Otazky

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.

Přečtěte si více

Otřesy při 100 km/h - BMWLAND

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.

Po domluvě:
- ochranný;
- pravítka měřicích proudových transformátorů;
- mezilehlý (používaný k vyrovnání proudů v systémech diferenciální ochrany);
- laboratoř.
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
Proudové transformátory (CT) Je obvyklé nazývat elektrická zařízení určená k transformaci proudových hodnot (z velkých na malé) na požadované hodnoty za účelem připojení měřicích zařízení a reléových ochranných a automatizačních zařízení. Proudové transformátory jsou široce používány v energetice a jsou nedílnou součástí každé elektrárny nebo rozvodny.

Instalace nízkopříkonových transformátorů do silových elektroinstalací rovněž umožňuje zajistit bezpečnost práce, protože jejich použití odděluje vysokonapěťové/nízkonapěťové obvody a zjednodušuje konstrukci drahých měřicích přístrojů a relé.

Konstrukce a princip činnosti proudového transformátoru

Proudové transformátory se konstrukčně skládají z:
- uzavřený magnetický obvod;
- 2 vinutí (primární, sekundární).
Orlov Anatolij Vladimirovič
Vedoucí oddělení ochrany a automatizace relé Novgorod Electric Networks

Primární vinutí je zapojeno do série, takže jím protéká proud plné zátěže. A sekundární je uzavřena vůči zátěži (ochranná relé, měřící měřiče atd.), což umožňuje, aby jím procházel proud, jehož velikost je úměrná velikosti proudu v primárním vinutí.

Vzhledem k tomu, že odpor měřicích zařízení je nevýznamný, je obecně přijímáno, že všechny proudové transformátory pracují v režimu blízkém zkratu.

To znamená, že geometrický součet magnetických toků je roven rozdílu mezi toky generovanými oběma vinutími.

Tradičně se proudové transformátory vyrábějí s několika skupinami sekundárních vinutí, z nichž jedna je určena pro připojení ochranných zařízení, jiná – pro zapínání řídicích, diagnostických a měřicích zařízení.

K těmto vinutím musí být připojena zátěž.

Jeho odpor je přísně regulován, protože i nepatrná odchylka od standardní hodnoty může vést ke zvýšení chyby a v důsledku toho ke snížení kvality měření a neselektivnímu provozu ochrany relé.

Zajímavé video o proudových transformátorech lze vidět níže:

Chyba CT je určena v závislosti na:
- průřezy magnetických obvodů;
- permeabilita materiálu použitého k výrobě magnetického obvodu;
- hodnoty magnetické dráhy.
Výrazné zvýšení zatěžovacího odporu v sekundárním okruhu generuje zvýšené napětí v sekundárním okruhu, což vede k porušení izolace a v důsledku toho k poruše transformátoru.

Maximální hodnota zatěžovací odolnosti je uvedena v referenčních materiálech.

Klasifikace proudových transformátorů

Proudové transformátory jsou obvykle klasifikovány podle následujících vlastností:
1. В зависимости z destinace Dělí se na:
  1. ochranný;
  2. měření;
  3. mezilehlý, slouží k připojení měřicích přístrojů k proudovým obvodům, vyrovnávající proudy v diferenciálních soustavách. ochrana atd.);
  4. laboratoř.
  1. venkovní instalace (umístěná ve venkovním rozvaděči);
  2. vnitřní instalace (umístěná v rozvaděči);
  3. zabudované do elektrických strojů, spínací zařízení: generátory, transformátory, přístroje atd.;
  4. režie – instalované na horní části průchozích izolátorů;
  5. přenosné (pro laboratorní testování a diagnostická měření).
  1. víceotáčkový (cívka, s vinutím ve tvaru smyčky nebo osmičky);
  2. jednootáčkový;
  3. pneumatika
  1. se suchou izolací (z porcelánu, lité epoxidové izolace, bakelitu atd.);
  2. s izolací papír-olej nebo kondenzátor papír-olej;
  3. mající složenou náplň.
  1. jednostupňové;
  2. dvoustupňové (kaskádové).
  1. CT se jmenovitým napětím nad 1 kV;
  2. TT s napětím do 1 kV.
  Další zajímavé video o schématech zapojení proudových transformátorů:
  
  Proudové transformátory od různých výrobců
  
  Podívejme se na několik proudových transformátorů od různých výrobců:
  
  Proudové transformátory TOL-NTZ-8-2016
  
  Výrobce OOO Nevsky Transformer Plant Volkhov, jsou určeny pro přenos signálu měřicí informace do měřicích přístrojů a ochranných a regulačních zařízení, pro izolování sekundárních připojovacích obvodů od vysokého napětí v kompletních vnitřních a venkovních instalačních zařízeních (KRU, KRUN, KSO) střídavého proudu pro napěťovou třídu do 10 kV a jsou komponentními výrobky.
  
