Jaký je normální provozní režim proudového transformátoru?

Proudový transformátor je typ „přístrojového transformátoru“, který je navržen tak, aby ve svém sekundárním vinutí produkoval střídavý proud, který je úměrný proudu měřenému v jeho primárním vinutí. Proudové transformátory snižují vysokonapěťové proudy na mnohem nižší hodnotu a poskytují pohodlný způsob, jak bezpečně sledovat skutečný elektrický proud protékající střídavým elektrickým vedením pomocí standardního ampérmetru. Princip činnosti hlavního transformátoru proudu se mírně liší od běžného transformátoru napětí.

Na rozdíl od napěťového nebo výkonového transformátoru se proudový transformátor skládá z jednoho nebo více závitů jako primárního vinutí. Toto primární vinutí může mít buď jeden plochý závit, nebo cívku silného drátu navinutého kolem jádra, nebo jednoduše vodič nebo přípojnici umístěnou středovým otvorem, jak je znázorněno na obrázku.

Kvůli tomuto typu uspořádání se proudový transformátor často také nazývá „sériový transformátor“, protože primární vinutí, které nikdy nemá více než několik závitů, je zapojeno do série s vodičem s proudem, který dodává zátěž.

Sekundární vinutí však může mít velký počet závitů cívky navinutých na vícevrstvém jádru z magnetického materiálu s nízkou ztrátou. Toto jádro má velkou plochu průřezu, takže hustota magnetického toku je nízká při použití vodiče s menší plochou průřezu, v závislosti na tom, kolik proudu musí spadnout, když se pokouší vydat DC, bez ohledu na připojenou zátěž. .

Sekundární vinutí bude dodávat proud buď do zkratu, ve formě ampérmetru, nebo do odporové zátěže, dokud napětí indukované v sekundárním vinutí nebude dostatečně velké, aby nasytilo jádro nebo způsobilo poruchu v důsledku nadměrného průrazu napětí.

Na rozdíl od napěťového transformátoru primární proud proudového transformátoru nezávisí na sekundárním zátěžovém proudu, ale je řízen externí zátěží. Sekundární proud je obvykle dimenzován na standardní 1 ampér nebo 5 ampér pro větší primární proudy.

Existují tři hlavní typy proudových transformátorů: navíjení, toroidní и stěžejní.

Vinutí transformátoru proudu – Primární vinutí transformátoru je fyzicky zapojeno do série s vodičem, který vede měřený proud protékající obvodem. Velikost sekundárního proudu závisí na poměru otáček transformátoru.

Toroidní transformátor proudu – neobsahuje primární vinutí. Místo toho vedení přenášející proud tekoucí v síti prochází oknem nebo otvorem v toroidním transformátoru. Některé proudové transformátory mají „rozdělené jádro“, které umožňuje jejich otevírání, instalaci a zavírání bez rozpojení obvodu, ke kterému jsou připojeny.

Proudový transformátor tyčového typu – Tento typ proudového transformátoru používá jako primární vinutí skutečný kabel nebo přípojnici hlavního obvodu, což odpovídá jedné otáčkě. Jsou zcela izolovány od vysokého provozního napětí systému a jsou obvykle přišroubovány k zařízení s proudem.

Proudové transformátory mohou snížit nebo „snížit“ úrovně proudu z tisíců ampér na standardní výstup se známým poměrem buď 5 A nebo 1 A pro normální provoz. S proudovými transformátory lze tedy používat malé a přesné přístroje a ovládací prvky, protože jsou izolovány od jakéhokoli vysokonapěťového elektrického vedení. Existuje mnoho aplikací pro měření a použití pro proudové transformátory, jako jsou wattmetry, měřiče účiníku, ochranná relé nebo jako vypínací cívky v magnetických vypínačích nebo MCB.

Návrh a obvod proudového transformátoru

Typicky se proudové transformátory a ampérmetry používají společně jako párový pár, ve kterém je konstrukce proudového transformátoru taková, aby poskytoval maximální sekundární proud odpovídající výchylce ampérmetru v plném rozsahu. U většiny proudových transformátorů existuje přibližný poměr zpětných závitů mezi dvěma proudy v primárním a sekundárním vinutí. Proto je kalibrace proudového transformátoru obvykle pro konkrétní typ ampérmetru.

