Transformátor napětí

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. března 2021; kontroly vyžadují 6 úprav .

Měřicí transformátor proudu  - je zvyšovací transformátor určený k převodu velkého proudu [1] na hodnotu vhodnou pro měření. Primární vinutí proudového transformátoru je vodič s měřeným střídavým proudem a na sekundár jsou připojeny měřicí přístroje. Proud protékající sekundárním vinutím proudového transformátoru je úměrný proudu protékajícím jeho primárním vinutím. Počet závitů sekundárního vinutí se odebírá tak, aby pracovní proud v něm byl 5A (nebo v provedeních zabudovaných do multimetrů - jednotky miliampérů [2] ).

Proudové transformátory (dále jen CT) jsou široce používány jak pro měření elektrického proudu, tak i v reléových ochranách elektrizačních soustav. Proudové transformátory kromě svého hlavního účelu (rozšíření měřicích limitů přístrojů) chrání přístroje před škodlivými účinky zkratových proudů . Proudové transformátory se také používají k měření proudu (i malého množství) ve vysokonapěťových instalacích, často dosahujících stovek kilovoltů. Přímé měření (bez CT) znamená nebezpečí dotyku ampérmetru, tzn. k vysokonapěťovému drátu.

Na CT jsou kladeny vysoké požadavky na přesnost. CT se provádějí s jednou, dvěma nebo více skupinami sekundárních vinutí: jedna se používá k napájení zařízení RZiA , druhá, přesnější, k připojení měřicích a měřicích zařízení (například elektroměrů ).

Designové prvky

Konstrukčně jsou proudové transformátory vyrobeny ve formě jádra laminovaného z křemíkové transformátorové oceli válcované za studena , na kterém je navinuto jedno nebo více sekundárních izolovaných vinutí. Primární vinutí může být také provedeno ve formě cívky navinuté na jádru nebo ve formě tyče. V konstrukcích transformátorů pro vysoké jmenovité proudy často není vestavěné primární vinutí vůbec zajištěno: provádí se při instalaci transformátoru průchodem drátu (sběrnice) oknem v pouzdře. Vinutí a jádro v moderních CT jsou uzavřeny, aby izolovaly a chránily vinutí. Také u některých moderních konstrukcí CT je jádro vyrobeno z nanokrystalických (amorfních) slitin, aby se rozšířil rozsah, ve kterém transformátor pracuje ve třídě přesnosti.

Sekundární vinutí CT (alespoň jedno pro každé magnetické jádro) musí být zatížena. Odolnost zatížení je přísně regulována požadavky na přesnost transformačního poměru. Mírná odchylka odporu sekundárního obvodu od jmenovité hodnoty uvedené v pasportu MTP, modulo impedance Z nebo účiník cos φ (obvykle cos φ = 0,8 induk.) vede ke zvýšení chyby převodu. Vinutí ampérmetru má velmi nízký odpor, a proto proudový transformátor pracuje v podmínkách blízkých zkratu. Výrazné zvýšení odporu nebo úplné otevření zatěžovacího obvodu vytváří vysoké napětí v sekundárním vinutí, které může prorazit izolaci transformátoru, což vede k poruše transformátoru. Zcela otevřené sekundární vinutí CT nevytváří v jádře kompenzační magnetický tok, což vede k přehřívání magnetického obvodu, izolace, jeho následnému stárnutí a možnému průrazu. V tomto případě má magnetický tok vytvářený primárním vinutím velmi vysokou hodnotu; transformátor hodně hučí a ztráty v magnetickém obvodu ho zahřívají.

Transformační poměr měřicích transformátorů proudu je jejich hlavní charakteristikou. Jmenovitý (ideální) koeficient je uveden na typovém štítku transformátoru jako poměr jmenovitého proudu primárního (primárního) vinutí k jmenovitému proudu sekundárního (sekundárního) vinutí, například 100/5 A nebo 10-15- 50-100/5 A (pro primární vinutí s několika sekcemi závitů). Skutečný transformační poměr je přitom poněkud odlišný od nominálního. Tento rozdíl je charakterizován velikostí chyby převodu, která se skládá ze dvou složek – soufázové a kvadraturní. První charakterizuje odchylku velikosti, druhá charakterizuje fázovou odchylku sekundárního reálného proudu od jmenovitého. Tyto hodnoty jsou regulovány GOST a slouží jako základ pro přiřazení tříd přesnosti proudovým transformátorům při návrhu a výrobě. Protože v magnetických systémech dochází ke ztrátám spojeným s magnetizací a ohřevem magnetického obvodu, je sekundární proud pro všechny CT menší než jmenovitý proud (to znamená, že chyba je záporná). V tomto ohledu se pro zlepšení výkonu a zavedení pozitivního zkreslení do chyby převodu používá korekce otočení. A to znamená, že transformační poměr takto korigovaných transformátorů neodpovídá obvyklému vzorci pro poměr závitů primárního a sekundárního vinutí.

