Měřicí transformátory proudu a napětí: účel, zařízení, obvody, technické vlastnosti

V procesu provozu energetických systémů se často řeší otázky související s potřebou převodu jakýchkoli zavedených elektrických veličin na podobné veličiny se změněnými hodnotami v určitém poměru. K tomu je nutné vědět, jak funguje proudový transformátor, jehož činnost je založena na zákonu elektromagnetické indukce, aplikovaném na elektrická a magnetická pole. Během provozu se primární hodnota vektoru proudu protékajícího v napájecím obvodu převádí na sekundární proud se sníženou hodnotou. Při takovém převodu se dodržuje úměrnost podle modulu a přesný přenos úhlu.

V jakém režimu pracuje proudový transformátor?

Transformátor může pracovat v několika režimech. Jedním z nich je klidový režim, ve kterém je sekundární vinutí v otevřeném stavu. Spotřeba proudu primárním obvodem je minimální, proto se nazývá klidový proud. Kolem primárního vinutí se vytváří klidové magnetické pole. Tento režim je pro transformátor považován za naprosto neškodný.

Hlavním režimem je režim zátěže, do kterého transformátor přepíná z klidového režimu. V sekundárním vinutí začíná protékat proud, který vytváří magnetický tok namířený proti magnetickému poli v primárním vinutí. V prvním okamžiku se hodnota tohoto magnetického toku snižuje, což vede ke snížení elektromotorické síly vlastní indukce v primárním vinutí.

Protože se vnější napětí přiváděné na generátor nemění, vede to k narušení elektrické rovnováhy mezi přiváděným napětím a elektromotorickou silou vlastní indukce a proud v primárním vinutí se zvyšuje. V souladu s tím se zvyšuje magnetický tok a také elektromotorická síla vlastní indukce. Hodnota proudu v primárním vinutí však bude vyšší než v klidovém režimu. Součet magnetických toků primárního a sekundárního vinutí v režimu zátěže se tedy bude rovnat magnetickému toku primárního vinutí transformátoru v klidovém režimu.

Viz také:
Experiment se zkratem transformátoru

V režimu zátěže, když se objeví sekundární proud, se primární proud zvyšuje. To vede k poklesu napětí v sekundárním vinutí a jeho snížení. V případě snížení zátěže, při kterém se sekundární proud snižuje, se snižuje i demagnetizační účinek sekundárního vinutí. Pozoruje se zvýšení magnetického toku v jádře a odpovídající zvýšení vlastní indukce elektromotorické síly. Tento proces, pokud jde o elektrickou rovnováhu, pokračuje, dokud není zcela obnovena.

Za jeden z hlavních je považován zkratový režim, při kterém bude mít sekundární obvod téměř nulový odpor. Proud v sekundárním obvodu dosáhne své maximální hodnoty, magnetické pole v sekundárním vinutí bude mít také nejvyšší hodnotu. Současně se magnetické pole v primárním vinutí snižuje a stává se minimálním. V důsledku toho se snižuje i indukční odpor v tomto vinutí. Současně se zvyšuje proud spotřebovaný primárním obvodem. Tato situace vede ke vzniku zkratového režimu, který je nebezpečný nejen pro samotný transformátor, ale i pro celý obvod. Ochrana před zkraty je zajištěna instalací pojistek v primárním nebo sekundárním obvodu.

Vlastnosti provozu proudového transformátoru za různých podmínek:

• Provozní režim se blíží zkratu, protože odpor zátěže připojené k sekundárnímu vinutí má minimální hodnotu. Proudový transformátor ve skutečnosti pracuje v režimu zkratu.
• Proudový transformátor se od ostatních transformátorových zařízení výrazně liší svým provozním režimem. Při změně zatížení v konvenčním transformátoru se hodnota magnetického toku v jádře nemění, za předpokladu, že je napětí konstantně přiváděno.

V jakém režimu pracuje měřicí transformátor napětí?

Nejdůležitějšími prvky vysokonapěťových obvodů jsou měřicí transformátory napětí. Tato zařízení jsou navržena ke snížení vysokého napětí, po kterém může snížené napětí napájet měřicí obvody, reléové ochrany, automatizaci a měření, jakož i další prvky. Transformátory napětí tak umožňují měřit napětí ve vysokonapěťových sítích, z nichž je napájení dodáváno do cívek relé minimálního napětí, měřičů, wattmetrů, fázometrů a také do zařízení, která monitorují stav izolace sítě.

Viz také:
Co je transformační poměr

Transformátor se používá ke snížení vysokého napětí na standardní hodnoty. Slouží k oddělení měřicích obvodů a reléových ochran od primárních obvodů vysokého napětí. Primární vinutí je připojeno ke vstupnímu zdroji napětí sítě a sekundární vinutí je zapojeno paralelně s cívkami relé a měřicích přístrojů. Napěťový transformátor pracuje v režimu blízkém volnoběhu. To je dáno vysokým odporem paralelně zapojených zařízení a nízkým proudem, který spotřebovávají.

