Трансформатор струму

1. Захист і вимірювання за допомогою трансформаторів струму
2. Класифікація трансформаторів струму
3. Параметри трансформаторів струму
4. Включення трансформатора струму в ланцюг і принцип дії
5. точність трансформаторів

Трансформатор струму - це пристрій, первинна обмотка якого послідовно включена в робочу ланцюг, а вторинна служить для проведення вимірювань. Подібні пристрої використовуються не тільки в лабораторіях для оцінки величин. Справжнє місце трансформаторів струму біля електростанцій, де вони допомагають контролювати режими, вносячи корективи в процес експлуатації обладнання.

Захист і вимірювання за допомогою трансформаторів струму

Одного разу знадобилося передати енергію на відстань. Це сталося в той момент розвитку історії, коли генератори стали розташовувати поблизу річок. Заводи перебували на звичайних місцях: на місці залягання ресурсів, поблизу великих міст - джерел робочої сили. Виявилося, що напруга 220, тим більше 110 В, неефективно передавати на відстань - ростуть втрати. Пояснення - при постійній потужності споживання збільшується струм, що прямо веде до підвищення виділяється в проводах тепла.

Схеми обмотки трансформаторів струму

Варіант збільшити перетин дроту швидко відкинули в сторону як занадто витратний. Тоді стали застосовувати підвищувальні трансформатори. В результаті встановлено, що з прийнятним ККД вдається передати на великі відстань електрику тільки при напрузі в десятки кіловольт. Зрозуміло, що настільки гігантську потужність потрібно контролювати. Частина наслідків обриву фазних проводів ліній електропередач:

1. Загибель людей, покликаних усунути несправність і випадково опинилися на місці.
2. Вихід з ладу двигунів трифазного харчування.
3. Вибухонебезпечні та пожежонебезпечні ситуації.

У рік на ділянку 100 км лінії передач напруги 380 В припадає 40 - 50 аварій, 40% припадає на обрив фазного проводу. В ході усунення нештатних ситуацій гине 4 - 5 чоловік. Повітряні лінії ненадійні, але це кращий сьогодні метод передачі електричної енергії на відстань, що вимагає заходів контролю і захисту. До того ж використовуються трансформатори струму і в вимірювальній техніці. Наприклад, в тандемі з трифазними лічильниками напруги.

Класифікація трансформаторів струму

Трансформатори струму прийнято класифікувати:

• За родом струму. Вимірюється напруга різниться по роду. Для проведення вимірювань в ланцюзі постійного струму використовується нарізка сигналу на імпульси. Безпосередньо трансформація неможлива:

1. для змінного струму;
2. для постійного струму.

• За призначенням. Ми вже сказали, що часто трансформатори струму застосовуються для вимірювань (наприклад, кВт год). Називають системи, де потрібно захистити персонал для підвищення безпеки. Зрозуміло, методики застосовуються і для локалізації та усунення нештатних ситуацій:

1. вимірювальні;
2. захисні.

• За типом перетворення. Контролери або вимірювачі працюють з струмом або напругою. Відповідно до цього випускаються трансформатори:

1. ток-ток;
2. ток-напруга.

• За способом подання інформації:

1. аналогові;
2. цифрові.

• За родом установки:

1. для закритих приміщень;
2. для роботи на відкритому повітрі (згідно ГОСТ 15150 категорія розміщення 1);
3. вбудовані;
4. спеціальні.

• За способом установки:

1. опорні (установка на площині);
2. прохідні (переважно пристрої введення в будівлю);
3. вбудовуються (буває без первинної обмотки, являє муздрамтеатр, який вдягають на ізоляцію токонесущей жили): шинний (ставиться на шину живлення); роз'ємний (магнітопровід складається з двох частин, які стягуються болтами).

