Strujni transformatori — princip rada i primjena

U radu s energetskim sustavima često je potrebno određene električne veličine pretvoriti u njima slične analoge s proporcionalno promijenjenim vrijednostima. To vam omogućuje simulaciju određenih procesa u električnim instalacijama i sigurno obavljanje mjerenja.

Rad strujnog transformatora (CT) temelji se na zakon elektromagnetske indukcijekoji djeluju u električnim i magnetskim poljima koja variraju u obliku harmonika izmjeničnih sinusoidnih veličina.

Pretvara primarnu vrijednost vektora struje koja teče u strujnom krugu u sekundarnu smanjenu vrijednost, poštujući proporcionalnost modula i točan prijenos kuta.

Princip rada strujnog transformatora

Dijagramom je objašnjen prikaz procesa koji se odvijaju tijekom transformacije električne energije unutar transformatora.

Struja I1 teče kroz energetski primarni namot s brojem zavoja w1, svladavajući njegovu impedanciju Z1.Oko ove zavojnice formira se magnetski tok F1, koji se hvata magnetskim krugom koji se nalazi okomito na smjer vektora I1. Ova orijentacija osigurava minimalan gubitak električne energije kada se ona pretvara u magnetsku energiju.

Prelazeći okomito smještene zavoje namota w2, tok F1 inducira u njima elektromotornu silu E2, pod utjecajem koje u sekundarnom namotu nastaje struja I2, prevladavajući impedanciju svitka Z2 i povezanog izlaznog opterećenja Zn. U tom slučaju na stezaljkama sekundarnog kruga nastaje pad napona U2.

Naziva se veličina K1, određena omjerom vektora I1 / I2 koeficijent transformacije... Njegova se vrijednost postavlja tijekom projektiranja uređaja i mjeri se u gotovim konstrukcijama. Razlike između pokazatelja stvarnih modela i izračunatih vrijednosti procjenjuju se mjeriteljskom karakteristikom - razredom točnosti strujnog transformatora.

U stvarnom radu, vrijednosti struja u zavojnicama nisu konstantne vrijednosti. Stoga se koeficijent transformacije obično označava nominalnim vrijednostima. Na primjer, njegov izraz 1000/5 znači da će s primarnom radnom strujom od 1 kiloampera u sekundarnim zavojima djelovati opterećenje od 5 ampera. Ove se vrijednosti koriste za izračun dugoročne izvedbe ovog strujnog transformatora.

Magnetski tok F2 iz sekundarne struje I2 smanjuje vrijednost toka F1 u magnetskom krugu. U ovom slučaju, tok iz transformatora F stvoren u njemu određen je geometrijskim zbrajanjem vektora F1 i F2.

Opasni čimbenici tijekom rada strujnog transformatora

Sposobnost utjecaja visokog napona u slučaju kvara izolacije

Budući da je magnetski krug TT-a izrađen od metala, ima dobru vodljivost i magnetski povezuje izolirane namote (primar i sekundar) jedan s drugim, postoji povećani rizik od strujnog udara za osoblje ili oštećenja opreme ako je izolacijski sloj prekinut.

Kako bi se spriječile takve situacije, uzemljenje jednog od sekundarnih priključaka transformatora koristi se za odvod visokog napona preko njega u slučaju nesreće.

Ova je stezaljka uvijek označena na kućištu uređaja i naznačena je na spojnim dijagramima.

Mogućnost utjecaja visokog napona u slučaju kvara sekundarnog kruga

Zaključci sekundarnog namota označeni su s «I1» i «I2», tako da je smjer struje koji teče polarni, podudara se u svim namotima. Kada transformator radi, uvijek moraju biti priključeni na opterećenje.

To se objašnjava činjenicom da struja koja prolazi kroz primarni namot ima veliku potencijalnu snagu (S = UI), koja se transformira u sekundarni krug s malim gubicima, a kada se prekine, komponenta struje naglo opada na vrijednosti propuštanja kroz okolinu, ali u isto vrijeme pad značajno povećava naprezanja u slomljenom presjeku.

Potencijal na otvorenim kontaktima sekundarnog namota tijekom prolaska struje u primarnoj petlji može doseći nekoliko kilovolta, što je vrlo opasno.