Pro zajištění normálního provozu sekundárních obvodů lze transformátory napětí instalovat nejen na sběrnice rozvodny, ale také v každém bodě připojení. Před zahájením elektroinstalačních prací je nutné zařízení zkontrolovat, zkontrolovat neporušenost izolace, provozuschopnost jednotek a prvků. Pro účely dalšího bezpečného provozu transformátoru je jeho tělo a sekundární vinutí uzemněno. V důsledku toho je vytvořena ochrana proti možnému přechodu vysokého napětí do sekundárních obvodů v případě poruchy izolace.

Každý transformátor má určitou jmenovitou chybu a třídy přesnosti 0,2; 0,5; 1; 3. Úroveň chyby závisí na konstrukci magnetického obvodu, velikosti sekundární zátěže a dalších faktorech. Chyba napětí může být kompenzována snížením počtu závitů primárního vinutí a kompenzací úhlové chyby speciálními kompenzačními vinutími.

Multimetr: účel, druhy, označení, značení, co lze multimetrem měřit

Princip činnosti a schéma zapojení generátoru střídavého proudu

Jak porozumět Ohmovu zákonu: jednoduché vysvětlení pro figuríny se vzorcem a koncepty

Ohmův zákon pro střídavý proud

Jak zkontrolovat elektromotor pomocí multimetru: kontrola rotoru a statoru na zkraty, kontrola průchodnosti asynchronního a třífázového motoru

Nejlepší nejlepší multimetry

Elektrická zařízení vyžadují neustálé sledování – zejména ve velkých průmyslových odvětvích. Pro sledování stavu elektrických zařízení v průmyslových podnicích jsou potřeba přístrojové transformátory. Pomáhají regulovat spotřebu elektřiny. Obecná klasifikace rozděluje tato zařízení na 2 typy – transformátory proudu a transformátory napětí.

Proč jsou potřeba transformátory?

Pokud se v zařízení měří napětí do 1000 V připojením voltmetrů, pak v sítích s výkonem nad 6 kV je to nepřijatelné. Jsou pro to 2 důvody:

1. Pro měření vysokého proudu je nutné jej nejprve zredukovat na parametr, který bude vnímán rámem ukazovacího zařízení nebo elektronických převodníků. Odporové měřiče nebudou schopny tento úkol zvládnout a redukční transformátor bude nepohodlný kvůli jeho objemnosti.
2. Vinutí vodičů musí vydržet průměrné zatížení elektrického zařízení. Je také nutné dodržovat intervaly mezi fázemi PUE. Bez transformátorů nelze tyto podmínky splnit.

Před měřením je nutné snížit intenzitu proudu. Zde jsou velkým pomocníkem transformátory napětí a proudu.

Konstrukce a typy transformátorů

Proudové a napěťové transformátory plní stejnou funkci, ale mají konstrukční rozdíly.

Napěťová zařízení

Bez ohledu na to, na jakou proudovou sílu je primární vinutí určeno, sekundární cívka má vždy stejné napětí – 100 V. U elektroměru je jedno, s jakými zařízeními „spolupracuje“ – 6 kV, 10 kV nebo jinými.

Pokud jsou tedy pro něj vhodné měřicí transformátory napětí (VT), je v technických charakteristikách elektroměru uvedeno 3 × 100. To znamená, že k jednomu zařízení musí být připojeny 3 fáze najednou.

Zařízení pro měření napětí mohou být podle konstrukce 2 typů:

• Součást pro přeměnu jedné fáze je umístěna v samostatném pouzdře. Pokud je zařízení třífázové, připojte 3 prvky najednou.
• Jedno pouzdro obsahuje prvek pro práci se 3 fázemi najednou. Primární vinutí všech součástí třífázového zařízení jsou zapojena do hvězdy.

K ochraně primárních vinutí se používají pojistky. Sekundární vinutí bývala chráněna podobným způsobem, nyní však byly pojistky nahrazeny automatickými spínači.

Napěťová zařízení mají několik sekundárních vinutí:

• pro měřicí zařízení (přesnost 0.5);
• pro měřicí prvky (přesnost 0.5);
• pro součásti ochrany relé (třída 10P);
• pro otevřenou deltu (třída 10P).

Třída přesnosti je potřebná pro záznam měření. Zde je však důležité vzít v úvahu, že měřicí vinutí bude pracovat ve stanovené třídě přesnosti, pokud nebude překročeno zatížení. Proto musí být na zařízení napsán přípustný výkon.

Současná zařízení

Přístrojové transformátory proudu (CT) jsou také vybaveny primárním a sekundárním vinutím. Existují však určité rozdíly:

• primární vrstva může mít jeden nebo více zákrutů, ale nejčastěji vypadá jako pneumatika, která prochází celým tělem;
• CT do 1000 V mají pouze jednu sekundární cívku, vysokonapěťové alespoň dvě.

Deklarovaný proud na druhém vinutí bude vždy 5 A bez ohledu na napětí, pro které je primární cívka připravena. V ostatních ohledech je princip fungování CT podobný jako u TN.

