Струјни трансформатори — принцип рада и примена

При раду са енергетским системима често је потребно одређене електричне величине претворити у њима сличне аналогне са пропорционално промењеним вредностима. Ово вам омогућава да симулирате одређене процесе у електричним инсталацијама и безбедно вршите мерења.

Рад струјног трансформатора (ЦТ) заснива се на закон електромагнетне индукцијекоји раде у електричним и магнетним пољима која варирају у облику хармоника наизменичних синусоидних величина.

Он претвара примарну вредност вектора струје која тече у струјном колу у секундарну редуковану вредност, поштујући пропорционалност модула и тачан пренос угла.

Принцип рада струјног трансформатора

Приказ процеса који се одвијају током трансформације електричне енергије унутар трансформатора објашњен је дијаграмом.

Струја И1 тече кроз примарни намотај снаге са бројем завоја в1, превазилазећи своју импедансу З1.Око овог намотаја формира се магнетни флукс Ф1, који се хвата магнетним колом које се налази управно на смер вектора И1. Ова оријентација обезбеђује минималан губитак електричне енергије када се претвара у магнетну енергију.

Укрштајући окомито постављене завоје намотаја в2, флукс Ф1 индукује у њима електромоторну силу Е2, под чијим утицајем настаје струја И2 у секундарном намотају, превазилазећи импедансу намотаја З2 и повезаног излазног оптерећења Зн. У овом случају се формира пад напона У2 на прикључцима секундарног кола.

Позива се величина К1, одређена односом вектора И1 / И2 коефицијент трансформације... Њена вредност се поставља приликом пројектовања уређаја и мери се у готовим структурама. Разлике између индикатора реалних модела и израчунатих вредности процењују се метролошком карактеристиком - класом тачности струјног трансформатора.

У стварном раду, вредности струја у калемовима нису константне вредности. Стога се коефицијент трансформације обично означава номиналним вредностима. На пример, његов израз 1000/5 значи да ће са примарном радном струјом од 1 килоампера, у секундарним завојима деловати оптерећење од 5 ампера. Ове вредности се користе за израчунавање дугорочних перформанси овог струјног трансформатора.

Магнетни флукс Ф2 из секундарне струје И2 смањује вредност флукса Ф1 у магнетном колу. У овом случају, флукс из трансформатора Ф створен у њему одређен је геометријским сабирањем вектора Ф1 и Ф2.

Опасни фактори током рада струјног трансформатора

Могућност утицаја потенцијала високог напона у случају квара изолације

Пошто је магнетно коло ТТ направљено од метала, има добру проводљивост и магнетски повезује изоловане намотаје (примарне и секундарне) једни са другима, постоји повећан ризик од струјног удара за особље или оштећење опреме ако се изолациони слој поквари.

Да би се спречиле такве ситуације, уземљење једног од секундарних терминала трансформатора користи се за одвод високог напонског потенцијала преко њега у случају удеса.

Овај прикључак је увек означен на кућишту уређаја и назначен је на дијаграмима повезивања.

Могућност утицаја потенцијала високог напона у случају квара секундарног кола

Закључци секундарног намотаја су означени са «И1» и «И2», тако да је смер струја поларан, поклапа се у свим намотајима. Када трансформатор ради, они увек морају бити повезани са оптерећењем.

Ово се објашњава чињеницом да струја која пролази кроз примарни намотај има велику потенцијалну снагу (С = УИ), која се трансформише у секундарно коло са малим губицима, а када се прекине, компонента струје нагло опада на вредности цурења кроз околину, али у исто време пад значајно повећава напоне у изломљеном делу.

Потенцијал на отвореним контактима секундарног намотаја током проласка струје у примарној петљи може достићи неколико киловолти, што је веома опасно.

Због тога, сва секундарна кола струјних трансформатора морају увек бити безбедно састављена и шантовани кратки спојеви морају увек бити инсталирани на намотајима или језграма који су ван употребе.

Дизајнерска решења која се користе у струјним трансформаторским колима

Сваки струјни трансформатор, као електрични уређај, дизајниран је за решавање одређених проблема током рада електричних инсталација. Индустрија их производи у великом асортиману. Међутим, у неким случајевима, приликом побољшања структура, лакше је користити готове моделе са провереним технологијама него редизајнирати и производити нове.

Принцип стварања ТТ са једним обртом (у примарном колу) је основни и приказан је на фотографији лево.

Овде је примарни намотај, прекривен изолацијом, направљен од праволинијске магистрале Л1-Л2 која пролази кроз магнетно коло трансформатора, а секундарни је намотан са завојима око њега и повезан са оптерећењем.

Принцип стварања вишеокретног ЦТ са два језгра приказан је десно. Овде се узимају два једноокретна трансформатора са својим секундарним колима и кроз њихова магнетна кола се пропушта одређени број обртаја енергетских намотаја. На овај начин не само да се повећава снага, већ се додатно повећава број излазних спојених кола.

Ова три принципа могу се променити на различите начине. На пример, употреба неколико идентичних намотаја око једног магнетног кола је широко распрострањена за стварање одвојених, независних секундарних кола која раде аутономно. Они се називају језгрима. На овај начин се на струјна кола једног струјног трансформатора повезује заштита прекидача или водова (трансформатора) различите намене.

