Proudový transformátor: konstrukce, princip činnosti, klasifikace

Pro normální provoz zařízení zajišťujících reléovou ochranu vedení vysokého napětí je nutné kontrolovat parametry elektrického vedení. Přímé odečítání dat z vodičů vysokého napětí je nebezpečné a neefektivní. Provozní režim konvenčního transformátoru neumožňuje sledování změny proudu. Tento problém řeší proudový transformátor, u kterého se údaje ze sekundárního obvodu mění úměrně hodnotě proudu primárního vinutí.

Návrh a princip fungování

Vzhled typického proudového transformátoru je znázorněn na obrázku 1. Charakteristickým rysem těchto modelů je přítomnost dielektrického pouzdra. Tvary pouzdra mohou být různé – od obdélníkového až po válcové. Některé konstrukce nemají ve středu pouzdra průchozí sběrnice. Místo toho je vytvořen otvor pro ovinutí drátu, který slouží jako primární vinutí.

Dielektrické materiály se volí v závislosti na hodnotách napětí, pro které je zařízení určeno, a na jeho provozních podmínkách. Pro servis průmyslových energetických systémů se vyrábějí výkonné proudové transformátory s válcovými keramickými pouzdry (viz obr. 2).

Zvláštností transformátoru je povinná přítomnost zatěžovacího prvku (odporu) v sekundárním vinutí (viz obr. 3). Rezistor je nezbytný k zabránění provozu v režimu bez sekundárních zátěží. Provoz proudového transformátoru s nezatíženými sekundárními vinutími je nepřijatelný z důvodu silného ohřevu (až do zničení) magnetického obvodu.

Na rozdíl od napěťových transformátorů jsou proudové transformátory vybaveny pouze jedním závitem primárního vinutí (viz obr. 4). Tento závit je často tvořen sběrnicí procházející prstencem jádra, na kterém jsou navinuta sekundární vinutí (viz obr. 5).

Primární vinutí je někdy vodičem elektrického obvodu. Pro tento účel umožňuje konstrukce jádra použití kloubového spojení částí transformátoru k uchopení drátu (viz obr. 6).

Jádra transformátorů se vyrábějí laminováním křemíkové oceli. U vysoce přesných modelů se jádra vyrábějí z materiálů na bázi nanokrystalických slitin.

Princip.

Hlavním úkolem proudových transformátorů je snížit (zvýšit) hodnotu proudu na přijatelnou hodnotu. Princip činnosti je založen na vlastnostech transformace střídavého elektrického proudu. Výsledný střídavý magnetický tok je zachycen magnetickým obvodem kolmým ke směru primárního proudu. Tento tok je vytvářen střídavým proudem primární cívky a indukuje elektromotorické napětí v sekundárním vinutí. Po připojení zátěže začne sekundárním obvodem protékat elektrický proud.

Vztahy mezi vinutími a proudy jsou vyjádřeny vzorcem: k = W₂ / Ž₁ = I₁ / I₂ .

Protože proud v sekundární cívce je nepřímo úměrný počtu závitů v ní, pak zvýšením (snížením) transformačního poměru, který závisí na poměru počtu závitů ve vinutích, lze dosáhnout požadované hodnoty výstupního proudu.

V praxi se tato hodnota nejčastěji nastavuje výběrem počtu závitů v sekundárním vinutí, čímž se primární vinutí stane jednozávitovým.

Lineární závislost výstupního proudu (při jmenovitém výkonu) umožňuje určit parametry veličin v primárním obvodu. Číselně se tato hodnota v sekundární cívce rovná součinu skutečné hodnoty proudu a jmenovitého transformačního poměru.

V ideálním případě I₁ = kI₂ = I₂W₂/W₁S ohledem na to, že W₁ = 1 (jedna otáčka) I₁ = I₂W₂ = kI₂Tyto jednoduché výpočty lze naprogramovat do elektronického měřiče.

Zatěžovací rezistor není na obrázku 7 znázorněn. Jeho vliv je nutné také zohlednit při měření. Všechny přípustné chyby měření se odrážejí ve třídě přesnosti proudového transformátoru.

Klasifikace

Rodina proudových transformátorů je klasifikována podle několika charakteristik.

1. Po domluvě:
   • ochranný;
   • pravítka měřicích proudových transformátorů;
   • mezilehlý (používaný k vyrovnání proudů v systémech diferenciální ochrany);
   • laboratoř.
2. Podle způsobu instalace:
   • externí (viz obr. 8), používané ve venkovních rozváděčích;
   • vnitřní (umístěný v rozváděči);
   • vestavěný;
   • nadzemní (často v kombinaci s průchodkovými izolátory);
   • přenosný.

• Klasifikace podle typu primárního vinutí:
  • víceotáčkové, které zahrnují konstrukce cívek a transformátory se smyčkovými vinutími;
  • jednootáčkový;
  • pneumatika
  • Do 1 kV;
  • Přes 1 kV.

  Proudové transformátory lze také klasifikovat podle dalších charakteristik, například podle typu izolace nebo podle počtu transformačních stupňů.

