Transformatoare de curent — principiu de funcționare și aplicare

Când lucrați cu sisteme energetice, este adesea necesar să convertiți anumite cantități electrice în analogi similari acestora cu valori modificate proporțional. Acest lucru vă permite să simulați anumite procese în instalațiile electrice și să efectuați măsurători în siguranță.

Funcționarea transformatorului de curent (CT) se bazează pe legea inducției electromagneticefuncţionând în câmpuri electrice şi magnetice variind sub formă de armonici de mărimi sinusoidale alternative.

Convertește valoarea primară a vectorului curent care curge în circuitul de putere într-o valoare secundară redusă, respectând proporționalitatea modulului și transmisia exactă a unghiului.

Principiul de funcționare al transformatorului de curent

Demonstrarea proceselor care au loc în timpul transformării energiei electrice în interiorul transformatorului este explicată prin diagramă.

Curentul I1 trece prin înfășurarea primară de putere cu numărul de spire w1, depășind impedanța sa Z1.În jurul acestei bobine se formează un flux magnetic F1, care este captat de un circuit magnetic situat perpendicular pe direcția vectorului I1. Această orientare asigură o pierdere minimă de energie electrică atunci când este convertită în energie magnetică.

Traversând spirele situate perpendicular ale înfășurării w2, fluxul F1 induce în ele o forță electromotoare E2, sub influența căreia ia naștere un curent I2 în înfășurarea secundară, depășind impedanța bobinei Z2 și sarcina de ieșire conectată Zn. În acest caz, la bornele circuitului secundar se formează o cădere de tensiune U2.

Se numește mărimea K1, determinată de raportul vectorilor I1 / I2 coeficient de transformare... Valoarea acesteia este stabilită în timpul proiectării dispozitivelor și se măsoară în structuri gata făcute. Diferențele dintre indicatorii modelelor reale și valorile calculate sunt evaluate prin caracteristica metrologică - clasa de precizie a unui transformator de curent.

În funcționarea efectivă, valorile curenților din bobine nu sunt valori constante. Prin urmare, coeficientul de transformare este de obicei indicat prin valori nominale. De exemplu, expresia sa 1000/5 înseamnă că cu un curent de funcționare primar de 1 kiloamperi, în spirele secundare vor acționa sarcini de 5 amperi. Aceste valori sunt utilizate pentru a calcula performanța pe termen lung a acestui transformator de curent.

Fluxul magnetic F2 din curentul secundar I2 reduce valoarea fluxului F1 în circuitul magnetic. În acest caz, fluxul de la transformatorul Ф creat în el este determinat de însumarea geometrică a vectorilor Ф1 și Ф2.

Factori periculoși în timpul funcționării transformatorului de curent

Capacitatea de a fi afectat de potențialul de înaltă tensiune în caz de defecțiune a izolației

Deoarece circuitul magnetic al TT este realizat din metal, are o conductivitate bună și conectează magnetic înfășurările izolate (primare și secundare) între ele, există un risc crescut de șoc electric pentru personal sau deteriorarea echipamentului dacă stratul de izolație este spart.

Pentru a preveni astfel de situații, împământarea unuia dintre bornele secundare ale transformatorului este utilizată pentru a drena potențialul de înaltă tensiune pe acesta în caz de accidente.

Acest terminal este întotdeauna marcat pe carcasa dispozitivului și este indicat pe schemele de conectare.

Posibilitatea de a fi afectat de un potențial de înaltă tensiune în cazul unei defecțiuni a circuitului secundar

Concluziile înfășurării secundare sunt marcate cu «I1» și «I2», deci direcția curenților care curg este polar, coincide în toate înfășurările. Când transformatorul funcționează, ele trebuie să fie întotdeauna conectate la sarcină.

Acest lucru se explică prin faptul că curentul care trece prin înfășurarea primară are o putere potențială mare (S = UI), care se transformă într-un circuit secundar cu pierderi mici, iar atunci când este întrerupt, componenta de curent scade brusc la valori. de scurgeri prin mediu, dar în același timp scăderea crește semnificativ tensiunile în secțiunea spartă.

Potențialul la contactele deschise ale înfășurării secundare în timpul trecerii curentului în bucla primară poate ajunge la câțiva kilovolți, ceea ce este foarte periculos.

