Co je proudový transformátor, princip činnosti, typy, schémata

Proudový transformátor je typ „přístrojového transformátoru“, který je navržen tak, aby ve svém sekundárním vinutí produkoval střídavý proud, který je úměrný proudu měřenému v jeho primárním vinutí. Proudové transformátory snižují vysokonapěťové proudy na mnohem nižší hodnotu a poskytují pohodlný způsob, jak bezpečně sledovat skutečný elektrický proud protékající střídavým elektrickým vedením pomocí standardního ampérmetru. Princip činnosti hlavního transformátoru proudu se mírně liší od běžného transformátoru napětí.

Na rozdíl od napěťového nebo výkonového transformátoru se proudový transformátor skládá z jednoho nebo více závitů jako primárního vinutí. Toto primární vinutí může mít buď jeden plochý závit, nebo cívku silného drátu navinutého kolem jádra, nebo jednoduše vodič nebo přípojnici umístěnou středovým otvorem, jak je znázorněno na obrázku.

Kvůli tomuto typu uspořádání se proudový transformátor často také nazývá „sériový transformátor“, protože primární vinutí, které nikdy nemá více než několik závitů, je zapojeno do série s vodičem s proudem, který dodává zátěž.

Sekundární vinutí však může mít velký počet závitů cívky navinutých na vícevrstvém jádru z magnetického materiálu s nízkou ztrátou. Toto jádro má velkou plochu průřezu, takže hustota magnetického toku je nízká při použití vodiče s menší plochou průřezu, v závislosti na tom, kolik proudu musí spadnout, když se pokouší vydat DC, bez ohledu na připojenou zátěž. .

Sekundární vinutí bude dodávat proud buď do zkratu, ve formě ampérmetru, nebo do odporové zátěže, dokud napětí indukované v sekundárním vinutí nebude dostatečně velké, aby nasytilo jádro nebo způsobilo poruchu v důsledku nadměrného průrazu napětí.

Na rozdíl od napěťového transformátoru primární proud proudového transformátoru nezávisí na sekundárním zátěžovém proudu, ale je řízen externí zátěží. Sekundární proud je obvykle dimenzován na standardní 1 ampér nebo 5 ampér pro větší primární proudy.

Existují tři hlavní typy proudových transformátorů: navíjení, toroidní и stěžejní.

Vinutí transformátoru proudu – Primární vinutí transformátoru je fyzicky zapojeno do série s vodičem, který vede měřený proud protékající obvodem. Velikost sekundárního proudu závisí na poměru otáček transformátoru.

Toroidní transformátor proudu – neobsahuje primární vinutí. Místo toho vedení přenášející proud tekoucí v síti prochází oknem nebo otvorem v toroidním transformátoru. Některé proudové transformátory mají „rozdělené jádro“, které umožňuje jejich otevírání, instalaci a zavírání bez rozpojení obvodu, ke kterému jsou připojeny.

Proudový transformátor tyčového typu – Tento typ proudového transformátoru používá jako primární vinutí skutečný kabel nebo přípojnici hlavního obvodu, což odpovídá jedné otáčkě. Jsou zcela izolovány od vysokého provozního napětí systému a jsou obvykle přišroubovány k zařízení s proudem.

Proudové transformátory mohou snížit nebo „snížit“ úrovně proudu z tisíců ampér na standardní výstup se známým poměrem buď 5 A nebo 1 A pro normální provoz. S proudovými transformátory lze tedy používat malé a přesné přístroje a ovládací prvky, protože jsou izolovány od jakéhokoli vysokonapěťového elektrického vedení. Existuje mnoho aplikací pro měření a použití pro proudové transformátory, jako jsou wattmetry, měřiče účiníku, ochranná relé nebo jako vypínací cívky v magnetických vypínačích nebo MCB.

<strong>Návrh a obvod proudového transformátoru</strong>

Typicky se proudové transformátory a ampérmetry používají společně jako párový pár, ve kterém je konstrukce proudového transformátoru taková, aby poskytoval maximální sekundární proud odpovídající výchylce ampérmetru v plném rozsahu. U většiny proudových transformátorů existuje přibližný poměr zpětných závitů mezi dvěma proudy v primárním a sekundárním vinutí. Proto je kalibrace proudového transformátoru obvykle pro konkrétní typ ampérmetru.

Většina proudových transformátorů má standardní sekundární jmenovitý proud 5 A, přičemž primární a sekundární proudy jsou vyjádřeny v poměru, jako je 100/5. To znamená, že proud primárního vinutí je 20krát větší než proud sekundárního vinutí, takže když primárním vinutím poteče 100 ampérů, v sekundárním vinutí poteče 5 ampérů. Proudový transformátor, řekněme 500/5, bude produkovat 5A v sekundárním vinutí s 500A v primárním vinutí, což je 100krát více.

Provoz proudového transformátoru (CT) je založen na zákonu elektromagnetické indukce, pracuje v elektrických a magnetických polích, které se mění ve tvaru harmonických proměnných sinusových veličin.

CT se používají k měření proudu v zařízeních elektrických systémů. Zajišťují bezpečnost postupu, protože umožňují izolovat vysokonapěťový primární okruh od měřicího obvodu. Kromě toho vám transformátory umožňují simulovat určité procesy a poskytují ochranu elektrických instalací.

