Tokovni transformatorji — princip delovanja in uporaba

Pri delu z energetskimi sistemi je pogosto treba določene električne količine pretvoriti v njim podobne analoge s sorazmerno spremenjenimi vrednostmi. To vam omogoča simulacijo določenih procesov v električnih inštalacijah in varno izvajanje meritev.

Delovanje tokovnega transformatorja (CT) temelji na zakon elektromagnetne indukcijeki delujejo v električnih in magnetnih poljih, ki se spreminjajo v obliki harmonikov izmeničnih sinusnih magnitud.

Pretvori primarno vrednost tokovnega vektorja, ki teče v močnostnem krogu, v sekundarno zmanjšano vrednost, pri čemer upošteva sorazmernost modula in natančen prenos kota.

Načelo delovanja tokovnega transformatorja

Prikaz procesov, ki potekajo pri pretvorbi električne energije v transformatorju, pojasnjuje diagram.

Tok I1 teče skozi primarno navitje moči s številom ovojev w1 in premaguje njegovo impedanco Z1.Okoli te tuljave se oblikuje magnetni tok F1, ki ga zajame magnetno vezje, ki se nahaja pravokotno na smer vektorja I1. Ta usmeritev zagotavlja minimalno izgubo električne energije pri pretvorbi v magnetno energijo.

Prečka pravokotno nameščene zavoje navitja w2, tok F1 inducira v njih elektromotorno silo E2, pod vplivom katere v sekundarnem navitju nastane tok I2, ki premaga impedanco tuljave Z2 in priključeno izhodno obremenitev Zn. V tem primeru na sponkah sekundarnega tokokroga nastane padec napetosti U2.

Količina K1 se imenuje, določena z razmerjem koeficienta transformacije vektorjev I1 / I2 ... Njegova vrednost je določena med načrtovanjem naprav in se meri v že pripravljenih strukturah. Razlike med kazalniki realnih modelov in izračunanimi vrednostmi so ovrednotene z meroslovno značilnostjo - razredom točnosti tokovnega transformatorja.

V dejanskem delovanju vrednosti tokov v tuljavah niso konstantne vrednosti. Zato je koeficient transformacije običajno označen z nominalnimi vrednostmi. Na primer, njegov izraz 1000/5 pomeni, da bo pri primarnem obratovalnem toku 1 kiloampera v sekundarnih obratih delovala obremenitev 5 amperov. Te vrednosti se uporabljajo za izračun dolgoročne učinkovitosti tega tokovnega transformatorja.

Magnetni pretok F2 iz sekundarnega toka I2 zmanjša vrednost pretoka F1 v magnetnem krogu. V tem primeru je tok iz transformatorja F, ustvarjen v njem, določen z geometrijsko vsoto vektorjev Ф1 in Ф2.

Nevarni dejavniki pri delovanju tokovnega transformatorja

Sposobnost vpliva visokonapetostnega potenciala v primeru okvare izolacije

Ker je magnetno vezje TT izdelano iz kovine, ima dobro prevodnost in magnetno povezuje izolirana navitja (primar in sekundar) med seboj, obstaja povečano tveganje električnega udara za osebje ali poškodbe opreme, če je izolacijska plast prekinjena.

Za preprečitev takšnih situacij se uporabi ozemljitev enega od sekundarnih priključkov transformatorja za odvajanje visokonapetostnega potenciala preko njega v primeru nesreč.

Ta priključek je vedno označen na ohišju naprave in je označen na povezovalnih shemah.

Možnost vpliva visokega napetostnega potenciala v primeru okvare sekundarnega tokokroga

Zaključki sekundarnega navitja so označeni z «I1» in «I2», zato je smer tokov, ki tečejo, polarna, sovpada v vseh navitjih. Ko transformator deluje, morajo biti vedno priključeni na obremenitev.

To je razloženo z dejstvom, da ima tok, ki poteka skozi primarno navitje, visoko potencialno moč (S = UI), ki se pretvori v sekundarni tokokrog z nizkimi izgubami, in ko je prekinjen, se tokovna komponenta močno zmanjša na vrednosti uhajanja skozi okolje, hkrati pa padec bistveno poveča napetosti v zlomljenem odseku.

