Strømtransformatorer — princip for drift og anvendelse

Når man arbejder med energisystemer, er det ofte nødvendigt at konvertere visse elektriske størrelser til analoger svarende til dem med forholdsmæssigt ændrede værdier. Dette giver dig mulighed for at simulere visse processer i elektriske installationer og sikkert foretage målinger.

Driften af ​​strømtransformator (CT) er baseret på loven om elektromagnetisk induktionopererer i elektriske og magnetiske felter, der varierer i form af harmoniske af vekslende sinusformede størrelser.

Den konverterer den primære værdi af den strømvektor, der flyder i strømkredsløbet, til en sekundær reduceret værdi, der respekterer modulproportionalitet og eksakt vinkeltransmission.

Princippet om drift af den nuværende transformer

Demonstrationen af ​​de processer, der finder sted under transformationen af ​​elektrisk energi inde i transformeren, forklares af diagrammet.

Strøm I1 strømmer gennem den primære effektvikling med antallet af vindinger w1 og overvinder dens impedans Z1.En magnetisk flux F1 dannes omkring denne spole, som fanges af et magnetisk kredsløb placeret vinkelret på retningen af ​​vektoren I1. Denne orientering sikrer minimalt tab af elektrisk energi, når den omdannes til magnetisk energi.

Krydser de vinkelret placerede vindinger af viklingen w2, inducerer fluxen F1 i dem en elektromotorisk kraft E2, under påvirkning af hvilken en strøm I2 opstår i sekundærviklingen, der overvinder impedansen af ​​spolen Z2 og den tilsluttede udgangsbelastning Zn. I dette tilfælde dannes et spændingsfald U2 ved terminalerne på det sekundære kredsløb.

Mængden K1 kaldes, bestemt af forholdet mellem vektorerne I1 / I2 transformationskoefficient... Dens værdi indstilles under design af enheder og måles i færdige strukturer. Forskellene mellem indikatorerne for rigtige modeller og de beregnede værdier evalueres af den metrologiske karakteristik - nøjagtighedsklasse af en strømtransformator.

I faktisk drift er værdierne af strømmene i spolerne ikke konstante værdier. Derfor er transformationskoefficienten normalt angivet med nominelle værdier. For eksempel betyder hans udtryk 1000/5, at med en primær driftsstrøm på 1 kiloampere vil 5 ampere belastninger virke i de sekundære vindinger. Disse værdier bruges til at beregne den langsigtede ydeevne af denne strømtransformator.

Den magnetiske flux F2 fra sekundærstrømmen I2 reducerer værdien af ​​fluxen F1 i det magnetiske kredsløb. I dette tilfælde bestemmes fluxen fra transformeren Ф skabt i den af ​​den geometriske summering af vektorerne Ф1 og Ф2.

Farlige faktorer under drift af strømtransformatoren

Evne til at blive påvirket af højspændingspotentiale i tilfælde af isolationsfejl

Da TT'ens magnetiske kredsløb er lavet af metal, har god ledningsevne og magnetisk forbinder de isolerede viklinger (primære og sekundære) med hinanden, er der en øget risiko for elektrisk stød på person- eller udstyrsskader, hvis isoleringslaget brydes.

For at forhindre sådanne situationer bruges jording af en af ​​transformatorens sekundære terminaler til at dræne højspændingspotentialet over den i tilfælde af ulykker.

Denne terminal er altid markeret på apparatets hus og er angivet på tilslutningsdiagrammerne.

Muligheden for at blive påvirket af et højspændingspotentiale i tilfælde af en sekundær kredsløbsfejl

Konklusionerne af den sekundære vikling er markeret med «I1» og «I2», så retningen af ​​strømmene, der flyder, er polær, falder sammen i alle viklinger. Når transformatoren er i drift, skal de altid tilsluttes belastningen.

Dette forklares ved, at strømmen, der går gennem primærviklingen, har en høj potentiel effekt (S = UI), som omdannes til et sekundært kredsløb med lave tab, og når det afbrydes, falder strømkomponenten kraftigt til værdierne af lækage gennem miljøet, men faldet øger samtidig spændingerne i det knækkede afsnit betydeligt.

