Трансформатори струму є незамінними основними інструментами вимірювання, захисту та моніторингу енергетичних систем. У заводських розподільних приміщеннях, на підстанціях або в розподільних шафах у будівлях їх можна знайти практично скрізь, де потрібно вимірювати струм. Внутрішні однофазні-трансформатори струму, як найпоширеніший тип, відіграють вирішальну роль у перетворенні великих струмів у лініях високої-напруги в менші струми, придатні для безпечного використання приладами та реле. Ця стаття систематично представить визначення, структуру та принцип роботи однофазних-трансформаторів струму для внутрішнього використання, допомагаючи професіоналам-електрикам і новачкам отримати чітке розуміння.
I. Що таке трансформатор струму?
Трансформатор струму (СТ) — спеціалізований вимірювальний і перетворювальний пристрій. Його основною функцією є пропорційне перетворення великих струмів в енергосистемі в стандартні менші струми. Як правило, він перетворює великий первинний струм у стандартний вихід 5 А або 1 А на вторинній стороні, забезпечуючи безпечне використання вторинного обладнання, такого як прилади вимірювання потужності, амперметри, ватметри та пристрої релейного захисту.
Чому це перетворення необхідно? Є дві причини: по-перше, мережевий струм в системах живлення часто досягає сотень або навіть тисяч ампер, що унеможливлює пряме підключення до звичайних приладів. По-друге, високовольтні-лінії не можна підключати безпосередньо до вимірювальних приладів; інакше оператори можуть зіткнутися з ризиком ураження електричним струмом. Трансформатори струму забезпечують електричну ізоляцію за допомогою принципу електромагнітної індукції, пропорційно зменшуючи струм і повністю ізолюючи високу-напругу від вторинного ланцюга низької-напруги, забезпечуючи безпеку вимірювального персоналу та обладнання.
II. Що таке "однофазний-приміщення"?
У приміщенні: це стосується моделі трансформатора, спеціально розробленої для встановлення всередині приміщень. Його ізоляційна структура, рівень захисту корпусу та шлях витоку розроблені для внутрішніх умов і не підходять для безпосереднього використання у вологому, брудному або -дощовому середовищі поза приміщенням.
Однофазний-: це означає, що кожен трансформатор вимірює струм лише однієї фазної лінії, з одним блоком, налаштованим на кожну фазу. У три-фазній системі, якщо потрібне вимірювання три-фазного струму, зазвичай потрібні два або три однофазних-трансформатори (залежно від методу підключення). Порівняно з три-інтегрованими трансформаторами струму, одно-фазні трансформатори струму є меншими та більш гнучкими в установці, що полегшує їх розміщення в різних розподільних шафах, розподільних пристроях і вимірювальних коробках.
III. Структурні компоненти однофазних-трансформаторів струму для внутрішнього використання
Внутрішні однофазні трансформатори струму- складаються здебільшого з таких частин, розташованих ззовні всередину:
1. Ядро
Сердечник – це сердечник магнітного кола трансформатора, який зазвичай виготовляється з листів кремнієвої сталі з високою-проникністю, що утворюють замкнутий контур магнітного потоку. Матеріал і площа поперечного-перерізу сердечника безпосередньо впливають на клас точності та характеристики похибки трансформатора. Вимірювальні трансформатори вимагають високої проникності сердечника та низьких втрат на гістерезис; захисні трансформатори віддають перевагу здатності сердечника запобігати передчасному насиченню під час збоїв із високим -струмом.
2. Первинна обмотка (первинна котушка)
Первинна обмотка має дуже мало витків, зазвичай лише від одного до кількох витків, іноді безпосередньо утворених шиною або мідним стрижнем, що проходить через сердечник. Первинна обмотка з’єднана послідовно з вимірюваною лінією живлення, і великий первинний струм протікає через цю обмотку, створюючи магнітне поле.
3. Вторинна обмотка (вторинна котушка) Вторинна обмотка має більше витків і намотана навколо залізного сердечника. Він забезпечує електромагнітний зв’язок із первинною обмоткою через магнітне поле залізного сердечника, викликаючи вторинний струм. Дві клеми вторинної обмотки зазвичай позначені S1 і S2 (або K1 і K2) для підключення зовнішніх приладів і реле.
4. Ізолятор. Ізолятор обертається навколо залізного сердечника та обмотки, повністю ізолюючи первинне коло високої-напруги від вторинного кола низької-напруги. Загальні методи ізоляції для внутрішніх трансформаторів струму включають лиття з епоксидної смоли (монолітне лиття, хороша ізоляція, компактна структура) та обгортання ізоляційним папером лаком (традиційний процес, придатний для виробів великої-ємності).
5. Корпус і монтажний кронштейн Корпус зазвичай являє собою монолітну відливку з епоксидної смоли або металевий корпус. Методи встановлення включають-типи через стіну, стовпи та втулки з різними формами, які вибираються залежно від місця встановлення та структури контуру.