Комбиновани струјни трансформатори са снажним магнетним колом, који се користе у хитним режимима опреме, и уобичајени, дизајнирани за мерења при номиналним параметрима мреже, раде у уређајима за електроенергетску опрему.Завојнице омотане око арматуре користе се за рад заштитних уређаја, док се конвенционални намотаји користе за мерење струје или снаге/отпора.

Зову се овако:

• заштитни калемови означени индексом «П» (релеј);

• мерење означено бројевима метролошке класе тачности ТТ, на пример «0,5».

Заштитни намотаји током нормалног рада струјног трансформатора обезбеђују мерење вектора примарне струје са тачношћу од 10%. Са овом вредношћу се зову "десет процената".

Грешке у мерењу

Принцип одређивања тачности трансформатора вам омогућава да процените његово еквивалентно коло приказано на фотографији. У њему се све вредности примарних величина условно своде на дејство у секундарним петљама.

Еквивалентно коло описује све процесе који раде у намотајима, узимајући у обзир енергију потрошену на магнетизовање језгра струјом И.

Векторски дијаграм изграђен на његовој основи (троугао СБ0) показује да се струја И2 разликује од вредности И'1 са вредношћу И према нама (магнетизација).

Што су ова одступања већа, то је нижа тачност струјног трансформатора.Да би се узеле у обзир грешке мерења ЦТ, уводе се следећи концепти:

• релативна струјна грешка изражена у процентима;

• угаона грешка израчуната из дужине лука АБ у радијанима.

Апсолутна вредност девијације вектора примарне и секундарне струје одређена је сегментом наизменичне струје.

Уобичајени индустријски дизајни струјних трансформатора се производе за рад у класама тачности дефинисаним карактеристикама 0,2; 0,5; 1.0; 3 и 10%.

Практична примена струјних трансформатора

Разноврсни број њихових модела може се наћи како у малим електронским уређајима смештеним у малом кућишту, тако и у енергетским уређајима који заузимају значајне димензије од неколико метара, а деле се према радним карактеристикама.

Класификација струјних трансформатора

По договору се деле на:

• мерење, пренос струја на мерне инструменте;
• заштићени, прикључени на струјна заштитна кола;
• лабораторијски, са високом класом тачности;
• интермедијери који се користе за поновну конверзију.

Приликом рада објеката, ТТ се користи:

• спољна спољна инсталација;

• за затворене инсталације;

• уграђена опрема;

• одозго - убаците рукав;

• преносив, што вам омогућава да вршите мерења на различитим местима.

По вредности радног напона ТТ опреме постоје:

• висок напон (више од 1000 волти);

• за номиналне вредности напона до 1 киловолт.

Такође, струјни трансформатори се класификују према начину изолационих материјала, броју корака трансформације и другим карактеристикама.

Завршени задаци

Екстерни мерни струјни трансформатори служе за рад електричних кола за мерење електричне енергије, мерење и заштиту водова или енергетских аутотрансформатора.

На фотографији испод приказана је њихова локација за сваку фазу линије и уградњу секундарних кола у прикључну кутију 110 кВ расклопног уређаја за енергетски аутотрансформатор.

Исте задатке обављају струјни трансформатори екстерног расклопног уређаја-330 кВ, али с обзиром на сложеност опреме вишег напона, они су знатно већих димензија.

На енергетској опреми се често користе уграђени дизајни струјних трансформатора, који се постављају директно на кућиште електране.

Имају секундарне намотаје са проводницима постављеним око високонапонске чауре у запечаћеном кућишту. Каблови из ЦТ стезаљки су вођени до овде причвршћених прикључних кутија.

Интерни високонапонски струјни трансформатори најчешће користе специјално трансформаторско уље као изолатор. Пример таквог дизајна приказан је на фотографији за струјне трансформаторе серије ТФЗМ дизајниране за рад на 35 кВ.

До и укључујући 10 кВ, чврсти диелектрични материјали се користе за изолацију између намотаја у производњи кутије.

Пример струјног трансформатора ТПЛ-10 који се користи у КРУН, затвореним расклопним апаратима и другим типовима расклопних уређаја.

Пример повезивања секундарног струјног кола једног од заштитних језгара РЕЛ 511 за прекидач 110 кВ приказан је поједностављеном шемом.

Кварови струјног трансформатора и како их пронаћи

Струјни трансформатор прикључен на оптерећење може да прекине електрични отпор изолације намотаја или њихову проводљивост под утицајем топлотног прегревања, случајних механичких утицаја или због лоше уградње.

У оперативној опреми најчешће долази до оштећења изолације, што доводи до кратког споја намотаја (смањење преношене снаге) или до појаве струја цурења кроз насумично створена кола кратког споја.

Да би се идентификовала места неквалитетне уградње струјног кола, периодично се спроводе прегледи радног кола са термовизијима.На основу њих, недостаци прекинутих контаката се одмах уклањају, смањује се прегревање опреме.

Одсуство затварања од скретања до скретања проверавају стручњаци лабораторија за релејну заштиту и аутоматизацију:

• узимање струјно-напонске карактеристике;

• пуњење трансформатора из спољног извора;

• мерења главних параметара у радној шеми.

Такође анализирају вредност коефицијента трансформације.

У свим радовима однос између вектора примарне и секундарне струје процењује се по величини. Њихова угаона одступања се не изводе због недостатка високопрецизних фазних мерних уређаја који се користе за проверу струјних трансформатора у метролошким лабораторијама.

Високонапонска испитивања диелектричних својстава додељена су специјалистима лабораторије за сервис изолације.