  Transformátory jsou vyráběny ve formě nosné konstrukce, v klimatických verzích „UHL“ a „T“, kategorie uložení „2“ dle GOST 15150-69.
  
  Pracovní poloha transformátoru v prostoru je libovolná.
  
  Transformátory pracují v elektrických instalacích vystavených bleskovým přepětím a mají:
  - třída tepelné odolnosti “B” podle GOST 8865-93;
  - izolační úroveň „a“ a „b“ podle GOST 1516.3-96.
  Možnosti provedení transformátoru: „B“ – vybavený izolačními bariérami.
  
  Umístění sekundárních kolíků:
  - “A” – rovnoběžné s instalační plochou;
  - “B” – kolmo k instalační ploše;
  - „C“ – vyrobeno z ohebného drátu, rovnoběžně s instalační plochou;
  - “D” – vyrobeno z ohebného drátu, kolmo k instalační ploše.
  Požadavky na spolehlivost
  
  Pro transformátory byly stanoveny následující indikátory spolehlivosti:
  - střední doba do poruchy – 2´105 h;
  - plná životnost – 30 let.
  Příklad konvenčního označení proudového transformátoru s litou pryskyřicí
  
  ТОЛ-НТЗ-10-01АБ-0,5SFs5/10Р10–5/15-300/5 31,5 кА УХЛ2
  - 10 – jmenovité napětí;
  - “0” – varianta provedení;
  - „1“ – provedení podle délky těla;
  - „A“ – sekundární svorky umístěné rovnoběžně s montážní plochou;
  - “B” – izolační bariéry;
  - 0,5S – třída přesnosti měřicího sekundárního vinutí;
  - (Fs)5 – bezpečnostní faktor zařízení sekundárního vinutí pro měření;
  - 10P – třída přesnosti ochranného sekundárního vinutí;
  - 10 – jmenovitá mezní násobnost sekundárního vinutí pro ochranu;
  - 5 – jmenovité sekundární zatížení vinutí pro měření;
  - 15 – jmenovité sekundární zatížení vinutí pro ochranu;
  - 300 – jmenovitý primární proud;
  - 5 – jmenovitý sekundární proud;
  - 31,5 – jednosekundový tepelný výdržný proud;
  - “UHL” – klimatický výkon;
  - 2 – kategorie umístění GOST 15150-69 při jeho objednávce a v dokumentaci jiného výrobku.
  Proudové podpůrné transformátory TOP-8
  
  Transformátory jsou určeny pro přenos měřicích informačních signálů do měřicích přístrojů ve střídavých instalacích s frekvencí 50 nebo 60 Hz a jmenovitým napětím do 0,66 kV včetně. Zkušební jednominutové napětí průmyslové frekvence je 3 kV.
  
  Transformátory třídy přesnosti 0,2; 0,5; 0,2S a 0,5S se používají v měřicích schématech pro zúčtování se spotřebiteli, třída přesnosti 1,0 – v měřicích schématech.
  
  Skříň transformátoru je vyrobena ze samozhášecích materiálů zpomalujících hoření. Transformátory se vyrábí ve verzi „U“ nebo „T“, kategorie 3 podle GOST 15150 a jsou určeny pro provoz za následujících podmínek:
  - nadmořská výška ne více než 1000 m;
  - okolní teplota: během provozu – od minus 45 °C do plus 50 °C, během přepravy a skladování – od minus 50 °C do plus 50 °C;
  - prostředí je nevýbušné, neobsahuje prach, chemicky aktivní plyny a páry v koncentracích, které ničí kovové povlaky a izolace;
  - pracovní pozice – libovolná.
  Primární přípojnice transformátorů TOP-0,66 a TShP-0,66 je vyrobena z pocínované mědi. Transformátory TShP-0,66 mohou být vybaveny měděnými sběrnicemi potaženými cínem.
  
  Průchozí přípojnicové transformátory proudu pro vnitřní instalaci BB, BBO
  
  Výrobce – ABB LLC
  
  Průchozí přípojnicové transformátory proudu BB a BBO jsou vyrobeny v pouzdře z epoxidové směsi a jsou určeny pro instalaci do rozvaděčů s napětím do 24 kV (25 kV).
  
  Jako průchodku lze použít proudový transformátor bez primárního vodiče, ale s vlastní primární izolací.
  
  Transformátory jsou navrženy a vyrobeny podle následujících norem:
  - IEC, VDE, ANSI, BS, GOST a ČSN.
  - Maximální napětí – 3.6 kV – 25 kV
  - Primární proud – 600 A – 5000 A
  - Suchý transformátor s epoxidovou izolací pro vnitřní instalaci
  - Navrženo pro měření a ochranu, může mít až tři sekundární vinutí
  - Provedení s možností přepínání transformačního poměru na straně primárního nebo sekundárního vinutí.