Stroomtransformatoren - werkingsprincipe en toepassing

Bij het werken met energiesystemen is het vaak nodig om bepaalde elektrische grootheden om te zetten in vergelijkbare analogen met proportioneel gewijzigde waarden. Hiermee kun je bepaalde processen in elektrische installaties simuleren en veilig metingen doen.

De werking van stroomtransformator (CT) is gebaseerd op de wet van elektromagnetische inductiewerkend in elektrische en magnetische velden die variëren in de vorm van harmonischen van wisselende sinusoïdale magnitudes.

Het zet de primaire waarde van de stroomvector die in het stroomcircuit stroomt om in een secundaire gereduceerde waarde, met inachtneming van de modulus-proportionaliteit en exacte hoekoverbrenging.

Het werkingsprincipe van de stroomtransformator

De demonstratie van de processen die plaatsvinden tijdens de transformatie van elektrische energie in de transformator wordt uitgelegd door het diagram.

Stroom I1 stroomt door de primaire vermogenswikkeling met het aantal windingen w1, waarbij de impedantie Z1 wordt overwonnen.Rondom deze spoel wordt een magnetische flux F1 gevormd, die wordt opgevangen door een magnetisch circuit dat loodrecht op de richting van de vector I1 staat. Deze oriëntatie zorgt voor minimaal verlies van elektrische energie wanneer deze wordt omgezet in magnetische energie.

Door de loodrecht geplaatste windingen van de wikkeling w2 te kruisen, induceert de flux F1 daarin een elektromotorische kracht E2, onder invloed waarvan een stroom I2 ontstaat in de secundaire wikkeling, die de impedantie van de spoel Z2 en de aangesloten uitgangsbelasting Zn overwint. In dit geval wordt een spanningsval U2 gevormd aan de klemmen van het secundaire circuit.

De hoeveelheid K1 wordt genoemd, bepaald door de verhouding van de vectoren I1 / I2 transformatiecoëfficiënt... De waarde wordt ingesteld tijdens het ontwerp van apparaten en wordt gemeten in kant-en-klare structuren. De verschillen tussen de indicatoren van echte modellen en de berekende waarden worden geëvalueerd door de metrologische eigenschap - nauwkeurigheidsklasse van een stroomtransformator.

In de praktijk zijn de waarden van de stromen in de spoelen geen constante waarden. Daarom wordt de transformatiecoëfficiënt meestal aangegeven door nominale waarden. Zijn uitdrukking 1000/5 betekent bijvoorbeeld dat met een primaire bedrijfsstroom van 1 kiloampère, 5 ampère belastingen zullen werken in de secundaire windingen. Deze waarden worden gebruikt om de langetermijnprestaties van deze stroomtransformator te berekenen.

De magnetische flux F2 van de secundaire stroom I2 verlaagt de waarde van de flux F1 in het magnetische circuit. In dit geval wordt de flux van de daarin gecreëerde transformator Ф bepaald door de geometrische som van de vectoren Ф1 en Ф2.

Gevaarlijke factoren tijdens het gebruik van de stroomtransformator

Mogelijkheid om te worden beïnvloed door hoogspanningspotentiaal in geval van isolatiefout

Aangezien het magnetische circuit van de TT van metaal is, een goede geleiding heeft en de geïsoleerde wikkelingen (primair en secundair) magnetisch met elkaar verbindt, bestaat er een verhoogd risico op elektrische schokken voor personeel of schade aan apparatuur als de isolatielaag wordt verbroken.

Om dergelijke situaties te voorkomen, wordt aarding van een van de secundaire aansluitingen van de transformator gebruikt om het hoogspanningspotentieel erover af te voeren in geval van ongelukken.

Deze klem is altijd gemarkeerd op de behuizing van het apparaat en wordt aangegeven op de aansluitschema's.

De mogelijkheid om te worden beïnvloed door een hoogspanningspotentiaal in het geval van een storing in het secundaire circuit

De conclusies van de secundaire wikkeling zijn gemarkeerd met «I1» en «I2», dus de richting van de stromen die vloeien is polair, valt samen in alle wikkelingen. Wanneer de transformator in bedrijf is, moeten deze altijd zijn aangesloten op de belasting.

Dit wordt verklaard door het feit dat de stroom die door de primaire wikkeling gaat een hoog potentieel vermogen heeft (S = UI), dat wordt omgezet in een secundair circuit met lage verliezen, en wanneer het wordt onderbroken, neemt de stroomcomponent sterk af tot de waarden van lekkage door de omgeving, maar tegelijkertijd verhoogt de druppel de spanningen in het gebroken gedeelte aanzienlijk.