Prin urmare, toate circuitele secundare ale transformatoarelor de curent trebuie să fie întotdeauna asamblate în siguranță, iar scurtcircuitele în șunt trebuie întotdeauna instalate pe înfășurări sau miezuri scoase din funcțiune.

Soluții de proiectare utilizate în circuitele transformatoarelor de curent

Fiecare transformator de curent, ca dispozitiv electric, este conceput pentru a rezolva anumite probleme în timpul funcționării instalațiilor electrice. Industria produce o gamă largă de ele. Cu toate acestea, în unele cazuri, la îmbunătățirea structurilor, este mai ușor să folosiți modele gata făcute cu tehnologii dovedite decât să reproiectați și să fabricați altele noi.

Principiul creării unui TT cu o singură rotație (în circuitul primar) este de bază și este prezentat în fotografia din stânga.

Aici înfășurarea primară, acoperită cu izolație, este realizată dintr-o magistrală dreaptă L1-L2 care trece prin circuitul magnetic al transformatorului, iar secundarul este înfășurat cu spire în jurul lui și conectat la sarcină.

Principiul creării unui CT cu mai multe ture cu două miezuri este prezentat în dreapta. Aici sunt luate două transformatoare cu o singură tură cu circuitele lor secundare și un anumit număr de spire ale înfășurărilor de putere sunt trecute prin circuitele lor magnetice. În acest fel, nu numai că puterea este crescută, dar și numărul de circuite conectate la ieșire crește și mai mult.

Aceste trei principii pot fi modificate în moduri diferite. De exemplu, utilizarea mai multor bobine identice în jurul unui singur circuit magnetic este larg răspândită pentru a crea circuite secundare separate, independente, care funcționează autonom. Acestea se numesc nuclee. În acest fel, protecția întrerupătoarelor sau a liniilor (transformatoarelor) cu scopuri diferite este conectată la circuitele de curent ale unui transformator de curent.

Transformatoarele de curent combinate cu un circuit magnetic puternic, utilizate în modurile de urgență ale echipamentelor, și cel obișnuit, proiectat pentru măsurători la parametrii nominali de rețea, funcționează în dispozitivele echipamentelor de putere.Bobinele înfășurate în jurul barelor de armare sunt folosite pentru a opera dispozitive de protecție, în timp ce bobinele convenționale sunt folosite pentru a măsura curentul sau puterea / rezistența.

Se numesc astfel:

• bobine de protecție marcate cu indice «P» (releu);

• măsurare indicată de numerele clasei de precizie metrologică TT, de exemplu «0,5».

Înfășurările de protecție în timpul funcționării normale a transformatorului de curent asigură măsurarea vectorului de curent primar cu o precizie de 10%. Cu această valoare, ele sunt numite „zece la sută”.

Erori de măsurare

Principiul determinării preciziei transformatorului vă permite să evaluați circuitul său echivalent prezentat în fotografie. În ea, toate valorile cantităților primare sunt reduse condiționat la acțiune în bucle secundare.

Circuitul echivalent descrie toate procesele care funcționează în înfășurări, ținând cont de energia cheltuită pentru magnetizarea miezului cu curentul I.

Diagrama vectorială construită pe baza ei (triunghiul SB0) arată că curentul I2 diferă de valorile lui I'1 cu valoarea lui I către noi (magnetizare).

Cu cât aceste abateri sunt mai mari, cu atât precizia transformatorului de curent este mai mică.Pentru a lua în considerare erorile de măsurare CT, se introduc următoarele concepte:

• eroare relativă de curent exprimată ca procent;

• eroare unghiulară calculată din lungimea arcului AB în radiani.

Valoarea absolută a abaterii vectorilor de curent primar și secundar este determinată de segmentul AC.

Modelele industriale comune ale transformatoarelor de curent sunt fabricate pentru a funcționa în clase de precizie definite de caracteristicile de 0,2; 0,5; 1,0; 3 și 10%.

Aplicarea practică a transformatoarelor de curent

Un număr divers de modele ale acestora pot fi găsite atât în ​​dispozitivele electronice mici amplasate într-o carcasă mică, cât și în dispozitivele energetice care ocupă dimensiuni semnificative de câțiva metri.Aceste sunt împărțiți în funcție de caracteristicile de funcționare.

