Proudové transformátory: zařízení, princip činnosti a typy

Proudové transformátory jsou široce používány v moderní energetice jako zařízení pro změnu různých elektrických parametrů na podobné při zachování základních hodnot. Provoz zařízení je založen na zákonu indukce, který je relevantní pro magnetická a elektrická pole, která se mění sinusově. Transformátor transformuje primární hodnotu proudu v souladu s modulem a přenosem úhlu úměrně původním datům. Zařízení je nutné volit podle rozsahu použití zařízení a počtu připojených spotřebičů.

Co je proudový transformátor?

Toto zařízení se používá v průmyslu, městských komunikacích a inženýrských sítích, ve výrobě a v dalších oblastech k napájení proudem určitých fyzikálních parametrů.Napětí se přivádí na závity primárního vinutí, kde v důsledku působení magnetického záření vzniká střídavý proud. Stejné záření prochází zbývajícími závity, díky nimž se síly EMF pohybují, a při zkratu sekundárních závitů nebo při připojení k elektrickému obvodu se v systému objeví sekundární proud.

Moderní proudové transformátory umožňují převádět energii s takovými parametry, že její použití neumožňuje poškození zařízení, které na ní pracuje. Navíc umožňují měřit zvýšené zatížení s maximální bezpečností pro zařízení a personál, protože závity primární a sekundární řady jsou od sebe spolehlivě izolovány.

Účel transformátorů

Je docela jednoduché určit, proč je potřeba proudový transformátor: rozsah zahrnuje všechna průmyslová odvětví, ve kterých se převádějí množství energie. Tato zařízení patří mezi pomocná zařízení, která se používají paralelně s měřicími přístroji a relé při vytváření střídavého obvodu. Transformátory v těchto případech převádějí energii pro pohodlnější dekódování parametrů nebo připojení zařízení s různými charakteristikami do jednoho obvodu.

Rozlišují také měřicí funkci transformátorů: slouží ke spouštění elektrických obvodů se zvýšeným napětím, ke kterým je potřeba připojit měřicí přístroje, ale přímo to nelze. Hlavním úkolem takových transformátorů je přenášet přijaté informace o aktuálních parametrech do přístrojů pro měření manipulací, které jsou připojeny k vinutí sekundárního typu.Zařízení také umožňuje řídit proud v obvodu: při použití relé a dosažení maximálních proudových parametrů se aktivuje ochrana, která zařízení vypne, aby se zabránilo vyhoření a poškození personálu.

Princip činnosti

Provoz takového zařízení je založen na indukčním zákonu, podle kterého napětí vstupuje do primárních závitů a proud překonává vytvořený odpor vinutí, což způsobuje vznik magnetického toku přenášeného do magnetického obvodu. Proud jde v kolmém směru vzhledem k proudu, což minimalizuje ztráty, a když překročí závity sekundárního vinutí, aktivuje se síla EMF. Jeho vlivem se v soustavě objevuje proud, který je silnější než odpor cívky, přičemž napětí na výstupu sekundárních závitů klesá.

Nejjednodušší konstrukce transformátoru se tak skládá z kovového jádra a dvojice vinutí, která nejsou vzájemně spojena a jsou vyrobena jako drát s izolací. V některých případech jde zátěž pouze na primární, a nikoli na sekundární otáčky: jedná se o takzvaný klidový režim. Pokud je naopak na sekundární vinutí připojeno zařízení spotřebovávající energii, prochází závity proud, který vytváří elektromotorickou sílu. Parametry EMF jsou určeny počtem závitů. Poměr elektromotorické síly pro primární a sekundární závity je známý jako transformační poměr, vypočítaný z poměru jejich počtu. Napětí pro konečného spotřebitele energie můžete regulovat změnou počtu závitů primárního nebo sekundárního vinutí.