Het potentiaal bij de open contacten van de secundaire wikkeling tijdens het passeren van stroom in de primaire lus kan enkele kilovolts bereiken, wat erg gevaarlijk is.

Daarom moeten alle secundaire circuits van stroomtransformatoren altijd stevig worden gemonteerd en moeten shuntkortsluitingen altijd worden geïnstalleerd op buiten dienst gestelde wikkelingen of aders.

Ontwerpoplossingen die worden gebruikt in stroomtransformatorcircuits

Elke stroomtransformator is als elektrisch apparaat ontworpen om bepaalde problemen tijdens de werking van elektrische installaties op te lossen. De industrie produceert er een groot assortiment van. In sommige gevallen is het bij het verbeteren van structuren echter gemakkelijker om kant-en-klare modellen met bewezen technologieën te gebruiken dan om nieuwe te ontwerpen en te vervaardigen.

Het principe van het maken van een single-turn TT (in het primaire circuit) is eenvoudig en wordt weergegeven op de foto links.

Hier is de primaire wikkeling, bedekt met isolatie, gemaakt van een rechte lijnbus L1-L2 die door het magnetische circuit van de transformator gaat, en de secundaire is met windingen eromheen gewikkeld en verbonden met de belasting.

Het principe van het maken van een multi-turn CT met twee kernen wordt rechts weergegeven. Hier worden twee enkelvoudige transformatoren genomen met hun secundaire circuits en een bepaald aantal windingen van stroomwikkelingen wordt door hun magnetische circuits geleid. Op deze manier wordt niet alleen het vermogen verhoogd, maar wordt ook het aantal aangesloten uitgangscircuits verder vergroot.

Deze drie principes kunnen op verschillende manieren worden veranderd. Het gebruik van verschillende identieke spoelen rond een enkel magnetisch circuit is bijvoorbeeld wijdverbreid om afzonderlijke, onafhankelijke secundaire circuits te creëren die autonoom werken. Dit worden kernen genoemd. Op deze manier wordt de beveiliging van schakelaars of leidingen (transformatoren) met verschillende doeleinden aangesloten op de stroomkringen van één stroomtransformator.

Gecombineerde stroomtransformatoren met een krachtig magnetisch circuit, gebruikt in noodmodi van apparatuur, en de gebruikelijke, ontworpen voor metingen bij nominale netwerkparameters, werken in apparaten met stroomapparatuur.Spoelen die om wapening zijn gewikkeld, worden gebruikt om beveiligingsapparaten te bedienen, terwijl conventionele spoelen worden gebruikt om stroom of vermogen / weerstand te meten.

Ze worden zo genoemd:

• beveiligingsspoelen gemarkeerd met index «P» (relais);

• meting aangegeven door de nummers van de metrologische nauwkeurigheidsklasse TT, bijvoorbeeld «0.5».

Beschermende wikkelingen tijdens de normale werking van de stroomtransformator zorgen voor een meting van de primaire stroomvector met een nauwkeurigheid van 10%. Met deze waarde worden ze "tien procent" genoemd.

Meetfouten

Het principe van het bepalen van de nauwkeurigheid van de transformator stelt u in staat om het equivalente circuit op de foto te evalueren. Daarin worden alle waarden van primaire grootheden voorwaardelijk gereduceerd tot actie in secundaire lussen.

Het equivalente circuit beschrijft alle processen die in de wikkelingen werken, rekening houdend met de energie die wordt besteed aan het magnetiseren van de kern met stroom I.

Het daarop gebaseerde vectordiagram (driehoek SB0) laat zien dat de stroom I2 verschilt van de waarden van I'1 met de waarde van I naar ons toe (magnetisatie).

Hoe groter deze afwijkingen zijn, hoe lager de nauwkeurigheid van de stroomtransformator.Om rekening te houden met CT-meetfouten, worden de volgende concepten geïntroduceerd:

• relatieve stroomfout uitgedrukt als een percentage;

• hoekfout berekend uit de booglengte AB in radialen.

De absolute waarde van de afwijking van de primaire en secundaire stroomvectoren wordt bepaald door het AC-segment.

Gangbare industriële ontwerpen van stroomtransformatoren worden vervaardigd om te werken in nauwkeurigheidsklassen die worden gedefinieerd door de kenmerken van 0,2; 0,5; 1.0; 3 en 10%.

Praktische toepassing van stroomtransformatoren

Een divers aantal van hun modellen is te vinden in zowel kleine elektronische apparaten die zich in een kleine behuizing bevinden als in energieapparaten die aanzienlijke afmetingen van enkele meters innemen.Ze zijn onderverdeeld volgens operationele kenmerken.