Potentialet ved de åbne kontakter i den sekundære vikling under passagen af ​​strøm i den primære sløjfe kan nå flere kilovolt, hvilket er meget farligt.

Derfor skal alle sekundære kredsløb af strømtransformatorer altid være forsvarligt samlet og shuntkortslutninger skal altid installeres på viklinger eller kerner taget ud af drift.

Designløsninger brugt i strømtransformatorkredsløb

Hver strømtransformator, som en elektrisk enhed, er designet til at løse visse problemer under driften af ​​elektriske installationer. Industrien producerer et stort sortiment af dem. Men i nogle tilfælde, når man forbedrer strukturer, er det lettere at bruge færdige modeller med gennemprøvede teknologier end at omdesigne og fremstille nye.

Princippet om at skabe en enkelt-sving TT (i det primære kredsløb) er grundlæggende og er vist på billedet til venstre.

Her er den primære vikling, dækket af isolering, lavet af en lige linje bus L1-L2, der passerer gennem transformatorens magnetiske kredsløb, og den sekundære er viklet med drejninger omkring den og forbundet med belastningen.

Princippet om at skabe en multi-turn CT med to kerner er vist til højre. Her tages to single-turn transformatorer med deres sekundære kredsløb, og et vist antal vindinger af strømviklinger føres gennem deres magnetiske kredsløb. På denne måde øges ikke kun effekten, men antallet af udgangsforbundne kredsløb øges yderligere.

Disse tre principper kan ændres på forskellige måder. For eksempel er brugen af ​​flere identiske spoler omkring et enkelt magnetisk kredsløb udbredt for at skabe separate, uafhængige sekundære kredsløb, der fungerer autonomt. Disse kaldes kerner. På denne måde er beskyttelsen af ​​afbrydere eller ledninger (transformatorer) med forskellige formål forbundet med strømkredsløbene i en strømtransformator.

Kombinerede strømtransformatorer med et kraftigt magnetisk kredsløb, der bruges i udstyrs nødtilstande, og den sædvanlige, designet til målinger ved nominelle netværksparametre, fungerer i strømudstyrsenheder.Spoler viklet omkring armeringsjern bruges til at betjene beskyttelsesanordninger, mens konventionelle spoler bruges til at måle strøm eller effekt/modstand.

De hedder sådan:

• beskyttelsesspoler mærket med indeks «P» (relæ);

• måling angivet med tallene for den metrologiske nøjagtighedsklasse TT, for eksempel «0,5».

Beskyttelsesviklinger under normal drift af strømtransformatoren giver måling af den primære strømvektor med en nøjagtighed på 10%. Med denne værdi kaldes de "ti procent".

Målefejl

Princippet om at bestemme transformatorens nøjagtighed giver dig mulighed for at evaluere dets tilsvarende kredsløb vist på billedet. I den er alle værdier af primære mængder betinget reduceret til handling i sekundære sløjfer.

Det ækvivalente kredsløb beskriver alle de processer, der opererer i viklingerne, under hensyntagen til den energi, der bruges på at magnetisere kernen med strøm I.

Vektordiagrammet bygget på dets basis (trekant SB0) viser, at strømmen I2 adskiller sig fra værdierne af I'1 med værdien af ​​I mod os (magnetisering).

Jo større disse afvigelser er, jo lavere er nøjagtigheden af ​​strømtransformatoren For at tage højde for CT-målefejl introduceres følgende begreber:

• relativ strømfejl udtrykt i procent;

• vinkelfejl beregnet ud fra buelængden AB i radianer.

Den absolutte værdi af afvigelsen af ​​de primære og sekundære strømvektorer bestemmes af AC-segmentet.

Almindelige industrielle design af strømtransformatorer er fremstillet til at fungere i nøjagtighedsklasser defineret af egenskaberne på 0,2; 0,5; 1,0; 3 og 10%.