Technické vlastnosti proudových transformátorů

Nejdůležitější jsou následující vlastnosti zařízení:

1. Jmenovité napětí. V datovém listu zařízení je zapsán v kilovoltech. Hodnota se může pohybovat od 0,66 do 1150 kV.
2. Deklarovaný proud na primární cívce (l1). Záleží na konkrétní kategorii zařízení. Povolený rozsah je od 1,0 do 40000,0 XNUMX A.
3. Proud sekundárního vinutí (l2). Existují hodnoty 1,0 A nebo 5,0 A. Zařízení s 2,0 A nebo 2,5 A lze vyrobit na zakázku.

Další důležitou hodnotou je transformační poměr (CT). Charakterizuje vztah mezi primárními a sekundárními proudy. Vypočteno pomocí vzorce CT=L1/L2. Takto vypočítaný koeficient se považuje za platný.

Princip činnosti transformátorů

Činnost transformátorů je založena na zákonu elektromagnetické indukce. Postupné vysvětlení principu fungování je následující:

1. Z vnější elektrické sítě je proud posílán do výkonové primární cívky, kde pracuje se svým odporem. V důsledku toho vzniká kolem vinutí magnetický proud.
2. Toto pole je zachyceno magnetickým obvodem. Magnetický tok je umístěn kolmo ke směru proudu, takže ztráta proudu při transformaci je minimální.
3. Poté začíná křížení sekundárního vinutí, při kterém magnetický tok aktivuje funkce, které pohánějí elektrický proud.

Vlivem elektromotorické síly vzniká proud, který musí překonat celkový odpor cívky a výsledné napětí. Při opuštění sekundárního vinutí zátěž klesá.

Možnosti značení

Na těle každého transformátoru je označení s technickými údaji. Jsou nalezena následující označení:

1. TDTN-1600/110. Redukční zařízení s třífázovým působením. Vybaveno nuceným chlazením oleje a součástí přepínače odboček pod zatížením. Deklarovaný výkon je 1600, indikátory vinutí jsou 110 kV.
2. TM-100/10. Transformátor s dvojitým vinutím. Navrženo pro práci s třífázovou sítí. Proces chlazení je přirozený a běží na olej. Zátěž se mění přes jednotku přepínače odboček. Přípustný výkon – 100 kVA, třída vinutí – 10 kV.
3. ATDTsTN-120000/500/110-85. Autotransformátor pro 3fázovou síť, vybavený 3 cívkami. Systém umělé cirkulace oleje. K dispozici je přepínač odboček pod zatížením. Výkon 25 MVA, kapacita vinutí – 35 kV. Používá se v elektrárnách.
4. TRDNS-25000/35-80. Zařízení pro připojení k třífázové elektrické síti. Má 2 dělená vinutí. Chlazení cirkulující olejovou kapalinou. Výkon 25 MVA. Napěťová třída – 35 kV. Design byl vytvořen v roce 1980.

Schéma zapojení transformátoru

Podívejme se na schéma připojení zařízení na příkladu jednofázového zařízení. Zvláštní pozornost je třeba věnovat pořadí, ve kterém jsou kabely připojeny ke svorkám:

1. Fázový vodič je připojen k první svorce. Může být bílá, černá nebo hnědá.
2. K druhé svorce je připojen fázový vodič, který je vystaven výkonovému zatížení. Barva kabelu je stejná – hnědá, bílá nebo černá.
3. Nulový elektrický vodič je připojen ke třetí svorce. Je zbarven do modra nebo do modra.
4. Ke čtvrté svorce je připojen „nulový“ vodič modrého nebo tmavě modrého odstínu.

Takové zařízení nevyžaduje ochranu uzemněním. Jednofázový elektroměr má další připojovací oblasti. Jsou považovány za pomocné a slouží k zajištění větší účinnosti. Mohou být také použity k organizaci automatického měření spotřebované elektřiny.

Jak vybrat transformátor?

Při výběru transformátoru vezměte v úvahu deklarované napětí zařízení – nemělo by být nižší než v síti. Pro třífázovou napájecí síť 380 V je vhodný CT s indikátorem 0,66 kV nebo více. Nelze jej však instalovat na zařízení s výkonem nad 1000 V.

Existují i ​​další pravidla:

1. Průřez kabelu pro připojení transformátoru k obvodu sekundární cívky by neměl způsobovat nadměrné ztráty. Například pro třídu s přesností 0,5 je maximální možný odpad 0,25 %.
2. V komerčních účetních systémech je instalováno zařízení s vysokou úrovní přesnosti a minimálním stupněm chyb.
3. Je možné instalovat zařízení s překročenou CT. Ale pouze v případě, že při maximální zátěži je napětí menší než polovina toho, co je teoreticky možné.

Je lepší se zaměřit na značkové značky – řekněme Schneider Electric, ABB. Jen tak si můžete být jisti, že čísla z datového listu budou odpovídat skutečnosti.