Clasificarea transformatoarelor de curent

Prin acord, acestea se împart în:

• măsurare, transfer de curenți la instrumente de măsură;
• protejat, conectat la circuite de protecție curente;
• laborator, cu o clasă ridicată de precizie;
• intermediari utilizați pentru reconversie.

Când se operează instalații, se utilizează TT:

• instalare exterioară în aer liber;

• pentru instalatii inchise;

• echipament incorporat;

• de sus — introduceți mâneca;

• portabil, permițându-vă să efectuați măsurători în diferite locuri.

După valoarea tensiunii de funcționare a echipamentului TT există:

• tensiune înaltă (mai mult de 1000 volți);

• pentru valori nominale de tensiune de până la 1 kilovolt.

De asemenea, transformatoarele de curent sunt clasificate în funcție de metoda materialelor de izolație, numărul de trepte de transformare și alte caracteristici.

Sarcini finalizate

Transformatoarele de curent de măsurare externe sunt utilizate pentru funcționarea circuitelor electrice de măsurare a energiei electrice, măsurători și protecție a liniilor sau autotransformatoarelor de putere.

Fotografia de mai jos arată locația acestora pentru fiecare fază a liniei și instalarea circuitelor secundare în cutia de borne a tabloului de 110 kV pentru autotransformatorul de putere.

Aceleași sarcini sunt îndeplinite de transformatoarele de curent ale aparatului de distribuție extern-330 kV, dar având în vedere complexitatea echipamentelor de tensiune mai mare, acestea au dimensiuni mult mai mari.

Pe echipamentele de putere, sunt adesea utilizate modele încorporate de transformatoare de curent, care sunt plasate direct pe carcasa centralei electrice.

Au înfășurări secundare cu fire plasate în jurul bucșei de înaltă tensiune într-o carcasă etanșă. Cablurile de la clemele CT sunt direcționate către cutiile de borne atașate aici.

Transformatoarele interne de curent de înaltă tensiune folosesc cel mai adesea ulei special de transformator ca izolator. Un exemplu de astfel de proiectare este prezentat în fotografie pentru transformatoarele de curent din seria TFZM proiectate să funcționeze la 35 kV.

Până la 10 kV inclusiv, materiale dielectrice solide sunt utilizate pentru izolarea între înfășurări la fabricarea cutiei.

Un exemplu de transformator de curent TPL-10 utilizat în KRUN, aparate de comutare închise și alte tipuri de aparate de comutare.

Un exemplu de conectare a circuitului de curent secundar al unuia dintre miezurile de protecție REL 511 pentru un întrerupător de circuit de 110 kV este prezentat cu o diagramă simplificată.

Defecțiuni ale transformatorului de curent și cum să le găsiți

Un transformator de curent conectat la o sarcină poate rupe rezistența electrică a izolației înfășurărilor sau conductivitatea acestora sub influența supraîncălzirii termice, influențelor mecanice accidentale sau din cauza unei instalări defectuoase.

În echipamentele operaționale, izolația este cel mai adesea deteriorată, rezultând în scurtcircuitarea înfășurărilor ture-la-turn (reducerea puterii transmise) sau apariția unor curenți de scurgere prin circuite de scurtcircuit create aleatoriu.

Pentru a identifica locurile de instalare de proastă calitate a circuitului de alimentare, se efectuează periodic inspecții ale circuitului de lucru cu camere termice.Pe baza acestora, defectele contactelor rupte sunt imediat eliminate, supraîncălzirea echipamentului este redusă.

Absența închiderii din tură în tură este verificată de specialiștii laboratoarelor de protecție și automatizare cu relee:

• luarea caracteristicii curent-tensiune;

• încărcarea transformatorului de la o sursă externă;

• măsurători ale parametrilor principali din schema de lucru.

De asemenea, ei analizează valoarea coeficientului de transformare.

În toate lucrările, raportul dintre vectorii de curent primar și secundar este estimat după mărime. Abaterile unghiulare ale acestora nu sunt efectuate din cauza lipsei aparatelor de măsurare a fazelor de înaltă precizie care sunt utilizate pentru verificarea transformatoarelor de curent din laboratoarele de metrologie.

Testele de înaltă tensiune ale proprietăților dielectrice sunt atribuite specialiștilor laboratorului de servicii de izolație.