Strømtransformatorer — prinsipp for drift og bruk

Når du arbeider med energisystemer, er det ofte nødvendig å konvertere visse elektriske mengder til analoger som ligner dem med proporsjonalt endrede verdier. Dette lar deg simulere visse prosesser i elektriske installasjoner og trygt foreta målinger.

Driften av strømtransformator (CT) er basert på loven om elektromagnetisk induksjonopererer i elektriske og magnetiske felt som varierer i form av harmoniske med vekslende sinusformede størrelser.

Den konverterer primærverdien til strømvektoren som flyter i strømkretsen til en sekundær redusert verdi, med respekt for modulproporsjonalitet og eksakt vinkeloverføring.

Prinsippet for drift av strømtransformatoren

Demonstrasjonen av prosessene som finner sted under transformasjonen av elektrisk energi inne i transformatoren er forklart av diagrammet.

Strøm I1 flyter gjennom kraftprimærviklingen med antall omdreininger w1, og overvinner impedansen Z1.En magnetisk fluks F1 dannes rundt denne spolen, som fanges opp av en magnetisk krets plassert vinkelrett på retningen til vektoren I1. Denne orienteringen sikrer minimalt tap av elektrisk energi når den konverteres til magnetisk energi.

Krysser de vinkelrett plasserte svingene til viklingen w2, induserer fluksen F1 i dem en elektromotorisk kraft E2, under påvirkning av hvilken en strøm I2 oppstår i sekundærviklingen, og overvinner impedansen til spolen Z2 og den tilkoblede utgangsbelastningen Zn. I dette tilfellet dannes et spenningsfall U2 ved terminalene til sekundærkretsen.

Mengden K1 kalles, bestemt av forholdet mellom vektorene I1 / I2 transformasjonskoeffisient... Dens verdi settes under design av enheter og måles i ferdige strukturer. Forskjellene mellom indikatorene til virkelige modeller og de beregnede verdiene blir evaluert av den metrologiske karakteristikken - nøyaktighetsklassen til en strømtransformator.

I faktisk drift er verdiene til strømmene i spolene ikke konstante verdier. Derfor er transformasjonskoeffisienten vanligvis indikert med nominelle verdier. For eksempel betyr uttrykket hans 1000/5 at med en primær driftsstrøm på 1 kiloampere vil 5 ampere belastninger virke i sekundærsvingene. Disse verdiene brukes til å beregne den langsiktige ytelsen til denne strømtransformatoren.

Den magnetiske fluksen F2 fra sekundærstrømmen I2 reduserer verdien av fluksen F1 i den magnetiske kretsen. I dette tilfellet bestemmes fluksen fra transformatoren Ф opprettet i den av den geometriske summeringen av vektorene Ф1 og Ф2.

Farlige faktorer under drift av strømtransformatoren

Evne til å bli påvirket av høyspenningspotensial ved isolasjonssvikt

Siden magnetkretsen til TT er laget av metall, har god ledningsevne og magnetisk kobler de isolerte viklingene (primær og sekundær) til hverandre, er det økt risiko for elektrisk støt på personell eller utstyrsskader dersom isolasjonslaget brytes.

For å forhindre slike situasjoner, brukes jording av en av transformatorens sekundære terminaler for å drenere høyspenningspotensialet over den i tilfelle ulykker.

Denne terminalen er alltid merket på enhetens hus og er angitt på koblingsskjemaene.

Muligheten for å bli påvirket av et høyspenningspotensial ved sekundærkretssvikt

Konklusjonene til sekundærviklingen er markert med «I1» og «I2», så retningen til strømmene som flyter er polar, sammenfaller i alle viklinger. Når transformatoren er i drift, må de alltid kobles til lasten.

Dette forklares av det faktum at strømmen som går gjennom primærviklingen har en høy potensiell effekt (S = UI), som omdannes til en sekundærkrets med lave tap, og når den avbrytes, synker strømkomponenten kraftig til verdiene av lekkasje gjennom miljøet, men samtidig øker fallet betydelig spenningene i den ødelagte delen.

