Virtamuuntajat — toimintaperiaate ja käyttö

Energiajärjestelmien kanssa työskennellessä on usein tarpeen muuntaa tietyt sähkösuureet vastaaviksi analogeiksi suhteellisesti muuttuneilla arvoilla. Näin voit simuloida tiettyjä prosesseja sähköasennuksissa ja tehdä mittauksia turvallisesti.

Virtamuuntajan (CT) toiminta perustuu sähkömagneettisen induktion lakitoimivat sähkö- ja magneettikentissä, jotka vaihtelevat vaihtelevien sinimuotoisten harmonisten muodossa.

Se muuntaa tehopiirissä virtaavan virtavektorin ensisijaisen arvon toissijaiseksi vähennetyksi arvoksi kunnioittaen moduulin suhteellisuutta ja tarkkaa kulman siirtoa.

Virtamuuntajan toimintaperiaate

Muuntajan sisällä sähköenergian muunnoksen aikana tapahtuvien prosessien demonstraatio on selitetty kaaviolla.

Virta I1 kulkee tehoensiökäämin läpi kierrosten lukumäärällä w1, ylittäen sen impedanssin Z1.Tämän kelan ympärille muodostuu magneettivuo F1, joka vangitaan magneettisella piirillä, joka sijaitsee kohtisuorassa vektorin I1 suuntaan nähden. Tämä suuntaus varmistaa minimaalisen sähköenergian häviön, kun se muunnetaan magneettiseksi energiaksi.

Ylittäessään käämin w2 kohtisuorassa olevat kierrokset, vuo F1 indusoi niissä sähkömotorisen voiman E2, jonka vaikutuksesta toisiokäämiin syntyy virta I2, joka voittaa kelan Z2 impedanssin ja kytketyn lähtökuorman Zn. Tässä tapauksessa toisiopiirin napoihin muodostuu jännitehäviö U2.

Suuruutta K1 kutsutaan vektorien I1 / I2 muunnoskertoimen perusteella... Sen arvo asetetaan laitteiden suunnittelun aikana ja mitataan valmiissa rakenteissa. Todellisten mallien indikaattoreiden ja laskettujen arvojen väliset erot arvioidaan metrologisella ominaisuudella - virtamuuntajan tarkkuusluokalla.

Varsinaisessa käytössä kelojen virtojen arvot eivät ole vakioarvoja. Siksi muunnoskerroin ilmaistaan ​​yleensä nimellisarvoilla. Esimerkiksi hänen lauseke 1000/5 tarkoittaa, että 1 kiloampeerin ensiökäyttövirralla 5 ampeerin kuormat vaikuttavat toisiokierroksissa. Näitä arvoja käytetään tämän virtamuuntajan pitkän aikavälin suorituskyvyn laskemiseen.

Toisiovirrasta I2 tuleva magneettivuo F2 vähentää vuon F1 arvoa magneettipiirissä. Tässä tapauksessa siinä luodun muuntajan Ф vuo määräytyy vektorien Ф1 ja Ф2 geometrisella summauksella.

Vaaralliset tekijät virtamuuntajan käytön aikana

Kyky vaikuttaa korkeajännitepotentiaaliin eristysvian sattuessa

Koska TT:n magneettipiiri on valmistettu metallista, sillä on hyvä johtavuus ja se yhdistää magneettisesti eristetyt käämit (ensisijaiset ja toisiokäämit) toisiinsa, eristyskerroksen rikkoutuessa kasvaa henkilö- tai laitevaurioiden sähköiskuvaara.

Tällaisten tilanteiden estämiseksi käytetään muuntajan toisen toisioliittimen maadoitusta sen yli olevan korkeajännitepotentiaalin tyhjentämiseksi onnettomuustapauksissa.

Tämä liitin on aina merkitty laitteen koteloon ja se on merkitty kytkentäkaavioihin.

Korkean jännitteen potentiaalin mahdollisuus vaikuttaa toisiopiirin vian sattuessa

Toisiokäämin päätelmät on merkitty «I1» ja «I2», joten virtojen suunta on polaarinen, sama kaikissa käämeissä. Kun muuntaja on toiminnassa, ne on aina kytkettävä kuormaan.

Tämä selittyy sillä, että ensiökäämin läpi kulkevalla virralla on korkea potentiaaliteho (S = UI), joka muunnetaan toisiopiiriksi, jolla on pienet häviöt, ja kun se katkeaa, virtakomponentti laskee jyrkästi arvoihin. vuoto ympäristön läpi, mutta samalla pudotus lisää merkittävästi jännityksiä katkenneessa osassa.

Potentiaali toisiokäämin avoimissa koskettimissa virran kulkiessa ensiösilmukassa voi nousta useisiin kilovoltteihin, mikä on erittäin vaarallista.