Většina proudových transformátorů má standardní sekundární jmenovitý proud 5 A, přičemž primární a sekundární proudy jsou vyjádřeny v poměru, jako je 100/5. To znamená, že proud primárního vinutí je 20krát větší než proud sekundárního vinutí, takže když primárním vinutím poteče 100 ampérů, v sekundárním vinutí poteče 5 ampérů. Proudový transformátor, řekněme 500/5, bude produkovat 5A v sekundárním vinutí s 500A v primárním vinutí, což je 100krát více.

Uvažujme schéma zapojení proudového transformátoru (CT) a jeho ekvivalentního obvodu (obr. 2.1):

Obr Schéma a ekvivalentní zapojení proudového transformátoru

F (I) – výsledná magnetomotorická síla, magnetizační proud;

Z1, Z2 – odpor primárního a sekundárního vinutí;

Zн je součet zatěžovacích odporů sekundárního vinutí (vinutí relé, zařízení, vodiče);

Z je odpor magnetizační větve;

I1, I2 – proud v primárním a sekundárním vinutí;

W1,W1 – počet závitů primárního a sekundárního vinutí.

Podle zákona celkového proudu:

Vydělme výraz (2.1) takto:

Poslední výraz odpovídá náhradnímu obvodu znázorněnému na obr. 2.2, ve kterém je odpor primárního vinutí Z 1 a magnetizační větve Z přiveden na sekundární vinutí.

Obr Ekvivalentní obvod proudového transformátoru

Na základě náhradního obvodu je sestrojeno vektorové schéma znázorněné na obr. 2.3.

Z vektorového diagramu je zřejmé, že sekundární proud se od daného primárního proudu v absolutní hodnotě liší o proudovou chybu I = I1-I2a ve fázi podle úhlu .

Relativní proudová chyba transformátoru (%):

Celková chyba proudového transformátoru je určena vzorcem:

kde I1, I2 jsou okamžité hodnoty primárních a sekundárních proudů;

Obr. 2.3 Vektorový diagram proudového transformátoru

Veličina pod znaménkem radikálu není nic jiného než druhá mocnina efektivní hodnoty magnetizačního proudu.

Podmínce odpovídá ideální transformace, kdy je zachována úměrnost mezi primárním a sekundárním proudem I = 0 XNUMX.

Čím nižší je odpor Zn ve srovnání s Z, méně F a čím blíže jsou podmínky transformace ideální. V důsledku toho je normální provozní režim proudového transformátoru s nízkým odporem sekundárního obvodu, tzn. zkratový režim. V tomto případě se sekundární vinutí nesmí otevřít, od té doby se celý primární proud zmagnetizuje a magnetický tok v magnetickém obvodu transformátoru se prudce zvýší. To vede k nasycení magnetického obvodu, zvýšení ztrát v něm a nepřijatelnému zahřívání izolace vinutí. Kromě toho se na otevřeném sekundárním vinutí objevují napěťové špičky několika tisíc voltů, což je nebezpečné pro lidi a izolaci.

Proudové transformátory (CT), jak známo, se vybírají podle druhu proudu, třídy přesnosti a testují se na odolnost proti zkratovým proudům. Proudové transformátory používané k připojení obvodů ochrany relé musí navíc splňovat následující tři podmínky:

— celková nebo relativní chyba proudových transformátorů by neměla překročit 10 % (aby se zabránilo zbytečným operacím během zkratu mimo oblast pokrytí každého ochranného stupně);

– aktuální chyba by neměla překročit hodnoty pro zvolený typ relé a úhlová chyba (u směrových relé) by neměla překročit 7° (aby se předešlo poruchám při zkratu na začátku chráněné zóny;

– napětí na svorkách sekundárního vinutí při zkratu v chráněném prostoru by nemělo překročit přípustné hodnoty podle podmínek izolační pevnosti sekundárních obvodů.

Podle typu instalace se vyrábějí proudové transformátory pro vnitřní a venkovní elektroinstalace, dále vestavěné do výkonových transformátorů a olejových jističů.

Podle způsobu instalace se CT dělí na průchodkové a nosné.

Podle konstrukce primárního vinutí CT:

— jednootáčková tyč (primární vinutí ve formě přímé tyče);

— jednootáčková přípojnice (primární vinutí ve formě přípojnice);

– víceotáčkový (primární vinutí smyčky, článku, typy cívek).

spínací obvod transformátorového proudu