Potensialet ved de åpne kontaktene til sekundærviklingen under passering av strøm i primærsløyfen kan nå flere kilovolt, noe som er veldig farlig.

Derfor må alle sekundærkretser til strømtransformatorer alltid være forsvarlig montert og shuntkortslutninger må alltid installeres på viklinger eller kjerner som tas ut av drift.

Designløsninger brukt i strømtransformatorkretser

Hver strømtransformator, som en elektrisk enhet, er designet for å løse visse problemer under driften av elektriske installasjoner. Industrien produserer et stort utvalg av dem. Men i noen tilfeller, når du forbedrer strukturer, er det lettere å bruke ferdige modeller med utprøvde teknologier enn å redesigne og produsere nye.

Prinsippet for å lage en enkeltsving TT (i primærkretsen) er grunnleggende og vises på bildet til venstre.

Her er primærviklingen, dekket med isolasjon, laget av en rettlinjet buss L1-L2 som går gjennom transformatorens magnetiske krets, og sekundæren er viklet med svinger rundt den og koblet til lasten.

Prinsippet for å lage en multi-turn CT med to kjerner er vist til høyre. Her tas to enkeltsvings transformatorer med sine sekundære kretser og et visst antall omdreininger med kraftviklinger føres gjennom deres magnetiske kretser. På denne måten økes ikke bare effekten, men antallet utgangskoblede kretser økes ytterligere.

Disse tre prinsippene kan endres på forskjellige måter. For eksempel er bruken av flere identiske spoler rundt en enkelt magnetisk krets utbredt for å lage separate, uavhengige sekundære kretser som opererer autonomt. Disse kalles kjerner. På denne måten er beskyttelsen av brytere eller linjer (transformatorer) med forskjellige formål koblet til strømkretsene til en strømtransformator.

Kombinerte strømtransformatorer med en kraftig magnetisk krets, brukt i utstyrs nødmoduser, og den vanlige, designet for målinger ved nominelle nettverksparametere, fungerer i kraftutstyrsenheter.Spoler viklet rundt armeringsjern brukes til å betjene beskyttelsesenheter, mens konvensjonelle spoler brukes til å måle strøm eller kraft/motstand.

De heter slik:

• beskyttelsesspoler merket med indeks «P» (relé);

• måling angitt med tallene for den metrologiske nøyaktighetsklassen TT, for eksempel «0,5».

Beskyttelsesviklinger under normal drift av strømtransformatoren gir måling av primærstrømvektoren med en nøyaktighet på 10 %. Med denne verdien kalles de "ti prosent".

Målefeil

Prinsippet for å bestemme nøyaktigheten til transformatoren lar deg evaluere dens tilsvarende krets vist på bildet. I den er alle verdier av primære mengder betinget redusert til handling i sekundære sløyfer.

Den ekvivalente kretsen beskriver alle prosessene som opererer i viklingene, tar hensyn til energien som brukes på magnetisering av kjernen med strøm I.

Vektordiagrammet bygget på grunnlaget (trekant SB0) viser at strømmen I2 skiller seg fra verdiene til I'1 med verdien av I mot oss (magnetisering).

Jo større disse avvikene er, jo lavere er nøyaktigheten til strømtransformatoren For å ta hensyn til CT-målefeil introduseres følgende begreper:

• relativ gjeldende feil uttrykt i prosent;

• vinkelfeil beregnet fra buelengden AB i radianer.

Den absolutte verdien av avviket til primær- og sekundærstrømvektorene bestemmes av AC-segmentet.

Vanlige industrielle design av strømtransformatorer er produsert for å fungere i nøyaktighetsklasser definert av egenskapene 0,2; 0,5; 1,0; 3 og 10%.

Praktisk bruk av strømtransformatorer

Et mangfoldig antall av modellene deres finnes både i små elektroniske enheter plassert i en liten kasse og i energienheter som opptar betydelige dimensjoner på flere meter. De er delt inn i henhold til driftsegenskaper.

