Co je proudový transformátor, princip činnosti, typy, schémata

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 zapojení 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.

Proudový transformátor (CT) je elektrický transformátor, jehož výstupním parametrem je proud. Navrženo pro udržení přesného vztahu mezi proudy v primárním a sekundárním okruhu v určitém rozsahu.

Proudové transformátory se podle účelu dělí na měřicí a proudové transformátory pro reléovou ochranu. V některých případech jsou tyto funkce sloučeny v jednom zařízení [1].

Proudové transformátory se obvykle používají k přeměně velkého primárního proudu na malý sekundární proud. Kromě toho se používají také pro měření malých primárních proudů ve vysokonapěťových instalacích, dosahujících hodnot desítek a stovek kilovoltů, protože přímé měření ve vysokonapěťovém obvodu může představovat nebezpečí dotyku živých částí.

Výstavba

Možnost provedení proudového transformátoru

Digitální multimetr s proudovým kleštěm

Na rozdíl od napěťových transformátorů jsou CT často vybaveny pouze jedním závitem primárního vinutí. Tento závit může sloužit jako vodivá sběrnice procházející prstencem jádra s navinutým sekundárním vinutím [2].

Níže uvedený obrázek ukazuje poměr proudů primárního (proudově přenášející sběrnice) a sekundárního vinutí, kde N je počet závitů sekundárního vinutí.

Jádra proudových transformátorů jsou vyrobena metodou tavení křemíkové oceli. Ve vysoce přesných provedeních jsou jádra vyrobena z materiálů na bázi nanokrystalických slitin (slitiny s velmi malou velikostí zrna, do 50 nm).

Je třeba vzít v úvahu, že v důsledku ztrát v magnetickém obvodu může být sekundární proud při jmenovité hodnotě proudu v primárním vinutí o něco menší než jmenovitý. Pro zlepšení výkonu a zavedení kladného offsetu do převodní chyby se používá korekce natočení sekundárního vinutí. To vede k tomu, že hodnoty klasického transformačního poměru jako poměru počtu závitů vinutí a transformačního poměru jako poměru aktuálních hodnot jsou poněkud odlišné, ale díky tomu je měření přesnější.

Konstrukčně může být proudový transformátor vyroben s odnímatelným jádrem, například ve formě „proudové svorky“, což je odnímatelný pružinový magnetický obvod vyrobený z feromagnetického vrstveného materiálu, na kterém je umístěna víceotáčková cívka , což je sekundární vinutí.

Samostatně v této řadě je přístrojový transformátor bez feromagnetického jádra (se vzduchovým jádrem), vyrobený ve formě dlouhého uzavřeného solenoidu pokrývajícího drát s měřeným proudem – Rogowského cívka [3]. Tento transformátor je určen k měření proudových impulsů, včetně zvlnění proudu v přítomnosti stejnosměrné složky. Protože magnetické pole generované v cívce je velmi slabé, nelze toto zařízení použít k detekci slabých proudových signálů.

Typy proudových transformátorů podle účelu

Rozlišují se následující typy proudových transformátorů [4]:

• Měření. Taková zařízení se používají k přenosu proudů do speciálních měřicích přístrojů. Používá se, když přímé připojení měřicího zařízení není možné nebo není bezpečné. Proudové transformátory jsou navrženy tak, aby měly minimální dopad na primární obvod a minimalizovaly jakékoli zkreslení proudu.
• Střední. Používají se pro účely ochrany relé, poskytují izolaci proudů v primárním a sekundárním vinutí.
• Laboratoř. Vyznačují se zvýšenou přesností a jsou určeny pro simulaci určité síly proudu.
• Ochranný. Připojeno k obvodům proudové ochrany. Jmenovitý proud takových systémů se často výrazně liší od síťového proudu. Výrobci přidělují ochranným zařízením určitou třídu přesnosti, která umožňuje jejich použití jako měřicí zařízení.

Kromě toho lze všechny proudové transformátory (jak měřicí, tak ochranné) klasifikovat podle následujících hlavních charakteristik [5]:

• Podle typu instalace:
  • pro venkovní práce;
  • pro práci v uzavřených prostorách;
  • pro zabudování do dutin elektrických zařízení;
  • pro speciální instalace (v dolech, na lodích, elektrických lokomotivách atd.).
  • Podle způsobu instalace:
    • Průchozí transformátory proudu instalované v otvorech ve stěnách, stropech nebo v kovových konstrukcích;
    • nosné, určené pro instalaci na nosnou rovinu.
    • Podle počtu transformačních koeficientů:
      • s jedním transformačním poměrem;
      • s několika transformačními poměry získanými změnou počtu závitů primárního nebo sekundárního vinutí (nebo obou vinutí) nebo použitím několika sekundárních vinutí s různým počtem závitů odpovídajících různým jmenovitým sekundárním proudům.
      • Dokončení primárního vinutí:
        • pneumatika;
        • jednootáčkový;
        • víceotáčkový.