IV. Принцип роботи однофазних-трансформаторів струму для внутрішнього використання
Принцип роботи однофазних-трансформаторів струму для внутрішнього використання ґрунтується на законі електромагнітної індукції Фарадея. Суть його така ж, як і у трансформатора, але умови експлуатації істотно відрізняються. Основний робочий процес полягає в наступному:
Коли первинний струм I₁ протікає через первинну обмотку (N₁ витків) у досліджуваному колі, відповідно до закону Ампера, струм створює змінний магнітний потік Φ у залізному сердечнику. Цей змінний магнітний потік проходить через вторинну обмотку з N₂ витків, і відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея у вторинній обмотці індукується вторинна електрорушійна сила, таким чином генеруючи вторинний струм I₂ у вторинному колі, підключеному до навантаження (внутрішній опір приладу).
Основна відмінність між трансформатором струму та трансформатором полягає в тому, що трансформатор працює в умовах майже -без-навантаження або в умовах навантаження, а вторинна напруга змінюється залежно від навантаження; у той час як трансформатор струму працює нормально, його вторинна сторона знаходиться в стані майже{2}}короткого-замикання (з мінімальним внутрішнім опором приладу), а вторинний струм має фіксоване пропорційне співвідношення з первинним струмом, незалежно від величини навантаження. Через цю характеристику вторинна сторона трансформатора струму ніколи не повинна працювати з розімкненим ланцюгом. Після розімкнутого-ланцюга магнітний потік через сердечник різко зросте через втрату розмагнічуючих ампер-витків на вторинній стороні, що призводить до перенасичення сердечника-і індукування небезпечно високої напруги (до кількох кіловольт) на вторинній стороні, що серйозно загрожує безпеці обладнання та персоналу.
V. Основні технічні параметри однофазних-трансформаторів струму для внутрішнього використання
Зрозумівши принцип роботи, також необхідно ознайомитися з наступними ключовими параметрами:
Коефіцієнт номінального струму (коефіцієнт трансформації): наприклад, 100/5, 200/5, 400/5 тощо, що представляє відношення номінального струму на первинній стороні до номінального струму на вторинній стороні, є основним параметром для вибору.
Клас точності (клас точності): Зазвичай зустрічаються 0,1, 0,2, 0,5 (для вимірювання) і 5P, 10P (для захисту). Чим менше число, тим вища точність. Для різних застосувань слід вибирати різні марки.
Номінальне вторинне навантаження (VA): Це стосується повної потужності, що відповідає максимально допустимому опору, підключеному до вторинної сторони трансформатора струму. Загальні значення: 5 ВА, 10 ВА, 15 ВА, 30 ВА тощо. Загальний опір підключених приладів не повинен перевищувати це значення; інакше помилка збільшиться.
Номінальна напруга ізоляції (Um): це вказує на клас стійкості ізоляції первинної сторони трансформатора струму до землі та до вторинної сторони, наприклад 0,72 кВ, 3,6 кВ, 7,2 кВ тощо.
VI. Основна програма
Сценарії Внутрішні однофазні-трансформатори струму широко використовуються в таких сферах застосування: схеми вимірювання та захисту в системах розподілу електроенергії на підприємствах; виявлення струму в розподільних пристроях 10 кВ і -розподільних шафах низької напруги; поточний
відбір проб в апаратах РЗА підстанцій; коробки обліку електроенергії в розподільчих приміщеннях будівлі; і схеми контролю струму в системах промислової автоматизації.
FAQ
Q1: Чому вторинна сторона трансформатора струму не може бути розімкненою-?
A: Коли вторинна сторона розімкнута-, магнітний потік у залізному сердечнику втрачає ефект розмагнічування вторинного струму, спричиняючи різке збільшення магнітного потоку. Це індукує високу напругу в декілька тисяч вольт на вторинній стороні, що може легко призвести до пробою ізоляції трансформатора струму та нещасних випадків, пов’язаних із ураженням електричним струмом. Перш ніж розбирати прилад, вторинна сторона має бути замкнута-накоротко.
Q2: Чи безпечніше вибрати більший коефіцієнт трансформації для трансформатора струму?
A: Не обов'язково. Надмірно великий коефіцієнт трансформації призведе до недостатнього вторинного струму при нормальному навантаженні, збільшуючи похибки вимірювання та неточні показання приладу. Відповідний коефіцієнт трансформації слід вибирати на основі фактичного максимального струму навантаження; зазвичай нормальний робочий струм становить від 60% до 80% від номінального первинного струму.
Q3: Чи можна встановлювати внутрішні трансформатори струму на вулиці?
Відповідь: Ні. Ізоляційна структура та шлях витоку внутрішніх трансформаторів струму розроблені для чистого внутрішнього середовища. Зовнішнє вологе, брудне та ультрафіолетове середовище прискорює старіння ізоляції, що призводить до спалаху шляху витоку або руйнування ізоляції. Необхідно використовувати спеціальні зовнішні трансформатори струму.