Klassifisering av strømtransformatorer

Etter avtale er de delt inn i:

• måling, overføring av strøm til måleinstrumenter;
• beskyttet, koblet til gjeldende beskyttelseskretser;
• laboratorium, med høy nøyaktighet;
• mellomprodukter som brukes til re-konvertering.

Ved drift av anlegg brukes TT:

• utendørs utendørs installasjon;

• for lukkede installasjoner;

• innebygd utstyr;

• ovenfra - sett inn hylsen;

• bærbar, slik at du kan ta mål på forskjellige steder.

Ved verdien av driftsspenningen til TT-utstyret er det:

• høy spenning (mer enn 1000 volt);

• for nominelle spenningsverdier opp til 1 kilovolt.

Også strømtransformatorer er klassifisert i henhold til metoden for isolasjonsmaterialer, antall transformasjonstrinn og andre egenskaper.

Fullførte oppgaver

Eksterne målestrømtransformatorer brukes til drift av elektriske kretser for måling av elektrisk energi, målinger og beskyttelse av linjer eller kraftautotransformatorer.

Bildet nedenfor viser deres plassering for hver fase av linjen og installasjonen av sekundære kretser i terminalboksen til 110 kV-koblingsutstyret for kraftautotransformatoren.

De samme oppgavene utføres av strømtransformatorer til det eksterne bryterutstyret-330 kV, men gitt kompleksiteten til utstyret med høyere spenning, har de mye større dimensjoner.

På kraftutstyr brukes ofte innebygde design av strømtransformatorer, som plasseres direkte på foringsrøret til kraftverket.

De har sekundærviklinger med ledninger plassert rundt høyspentgjennomføringen i et forseglet hus. Kablene fra CT-klemmene føres til koblingsboksene som er festet her.

Interne høyspentstrømtransformatorer bruker oftest spesiell transformatorolje som isolator. Et eksempel på et slikt design er vist på bildet for strømtransformatorer i TFZM-serien designet for å fungere ved 35 kV.

Til og med 10 kV benyttes solide dielektriske materialer for isolasjon mellom viklingene i produksjonen av boksen.

Et eksempel på en strømtransformator TPL-10 brukt i KRUN, lukket koblingsanlegg og andre typer koblingsanlegg.

Et eksempel på tilkobling av sekundærstrømkretsen til en av REL 511 beskyttelseskjernene for en 110 kV effektbryter er vist med et forenklet diagram.

Strømtransformatorfeil og hvordan du finner dem

En strømtransformator koblet til en last kan bryte den elektriske motstanden til isolasjonen til viklingene eller deres ledningsevne under påvirkning av termisk overoppheting, utilsiktet mekanisk påvirkning eller på grunn av dårlig installasjon.

I operativt utstyr er isolasjonen oftest skadet, noe som resulterer i sving-til-sving-kortslutning av viklingene (reduksjon i overført kraft) eller forekomst av lekkasjestrømmer gjennom tilfeldig opprettede kortslutningskretser.

For å identifisere stedene for installasjon av dårlig kvalitet av strømkretsen, utføres det periodisk inspeksjoner av arbeidskretsen med termiske kameraer.Basert på dem blir feilene til ødelagte kontakter umiddelbart fjernet, overoppheting av utstyret reduseres.

Fraværet av lukking fra sving til sving kontrolleres av spesialistene fra relébeskyttelses- og automasjonslaboratoriene:

• tar strømspenningskarakteristikken;

• lade transformatoren fra en ekstern kilde;

• målinger av hovedparametrene i arbeidsskjemaet.

De analyserer også verdien av transformasjonskoeffisienten.

I alle arbeider er forholdet mellom primær- og sekundærstrømvektorene estimert etter størrelse. Vinkelavvikene deres utføres ikke på grunn av mangelen på fasemåleenheter med høy presisjon som brukes til å sjekke strømtransformatorer i metrologiske laboratorier.

Høyspenttester av dielektriske egenskaper er tildelt spesialistene fra isolasjonsservicelaboratoriet.