Classificatie van stroomtransformatoren

Bij overeenkomst zijn ze onderverdeeld in:

• meting, overdracht van stromen naar meetinstrumenten;
• beschermd, verbonden met stroombeveiligingscircuits;
• laboratorium, met een hoge nauwkeurigheid;
• tussenproducten die worden gebruikt voor herconversie.

Bij het bedienen van faciliteiten wordt TT gebruikt:

• buiten installatie buiten;

• voor gesloten installaties;

• ingebouwde apparatuur;

• van bovenaf - steek de mouw in;

• draagbaar, zodat u op verschillende plaatsen kunt meten.

Door de waarde van de bedrijfsspanning van de TT-apparatuur zijn er:

• hoogspanning (meer dan 1000 volt);

• voor nominale spanningswaarden tot 1 kilovolt.

Ook worden stroomtransformatoren geclassificeerd volgens de methode van isolatiematerialen, het aantal transformatiestappen en andere kenmerken.

Voltooide taken

Externe meetstroomtransformatoren worden gebruikt voor de werking van elektrische circuits voor het meten van elektrische energie, metingen en beveiliging van lijnen of vermogensautotransformatoren.

De onderstaande foto toont hun locatie voor elke fase van de lijn en de installatie van secundaire circuits in de klemmenkast van het 110 kV-schakelapparaat voor de vermogensautotransformator.

Dezelfde taken worden uitgevoerd door stroomtransformatoren van het externe schakelmateriaal - 330 kV, maar gezien de complexiteit van de hogerspanningsapparatuur hebben ze veel grotere afmetingen.

Op stroomapparatuur worden vaak ingebedde ontwerpen van stroomtransformatoren gebruikt, die direct op de behuizing van de energiecentrale worden geplaatst.

Ze hebben secundaire wikkelingen met kabels rond de hoogspanningsbus in een afgesloten behuizing. De kabels van de CT-klemmen worden naar de hier bevestigde klemmenkasten geleid.

Interne hoogspanningsstroomtransformatoren gebruiken meestal speciale transformatorolie als isolator. Een voorbeeld van een dergelijk ontwerp wordt getoond op de foto voor stroomtransformatoren van de TFZM-serie die zijn ontworpen om te werken op 35 kV.

Tot en met 10 kV worden bij de fabricage van de kast vaste diëlektrische materialen gebruikt voor isolatie tussen de wikkelingen.

Een voorbeeld van een stroomtransformator TPL-10 gebruikt in KRUN, gesloten schakelapparatuur en andere soorten schakelapparatuur.

Een voorbeeld van het aansluiten van het secundaire stroomcircuit van een van de REL 511-beveiligingsaders voor een 110 kV-vermogensschakelaar wordt weergegeven met een vereenvoudigd diagram.

Stroomtransformatorstoringen en hoe deze te vinden

Een stroomtransformator die op een belasting is aangesloten, kan de elektrische weerstand van de isolatie van de wikkelingen of hun geleidbaarheid doorbreken onder invloed van thermische oververhitting, toevallige mechanische invloeden of door een slechte installatie.

In operationele apparatuur wordt de isolatie meestal beschadigd, wat resulteert in turn-to-turn kortsluiting van de wikkelingen (vermindering van het uitgezonden vermogen) of het optreden van lekstromen door willekeurig gecreëerde kortsluitingen.

Om de plaatsen van slechte installatie van het stroomcircuit te identificeren, worden periodiek inspecties van het werkcircuit met warmtebeeldcamera's uitgevoerd.Op basis hiervan worden de defecten van verbroken contacten onmiddellijk verwijderd, oververhitting van de apparatuur wordt verminderd.

De afwezigheid van sluiting van bocht tot bocht wordt gecontroleerd door de specialisten van de relaisbeschermings- en automatiseringslaboratoria:

• het nemen van de stroom-spanningskarakteristiek;

• opladen van de transformator vanaf een externe bron;

• metingen van de belangrijkste parameters in het werkschema.

Ze analyseren ook de waarde van de transformatiecoëfficiënt.

In alle werken wordt de verhouding tussen de primaire en secundaire stroomvectoren geschat op grootte. Hun hoekafwijkingen worden niet uitgevoerd vanwege het ontbreken van uiterst nauwkeurige fasemeetapparatuur die wordt gebruikt om stroomtransformatoren in metrologische laboratoria te controleren.

Hoogspanningstesten van diëlektrische eigenschappen worden opgedragen aan de specialisten van het isolatieservicelaboratorium.