Stoga svi sekundarni krugovi strujnih transformatora uvijek moraju biti sigurno montirani, a šantovi kratkog spoja uvijek moraju biti instalirani na namote ili jezgre isključene iz upotrebe.

Projektna rješenja koja se koriste u krugovima strujnih transformatora

Svaki strujni transformator, kao električni uređaj, namijenjen je rješavanju određenih problema tijekom rada električnih instalacija. Industrija ih proizvodi u velikom asortimanu. Međutim, u nekim slučajevima, prilikom poboljšanja konstrukcija, lakše je koristiti gotove modele s provjerenim tehnologijama nego redizajnirati i proizvoditi nove.

Načelo stvaranja jednosmjernog TT (u primarnom krugu) je osnovno i prikazano je na fotografiji lijevo.

Ovdje je primarni namot, prekriven izolacijom, napravljen od pravolinijske sabirnice L1-L2 koja prolazi kroz magnetski krug transformatora, a sekundar je omotan zavojima oko njega i spojen na opterećenje.

Načelo stvaranja višestrukog CT-a s dvije jezgre prikazano je desno. Ovdje se uzimaju dva jednonavojna transformatora sa svojim sekundarnim krugovima i kroz njihove magnetske krugove prolazi određeni broj zavoja energetskih namota. Na ovaj način ne samo da se povećava snaga, već se dodatno povećava i broj izlaznih spojenih krugova.

Ova tri principa mogu se mijenjati na različite načine. Na primjer, upotreba nekoliko identičnih zavojnica oko jednog magnetskog kruga je raširena za stvaranje zasebnih, neovisnih sekundarnih krugova koji rade autonomno. One se nazivaju jezgre. Na taj način se zaštita prekidača ili vodova (transformatora) različite namjene spaja na strujne krugove jednog strujnog transformatora.

Kombinirani strujni transformatori sa snažnim magnetskim krugom, koji se koriste u hitnim načinima rada opreme, i uobičajeni, dizajnirani za mjerenja pri nominalnim mrežnim parametrima, rade u uređajima energetske opreme.Zavojnice omotane oko armature koriste se za rad zaštitnih uređaja, dok se konvencionalne zavojnice koriste za mjerenje struje ili snage/otpora.

Zovu se ovako:

• zaštitne zavojnice označene indeksom «P» (relej);

• mjerenje označeno brojevima metrološke klase točnosti TT, na primjer «0,5».

Zaštitni namoti tijekom normalnog rada strujnog transformatora omogućuju mjerenje vektora primarne struje s točnošću od 10%. S ovom vrijednošću nazivaju se "deset posto".

Pogreške mjerenja

Načelo određivanja točnosti transformatora omogućuje procjenu njegovog ekvivalentnog kruga prikazanog na fotografiji. U njemu su sve vrijednosti primarnih veličina uvjetno svedene na djelovanje u sekundarnim petljama.

Ekvivalentni krug opisuje sve procese koji se odvijaju u namotima, uzimajući u obzir energiju utrošenu na magnetiziranje jezgre strujom I.

Vektorski dijagram izgrađen na njegovoj osnovi (trokut SB0) pokazuje da se struja I2 razlikuje od vrijednosti I'1 s vrijednošću I prema nama (magnetizacija).

Što su ta odstupanja veća, to je niža točnost strujnog transformatora.Da bi se uzele u obzir pogreške mjerenja CT-a, uvode se sljedeći pojmovi:

• relativna strujna pogreška izražena u postocima;

• kutna pogreška izračunata iz duljine luka AB u radijanima.

Apsolutna vrijednost odstupanja vektora primarne i sekundarne struje određena je izmjeničnim segmentom.

Uobičajeni industrijski dizajni strujnih transformatora proizvode se za rad u klasama točnosti definiranim karakteristikama od 0,2; 0,5; 1,0; 3 i 10%.

Praktična primjena strujnih transformatora

Raznolik broj njihovih modela može se naći kako u malim elektroničkim uređajima smještenim u malom kućištu, tako i u energetskim uređajima koji zauzimaju značajne dimenzije od nekoliko metara, a dijele se prema radnim karakteristikama.