• За кількістю коефіцієнтів трансформації. Згідно ГОСТ виділяють ряд напруг, що відрізняються один від одного на порядок. Для сполучення з однаковими приладами контролю коефіцієнт трансформації доводиться міняти:

1. з одним коефіцієнтом трансформації;
2. з декількома коефіцієнтами трансформації;

• За кількістю ступенів трансформації. Не завжди вдається отримати прийнятний рівень сигналу за допомогою єдиного перетворення. Тоді доводиться кількість обмоток збільшувати і знімати напругу неодноразово, знижуючи або підвищуючи:

1. одноступінчасті;
2. каскадні.

• За конструкцією первинної обмотки:

1. одновиткового: з власної первинної обмоткою (первинна обмотка прямокутна або кругла стрижнева або U-образна); без власної первинної обмотки;
2. ноговітковие.

• За родом ізоляції між первинною і вторинною обмотками:

1. з в'язкою (у вигляді компаундов);
2. з твердої (композитні матеріали, фарфор);
3. з газоподібної (повітря);
4. з комбінованою (масло і папір).

• За принципом перетворення струму:

1. оптико-електронні;
2. електромагнітні.

Конструкція, в інших випадках і принцип дії, визначаються вольтажем, для якого призначений прилад. Трансформатори струму підрозділяють на два сімейства: для низької напруги (до 1 кВ) і підвищеного (інші). Прилади вельми специфічні. Прилади, звичні зі шкільного курсу фізики, нагадують лише трансформатори струму з многовитковой обмоткою, приблизно нагадує котушку.

Різновиди трансформаторів струму

Параметри трансформаторів струму

При виборі для роботи в тандемі з трифазним лічильником насамперед звертають увагу на коефіцієнт трансформації. Ряд значень стандартизований, і потрібно вибирати прилади, здатні працювати в парі. Ми вже наголошували, що в інших випадках коефіцієнт трансформації можна змінювати, і потрібно цим користуватися.

Крім робочої напруги роль відіграє струм у первинній обмотці (досліджуваної мережі). Зрозуміло, що з ростом збільшується нагрів, і одного разу токонесущей частина може згоріти. Ця вимога не настільки актуально для трансформаторів без первинної обмотки. Номінальний вторинний струм зазвичай дорівнює 1 або 5 А, що служить критерієм для узгодження з сполучаються пристроями.

Потрібно Було звертати увагу на опір навантаження в ланцюзі вимірювання. Навряд чи знайдеться лічильник, вибивається із загального ряду, але потрібно контролювати момент. В іншому разі не гарантується точність показань. Коефіцієнт навантаження зазвичай не нижче 0,8. Це вже стосується вимірювальних приладів, з індуктивностями в складі. ГОСТ нормує значення в вольт-амперах. Для отримання опору в Омасі потрібно поділити цифру на квадрат струму вторинної обмотки.

Граничні режими роботи зазвичай характеризуються струмом електродинамічної стійкості, що виникають при короткому замиканні. У паспорті пишуть значення, при якому прилад пропрацює як завгодно довго без виходу з ладу. В умовах короткого замикання струм настільки сильний, що починає надавати механічний вплив. Часом замість струму електродинамічної стійкості вказується кратність його до номінального. Залишається лише зробити операцію множення. Зазначений параметр не стосується приладів без первинної обмотки.

До того ж визначається струм термічної стійкості, який трансформатор витримує без критичного перегріву. Цей вид стійкості здатний висловлюватися кратністю. Але поділяють струми термічної стійкості за часом, поки прилад залишиться справним:

1. Односекундний.
2. Двосекундних.
3. Секундний.

Залежності між струмами стійкості

Між струмами електродинамічної і термічної стійкості існують залежності, представлені на малюнку. При цьому температура первинної обмотки з алюмінію не повинна перевищувати 200 градусів Цельсія, а з міді - від 250 до 300 в залежності від типу ізоляції. Для високовольтних трансформаторів нормується механічна стійкість, що визначається дією вітру зі швидкістю 40 м / с (ураган):

1. 500 Н для виробів з номінальною напругою до 35 кВ.
2. 1000 Н для виробів з номінальною напругою від 110 до 220 кВ.
3. 1500 Н для виробів з номінальною напругою від 330 кВ.

