Strömtransformatorer — princip för drift och tillämpning

När man arbetar med energisystem är det ofta nödvändigt att omvandla vissa elektriska storheter till analoger som liknar dem med proportionellt ändrade värden. Detta gör att du kan simulera vissa processer i elektriska installationer och säkert göra mätningar.

Driften av strömtransformator (CT) baseras på lagen om elektromagnetisk induktionsom arbetar i elektriska och magnetiska fält som varierar i form av övertoner med alternerande sinusformade magnituder.

Den omvandlar det primära värdet för strömvektorn som flyter i kraftkretsen till ett sekundärt reducerat värde, med respekt för modulproportionalitet och exakt vinkelöverföring.

Principen för driften av strömtransformatorn

Demonstrationen av de processer som äger rum under omvandlingen av elektrisk energi inuti transformatorn förklaras av diagrammet.

Ström I1 flyter genom kraftprimärlindningen med antalet varv w1 och övervinner dess impedans Z1.Ett magnetiskt flöde F1 bildas runt denna spole, som fångas upp av en magnetisk krets placerad vinkelrätt mot vektorns I1 riktning. Denna orientering säkerställer minimal förlust av elektrisk energi när den omvandlas till magnetisk energi.

Genom att korsa de vinkelrätt placerade varven på lindningen w2, inducerar flödet F1 i dem en elektromotorisk kraft E2, under påverkan av vilken en ström I2 uppstår i sekundärlindningen, som övervinner impedansen hos spolen Z2 och den anslutna utgångsbelastningen Zn. I detta fall bildas ett spänningsfall U2 vid terminalerna på sekundärkretsen.

Kvantiteten K1 kallas, bestäms av förhållandet mellan vektorerna I1 / I2 transformationskoefficient... Dess värde ställs in under design av enheter och mäts i färdiga strukturer. Skillnaderna mellan indikatorerna för verkliga modeller och de beräknade värdena utvärderas av den metrologiska egenskapen - noggrannhetsklassen för en strömtransformator.

I verklig drift är värdena på strömmarna i spolarna inte konstanta värden. Därför indikeras transformationskoefficienten vanligtvis med nominella värden. Till exempel betyder hans uttryck 1000/5 att med en primär driftström på 1 kiloampere kommer 5 ampere belastningar att verka i de sekundära varven. Dessa värden används för att beräkna den långsiktiga prestandan för denna strömtransformator.

Det magnetiska flödet F2 från sekundärströmmen I2 minskar värdet på flödet F1 i den magnetiska kretsen. I det här fallet bestäms flödet från transformatorn Ф som skapas i den av den geometriska summeringen av vektorerna Ф1 och Ф2.

Farliga faktorer under drift av strömtransformatorn

Möjlighet att påverkas av högspänningspotential vid isoleringsfel

Eftersom TT:ns magnetkrets är gjord av metall, har god ledningsförmåga och magnetiskt kopplar de isolerade lindningarna (primär och sekundär) till varandra, finns det en ökad risk för elektriska stötar på personal eller utrustningsskador om isoleringsskiktet bryts.

För att förhindra sådana situationer används jordning av en av transformatorns sekundära terminaler för att dränera högspänningspotentialen över den i händelse av olyckor.

Denna plint är alltid märkt på enhetens hölje och anges på anslutningsscheman.

Möjligheten att påverkas av en högspänningspotential vid ett sekundärt kretsfel

Slutsatserna av sekundärlindningen är markerade med «I1» och «I2», så riktningen för strömmarna som flyter är polär, sammanfaller i alla lindningar. När transformatorn är i drift måste de alltid anslutas till lasten.

Detta förklaras av det faktum att strömmen som passerar genom primärlindningen har en hög potentiell effekt (S = UI), som omvandlas till en sekundär krets med låga förluster, och när den avbryts minskar strömkomponenten kraftigt till värdena av läckage genom miljön, men samtidigt ökar fallet avsevärt spänningarna i den trasiga delen.

Potentialen vid sekundärlindningens öppna kontakter under passagen av ström i primärslingan kan nå flera kilovolt, vilket är mycket farligt.

Därför måste alla sekundärkretsar av strömtransformatorer alltid vara säkert monterade och shuntkortslutningar måste alltid installeras på lindningar eller kärnor som tas ur drift.

Designlösningar som används i strömtransformatorkretsar

Varje strömtransformator, som en elektrisk enhet, är utformad för att lösa vissa problem under driften av elektriska installationer. Industrin producerar ett stort sortiment av dem. Men i vissa fall, när man förbättrar strukturer, är det lättare att använda färdiga modeller med beprövad teknik än att omdesigna och tillverka nya.

Principen för att skapa en enkelvarvs TT (i primärkretsen) är grundläggande och visas på bilden till vänster.

Här är den primära lindningen, täckt med isolering, gjord av en rak linjebuss L1-L2 som passerar genom transformatorns magnetiska krets, och sekundären lindas med varv runt den och ansluts till lasten.

Principen för att skapa en multi-turn CT med två kärnor visas till höger. Här tas två enkelvarvstransformatorer med sina sekundära kretsar och ett visst antal varv av kraftlindningar förs genom deras magnetiska kretsar. På detta sätt ökas inte bara effekten, utan antalet utgångsanslutna kretsar ökas ytterligare.

Dessa tre principer kan ändras på olika sätt. Till exempel är användningen av flera identiska spolar runt en enda magnetisk krets utbredd för att skapa separata, oberoende sekundära kretsar som fungerar autonomt. Dessa kallas kärnor. På detta sätt kopplas skyddet av strömbrytare eller ledningar (transformatorer) med olika syften till strömkretsarna i en strömtransformator.