Podjela strujnih transformatora

Po dogovoru se dijele na:

• mjerenje, prijenos struja na mjerne instrumente;
• zaštićen, spojen na strujne zaštitne krugove;
• laboratorij, s visokom klasom točnosti;
• intermedijeri koji se koriste za ponovnu konverziju.

Prilikom rada objekata, TT se koristi:

• vanjska vanjska instalacija;

• za zatvorene instalacije;

• ugrađena oprema;

• odozgo - umetnite rukav;

• prenosiv, što vam omogućuje mjerenje na različitim mjestima.

Po vrijednosti radnog napona TT opreme postoje:

• visoki napon (više od 1000 volti);

• za nazivne vrijednosti napona do 1 kilovolta.

Također, strujni transformatori se klasificiraju prema načinu izolacije materijala, broju koraka transformacije i drugim karakteristikama.

Izvršeni zadaci

Vanjski mjerni strujni transformatori koriste se za pogon električnih krugova za mjerenje električne energije, mjerenja i zaštitu vodova ili energetskih autotransformatora.

Na slici ispod prikazan je njihov položaj za svaku fazu voda i ugradnja sekundarnih strujnih krugova u priključnu kutiju 110 kV rasklopnog postrojenja za energetski autotransformator.

Iste zadatke obavljaju i strujni transformatori vanjskog rasklopnog postrojenja-330 kV, ali s obzirom na složenost opreme višeg napona, oni su mnogo većih dimenzija.

Na energetskoj opremi često se koriste ugrađeni dizajni strujnih transformatora koji se postavljaju izravno na kućište elektrane.

Imaju sekundarne namote s vodovima smještenim oko visokonaponske čahure u zatvorenom kućištu. Kabeli iz CT stezaljki usmjereni su na ovdje pričvršćene priključne kutije.

Interni visokonaponski strujni transformatori najčešće koriste posebno transformatorsko ulje kao izolator. Primjer takvog dizajna prikazan je na fotografiji za strujne transformatore serije TFZM dizajnirane za rad na 35 kV.

Za izolaciju između namota u proizvodnji kutije do i uključujući 10 kV koriste se čvrsti dielektrični materijali.

Primjer strujnog transformatora TPL-10 koji se koristi u KRUN-u, zatvorenim rasklopnim uređajima i drugim vrstama rasklopnih uređaja.

Pojednostavljenom shemom prikazan je primjer spajanja sekundarnog strujnog kruga jedne od zaštitnih jezgri REL 511 za prekidač 110 kV.

Kvarovi strujnog transformatora i kako ih pronaći

Strujni transformator spojen na opterećenje može prekinuti električni otpor izolacije namota ili njihovu vodljivost pod utjecajem toplinskog pregrijavanja, slučajnih mehaničkih utjecaja ili zbog loše instalacije.

U pogonskoj opremi najčešće dolazi do oštećenja izolacije, što dovodi do kratkog spoja namota od zavoja do zavoja (smanjenje prenesene snage) ili do pojave struja odvoda kroz slučajno stvorene strujne krugove kratkog spoja.

Kako bi se identificirala mjesta nekvalitetne ugradnje strujnog kruga, povremeno se provode inspekcije radnog kruga termovizijskim kamerama.Na temelju njih odmah se uklanjaju nedostaci slomljenih kontakata, smanjuje se pregrijavanje opreme.

Odsutnost zatvaranja od zavoja do zavoja provjeravaju stručnjaci laboratorija za relejnu zaštitu i automatizaciju:

• uzimanje strujno-naponske karakteristike;

• punjenje transformatora iz vanjskog izvora;

• mjerenja glavnih parametara u radnoj shemi.

Također analiziraju vrijednost koeficijenta transformacije.

U svim se radovima omjer vektora struje primara i sekundara procjenjuje veličinom. Njihova kutna odstupanja se ne provode zbog nedostatka visokopreciznih faznih mjernih uređaja koji se koriste za provjeru strujnih transformatora u mjeriteljskim laboratorijima.

Visokonaponska ispitivanja dielektričnih svojstava dodijeljena su stručnjacima laboratorija za izolacijske usluge.