Включення трансформатора струму в ланцюг і принцип дії

У загальному випадку прилад складається з магнітопровода і двох обмоток. Але трансформатор струму на відміну від звичного включається особливим чином. Первинна обмотка послідовно входить в основну ланцюг, де знаходяться споживачі, вторинна замикається на вимірювальний прилад або захисне реле.

При протіканні в первинній обмотці струму всередині муздрамтеатру з'являється поле, що викликає відгук. Одночасно у вторинній обмотці наводиться струм. Його поле направлено протилежно породив, а результуючий потік дорівнює різниці вихідного та новоутвореної. Він становить лише кілька відсотків від початкового і, власне, є передавальною ланкою системи. Результуюче магнітне поле пронизує по шляху проходження сердечника витки первинної і вторинної обмоток, наводячи в першій протидії ЕРС, а в другій ЕРС.

Електрорушійна сила породжує вторинний струм, кратність до первинного залежить від ставлення числа витків. Це коефіцієнт трансформації. Вторинний струм залишиться незмінним, а первинний стане рости, поки результуюче поле не стане одно полю при холостому ході. В результаті прилад знайде достатньо низький опір.

Пояснимо для повного розуміння поведінку трансформатора в режимі холостого ходу. В цьому випадку первинний струм наводить у муздрамтеатрі магнітне поле. Потік циркулює по замкнутому контуру з електротехнічної сталі з невеликим загасанням. Його дія таке, що створена ЕРС в первинній обмотці у напрямку протилежна напрузі мережі. Це відбувається тому, що в індуктивності струм відстає на 90 градусів, що наводиться ЕРС відстає ще на 90 градусів від магнітного поля.

Первинна і вторинна обмотки

Тепер уявімо, що вторинну обмотку навантажили. Таким чином енергія поля починає передаватися на вихід, утворюючи струм. Від вторинної обмотки утворюється магнітне поле в протифазі від породив його. Проти-ЕРС на вході падає, починає рости споживання. Підвищився струм збільшує первинне магнітне поле. Процес йде до настання рівноваги. Це трапиться, коли результуючий магнітне поле зрівняється з полем на холостому ходу. Пристрій почне споживати більше енергії, тепер в системі відбувається робота.

Зі сказаного зрозуміло:

1. Трансформатор будь-якого типу в режимі холостого ходу в мережу включати марно. Енергія буде витрачатися лише на втрати за рахунок перемагнічування сердечника (вихрові струми майже не утворюються, завдяки спеціальній конструкції у вигляді ізольованих один від одного пластин).
2. Мала кількість витків в трансформаторах струму потрібно, щоб знизити в зазначеному сегменті ланцюга споживання до мінімуму. Окремі екземпляри не мають первинної обмотки. Що виглядає логічним при великих протікають токах.

Ми бачили, між струмами існує магнітна зв'язок. Назва трансформаторів видається цілком логічним. Розроблено конструкції для захисту по перевантаженню (в режимі короткого замикання) і диференціальні схеми, які порівнюють величини струмів фазного і нульового проводу. В останньому випадку передбачається деякий поріг нечутливості схеми для обліку струмів витоку системи.

точність трансформаторів

Розглянутий клас пристроїв має два типи похибок, які потребують згадки:

1. Токовий похибкою називається розбіжність реального коефіцієнта трансформації з номінальним.
2. Кутовий похибкою називають розбіжність вектора вихідного струму від ідеального випадку (в протифазі щодо вхідного).

Існують спеціальні методи компенсації зазначених недоліків. Наприклад, за допомогою витковой корекції усувають струмовий похибка. Кут розбіжності усувають правильним вибором величини магнітної індукції в осерді.