Schopnosť ovplyvnenia potenciálom vysokého napätia v prípade poruchy izolácie

Keďže magnetický obvod TT je vyrobený z kovu, má dobrú vodivosť a magneticky spája izolované vinutia (primárne a sekundárne) navzájom, existuje zvýšené riziko úrazu elektrickým prúdom pre personál alebo poškodenie zariadenia v prípade porušenia izolačnej vrstvy.

Aby sa predišlo takýmto situáciám, uzemnenie jednej zo sekundárnych svoriek transformátora sa používa na odvedenie vysokonapäťového potenciálu cez neho v prípade nehôd.

Táto svorka je vždy označená na kryte zariadenia a je vyznačená na schémach zapojenia.

Možnosť ovplyvnenia vysokým napäťovým potenciálom v prípade poruchy sekundárneho okruhu

Závery sekundárneho vinutia sú označené «I1» a «I2», takže smer tečúcich prúdov je polárny, zhoduje sa vo všetkých vinutiach. Keď je transformátor v prevádzke, musia byť vždy pripojené k záťaži.

Vysvetľuje to skutočnosť, že prúd prechádzajúci primárnym vinutím má vysoký potenciálny výkon (S = UI), ktorý sa transformuje na sekundárny obvod s malými stratami a pri jeho prerušení prúdová zložka prudko klesá na hodnoty netesnosti prostredím, ale zároveň pokles výrazne zvyšuje napätia v lomenej časti.

Potenciál na otvorených kontaktoch sekundárneho vinutia pri prechode prúdu v primárnej slučke môže dosiahnuť niekoľko kilovoltov, čo je veľmi nebezpečné.

Preto musia byť všetky sekundárne obvody prúdových transformátorov vždy bezpečne zmontované a skratové skraty musia byť vždy inštalované na vinutia alebo jadrá vyradené z prevádzky.

Konštrukčné riešenia používané v obvodoch prúdových transformátorov

Každý prúdový transformátor ako elektrické zariadenie je určený na riešenie určitých problémov pri prevádzke elektrických inštalácií. Priemysel ich vyrába veľký sortiment. V niektorých prípadoch je však pri zlepšovaní konštrukcií jednoduchšie použiť hotové modely s osvedčenými technológiami, ako prerábať a vyrábať nové.

Princíp vytvorenia jednootáčkového TT (v primárnom okruhu) je základný a je znázornený na fotografii vľavo.

Tu je primárne vinutie pokryté izoláciou vyrobené z priamej zbernice L1-L2 prechádzajúcej cez magnetický obvod transformátora a sekundárne vinutie je navinuté okolo neho a pripojené k záťaži.

Princíp vytvorenia viacotáčkového CT s dvoma jadrami je znázornený vpravo. Tu sa odoberú dva jednootáčkové transformátory so svojimi sekundárnymi obvodmi a cez ich magnetické obvody prechádza určitý počet závitov výkonových vinutí. Týmto spôsobom sa nielen zvýši výkon, ale ďalej sa zvýši počet výstupných pripojených obvodov.

Tieto tri princípy sa dajú meniť rôznymi spôsobmi. Napríklad použitie niekoľkých identických cievok okolo jedného magnetického obvodu je rozšírené na vytvorenie samostatných, nezávislých sekundárnych obvodov, ktoré fungujú autonómne. Tieto sa nazývajú jadrá. Týmto spôsobom sa ochrana spínačov alebo vedení (transformátorov) s rôznym účelom pripája k prúdovým obvodom jedného prúdového transformátora.

V zariadeniach energetických zariadení pracujú kombinované prúdové transformátory s výkonným magnetickým obvodom, ktoré sa používajú v núdzových režimoch zariadení, a obvyklé, určené na meranie pri nominálnych parametroch siete.Cievky ovinuté okolo výstuže sa používajú na ovládanie ochranných zariadení, zatiaľ čo konvenčné cievky sa používajú na meranie prúdu alebo výkonu / odporu.

Nazývajú sa takto:

• ochranné cievky označené indexom «P» (relé);

• meranie označené číslami metrologickej triedy presnosti TT, napríklad «0,5».

Ochranné vinutia pri bežnej prevádzke prúdového transformátora zabezpečujú meranie vektora primárneho prúdu s presnosťou 10%. S touto hodnotou sa nazývajú "desať percent".

Chyby merania

Princíp určovania presnosti transformátora vám umožňuje vyhodnotiť jeho ekvivalentný obvod zobrazený na fotografii. V ňom sú všetky hodnoty primárnych veličín podmienene znížené na pôsobenie v sekundárnych slučkách.

Ekvivalentný obvod popisuje všetky procesy prebiehajúce vo vinutiach, berúc do úvahy energiu vynaloženú na magnetizáciu jadra prúdom I.

Vektorový diagram vytvorený na jeho základe (trojuholník SB0) ukazuje, že prúd I2 sa líši od hodnôt I'1 s hodnotou I smerom k nám (magnetizácia).