Kombinerade strömtransformatorer med en kraftfull magnetisk krets, som används i utrustningsnödlägen, och den vanliga, designad för mätningar vid nominella nätverksparametrar, fungerar i kraftutrustningsenheter.Spolar lindade runt armeringsjärn används för att driva skyddsanordningar, medan konventionella spolar används för att mäta ström eller effekt/resistans.

De heter så här:

• skyddsspolar märkta med index «P» (relä);

• mätning indikeras av siffrorna för den metrologiska noggrannhetsklassen TT, till exempel «0,5».

Skyddslindningar under normal drift av strömtransformatorn ger mätning av primärströmvektorn med en noggrannhet på 10 %. Med detta värde kallas de "tio procent".

Mätfel

Principen för att bestämma transformatorns noggrannhet låter dig utvärdera dess motsvarande krets som visas på bilden. I den reduceras alla värden för primära kvantiteter villkorligt till verkan i sekundära slingor.

Den ekvivalenta kretsen beskriver alla processer som arbetar i lindningarna, med hänsyn till energin som spenderas på att magnetisera kärnan med ström I.

Vektordiagrammet byggt på dess bas (triangel SB0) visar att strömmen I2 skiljer sig från värdena för I'1 med värdet av I mot oss (magnetisering).

Ju större dessa avvikelser är, desto lägre är noggrannheten hos strömtransformatorn. För att ta hänsyn till CT-mätfel introduceras följande begrepp:

• relativa strömfel uttryckt i procent;

• vinkelfel beräknat från båglängden AB i radianer.

Det absoluta värdet av avvikelsen för de primära och sekundära strömvektorerna bestäms av AC-segmentet.

Vanliga industriella konstruktioner av strömtransformatorer är tillverkade för att fungera i noggrannhetsklasser definierade av egenskaperna 0,2; 0,5; 1,0; 3 och 10%.

Praktisk tillämpning av strömtransformatorer

Ett varierat antal av deras modeller kan hittas både i små elektroniska enheter placerade i ett litet fodral och i energienheter som upptar betydande dimensioner på flera meter. De är uppdelade enligt driftsegenskaper.

Klassificering av strömtransformatorer

Efter överenskommelse är de indelade i:

• mätning, överföring av strömmar till mätinstrument;
• skyddad, ansluten till strömskyddskretsar;
• laboratorium, med hög noggrannhet;
• mellanprodukter som används för återomvandling.

Vid driftanläggningar används TT:

• utomhusinstallation utomhus;

• för slutna installationer;

• inbyggd utrustning;

• från ovan — sätt in hylsan;

• bärbar, så att du kan göra mätningar på olika ställen.

Med värdet på driftspänningen för TT-utrustningen finns det:

• hög spänning (mer än 1000 volt);

• för nominella spänningsvärden upp till 1 kilovolt.

Även strömtransformatorer klassificeras enligt metoden för isoleringsmaterial, antalet transformationssteg och andra egenskaper.

Avslutade uppgifter

Externa mätströmtransformatorer används för drift av elektriska kretsar för mätning av elektrisk energi, mätningar och skydd av ledningar eller krafttransformatorer.

Bilden nedan visar deras placering för varje fas av linjen och installationen av sekundära kretsar i anslutningslådan på 110 kV-ställverket för krafttransformatorn.

Samma uppgifter utförs av strömtransformatorer av det externa ställverket-330 kV, men med tanke på komplexiteten hos högspänningsutrustningen har de mycket större dimensioner.

På kraftutrustning används ofta inbäddade konstruktioner av strömtransformatorer, som placeras direkt på kraftverkets hölje.

De har sekundärlindningar med ledningar placerade runt högspänningsbussningen i ett tätat hus. Kablarna från CT-klämmorna dras till de här anslutna uttagslådorna.

Interna högspänningsströmtransformatorer använder oftast speciell transformatorolja som isolator. Ett exempel på en sådan design visas på bilden för strömtransformatorer i TFZM-serien designade för att fungera vid 35 kV.

Upp till och med 10 kV används solida dielektriska material för isolering mellan lindningarna vid tillverkningen av boxen.

Ett exempel på en strömtransformator TPL-10 som används i KRUN, slutna ställverk och andra typer av ställverk.

Ett exempel på anslutning av sekundärströmkretsen för en av REL 511-skyddskärnorna för en 110 kV brytare visas med ett förenklat diagram.

Aktuella transformatorfel och hur man hittar dem

En strömtransformator ansluten till en last kan bryta det elektriska motståndet hos lindningarnas isolering eller deras ledningsförmåga under påverkan av termisk överhettning, oavsiktlig mekanisk påverkan eller på grund av dålig installation.

I operativ utrustning är isoleringen oftast skadad, vilket resulterar i tur-till-sväng-kortslutning av lindningarna (minskning av överförd effekt) eller förekomsten av läckströmmar genom slumpmässigt skapade kortslutningskretsar.

För att identifiera platserna för installation av strömkretsen av dålig kvalitet utförs inspektioner av arbetskretsen med värmekamera periodiskt.Baserat på dem tas defekterna av brutna kontakter omedelbart bort, överhettning av utrustningen minskar.

Frånvaron av stängning från sväng till sväng kontrolleras av specialisterna från reläskydds- och automationslaboratorierna:

• tar ström-spänningskarakteristiken;

• laddning av transformatorn från en extern källa;

• mätningar av huvudparametrarna i arbetsschemat.

De analyserar också värdet av transformationskoefficienten.

I alla arbeten uppskattas förhållandet mellan den primära och sekundära strömvektorn efter magnitud. Deras vinkelavvikelser utförs inte på grund av bristen på högprecisionsfasmätanordningar som används för att kontrollera strömtransformatorer i metrologiska laboratorier.

Högspänningstester av dielektriska egenskaper tilldelas specialisterna på isoleringsservicelaboratoriet.