Prúdové transformátory sú nepostrádateľnými základnými nástrojmi pri meraní, ochrane a monitorovaní energetických systémov. Či už v závodných rozvodniach, rozvodniach alebo v rozvodných skriniach budov, možno ich nájsť takmer všade, kde je potrebné meranie prúdu. Vnútorné jednofázové transformátory prúdu{2}} ako najpoužívanejší typ zohrávajú kľúčovú úlohu pri premene veľkých prúdov vo vysokonapäťových vedeniach- na menšie prúdy vhodné na bezpečné použitie prístrojmi a relé. Tento článok systematicky predstaví definíciu, štruktúru a pracovný princíp vnútorných jednofázových transformátorov prúdu{5}}, čím pomôže odborníkom v oblasti elektrotechniky a začiatočníkom získať jasnú predstavu.
I. Čo je to prúdový transformátor?
Prúdový transformátor (CT) je špecializované meracie a transformačné zariadenie. Jeho hlavnou funkciou je proporcionálne premieňať veľké prúdy v napájacom systéme na štandardné menšie prúdy. Typicky prevádza veľký primárny prúd na štandardný 5A alebo 1A výstup na sekundárnej strane, čím zaisťuje bezpečné používanie sekundárnych zariadení, ako sú prístroje na meranie výkonu, ampérmetre, wattmetre a ochranné zariadenia relé.
Prečo je táto konverzia potrebná? Existujú dva dôvody: Po prvé, sieťový prúd v energetických systémoch často dosahuje stovky alebo dokonca tisíce ampérov, čo znemožňuje priame pripojenie k bežným prístrojom. Po druhé, vysokonapäťové vedenia nemožno priamo pripojiť k meracím prístrojom; inak by operátori čelili riziku úrazu elektrickým prúdom. Prúdové transformátory dosahujú elektrickú izoláciu prostredníctvom princípu elektromagnetickej indukcie, pričom proporcionálne znižuje prúd a úplne izoluje stranu vysokého-napätia od nízkonapäťového-sekundárneho obvodu, čím zásadne zabezpečuje bezpečnosť meracieho personálu a zariadení.
II. Čo je to „jednofázový-indoor“?
Vnútorné: Ide o model transformátora špeciálne navrhnutý pre vnútorné prostredie inštalácie. Jeho izolačná štruktúra, úroveň ochrany krytu a povrchová vzdialenosť sú navrhnuté pre vnútorné podmienky a nie sú vhodné na priame použitie vo vlhkom, špinavom alebo-vonkajšom prostredí vystavenom dažďu.
Jednofázový-fázový: To znamená, že každý transformátor meria prúd iba jedného fázového vedenia, pričom na každú fázu je nakonfigurovaná jedna jednotka. Ak sa v troj-systéme vyžaduje trojfázové meranie prúdu, zvyčajne sú potrebné dva alebo tri jednofázové transformátory- (v závislosti od spôsobu zapojenia). V porovnaní s troj{6}}fázovými integrovanými transformátormi prúdu sú jednofázové transformátory prúdu menšie a flexibilnejšie pri inštalácii, čo uľahčuje ich umiestnenie v rôznych rozvodných skriniach, rozvádzačoch a meracích boxoch.
III. Konštrukčné komponenty vnútorných jednofázových transformátorov prúdu-
Vnútorné jednofázové transformátory prúdu{0}} pozostávajú hlavne z nasledujúcich častí zvonku:
1. Jadro
Jadro je jadrom magnetického obvodu transformátora, zvyčajne vyrobené z na sebe naskladaných vysoko{0}}permeabilných kremíkových oceľových plechov, ktoré tvoria uzavretú slučku magnetického toku. Materiál a prierez -jadra priamo ovplyvňujú triedu presnosti a chybové charakteristiky transformátora. Meracie transformátory vyžadujú vysokú priepustnosť jadra a nízku hysteréznu stratu; ochranné transformátory uprednostňujú schopnosť jadra zabrániť predčasnej saturácii pri poruchách vysokého prúdu-.
2. Primárne vinutie (primárna cievka)
Primárne vinutie má veľmi málo závitov, zvyčajne len jeden až niekoľko závitov, niekedy priamo tvorené prípojnicou alebo medenou tyčou prechádzajúcou jadrom. Primárne vinutie je zapojené do série s meraným elektrickým vedením a cez toto vinutie preteká veľký primárny prúd, ktorý vytvára magnetické pole.
3. Sekundárne vinutie (sekundárna cievka) Sekundárne vinutie má viac závitov a je navinuté okolo železného jadra. Dosahuje elektromagnetické spojenie s primárnym vinutím cez magnetické pole železného jadra, čím sa indukuje sekundárny prúd. Dve svorky sekundárneho vinutia sú zvyčajne označené S1 a S2 (alebo K1 a K2) pre pripojenie externého prístroja a relé.
4. Izolátor Izolátor obopína železné jadro a vinutie a úplne izoluje vysokonapäťový primárny okruh od nízkonapäťového sekundárneho okruhu. Bežné metódy izolácie vnútorných transformátorov prúdu zahŕňajú odlievanie epoxidovou živicou (monolitický odliatok, dobrá izolácia, kompaktná štruktúra) a obalenie izolačným papierom lakom (tradičný proces, vhodný pre veľkokapacitné produkty).
5. Kryt a montážna konzola Kryt je zvyčajne monolitický odliatok z epoxidovej živice alebo kovový kryt. Spôsoby inštalácie zahŕňajú cez-stenu, stĺpik a priechodky, pričom sa vyberajú rôzne formy v závislosti od miesta inštalácie a štruktúry obvodu.