Klasifikace proudových transformátorů

Existuje několik typů takových zařízení, která se dělí podle řady kritérií, včetně účelu, způsobu instalace, počtu stupňů přestavby a dalších faktorů. Před výběrem proudového transformátoru musíte zvážit tyto parametry:

• Jmenování. Podle tohoto kritéria se rozlišují měřicí, mezilehlé a ochranné modely. Zařízení středního typu se tedy používají při připojování zařízení pro výpočetní akce v systémech ochrany relé a dalších obvodech. Samostatně se rozlišují laboratorní transformátory, které poskytují zvýšenou přesnost ukazatelů, mají velký počet převodních faktorů.
• Způsob instalace. Existují transformátory pro vnější a vnitřní instalaci: nejenže vypadají jinak, ale mají také různé ukazatele odolnosti vůči vnějším vlivům (například zařízení pro venkovní použití jsou chráněna před srážkami a změnami teploty). Rozlišují se také nadzemní a přenosné transformátory; ty mají relativně malou hmotnost a rozměry.
• Typ vinutí. Transformátory jsou jedno- a víceotáčkové, cívkové, tyčové, přípojnicové. Primární i sekundární vinutí se mohou lišit a rozdíly se týkají také izolace (suché, porcelánové, bakelitové, olejové, směsné atd.).
• Úroveň transformačních kroků. Zařízení může být jedno a dvoustupňové (kaskádové), limit napětí 1000 V může být minimální nebo naopak maximální.
• Design. Podle tohoto kritéria se rozlišují dva typy proudových transformátorů - olejové a suché.V prvním případě se vinutí otočí a magnetický obvod je v nádobě obsahující speciální olejovou kapalinu: hraje roli izolace a umožňuje řídit provozní teplotu média. Ve druhém případě dochází k chlazení vzduchem, takové systémy se používají v průmyslových a obytných budovách, protože olejové transformátory nemohou být instalovány uvnitř kvůli zvýšenému nebezpečí požáru.
• Typ napětí. Transformátory lze snížit a zvýšit: v prvním případě se napětí na primárních závitech sníží a ve druhém se zvýší.
• Další možností klasifikace je výběr proudového transformátoru podle výkonu. Tento parametr závisí na účelu zařízení, počtu připojených spotřebičů, jejich vlastnostech.

Parametry a charakteristiky

Při výběru takového zařízení je nutné vzít v úvahu hlavní technické parametry, které ovlivňují rozsah použití a náklady. Hlavní vlastnosti:

• Jmenovité zatížení nebo výkon: výběr podle tohoto kritéria lze provést pomocí srovnávací tabulky charakteristik transformátoru. Hodnota parametru určuje další proudové charakteristiky, protože je přísně normalizována a slouží k určení normálního provozu zařízení ve zvolené třídě přesnosti.
• Jmenovitý proud. Tento indikátor určuje dobu, po kterou může zařízení fungovat bez přehřátí na kritické teploty. V transformátorových zařízeních je zpravidla solidní rezerva z hlediska úrovně ohřevu, s přetížením až 18-20%, provoz probíhá v normálním režimu.
• Napětí.Indikátor je důležitý pro kvalitu izolace vinutí, zajišťuje hladký provoz zařízení.
• Chyba. K tomuto jevu dochází vlivem magnetického toku, chybovost je rozdíl mezi přesnými údaji primárního a sekundárního proudu. Nárůst magnetického toku v jádru transformátoru přispívá k úměrnému zvýšení chyby.
• Transformační poměr, což je poměr proudu v primárních a sekundárních závitech. Reálná hodnota koeficientu se liší od nominální hodnoty o částku rovnající se míře ztrát při přeměně energie.
• Mezní násobek, vyjádřený ve vztahu k primárnímu proudu v reálné podobě ke jmenovité hodnotě.
• Mnohonásobnost proudu, který se vyskytuje v závitech vinutí sekundárního typu.

Klíčová data proudového transformátoru jsou určena ekvivalentním obvodem: umožňuje vám studovat vlastnosti zařízení v různých režimech, od nečinnosti po plné zatížení.

Hlavní indikátory jsou vyznačeny na těle zařízení ve formě speciálního označení. Může také obsahovat údaje o způsobu zvedacího a montážního zařízení, varovné informace o zvýšeném napětí na sekundárních závitech (nad 350 Voltů), informace o přítomnosti zemnící podložky. Označení měniče energie je aplikováno formou samolepky nebo barvou.