Praktisk anvendelse af strømtransformatorer

Et forskelligartet antal af deres modeller kan findes både i små elektroniske enheder placeret i et lille etui og i energienheder, der optager betydelige dimensioner på flere meter. De er opdelt efter driftsegenskaber.

Klassificering af strømtransformatorer

Efter aftale er de opdelt i:

• måling, overførsel af strømme til måleinstrumenter;
• beskyttet, forbundet til strømbeskyttelseskredsløb;
• laboratorie med høj nøjagtighed;
• mellemprodukter, der anvendes til re-konvertering.

Ved drift af faciliteter bruges TT:

• udendørs udendørs installation;

• til lukkede installationer;

• indbygget udstyr;

• ovenfra - indsæt ærmet;

• bærbar, så du kan tage mål forskellige steder.

Ved værdien af ​​driftsspændingen for TT-udstyret er der:

• højspænding (mere end 1000 volt);

• for nominelle spændingsværdier op til 1 kilovolt.

Også strømtransformatorer er klassificeret efter metoden til isoleringsmaterialer, antallet af transformationstrin og andre egenskaber.

Afsluttede opgaver

Eksterne målestrømtransformatorer bruges til drift af elektriske kredsløb til måling af elektrisk energi, målinger og beskyttelse af ledninger eller kraftautotransformatorer.

Billedet nedenfor viser deres placering for hver fase af linjen og installationen af ​​sekundære kredsløb i klemkassen på 110 kV-koblingsudstyret til kraftautotransformatoren.

De samme opgaver udføres af strømtransformere af det eksterne koblingsudstyr-330 kV, men i betragtning af kompleksiteten af ​​det højere spændingsudstyr har de meget større dimensioner.

På strømudstyr anvendes ofte indlejrede design af strømtransformatorer, som placeres direkte på kraftværkets kabinet.

De har sekundære viklinger med ledninger placeret rundt om højspændingsbøsningen i et forseglet hus. Kablerne fra CT-klemmerne føres til de her monterede klemkasser.

Interne højspændingsstrømtransformere bruger oftest speciel transformerolie som isolator. Et eksempel på et sådant design er vist på billedet for strømtransformere i TFZM-serien designet til at fungere ved 35 kV.

Til og med 10 kV anvendes solide dielektriske materialer til isolering mellem viklingerne ved fremstillingen af ​​boksen.

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

Et eksempel på tilslutning af det sekundære strømkredsløb i en af ​​REL 511-beskyttelseskernerne til en 110 kV afbryder er vist med et forenklet diagram.

Aktuelle transformatorfejl og hvordan man finder dem

En strømtransformator forbundet til en belastning kan bryde den elektriske modstand af viklingens isolering eller deres ledningsevne under påvirkning af termisk overophedning, utilsigtet mekanisk påvirkning eller på grund af dårlig installation.

I operationelt udstyr er isoleringen oftest beskadiget, hvilket resulterer i turn-to-turn kortslutning af viklingerne (reduktion i transmitteret effekt) eller forekomsten af ​​lækstrømme gennem tilfældigt skabte kortslutningskredsløb.

For at identificere stederne for installation af dårlig kvalitet af strømkredsløbet udføres der periodisk inspektioner af arbejdskredsløbet med termiske kameraer.Baseret på dem fjernes fejlene ved ødelagte kontakter straks, overophedning af udstyret reduceres.

Fraværet af lukning fra sving til sving kontrolleres af specialisterne fra relæbeskyttelses- og automatiseringslaboratorierne:

• tager strøm-spændingskarakteristikken;

• opladning af transformeren fra en ekstern kilde;

• målinger af hovedparametrene i arbejdsskemaet.

De analyserer også værdien af ​​transformationskoefficienten.

I alle værker er forholdet mellem den primære og sekundære strømvektor estimeret efter størrelse. Deres vinkelafvigelser udføres ikke på grund af manglen på højpræcisions fasemåleanordninger, der bruges til at kontrollere strømtransformatorer i metrologiske laboratorier.

Højspændingstest af dielektriske egenskaber er tildelt specialisterne fra isoleringsservicelaboratoriet.