Princip činnosti

Činnost zařízení je založena na jevu elektromagnetické indukce. Při přivedení napětí na CT prochází závity prvního vinutí střídavý proud, který následně vytváří střídavý magnetický tok. Výsledkem je, že velká množství jsou převedena na hodnoty, které jsou bezpečné a pohodlné pro měření.

Primární vinutí se spouští pomalu a postupně, nejčastěji je to celé hliníková nebo měděná deska, méně často se používají cívky. Ke zkratování k zátěži se používá sekundární vinutí, ve kterém vzniká proud, jehož hodnota je úměrná průtoku v prvním prvku.

Výsledný proud prochází jádrem a je přerozdělován do všech vinutí, čímž v nich vznikají elektromotorické síly. Když jsou k obvodu připojena následující vinutí, v jejich závitech se také vytváří sekundární proud.

TT design

Tyto produkty lze nalézt jak v malých elektronických zařízeních, tak ve velkých elektrárnách. Rozdíly mezi nimi jsou pouze v rozměrech.

Konstrukčně se transformátory skládají ze dvou prvků:

• uzavřený magnetický obvod (jádro);
• 2 nebo více vinutí (primární a sekundární).

Všechny díly jsou umístěny ve speciálním pouzdře, které slouží jako ochrana proti mechanickému poškození.

Klíčové vlastnosti

Jedním z nejdůležitějších parametrů CT je jmenovité napětí, to znamená maximální hodnoty napětí, při kterých může zařízení správně fungovat. Tento indikátor je uveden v pasportu transformátoru, průměrná hodnota se pohybuje od 0,66 do 750 kV.

Mezi hlavní parametry CT patří transformační poměr. Je definován jako poměr primárního proudu k sekundárnímu proudu.

Další důležitou charakteristikou systémů je jmenovitý proud primární sítě (protékající primárním vinutím). Hodnota se může pohybovat od 1 A do 40 tisíc A. Sekundární indikátory proudu jsou vždy 1 A nebo 5 A, modely s 2 A a 2,5 A na vyžádání.

Další dva důležité parametry zařízení jsou elektrodynamický a tepelný odpor. První charakterizuje maximální amplitudu zkratového proudu. Zjednodušeně řečeno jde o schopnost transformátoru odolat ničivým účinkům zkratu.

Tepelný odpor je maximální hodnota zkratu, kterou systém vydrží po určitou dobu a netrpí vysokými teplotami.

Typy proudových transformátorů podle účelu

Existují následující odrůdy:

• Měření. Taková zařízení se používají k přenosu proudů do speciálních měřicích přístrojů. Používá se, když je přímé připojení měřidel nemožné nebo nebezpečné. CT jsou navrženy tak, aby měly minimální dopad na primární okruh a minimalizovaly jakékoli zkreslení proudu.
• Středně pokročilí. Používají se pro účely ochrany relé a poskytují proudovou izolaci v primárním a sekundárním vinutí.
• Laboratoř. Vyznačují se zvýšenou přesností a jsou určeny pro simulaci určité síly proudu.
• Ochranný. Připojeno k obvodům proudové ochrany. Jmenovitý proud takových systémů se často výrazně liší od síťového proudu. Výrobci přidělují ochranným zařízením určitou třídu přesnosti, která umožňuje jejich použití jako měřicí zařízení.

Klasifikace podle způsobu provedení

Samostatně stojí za zvážení způsobu provedení TT, protože v tomto případě existuje také několik možností. Rozlišují se následující typy:

• Toroidní. Instalují se na kabely nebo přípojnice, takže vůbec nepotřebují primární vinutí. Primární proud v tomto případě protéká sběrnicí, prochází jádrem a je fixován sekundárním vinutím.
• Schnout. U takových výrobků nemá primární vinutí izolaci, takže vlastnosti výsledného proudu závisí na použitém převodním koeficientu.
• Vysoké napětí (ropa a plyn). Používají se pro dodatečnou ochranu proti zkratu, ale nejsou vhodné pro měřicí práce.

Možnosti instalace transformátoru

Kromě účelu a způsobu provedení lze proudový transformátor rozdělit do několika typů v závislosti na způsobu instalace. Rozlišují se následující zařízení:

• Přenosný. Mobilní modely, které slouží k diagnostickým a laboratorním testům.
• Faktury. Používají se pro instalaci na horní části průchodek, jsou kompaktní a mají speciální upevnění pro instalaci.
• Vestavěný. Takové výrobky jsou zabudovány do elektrických strojů nebo spínacích zařízení (například generátorů nebo podobných zařízení).

Kromě toho existují transformátory pro venkovní instalaci (potřebné pro venkovní rozváděč – otevřený rozváděč) a vnitřní instalaci (pro vnitřní rozváděč – uzavřený rozváděč).

Bez ohledu na typ a způsob instalace mají všechna zařízení, kromě vestavěných, speciální kontaktní podložku. S jeho pomocí se spojí zemnící vodič a svorka, což v konečném důsledku maximálně zjednoduší proces instalace.