Tokovni transformatorji so nepogrešljivi ključni instrumenti pri merjenju, zaščiti in nadzoru elektroenergetskih sistemov. Ne glede na to, ali so v tovarniških razdelilnih prostorih, transformatorskih postajah ali razdelilnih omaricah v zgradbah, jih je mogoče najti skoraj povsod, kjer je potrebno merjenje toka. Notranji enofazni-fazni tokovni transformatorji, kot najpogosteje uporabljen tip, igrajo ključno vlogo pri pretvarjanju velikih tokov v visoko-napetostnih vodih v manjše tokove, primerne za varno uporabo z instrumenti in releji. Ta članek bo sistematično predstavil definicijo, strukturo in načelo delovanja notranjih enofaznih-faznih tokovnih transformatorjev, kar bo strokovnjakom za elektriko in začetnikom pomagalo pri jasnem razumevanju.
I. Kaj je tokovni transformator?
Tokovni transformator (CT) je specializirana naprava za merjenje in transformacijo. Njegova glavna funkcija je sorazmerno pretvarjanje velikih tokov v elektroenergetskem sistemu v standardne manjše tokove. Običajno pretvori velik primarni tok v standardni izhod 5 A ali 1 A na sekundarni strani, kar zagotavlja varno uporabo sekundarne opreme, kot so instrumenti za merjenje moči, ampermetri, vatmetri in relejne zaščitne naprave.
Zakaj je ta pretvorba potrebna? Razloga sta dva: Prvič, omrežni tok v napajalnih sistemih pogosto doseže stotine ali celo tisoče amperov, zaradi česar je neposredna povezava z običajnimi instrumenti nemogoča. Drugič, visoko{1}}napetostnih vodov ni mogoče neposredno povezati z merilnimi instrumenti; sicer bi operaterji tvegali električni udar. Tokovni transformatorji dosežejo električno izolacijo z načelom elektromagnetne indukcije, tako sorazmerno zmanjšajo tok in popolnoma izolirajo visoko-napetostno stran od nizko-napetostnega sekundarnega tokokroga, kar v osnovi zagotavlja varnost merilnega osebja in opreme.
II. Kaj je "notranja enofazna-faza"?
Notranji: To se nanaša na model transformatorja, posebej zasnovan za notranja okolja namestitve. Njegova izolacijska struktura, stopnja zaščite ohišja in plazilna razdalja so zasnovani za notranje pogoje in niso primerni za neposredno uporabo v vlažnih, umazanih ali dežju-izpostavljenih zunanjih okoljih.
Eno-fazni: To pomeni, da vsak transformator meri tok samo ene fazne linije, z eno enoto, konfigurirano na fazo. Če je v tri-faznem sistemu potrebna meritev tri-faznega toka, sta običajno potrebna dva ali trije enofazni-fazni transformatorji (odvisno od načina ožičenja). V primerjavi s tri{6}}faznimi integriranimi tokovnimi transformatorji so eno-fazni tokovni transformatorji manjši in bolj prilagodljivi pri namestitvi, kar olajša njihovo namestitev v različne razdelilne omare, stikalne naprave in merilne omarice.
III. Strukturne komponente enofaznih-tokovnih transformatorjev za notranjo uporabo
Notranji enofazni-tokovni transformatorji so sestavljeni predvsem iz naslednjih delov od zunaj navznoter:
1. Jedro
Jedro je jedro magnetnega vezja transformatorja, ki je običajno izdelano iz naloženih visoko{0}}prepustnih silicijevih jeklenih plošč, ki tvorijo zaprto zanko magnetnega pretoka. Material in površina-preseka jedra neposredno vplivata na razred točnosti in značilnosti napake transformatorja. Merilni transformatorji zahtevajo visoko prepustnost jedra in nizko histerezno izgubo; zaščitni transformatorji dajejo prednost zmožnosti jedra, da prepreči prezgodnjo nasičenost pri močnih-tokovnih napakah.
2. Primarno navitje (primarna tuljava)
Primarno navitje ima zelo malo ovojev, običajno le enega do nekaj ovojev, ki jih včasih tvori neposredno zbiralka ali bakrena palica, ki poteka skozi jedro. Primarno navitje je zaporedno povezano z izmerjenim električnim vodom in velik primarni tok teče skozi to navitje, da ustvari magnetno polje.
3. Sekundarno navitje (sekundarna tuljava) Sekundarno navitje ima več ovojev in je navito okoli železnega jedra. Doseže elektromagnetno sklopitev s primarnim navitjem prek magnetnega polja železnega jedra, kar inducira sekundarni tok. Dva priključka sekundarnega navitja sta običajno označena s S1 in S2 (ali K1 in K2) za povezavo zunanjih instrumentov in relejev.
4. Izolator Izolator se ovije okoli železnega jedra in navitja ter popolnoma izolira visoko{1}}napetostni primarni krog od nizko-napetostnega sekundarnega kroga. Običajne metode izolacije za tokovne transformatorje za notranjo uporabo vključujejo ulivanje iz epoksi smole (monolitno ulivanje, dobra izolacija, kompaktna struktura) in ovijanje izolacijskega papirja z lakom (tradicionalen postopek, primeren za izdelke z veliko-zmogljivostjo).
5. Ohišje in montažni nosilec Ohišje je običajno monolitno ulito iz epoksi smole ali kovinsko ohišje. Metode namestitve vključujejo-vrste stene, stebra in puše, z različnimi oblikami, izbranimi glede na lokacijo namestitve in strukturo vezja.