        Schémata zapojení proudových transformátorů

        

        Schémata připojení proudových transformátorů v systému ochrany relé.

        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.

        Pro zajištění bezpečnosti musí být magnetické jádro a jedna ze svorek sekundárního vinutí uzemněny. V případě instalace PTP do 3-fázové sítě jsou sekundární vinutí PTP zapojena podle obvodu „Hvězda“ (obr. 1), v případě dvou fází – „Částečná hvězda“ (obr. 2) .

        Pro zamezení vzniku klidového režimu, zvýšení spolehlivosti a životnosti zařízení je sekundární vinutí měřicího transformátoru proudu bočníkem s odporem s vysokým elektrickým odporem, který prakticky neovlivňuje výsledek měření, protože odpor měřicího přístroje (ampérmetru) je nepoměrně méně [6].

        Parametry proudového transformátoru

        Hlavními parametry proudových transformátorů jsou transformační poměr a třída přesnosti.

        Transformační poměr

        Transformační poměr je definován jako poměr jmenovitého primárního proudu k jmenovitému sekundárnímu proudu a zapisuje se jako zlomek, například 75/5 (když v primárním vinutí teče proud 75 A a v sekundárním vinutí 5 A, uzavřeno k měřicím prvkům).

        Někdy mohou mít proudové transformátory proměnný transformační poměr, zvolený přepojením primárních vinutí z paralelního na sériové zapojení nebo zajištěný přítomností odboček na primárním nebo sekundárním vinutí. Je možné změnit počet závitů primárního vodiče vedeného do okénka proudových transformátorů, pokud PTP nemá vlastní primární vinutí.

        Třída přesnosti

        Pro určení třídy přesnosti proudového transformátoru se zavádí pojem chyba, který závisí na parametrech, jako jsou geometrické rozměry a tvar magnetického obvodu, počet závitů a průřez vodiče vinutí.

        Třída přesnosti je určena dvěma chybami – proudovou, měřenou v procentech, a úhlovou, měřenou v úhlových minutách [7].

        • proudová chyba je chyba vnesená transformátorem při měření proudu, která vzniká v důsledku skutečnosti, že skutečný transformační poměr není roven jmenovitému. Chyba jmenovitého proudu je rozdíl mezi sekundárními proudy – skutečnými a jmenovitými, vztažený k jmenovitému sekundárnímu proudu a vyjádřený v procentech.
        • Úhlová chyba je úhel mezi vektorem primárního proudu a vektorem sekundárního proudu otočený o 180°. Úhlová chyba je považována za kladnou, když je sekundární vektor proudu otočený o 180° před primárním vektorem proudu.

        Pro průmyslové transformátory proudu jsou stanoveny následující třídy přesnosti: 0,1; 0,5; 1; 3, 10Р [8]. Podle mezinárodní normy IEC (IEC 60044-01) musí být proudové transformátory v dané třídě přesnosti, když primárním vinutím protéká proud 0,2–200 % jmenovitého proudu, čehož je obvykle dosaženo výrobou jádra z nanokrystalického slitiny.

        Literatura

        V. V. Afanasjev, N. M. Adonyev, V. M. Kibel a další. Proudové transformátory / Redaktor Yu. — 2. vyd. – Leningrad: Atomizdat, 1989. – 416 s. — ISBN 5-283-04444-0.

        Poznámky

        1. ↑V. V. Afanasyev, 1989, str. 5.
        2. ↑ Proudový transformátor // Velká sovětská encyklopedie: [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov. — 3. vyd. – M.: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
        3. ↑Použití proudových snímačů Pulse Electronics na bázi Rogowského cívky(nespecifikováno) . Datum léčby: 4. června 2024.
        4. ↑Proudový transformátor: princip činnosti a použití(nespecifikováno) . Závod transformátorů a magnetických jader (4. června 2024).
        5. ↑V. V. Afanasyev, 1989, str. 6.
        6. ↑Co je proudový transformátor, jeho konstrukce a princip činnosti(nespecifikováno) . Informační web „ASUTPP“ (4. června 2024).
        7. ↑V. V. Afanasyev, 1989, str. 36-38.
        8. ↑V. V. Afanasyev, 1989, str. 41-42.

        Tento článek má stav „připraveno“. To sice nevypovídá o kvalitě článku, ale hlavní téma už dostatečně pokryl. Pokud chcete článek vylepšit, klidně jej upravte!