Potencial na odprtih kontaktih sekundarnega navitja med prehodom toka v primarni zanki lahko doseže nekaj kilovoltov, kar je zelo nevarno.

Zato morajo biti vsi sekundarni tokokrogi tokovnih transformatorjev vedno varno sestavljeni in na navitja ali jedra, ki so izključena iz uporabe, vedno namestiti ranžirne kratke stike.

Oblikovalske rešitve, ki se uporabljajo v tokokrogih tokovnih transformatorjev

Vsak tokovni transformator kot električna naprava je namenjen reševanju določenih težav med delovanjem električnih instalacij. Industrija jih proizvaja v široki paleti. Vendar je v nekaterih primerih pri izboljšanju struktur lažje uporabiti že pripravljene modele s preverjenimi tehnologijami kot preoblikovati in izdelati nove.

Načelo ustvarjanja enosmernega TT (v primarnem krogu) je osnovno in je prikazano na fotografiji na levi.

Tu je primarno navitje, prekrito z izolacijo, izdelano iz ravnega vodila L1-L2, ki poteka skozi magnetno vezje transformatorja, sekundarno navitje pa je navito okoli njega in priključeno na breme.

Načelo ustvarjanja večobratnega CT z dvema jedroma je prikazano na desni. Tu sta vzeta dva enoobratna transformatorja s svojimi sekundarnimi tokokrogi in določeno število ovojev močnostnih navitij je prepeljanih skozi njihova magnetna vezja. Na ta način se ne poveča samo moč, temveč se dodatno poveča število izhodno povezanih vezij.

Ta tri načela je mogoče spremeniti na različne načine. Na primer, uporaba več enakih tuljav okoli enega magnetnega vezja je zelo razširjena za ustvarjanje ločenih, neodvisnih sekundarnih vezij, ki delujejo avtonomno. Ti se imenujejo jedra. Na ta način se zaščita stikal ali vodov (transformatorjev) različnih namenov poveže na tokovne tokokroge enega tokovnega transformatorja.

Kombinirani tokovni transformatorji z močnim magnetnim vezjem, ki se uporabljajo v zasilnih načinih opreme, in običajni, zasnovani za meritve pri nazivnih parametrih omrežja, delujejo v napravah električne opreme.Tuljave, ovite okoli armature, se uporabljajo za delovanje zaščitnih naprav, medtem ko se običajne tuljave uporabljajo za merjenje toka ali moči/upora.

Imenujejo se takole:

• zaščitne tuljave, označene z indeksom «P» (rele);

• meritev, označena s številkami razreda meroslovne točnosti TT, na primer «0,5».

Zaščitna navitja med normalnim delovanjem tokovnega transformatorja zagotavljajo merjenje vektorja primarnega toka z natančnostjo 10%. S to vrednostjo se imenujejo "deset odstotkov".

Merske napake

Načelo določanja točnosti transformatorja vam omogoča, da ocenite njegovo ekvivalentno vezje, prikazano na fotografiji. V njem so vse vrednosti primarnih količin pogojno zmanjšane na delovanje v sekundarnih zankah.

Enakovredno vezje opisuje vse procese, ki potekajo v navitjih, ob upoštevanju energije, porabljene za magnetiziranje jedra s tokom I.

Vektorski diagram, zgrajen na njegovi podlagi (trikotnik SB0), kaže, da se tok I2 razlikuje od vrednosti I'1 z vrednostjo I proti nam (magnetizacija).

Večja kot so ta odstopanja, manjša je točnost tokovnega transformatorja.Za upoštevanje napak meritev CT so uvedeni naslednji pojmi:

• relativna tokovna napaka, izražena v odstotkih;

• kotna napaka, izračunana iz dolžine loka AB v radianih.

Absolutna vrednost odstopanja vektorjev primarnega in sekundarnega toka je določena z AC segmentom.

Običajni industrijski modeli tokovnih transformatorjev so izdelani za delovanje v razredih točnosti, opredeljenih z značilnostmi 0,2; 0,5; 1,0; 3 in 10 %.

Praktična uporaba tokovnih transformatorjev

Različno število njihovih modelov najdemo tako v majhnih elektronskih napravah, ki se nahajajo v majhnem ohišju, kot v energetskih napravah, ki zavzemajo pomembne dimenzije več metrov, razdeljeni pa so glede na značilnosti delovanja.