  Dekódování značení

  Každému typu transformátoru jsou přiřazeny alfanumerické znaky, pomocí kterých lze určit jeho hlavní parametry:

  • T – proudový transformátor;
  • П — písmeno označující, že máme průchozí transformátor. Absence písmene П značí, že zařízení patří do třídy referenčních proudových transformátorů;
  • B – označuje, že transformátor je zabudován do konstrukce olejového jističe nebo do mechanismu jiného zařízení;
  • VT – zabudované do konstrukce výkonového transformátoru;
  • L— s pryskyřičnou (litou) izolací;
  • FZ – zařízení v porcelánovém pouzdře. Primární vinutí typu článek;
  • F – se spolehlivou porcelánovou izolací;
  • Š — přípojnice;
  • O – jednootáčkový;
  • M – malá velikost;
  • K – naviják;
  • 3 – používá se k ochraně před následky zemních poruch;
  • U – vyztužené;
  • H — pro vnější instalaci;
  • P – s jádrem určeným pro ochranu relé;
  • D – se sekundární cívkou určenou k napájení zařízení diferenciální ochrany;
  • M – plněné olejem. Používá se pro venkovní instalaci.
  1. Jmenovité napětí (v kV) je uvedeno za písmennými symboly (první číslice).
  2. Třídy přesnosti jader jsou označeny čísly oddělenými zlomkem. Někteří výrobci používají místo čísel písmena P nebo D.
  3. další dvě číslice, oddělené zlomkem, označují parametry primárního a sekundárního proudu;
  4. za pozicí zlomkových symbolů – kód varianty návrhu;
  5. písmena umístěná za kódem varianty provedení označují typ klimatické verze;
  6. Číslo na poslední pozici označuje kategorii ubytování.

  Schémata zapojení

  Primární cívky proudových transformátorů jsou zapojeny do série v obvodu. Sekundární cívky jsou určeny pro připojení měřicích přístrojů nebo se používají v systémech ochrany relé.

  Sekundární obvod zahrnuje svorky měřicích přístrojů a ochranného zařízení relé. Z bezpečnostních důvodů musí být jádro magnetického obvodu a jedna ze svorek sekundární cívky uzemněny.

  Při připojování třífázových elektroměrů v sítích s izolovaným nulovým vodičem se vinutí transformátoru zapojují podle schématu „Neúplná hvězda“. Pokud je přítomen nulový vodič, používá se schéma plné hvězdy.

  Svorky transformátoru jsou označeny. Pro primární vinutí se používají označení L1 a L2 a pro sekundární vinutí I1 a I2. Při připojování měřicích přístrojů je nutné dodržet polaritu vinutí.

  Schéma „neúplné hvězdy“ se používá pro dvoufázové zapojení.

  V diferenciální ochraně používané ve výkonových transformátorech jsou vinutí zapojena do trojúhelníku.

  Základní schémata zapojení:

  

  • V sítích s pevně uzemněným nulovým vodičem je proudový transformátor připojen ke každé fázi. Vinutí transformátoru jsou zapojena do plné hvězdy.
  • Zapojení podle neúplného hvězdicového schématu. Používá se v sítích s izolovanými nulovými body.
  • Obvod ve tvaru osmičky. Symetricky rozkládá zátěž během třífázového zkratu.
  • Zapojení proudového transformátoru (CT) do filtru s nulovou složkou proudu. Používá se k ochraně jmenovité zátěže před zkraty vůči zemi.

  Technické parametry

  Velmi důležitou charakteristikou proudového transformátoru je třída přesnosti. Tento parametr charakterizuje chybu měření, tj. ukazuje, o kolik se nominální (ideální) transformační koeficient liší od skutečného.

  Transformační poměr

  Protože skutečný transformační poměr obsahuje fázové a kvadraturní složky, hodnoty poměru se vždy liší od nominálních. Rozdíl (chybu) je nutné při měření zohlednit. Úhlové chyby také ovlivňují výsledky měření.

  Všechny proudové transformátory (CT) mají zápornou chybu, protože vždy mají ztráty způsobené magnetizací a ohřevem proudových cívek. Aby se eliminovalo záporné znaménko chyby a posunuly transformační parametry na kladnou stranu, používá se korekce otáček. Proto u korigovaných zařízení obvyklý vzorec pro výpočty nefunguje. Transformační koeficienty v takových zařízeních jsou proto empiricky určovány výrobci a uvedeny v technickém listu.

  Třída přesnosti

  Chyby proudu zkreslují přesnost měření elektrického proudu. Proto existují vysoké požadavky na třídu přesnosti měřicích transformátorů:

  Transformátor smí splňovat deklarovanou třídu přesnosti pouze tehdy, pokud maximální odpor zatížení nepřesahuje jmenovitou hodnotu a proud v primárním obvodu nepřesahuje 0,05 – 1,2násobek jmenovitého proudu transformátoru.

  O schůzce

  Hlavní oblastí použití transformátorů je ochrana měřicích a dalších zařízení před ničivým účinkem extrémně vysokých proudů. CT se používají k připojení elektroměru a k izolaci relé od účinků silných proudových zátěží.

  Související videa

  Reference

  • V.V. Afanasyev “Current Transformers” 1989
  • I. S. Taev „Základy teorie elektrických zařízení“ 1987
  • Vavin V.N. “Transformátory proudu” 1966
  • Katsman M. M. „Elektrické stroje a transformátory“ 1971