IV. Načelo delovanja notranjih enofaznih-tokovnih transformatorjev
Načelo delovanja notranjih-enofaznih tokovnih transformatorjev temelji na Faradayevem zakonu elektromagnetne indukcije. Njegovo bistvo je enako kot pri transformatorju, vendar so pogoji delovanja bistveno drugačni. Osnovni delovni proces je naslednji:
Ko primarni tok I₁ teče skozi primarno navitje (N₁ obratov) v preskušanem vezju, po Amperovem zakonu tok ustvari izmenični magnetni pretok Φ v železnem jedru. Ta izmenični magnetni tok prehaja skozi sekundarno navitje z N₂ zavoji in v skladu s Faradayevim zakonom elektromagnetne indukcije se v sekundarnem navitju inducira sekundarna elektromotorna sila, s čimer se ustvari sekundarni tok I₂ v sekundarnem tokokrogu, priključenem na breme (notranji upor instrumenta).
Ključna razlika med tokovnim transformatorjem in transformatorjem je: Transformator deluje v pogojih skoraj -brez-obremenitve ali pod obremenitvijo, sekundarna napetost pa se spreminja glede na obremenitev; medtem ko tokovni transformator deluje normalno s svojo sekundarno stranjo v stanju skoraj-kratkega-vezja (z minimalnim notranjim uporom instrumenta), sekundarni tok pa ima fiksno sorazmerno razmerje s primarnim tokom, neodvisno od velikosti bremena. Zaradi te lastnosti sekundarna stran tokovnega transformatorja nikoli ne sme delovati z odprtim tokokrogom. Ko je tokokrog-odprt, se bo magnetni tok skozi jedro dramatično povečal zaradi izgube demagnetizacijskih amper-obratov na sekundarni strani, kar bo povzročilo prekomerno-nasičenost jedra in povzročilo nevarno visoko napetost (do nekaj kilovoltov) na sekundarni strani, kar resno ogroža varnost opreme in osebja.
V. Glavni tehnični parametri enofaznih-tokovnih transformatorjev za notranjo uporabo
Po razumevanju principa delovanja je treba poznati tudi naslednje ključne parametre:
Razmerje nazivnega toka (razmerje transformacije): kot je 100/5, 200/5, 400/5 itd., ki predstavlja razmerje med nazivnim tokom na primarni strani in nazivnim tokom na sekundarni strani, je primarni parameter za izbiro.
Razred točnosti (stopnja natančnosti): običajno so 0,1, 0,2, 0,5 (za merjenje) in 5P, 10P (za zaščito). Manjše kot je število, večja je natančnost. Za različne aplikacije je treba izbrati različne stopnje.
Nazivna sekundarna obremenitev (VA): To se nanaša na navidezno moč, ki ustreza največji dovoljeni impedanci, priključeni na sekundarno stran tokovnega transformatorja. Običajne vrednosti so 5VA, 10VA, 15VA, 30VA itd. Skupna impedanca povezanih instrumentov ne sme preseči te vrednosti; sicer se bo napaka povečala.
Nazivna izolacijska napetost (Um): To označuje razred vzdržljive izolacijske napetosti primarne strani tokovnega transformatorja do tal in do sekundarne strani, kot je 0,72 kV, 3,6 kV, 7,2 kV itd.
VI. Glavna aplikacija
Scenariji Notranji enofazni-fazni tokovni transformatorji se pogosto uporabljajo v naslednjih aplikacijah: merilna in zaščitna vezja v tovarniških sistemih za distribucijo električne energije; zaznavanje toka v stikalnih napravah 10 kV in nizko{2}}napetostnih razdelilnih omaricah; trenutno
vzorčenje v napravah za relejno zaščito postaj; omarice za merjenje energije v razdelilnicah stavb; in tokokrogi za spremljanje toka v sistemih industrijske avtomatizacije.
pogosta vprašanja
V1: Zakaj sekundarna stran tokovnega transformatorja ne more imeti odprtega-vezja?
O: Ko je sekundarna stran odprt-vezje, magnetni tok v železnem jedru izgubi učinek razmagnetenja sekundarnega toka, kar povzroči močno povečanje magnetnega pretoka. To inducira visoko napetost nekaj tisoč voltov na sekundarni strani, kar lahko zlahka povzroči razpad izolacije tokovnega transformatorja in nesreče z električnim udarom. Sekundarna stran mora biti kratko-sklopljena, preden instrument razstavite.
V2: Ali je varneje izbrati večje razmerje transformacije za tokovni transformator?
A: Ni nujno. Preveliko transformacijsko razmerje bo povzročilo nezadostni sekundarni tok pri normalni obremenitvi, kar bo povečalo merilne napake in netočne odčitke instrumentov. Ustrezno transformacijsko razmerje je treba izbrati glede na dejanski največji obremenitveni tok; na splošno je zaželen običajni delovni tok od 60 % do 80 % nazivnega primarnega toka.
V3: Ali je mogoče notranje tokovne transformatorje namestiti na prostem?
O: Ne. Izolacijska struktura in plazilna razdalja notranjih tokovnih transformatorjev sta zasnovani za čista notranja okolja. Zunanje vlažno, umazano in ultravijolično okolje bo pospešilo staranje izolacije, kar bo privedlo do plazilne poti ali razpada izolacije. Uporabiti je treba namenske zunanje tokovne transformatorje.