Razvrstitev tokovnih transformatorjev

Po dogovoru se delijo na:

• merjenje, prenos tokov na merilne instrumente;
• zaščiten, priključen na tokovna zaščitna vezja;
• laboratorij, z visokim razredom natančnosti;
• intermediati, uporabljeni za ponovno pretvorbo.

Pri obratovanju objektov se TT uporablja:

• zunanja zunanja namestitev;

• za zaprte instalacije;

• vgrajena oprema;

• od zgoraj - vstavite rokav;

• prenosni, kar vam omogoča izvajanje meritev na različnih mestih.

Po vrednosti delovne napetosti opreme TT so:

• visoka napetost (več kot 1000 voltov);

• za nazivne vrednosti napetosti do 1 kilovolta.

Prav tako so tokovni transformatorji razvrščeni glede na metodo izolacijskih materialov, število korakov transformacije in druge značilnosti.

Opravljene naloge

Zunanji merilni tokovni transformatorji se uporabljajo za delovanje električnih tokokrogov za merjenje električne energije, meritve in zaščito vodov ali močnostnih avtotransformatorjev.

Na spodnji fotografiji je prikazana njihova lokacija za vsako fazo voda in namestitev sekundarnih tokokrogov v priključno omarico 110 kV stikalne naprave za močnostni avtotransformator.

Enake naloge opravljajo tokovni transformatorji zunanje stikalne naprave-330 kV, vendar imajo glede na kompleksnost visokonapetostne opreme veliko večje dimenzije.

Na energetski opremi se pogosto uporabljajo vgrajeni modeli tokovnih transformatorjev, ki so nameščeni neposredno na ohišje elektrarne.

Imajo sekundarna navitja z vodniki, nameščenimi okoli visokonapetostne puše v zaprtem ohišju. Kabli iz CT sponk so speljani do tukaj pritrjenih priključnih omaric.

Notranji visokonapetostni tokovni transformatorji najpogosteje uporabljajo kot izolator posebno transformatorsko olje. Primer takšne zasnove je prikazan na fotografiji za tokovne transformatorje serije TFZM, ki so zasnovani za delovanje pri 35 kV.

Za izolacijo med navitji pri izdelavi škatle se do vključno 10 kV uporabljajo trdni dielektrični materiali.

Primer tokovnega transformatorja TPL-10, ki se uporablja v KRUN, zaprtih stikalnih napravah in drugih vrstah stikalnih naprav.

Primer priključitve sekundarnega tokovnega tokokroga enega od zaščitnih jeder REL 511 za odklopnik 110 kV je prikazan s poenostavljeno shemo.

Napake tokovnih transformatorjev in kako jih najti

Tokovni transformator, priključen na obremenitev, lahko prekine električni upor izolacije navitij ali njihovo prevodnost pod vplivom toplotnega pregrevanja, naključnih mehanskih vplivov ali zaradi slabe namestitve.

Pri delujoči opremi je najpogosteje poškodovana izolacija, kar ima za posledico medovitni kratki stik navitij (zmanjšanje prenesene moči) ali pojav uhajajočih tokov skozi naključno ustvarjene kratke stike.

Da bi ugotovili kraje slabe kakovosti namestitve napajalnega tokokroga, se občasno izvajajo pregledi delovnega tokokroga s toplotnimi slikami.Na njihovi podlagi se takoj odstranijo napake zlomljenih kontaktov, zmanjša se pregrevanje opreme.

Odsotnost zapiranja od zavoja do zavoja preverjajo strokovnjaki laboratorijev za relejno zaščito in avtomatizacijo:

• zajemanje tokovno-napetostne karakteristike;

• polnjenje transformatorja iz zunanjega vira;

• meritve glavnih parametrov v delovni shemi.

Analizirajo tudi vrednost koeficienta transformacije.

V vseh delih je razmerje med primarnim in sekundarnim vektorjem toka ocenjeno z velikostjo. Njihova kotna odstopanja se ne izvajajo zaradi pomanjkanja visoko natančnih faznih merilnikov, ki se uporabljajo za preverjanje tokovnih transformatorjev v meroslovnih laboratorijih.

Visokonapetostni preizkusi dielektričnih lastnosti so dodeljeni strokovnjakom laboratorija za izolacijske storitve.