Čím sú tieto odchýlky väčšie, tým je presnosť prúdového transformátora nižšia. Aby sa zohľadnili chyby merania CT, zaviedli sa nasledujúce koncepty:

• relatívna prúdová chyba vyjadrená v percentách;

• uhlová chyba vypočítaná z dĺžky oblúka AB v radiánoch.

Absolútna hodnota odchýlky vektorov primárneho a sekundárneho prúdu je určená segmentom AC.

Bežné priemyselné konštrukcie prúdových transformátorov sú vyrábané tak, aby pracovali v triedach presnosti definovaných charakteristikami 0,2; 0,5; 1,0; 3 a 10 %.

Praktická aplikácia prúdových transformátorov

Rôzny počet ich modelov možno nájsť ako v malých elektronických zariadeniach umiestnených v malom puzdre, tak aj v energetických zariadeniach, ktoré zaberajú značné rozmery niekoľkých metrov.Sú rozdelené podľa prevádzkových charakteristík.

Klasifikácia prúdových transformátorov

Po dohode sa delia na:

• meranie, prenos prúdov do meracích prístrojov;
• chránené, pripojené k prúdovým ochranným obvodom;
• laboratórium s vysokou triedou presnosti;
• medziprodukty používané na opätovnú konverziu.

Pri prevádzke zariadení sa TT používa:

• vonkajšia vonkajšia inštalácia;

• pre uzavreté inštalácie;

• vstavané zariadenia;

• zhora — vložte rukáv;

• prenosný, čo vám umožní vykonávať merania na rôznych miestach.

Podľa hodnoty prevádzkového napätia zariadenia TT sú:

• vysoké napätie (viac ako 1000 voltov);

• pre hodnoty menovitého napätia do 1 kilovoltu.

Prúdové transformátory sú tiež klasifikované podľa spôsobu izolačných materiálov, počtu transformačných krokov a ďalších charakteristík.

Dokončené úlohy

Externé meracie transformátory prúdu slúžia na prevádzku elektrických obvodov na meranie elektrickej energie, merania a ochrany vedení alebo výkonových autotransformátorov.

Nižšie uvedená fotografia zobrazuje ich umiestnenie pre každú fázu vedenia a inštaláciu sekundárnych okruhov v svorkovnici rozvádzača 110 kV pre výkonový autotransformátor.

Rovnaké úlohy vykonávajú prúdové transformátory externého rozvádzača-330 kV, ale vzhľadom na zložitosť zariadení s vyšším napätím majú oveľa väčšie rozmery.

Na energetických zariadeniach sa často používajú zabudované konštrukcie prúdových transformátorov, ktoré sú umiestnené priamo na skrini elektrárne.

Majú sekundárne vinutia s vodičmi umiestnenými okolo vysokonapäťovej priechodky v utesnenom kryte. Káble zo svoriek CT sú vyvedené do tu pripevnených svorkovníc.

Vnútorné vysokonapäťové transformátory prúdu najčastejšie používajú ako izolant špeciálny transformátorový olej. Príklad takejto konštrukcie je znázornený na fotografii pre prúdové transformátory série TFZM určené na prevádzku pri 35 kV.

Do 10 kV vrátane sa na izoláciu medzi vinutiami pri výrobe skrinky používajú pevné dielektrické materiály.

Príklad prúdového transformátora TPL-10 používaného v KRUN, uzavretých rozvádzačoch a iných typoch rozvádzačov.

Príklad zapojenia sekundárneho prúdového obvodu jednej z ochranných žíl REL 511 pre istič 110 kV je znázornený so zjednodušenou schémou.

Poruchy prúdového transformátora a ako ich nájsť

Prúdový transformátor pripojený k záťaži môže zlomiť elektrický odpor izolácie vinutí alebo ich vodivosť vplyvom tepelného prehriatia, náhodných mechanických vplyvov alebo nesprávnej inštalácie.

V prevádzkových zariadeniach dochádza najčastejšie k poškodeniu izolácie, čo má za následok otočné skratovanie vinutí (zníženie prenášaného výkonu) alebo vznik zvodových prúdov náhodne vytvorenými skratmi.

Aby sa identifikovali miesta nekvalitnej inštalácie napájacieho obvodu, pravidelne sa vykonávajú kontroly pracovného obvodu termokamerami.Na ich základe sa okamžite odstránia chyby zlomených kontaktov, zníži sa prehriatie zariadenia.

Neprítomnosť zatvárania od zákruty k zákrute kontrolujú špecialisti laboratórií ochrany relé a automatizácie:

• odber charakteristiky prúdového napätia;

• nabíjanie transformátora z externého zdroja;

• merania hlavných parametrov v pracovnej schéme.

Analyzujú tiež hodnotu transformačného koeficientu.

Vo všetkých prácach sa pomer medzi primárnym a sekundárnym vektorom prúdu odhaduje podľa veľkosti. Ich uhlové odchýlky sa nevykonávajú z dôvodu nedostatku vysoko presných fázových meracích prístrojov, ktoré sa používajú na kontrolu prúdových transformátorov v metrologických laboratóriách.

Vysokonapäťové testy dielektrických vlastností sú pridelené špecialistom laboratória izolačných služieb.