Schémata zapojení měřicích transformátorů proudu

Proudové transformátory jsou označeny TAa, TAs nebo TA1, TA2 a proudová relé KA1, KA2. V třífázových sítích s izolovaným neutrálem (sítě s napětím 6-10-35 kV) jsou proudové transformátory často instalovány pouze na dvou fázích (obvykle fáze A a C). To je způsobeno absencí nulového vodiče v sítích 6-35 kV a informaci o proudu ve fázi s chybějícím proudovým transformátorem lze snadno získat měřením proudu ve dvou fázích. V sítích s pevně uzemněným neutrálem (sítě do 1000 V) nebo účinně uzemněným neutrálem (sítě s napětím 110 kV a vyšším) musí být PTP instalovány ve všech třech fázích.

V případě instalace ve třech fázích jsou sekundární vinutí CT zapojena podle schématu "Hvězda" (obr. 1), v případě dvou fází - "Neúplná hvězda" (obr. 2). Pro diferenciální ochranu výkonových transformátorů s elektromechanickými relé se transformátory zapojují podle schématu "Trojúhelník" (k ochraně vinutí transformátoru zapojeného do hvězdy, když je chráněný transformátor připojen "trojúhelník - hvězda", což je nutné pro kompenzaci fáze posun sekundárních proudů za účelem snížení nesymetrického proudu). Pro úsporu měřicích přístrojů v ochranných obvodech se někdy používá schéma „Pro fázový rozdíl proudů“ (nemělo by se používat pro ochranu proti zkratům za silovými transformátory se zapojením do trojúhelníku).

Klasifikace proudových transformátorů

Proudové transformátory jsou klasifikovány podle různých kritérií:

1. Po domluvě:

• měření;
• ochranný;
• střední (zařadit měřicí přístroje do proudových obvodů reléové ochrany, vyrovnat proudy v obvodech diferenciální ochrany atd.);
• laboratoř (vysoká přesnost, stejně jako s mnoha transformačními poměry).

2. Podle typu instalace:

• pro venkovní instalaci (v otevřeném rozvaděči);
• pro vnitřní instalaci;
• zabudované do elektrických přístrojů a strojů: spínače, transformátory, generátory atd.;
• nad hlavou - nasaďte na izolátor průchodky (například na vysokonapěťový vstup výkonového transformátoru);
• přenosné (pro kontrolní měření a laboratorní testy).

3. Podle provedení primárního vinutí:

• víceotáčkový (cívka, se smyčkovým vinutím a s tzv. "osmičkovým vinutím");
• jednootáčkový (tyč);
• pneumatika.

4. Podle způsobu instalace:

• průchody;
• Podpěra, podpora.

5. Pro realizaci zateplení:

• se suchou izolací (porcelán, bakelit, litá epoxidová izolace atd.);
• s izolací z papírového oleje a s kondenzátorovou izolací z papírového oleje;
• plněno plynem ( plyn SF6 );
• se směsnou náplní.

6. Podle počtu transformačních kroků:

• jednostupňové;
• dvoustupňové (kaskádové).

7. Provozní napětí:

• pro jmenovité napětí nad 1000 V;
• pro jmenovité napětí do 1000V.

8. Speciální proudové transformátory:

• nulová posloupnost;
• Rogowski pásek .

Parametry proudových transformátorů

Důležitými parametry proudových transformátorů jsou transformační poměr a třída přesnosti.

Transformační poměr

Transformační poměr CT určuje hodnotu měření proudu a znamená, při jakém primárním proudu poteče v sekundárním okruhu určitý standardní proud (nejčastěji je to 5 A, zřídka 1 A). Primární proudy proudových transformátorů jsou určeny z rozsahu normalizovaných jmenovitých proudů. Transformační poměr proudového transformátoru se obvykle zapisuje jako poměr jmenovitého primárního proudu k jmenovitému sekundárnímu proudu ve tvaru zlomku, například: 75/5 (když primárním vinutím teče proud 75 A - 5A v sekundární vinutí, uzavřené k měřicím prvkům) nebo 1000/1 (při průtoku primárním okruhem 1000 A poteče sekundárními okruhy proud 1 A. Někdy mohou mít proudové transformátory proměnný transformační poměr, což je možné např. přepojení primárních vinutí z paralelního na sériové zapojení (toto řešení se používá např. u proudových transformátorů TFZM-110) nebo přítomnost odboček na primárním či sekundárním vinutí (druhé se používá u laboratorních proudových transformátorů typu UTT) popř. změnou počtu závitů primárního drátu procházejícího oknem proudových transformátorů bez vlastního primárního vinutí (UTT proudové transformátory).