IV. Princíp fungovania vnútorných jednofázových transformátorov prúdu-
Princíp činnosti vnútorných jednofázových transformátorov prúdu{0} je založený na Faradayovom zákone elektromagnetickej indukcie. Jeho podstata je rovnaká ako podstata transformátora, ale prevádzkové podmienky sú výrazne odlišné. Základný pracovný postup je nasledovný:
Keď primárny prúd I₁ preteká primárnym vinutím (N₁ závitov) v testovanom obvode, podľa Amperovho zákona prúd generuje striedavý magnetický tok Φ v železnom jadre. Tento striedavý magnetický tok prechádza sekundárnym vinutím s N₂ závitmi a podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie sa v sekundárnom vinutí indukuje sekundárna elektromotorická sila, čím sa v sekundárnom obvode pripojenom k záťaži (vnútorný odpor prístroja) generuje sekundárny prúd I₂.
Hlavný rozdiel medzi prúdovým transformátorom a transformátorom je: Transformátor funguje pri takmer -bez{1}}zaťažení alebo zaťažení a sekundárne napätie sa mení podľa zaťaženia; zatiaľ čo prúdový transformátor pracuje normálne so svojou sekundárnou stranou v takmer -skratovom- stave (s minimálnym vnútorným odporom prístroja) a sekundárny prúd má pevný proporcionálny vzťah k primárnemu prúdu, nezávisle od veľkosti záťaže. Kvôli tejto vlastnosti nesmie byť sekundárna strana prúdového transformátora nikdy prevádzkovaná s otvoreným obvodom. Po otvorení-okruhu sa magnetický tok cez jadro dramaticky zvýši v dôsledku straty demagnetizačných ampérových-závitov na sekundárnej strane, čo vedie k presýteniu jadra-a indukuje nebezpečne vysoké napätie (až niekoľko kilovoltov) na sekundárnej strane, čo vážne ohrozuje bezpečnosť zariadenia a personálu.
V. Hlavné technické parametre vnútorných jednofázových transformátorov prúdu-
Po pochopení princípu fungovania je tiež potrebné oboznámiť sa s nasledujúcimi kľúčovými parametrami:
Pomer menovitého prúdu (transformačný pomer): ako napríklad 100/5, 200/5, 400/5 atď., ktorý predstavuje pomer menovitého prúdu na primárnej strane k menovitému prúdu na sekundárnej strane, je primárnym parametrom pre výber.
Trieda presnosti (trieda presnosti): Bežne používané sú 0,1, 0,2, 0,5 (pre meranie) a 5P, 10P (pre ochranu). Čím menšie číslo, tým vyššia presnosť. Pre rôzne aplikácie by sa mali zvoliť rôzne triedy.
Menovité sekundárne zaťaženie (VA): Vzťahuje sa na zdanlivý výkon zodpovedajúci maximálnej povolenej impedancii pripojenej k sekundárnej strane prúdového transformátora. Bežné hodnoty sú 5VA, 10VA, 15VA, 30VA atď. Celková impedancia pripojených prístrojov by nemala prekročiť túto hodnotu; v opačnom prípade sa chyba zvýši.
Menovité izolačné napätie (Um): Označuje triedu izolačného napätia primárnej strany prúdového transformátora voči zemi a sekundárnej strane, ako je 0,72 kV, 3,6 kV, 7,2 kV atď.
VI. Hlavná aplikácia
Scenáre Vnútorné jednofázové transformátory prúdu- sa široko používajú v nasledujúcich aplikáciách: meracie a ochranné obvody v systémoch distribúcie elektrickej energie v závodoch; detekcia prúdu v rozvádzačoch 10 kV a nízkonapäťových{2}}rozvádzačoch; prúd
odber vzoriek v zariadeniach na ochranu relé rozvodne; krabice na meranie energie v rozvodniach budov; a prúdové monitorovacie obvody v systémoch priemyselnej automatizácie.
FAQ
Otázka 1: Prečo nemôže byť sekundárna strana prúdového transformátora otvorená-?
Odpoveď: Keď je obvod sekundárnej strany otvorený-, magnetický tok v železnom jadre stráca demagnetizačný účinok sekundárneho prúdu, čo spôsobuje prudké zvýšenie magnetického toku. To indukuje vysoké napätie niekoľko tisíc voltov na sekundárnej strane, čo môže ľahko viesť k narušeniu izolácie prúdového transformátora a úrazom elektrickým prúdom. Pred demontážou nástroja musí byť sekundárna strana-skratovaná.
Q2: Je bezpečnejšie zvoliť väčší transformačný pomer pre prúdový transformátor?
Odpoveď: Nie nevyhnutne. Príliš veľký transformačný pomer bude mať za následok nedostatočný sekundárny prúd pri normálnom zaťažení, zvýšenie chýb merania a nepresné údaje prístroja. Vhodný transformačný pomer by sa mal zvoliť na základe skutočného maximálneho zaťažovacieho prúdu; vo všeobecnosti je výhodný normálny prevádzkový prúd 60 % až 80 % menovitého primárneho prúdu.
Q3: Môžu byť vnútorné prúdové transformátory inštalované vonku?
Odpoveď: Nie. Izolačná štruktúra a povrchová vzdialenosť vnútorných transformátorov prúdu sú navrhnuté pre čisté vnútorné prostredie. Vonkajšie vlhké, špinavé a ultrafialové prostredie urýchľuje starnutie izolácie, čo vedie k preskoku alebo rozpadu izolácie. Musia sa použiť vyhradené vonkajšie transformátory prúdu.