Možné poruchy

Jako každé jiné zařízení se i transformátory čas od času porouchají a vyžadují kvalifikovaný servis s diagnostikou. Před kontrolou zařízení musíte vědět, jaké jsou poruchy, jaké znaky jim odpovídají:

• Nerovnoměrný hluk uvnitř pouzdra, praskání.Tento jev obvykle indikuje přerušení zemnícího prvku, překrytí pouzdra od závitů vinutí nebo zeslabení lisování plechů používaných pro magnetický obvod.
• Přílišné zahřívání skříně, zvýšení síly proudu na straně spotřeby. Problém může být způsoben zkratem vinutí v důsledku opotřebení nebo mechanického poškození izolační vrstvy, častým přetížením v důsledku zkratu.
• Trhliny v izolantech, kluzné výboje. Objevují se, když nebyla před zahájením provozu identifikována výrobní vada, odlitek cizích předmětů a překrytí mezi vstupy fází různých hodnot.
• Emise oleje, během kterých je zničena membrána výfukové konstrukce. Problém je vysvětlen zkratem na rozhraní v důsledku opotřebení izolace, snížením hladiny oleje, poklesem napětí nebo výskytem nadproudů za podmínek průchozího zkratu.
• Uniká olej z těsnění nebo kohoutků transformátoru. Hlavními důvody jsou nekvalitní svaření uzlů, špatné těsnění, zničení těsnění nebo nepřeplátované kuželky ventilů.
• Zapnutí plynového ochranného relé. K tomuto jevu dochází při rozkladu oleje, ke kterému dochází v důsledku zkratu vinutí, přerušení obvodu, spálení kontaktů spínacího zařízení nebo při zkratu na pouzdru transformátoru.
• Vypnutí plynového ochranného relé. Problém je způsoben aktivním rozkladem olejové kapaliny v důsledku uzavření rozhraní, přepětí vnitřní nebo vnější části nebo v důsledku tzv. "ohně oceli".
• Vypnutá diferenciální ochrana. Tato porucha se objeví, když dojde k poruše na vstupní skříni, když dojde k překrytí mezi fázemi nebo v jiných případech.

Pro maximalizaci účinnosti funkčnosti zařízení je nutné pravidelně provádět ověřování pomocí termokamery: zařízení umožňuje diagnostikovat pokles kvality kontaktů a pokles provozní teploty. Během ověřování provádějí specialisté následující rozsah manipulací:

• 1. Měření napětí a proudu.
  2. Kontrola zátěže pomocí externího zdroje.
  3. Stanovení parametrů v pracovním schématu.
  4. Výpočet transformačního poměru, srovnání a analýza ukazatelů.

Výpočet transformátoru

Základní princip fungování tohoto zařízení je určen vzorcem U1/U2=n1/n2, jehož prvky jsou dekódovány takto:

• U1 a U2 jsou napětí primárních a sekundárních závitů.
• n1 a n2 - jejich počet na vinutí primárního a sekundárního typu.

K určení plochy průřezu jádra se používá jiný vzorec: S=1,15*√P, ve kterém se výkon měří ve wattech a plocha se měří v centimetrech čtverečních. Pokud má jádro použité v zařízení tvar písmene W, index řezu se vypočítá pro střední tyč. Při určování závitů ve vinutí primární úrovně se používá vzorec n=50*U1/S, zatímco složka 50 není neměnná, ve výpočtech pro zamezení vzniku elektromagnetického rušení se doporučuje místo ní nastavit hodnotu 60. Jiný vzorec je d=0,8*√I, ve kterém d je průřez drátu a I je indikátor síly proudu; používá se k výpočtu průměru kabelu.

Údaje získané během výpočtů jsou upraveny na zaokrouhlené hodnoty (například odhadovaný výkon 37,5 W je zaokrouhlen na 40). Zaokrouhlení je povoleno pouze nahoru.Všechny tyto vzorce se používají pro výběr transformátorů pracujících v síti 220 V; při konstrukci vysokofrekvenčních vedení se používají jiné parametry a metody výpočtu.

Podobné články: