Przekładniki prądowe — zasada działania i zastosowanie

Podczas pracy z systemami energetycznymi często konieczne jest przekształcenie pewnych wielkości elektrycznych na podobne do nich analogi o proporcjonalnie zmienionych wartościach. Pozwala to symulować określone procesy w instalacjach elektrycznych i bezpiecznie dokonywać pomiarów.

Działanie przekładnika prądowego (CT) opiera się na prawo indukcji elektromagnetycznejdziałające w polach elektrycznych i magnetycznych zmieniających się w postaci harmonicznych o naprzemiennych wielkościach sinusoidalnych.

Przekształca pierwotną wartość wektora prądu płynącego w obwodzie mocy na wtórną wartość zredukowaną, uwzględniając proporcjonalność modułu i dokładną transmisję kątową.

Zasada działania przekładnika prądowego

Demonstrację procesów zachodzących podczas przemiany energii elektrycznej wewnątrz transformatora objaśnia schemat.

Prąd I1 przepływa przez uzwojenie pierwotne mocy z liczbą zwojów w1, pokonując jego impedancję Z1.Wokół tej cewki formowany jest strumień magnetyczny F1, który jest wychwytywany przez obwód magnetyczny umieszczony prostopadle do kierunku wektora I1. Taka orientacja zapewnia minimalne straty energii elektrycznej, gdy jest ona przetwarzana na energię magnetyczną.

Przecinając prostopadle położone zwoje uzwojenia w2, strumień F1 indukuje w nich siłę elektromotoryczną E2, pod wpływem której w uzwojeniu wtórnym powstaje prąd I2 pokonujący impedancję cewki Z2 i podłączone obciążenie wyjściowe Zn. W takim przypadku na zaciskach obwodu wtórnego powstaje spadek napięcia U2.

Nazywa się wielkość K1, określoną przez stosunek wektorów I1 / I2 współczynnik transformacji... Jego wartość jest ustalana podczas projektowania urządzeń i mierzona w gotowych konstrukcjach. Różnice między wskaźnikami rzeczywistych modeli a obliczonymi wartościami są oceniane na podstawie charakterystyki metrologicznej - klasy dokładności przekładnika prądowego.

W rzeczywistej eksploatacji wartości prądów w cewkach nie są wartościami stałymi. Dlatego współczynnik transformacji jest zwykle wskazywany przez wartości nominalne. Na przykład jego wyrażenie 1000/5 oznacza, że ​​​​przy pierwotnym prądzie roboczym 1 kiloampera obciążenia 5 amperów będą działać w zwojach wtórnych. Te wartości służą do obliczenia długoterminowej wydajności tego przekładnika prądowego.

Strumień magnetyczny F2 z prądu wtórnego I2 zmniejsza wartość strumienia F1 w obwodzie magnetycznym. W tym przypadku strumień z utworzonego w nim transformatora Ф jest określony przez sumę geometryczną wektorów Ф1 i Ф2.

Czynniki niebezpieczne podczas pracy przekładnika prądowego

Zdolność do oddziaływania potencjału wysokiego napięcia w przypadku uszkodzenia izolacji

Ponieważ obwód magnetyczny TT jest wykonany z metalu, ma dobrą przewodność i magnetycznie łączy ze sobą izolowane uzwojenia (pierwotne i wtórne), istnieje zwiększone ryzyko porażenia prądem elektrycznym personelu lub uszkodzenia sprzętu w przypadku pęknięcia warstwy izolacyjnej.

Aby zapobiec takim sytuacjom, stosuje się uziemienie jednego z zacisków wtórnych transformatora w celu odprowadzenia na nim potencjału wysokiego napięcia w razie wypadku.

Zacisk ten jest zawsze oznaczony na obudowie urządzenia i wskazany na schematach połączeń.

Możliwość narażenia na potencjał wysokiego napięcia w przypadku awarii obwodu wtórnego

Wyprowadzenia uzwojenia wtórnego są oznaczone „I1” i „I2”, więc kierunek płynących prądów jest biegunowy, pokrywa się we wszystkich uzwojeniach. Gdy transformator pracuje, muszą być zawsze podłączone do obciążenia.

Wyjaśnia to fakt, że prąd przepływający przez uzwojenie pierwotne ma dużą moc potencjalną (S = UI), która jest przekształcana w obwód wtórny z małymi stratami, a po jego przerwaniu składowa prądu gwałtownie spada do wartości wycieku przez otoczenie, ale jednocześnie spadek znacznie zwiększa naprężenia w pękniętym przekroju.

Potencjał na otwartych stykach uzwojenia wtórnego podczas przepływu prądu w pętli pierwotnej może osiągnąć kilka kilowoltów, co jest bardzo niebezpieczne.

Dlatego wszystkie obwody wtórne przekładników prądowych muszą być zawsze solidnie zmontowane, a zwarcia bocznikowe muszą być zawsze instalowane na wycofanych z eksploatacji uzwojeniach lub rdzeniach.

Rozwiązania konstrukcyjne stosowane w obwodach przekładników prądowych

Każdy przekładnik prądowy, jako urządzenie elektryczne, przeznaczony jest do rozwiązywania określonych problemów podczas eksploatacji instalacji elektrycznych. Przemysł produkuje ich duży asortyment. Jednak w niektórych przypadkach przy ulepszaniu konstrukcji łatwiej jest skorzystać z gotowych modeli ze sprawdzonymi technologiami niż przeprojektować i wyprodukować nowe.

Zasada tworzenia jednoobrotowego TT (w obwodzie pierwotnym) jest podstawowa i jest pokazana na zdjęciu po lewej stronie.

Tutaj uzwojenie pierwotne, pokryte izolacją, tworzy szyna prostoliniowa L1-L2 przechodząca przez obwód magnetyczny transformatora, a uzwojenie wtórne jest nawinięte zwojami wokół niego i podłączone do obciążenia.

Zasada tworzenia wieloobrotowego CT z dwoma rdzeniami jest pokazana po prawej stronie. Tutaj są pobierane dwa transformatory jednoobrotowe wraz z ich obwodami wtórnymi, a przez ich obwody magnetyczne przepuszczana jest pewna liczba zwojów uzwojeń mocy. W ten sposób nie tylko zwiększa się moc, ale dodatkowo zwiększa się liczbę podłączonych obwodów wyjściowych.

Te trzy zasady można zmienić na różne sposoby. Na przykład stosowanie kilku identycznych cewek wokół jednego obwodu magnetycznego jest szeroko rozpowszechnione w celu stworzenia oddzielnych, niezależnych obwodów wtórnych, które działają autonomicznie. Są to tak zwane jądra. W ten sposób zabezpieczenia łączników lub linii (przekładników) o różnym przeznaczeniu łączy się z obwodami prądowymi jednego przekładnika prądowego.

Połączone przekładniki prądowe z silnym obwodem magnetycznym, stosowane w trybach awaryjnych urządzeń, oraz zwykłe, przeznaczone do pomiarów przy nominalnych parametrach sieci, pracują w urządzeniach elektroenergetycznych.Cewki owinięte wokół pręta zbrojeniowego służą do obsługi urządzeń ochronnych, podczas gdy konwencjonalne cewki służą do pomiaru prądu lub mocy/rezystancji.

Nazywają się tak:

• cewki zabezpieczające oznaczone indeksem «P» (przekaźnik);

• pomiar wskazywany przez numery klasy dokładności metrologicznej TT, na przykład «0,5».

Uzwojenia ochronne podczas normalnej pracy przekładnika zapewniają pomiar wektora prądu pierwotnego z dokładnością do 10%. Przy tej wartości nazywane są „dziesięcioma procentami”.

Błędy pomiaru

Zasada określania dokładności transformatora pozwala ocenić jego równoważny obwód pokazany na zdjęciu. W nim wszystkie wartości wielkości pierwotnych są warunkowo zredukowane do działania w pętlach wtórnych.

Obwód zastępczy opisuje wszystkie procesy zachodzące w uzwojeniach, uwzględniając energię zużytą na namagnesowanie rdzenia prądem I.

Z wykresu wektorowego zbudowanego na jego podstawie (trójkąt SB0) wynika, że ​​prąd I2 różni się od wartości I'1 wartością I w naszą stronę (magnesowanie).

Im większe są te odchyłki, tym mniejsza jest dokładność przekładnika prądowego.Aby uwzględnić błędy pomiaru CT, wprowadza się następujące pojęcia:

• względny błąd bieżący wyrażony w procentach;

• błąd kątowy obliczony na podstawie długości łuku AB w radianach.

Wartość bezwzględna odchylenia wektorów prądu pierwotnego i wtórnego jest określona przez segment prądu przemiennego.

Typowe konstrukcje przemysłowe przekładników prądowych są produkowane do pracy w klasach dokładności określonych przez charakterystykę 0,2; 0,5; 1,0; 3 i 10%.

Praktyczne zastosowanie przekładników prądowych

Zróżnicowaną liczbę ich modeli można znaleźć zarówno w małych urządzeniach elektronicznych mieszczących się w niewielkiej obudowie, jak iw urządzeniach energetycznych zajmujących znaczne gabaryty rzędu kilku metrów. Są one podzielone ze względu na charakterystykę działania.

Klasyfikacja przekładników prądowych

W drodze porozumienia są one podzielone na:

• pomiar, przesyłanie prądów do przyrządów pomiarowych;
• zabezpieczone, podłączone do prądowych obwodów ochronnych;
• laboratoryjne, o wysokiej klasie dokładności;
• półprodukty używane do ponownej konwersji.

Podczas obsługi obiektów TT jest używany:

• instalacja zewnętrzna na zewnątrz;

• dla instalacji zamkniętych;

• wbudowany sprzęt;

• od góry — włóż rękaw;

• przenośny, co pozwala na dokonywanie pomiarów w różnych miejscach.

Według wartości napięcia roboczego sprzętu TT są:

• wysokie napięcie (ponad 1000 woltów);

• dla nominalnych wartości napięcia do 1 kilowolta.

Ponadto przekładniki prądowe są klasyfikowane według metody materiałów izolacyjnych, liczby stopni transformacji i innych cech.

Ukończone zadania

Zewnętrzne przekładniki pomiarowe prądu służą do obsługi obwodów elektrycznych do pomiaru energii elektrycznej, pomiarów i zabezpieczeń linii lub autotransformatorów elektroenergetycznych.

Poniższe zdjęcie przedstawia ich rozmieszczenie dla poszczególnych faz linii oraz instalację obwodów wtórnych w skrzynce zaciskowej rozdzielni 110 kV autotransformatora mocy.

Te same zadania wykonują przekładniki prądowe rozdzielnic zewnętrznych - 330 kV, ale biorąc pod uwagę złożoność urządzeń wyższych napięć, mają one znacznie większe gabaryty.

W urządzeniach elektroenergetycznych często stosuje się wbudowane konstrukcje przekładników prądowych, które umieszcza się bezpośrednio na obudowie elektrowni.

Posiadają uzwojenia wtórne z przewodami umieszczonymi wokół przepustu wysokiego napięcia w szczelnej obudowie. Kable z cęgów CT są poprowadzone do dołączonych tu skrzynek zaciskowych.

Wewnętrzne przekładniki prądowe wysokiego napięcia najczęściej wykorzystują specjalny olej transformatorowy jako izolator. Przykład takiej konstrukcji pokazano na zdjęciu dla przekładników prądowych serii TFZM przeznaczonych do pracy przy napięciu 35 kV.

Do 10 kV włącznie, do izolacji między uzwojeniami w produkcji skrzynki stosowane są stałe materiały dielektryczne.

Przykład przekładnika prądowego TPL-10 stosowanego w KRUN, rozdzielnicach zamkniętych i innych typach rozdzielnic.

Przykład podłączenia obwodu prądu wtórnego jednego z rdzeni ochronnych REL 511 dla wyłącznika 110 kV przedstawiono na uproszczonym schemacie.

Usterki przekładników prądowych i jak je znaleźć

Przekładnik prądowy podłączony do obciążenia może złamać rezystancję elektryczną izolacji uzwojeń lub ich przewodność pod wpływem przegrzania termicznego, przypadkowych wpływów mechanicznych lub z powodu złego montażu.

W urządzeniach eksploatacyjnych najczęściej dochodzi do uszkodzenia izolacji, czego efektem jest zwarcie zwojowe uzwojeń (zmniejszenie przesyłanej mocy) lub występowanie prądów upływowych poprzez losowo tworzone zwarcia.

W celu identyfikacji miejsc złej jakości instalacji obwodu zasilania okresowo przeprowadzane są kontrole obwodu roboczego za pomocą kamer termowizyjnych.Na ich podstawie natychmiast usuwane są wady zerwanych styków, zmniejsza się przegrzewanie sprzętu.

Brak zamykania z zakrętu na zakręt jest sprawdzany przez specjalistów z laboratoriów ochrony przekaźników i automatyki:

• biorąc charakterystykę prądowo-napięciową;

• ładowanie transformatora z zewnętrznego źródła;

• pomiary głównych parametrów w schemacie roboczym.

Analizują również wartość współczynnika transformacji.

We wszystkich pracach stosunek pierwotnych i wtórnych wektorów prądu jest szacowany według wielkości. Ich odchyłki kątowe nie są wykonywane ze względu na brak precyzyjnych przyrządów do pomiaru faz, które służą do sprawdzania przekładników prądowych w laboratoriach metrologicznych.

Wysokonapięciowe badania właściwości dielektrycznych powierzone są specjalistom laboratorium usług izolacyjnych.