Třída přesnosti

Pro určení třídy přesnosti CT jsou zavedeny následující pojmy:

• chyby proudu , kde  je skutečný sekundární proud,  je snížený primární proud,  je primární proud,  je poměr transformátoru proudu;
• úhlové chyby , kde  je teoretický úhel fázového posunu mezi primárním a sekundárním proudem  = 180°,  je skutečný úhel mezi primárním a sekundárním proudem;
• relativní celková chyba , kde  je modul komplexního redukovaného proudu.

Chyby proudu a úhlu se vysvětlují působením magnetizačního proudu. Pro průmyslové transformátory proudu jsou stanoveny následující třídy přesnosti: 0,1; 0,5; jeden; 3, 10R. Podle GOST 7746-2001 třída přesnosti odpovídá aktuální chybě ΔI, úhlová chyba je: ±40′ (třída 0,5); ±80′ (třída 1), pro třídy 3 a 10P není úhel standardizován. V tomto případě může být proudový transformátor ve třídě přesnosti pouze tehdy, pokud odpor v sekundárním okruhu není větší než nastavená hodnota a proud v primárním okruhu je od 0,05 do 1,2 jmenovitého proudu transformátoru. Přidání písmene S za označení třídy přesnosti proudových transformátorů (například 0,5 S) znamená, že transformátor bude ve třídě přesnosti od 0,01 do 1,2 jmenovitého proudu. Třída 10R (podle staré GOST D) je určena k napájení ochranných obvodů a je dimenzována podle relativní celkové chyby, která by při maximálním zkratovém proudu a daném odporu sekundárního obvodu neměla překročit 10 %. Podle mezinárodní normy IEC (IEC 60044-01) musí být proudové transformátory ve třídě přesnosti, když proud protékající primárním vinutím je 0,2–200 % jmenovitého proudu, čehož je obvykle dosaženo výrobou jádra z nanokrystalických slitin. .

Označení proudových transformátorů

Domácí transformátory proudu mají následující označení:

• první písmeno v označení "T" je proudový transformátor;
• druhé písmeno je typ konstrukce: „P“ - průchod, „O“ - podpora, „Sh“ - pneumatika, „F“ - v porcelánové pneumatice;
• třetí písmeno je izolační materiál: "M" - olej, "L" - litá izolace, "G" - plyn ( SF6 ).

Dále se přes pomlčku píše třída izolace proudového transformátoru, klimatická verze a kategorie instalace. Například: TPL-10УХЛ4 100/5А: "izolační transformátor proudu s izolační třídou 10 kV, pro mírné a chladné klima, kategorie 4 s transformačním poměrem 100/5" (čteno jako "sto na pět").

Poznámky

• Na rozdíl od napěťového transformátoru má proudový transformátor režim volnoběhu, který je nouzový. Výsledný magnetický tok v magnetickém obvodu CT se rovná rozdílu mezi magnetickými toky vytvářenými primárním a sekundárním vinutím. Za normálních provozních podmínek transformátoru je malý. Při otevření obvodu sekundárního vinutí však bude v jádře existovat pouze magnetický tok primárního vinutí, který výrazně převyšuje rozdílový magnetický tok. Ztráty jádra se dramaticky zvýší, transformátor se přehřeje a selže („požár oceli“). Kromě toho se na koncích přerušeného sekundárního okruhu objeví velké EMF , nebezpečné pro práci operátora. Proto nelze proudový transformátor připojit k vedení bez připojeného měřicího zařízení. Je-li nutné odpojit měřicí zařízení od sekundárního vinutí proudového transformátoru, je nutné jej zkratovat.
• Podle PUE musí být sekundární vinutí CT uzemněno (pro ochranu před úrazem elektrickým proudem při porušení izolace nebo při indukci vysokého napětí v důsledku otevřeného sekundárního obvodu).

Viz také

• Rogowski pásek
• Klešťové měřiče
• Aktuální zdroj

Literatura

• PUE
• Shabad M.A. Proudové transformátory v obvodech ochrany relé. Vzdělávací vydání. — 1998.
• Rodshtein L.A. Elektrické přístroje: Učebnice pro technické školy. - 3. vyd. - L . : Energoizdat. Leningrad. oddělení, 1981.
• Afanasiev V. V. a další.Proudové transformátory. - L .: Energoatomizdat, 1989.
• Černobrov N. V. Ochrana relé. - M .: Energie, 1974.

Poznámky

1. ↑ Co je elektrický proud: základní pojmy a charakteristiky . Electroinfo.net (2. května 2020). Datum přístupu: 12. srpna 2021. (Ruština)
2. ↑ Proud, napětí, odpor, výkon a další veličiny.  (ruština)  ? . Electrolife . Datum přístupu: 12. srpna 2021.  (neurčitý)

Odkazy

• Zařízení proudových transformátorů
• Střídavé přístrojové transformátory
• Měřicí transformátory proudu a napětí