Siksi kaikki virtamuuntajien toisiopiirit on aina asennettava turvallisesti ja shunttioikosulkuja on aina asennettava käytöstä poistettuihin käämiin tai ytimiin.

Virtamuuntajapiireissä käytettävät suunnitteluratkaisut

Jokainen virtamuuntaja sähkölaitteena on suunniteltu ratkaisemaan tiettyjä ongelmia sähköasennusten käytön aikana. Teollisuus tuottaa niitä laajan valikoiman. Joissakin tapauksissa rakenteita parannettaessa on kuitenkin helpompi käyttää valmiita malleja, joissa on todistettu teknologia, kuin suunnitella uudelleen ja valmistaa uusia.

Yksikierrosisen TT:n (ensisijaisessa piirissä) luomisen periaate on perus, ja se näkyy vasemmalla olevassa kuvassa.

Tässä eristeellä päällystetty ensiökäämi on tehty muuntajan magneettipiirin läpi kulkevasta suoralinjaisesta väylästä L1-L2, ja toisiokäämi on kierretty sen ympärille ja kytketty kuormaan.

Periaate luoda monikierros CT kahdella ytimellä on esitetty oikealla. Tässä otetaan kaksi yksikierrosmuuntajaa toisiopiireineen ja tietty määrä tehokäämien kierroksia johdetaan niiden magneettisten piirien läpi. Tällä tavalla tehon lisäksi myös ulostuloon kytkettyjen piirien lukumäärä kasvaa entisestään.

Näitä kolmea periaatetta voidaan muuttaa eri tavoin. Esimerkiksi useiden identtisten kelojen käyttö yhden magneettipiirin ympärillä on laajalle levinnyt luomaan erillisiä, itsenäisiä toisiopiirejä, jotka toimivat itsenäisesti. Näitä kutsutaan ytimiksi. Näin yhden virtamuuntajan virtapiireihin kytketään eri tarkoituksiin käytettävien kytkimien tai linjojen (muuntajien) suojaus.

Yhdistetyt virtamuuntajat, joissa on voimakas magneettipiiri, joita käytetään laitteiden hätätiloissa, ja tavallinen, suunniteltu mittauksiin nimellisillä verkkoparametreilla, toimivat teholaitteiden laitteissa.Harjaraudan ympärille käärittyjä keloja käytetään suojalaitteiden ohjaamiseen, kun taas tavanomaisia ​​keloja käytetään virran tai tehon/vastuksen mittaamiseen.

Niitä kutsutaan näin:

• suojakelat, jotka on merkitty indeksillä «P» (rele);

• mittaus, joka on ilmaistu metrologisen tarkkuusluokan TT numeroilla, esimerkiksi «0,5».

Virtamuuntajan normaalikäytössä olevat suojakäämit tarjoavat ensiövirtavektorin mittauksen 10 % tarkkuudella. Tällä arvolla niitä kutsutaan "kymmeneksi prosentiksi".

Mittausvirheet

Muuntajan tarkkuuden määrittämisen periaate antaa sinun arvioida sen kuvassa näkyvän vastaavan piirin. Siinä kaikki primäärisuureiden arvot pelkistetään ehdollisesti toissijaisten silmukoiden toimintaan.

Vastaava piiri kuvaa kaikkia käämeissä toimivia prosesseja ottaen huomioon sydämen magnetoimiseen käytetyn energian virralla I.

Sen perusteella rakennettu vektorikaavio (kolmio SB0) osoittaa, että virta I2 eroaa I'1:n arvoista I:n arvolla meitä kohti (magnetointi).

Mitä suurempia nämä poikkeamat ovat, sitä pienempi on virtamuuntajan tarkkuus. CT-mittausvirheiden huomioon ottamiseksi otetaan käyttöön seuraavat käsitteet:

• suhteellinen virtavirhe prosentteina ilmaistuna;

• kulmavirhe laskettu kaaren pituudesta AB radiaaneina.

Ensiö- ja toisiovirtavektorien poikkeaman absoluuttinen arvo määräytyy AC-segmentin mukaan.

Virtamuuntajien yleiset teolliset mallit on valmistettu toimimaan tarkkuusluokissa, jotka määritellään ominaisuuksilla 0,2; 0,5; 1,0; 3 ja 10 %.

Virtamuuntajien käytännön sovellus

Niiden malleja löytyy monipuolisesti sekä pienessä kotelossa olevista pienistä elektroniikkalaitteista että merkittävistä useiden metrien mittaisista energialaitteista, jotka on jaettu toimintaominaisuuksien mukaan.

Virtamuuntajien luokitus

Sopimuksen mukaan ne jaetaan:

• mittaus, virtojen siirto mittauslaitteisiin;
• suojattu, kytketty virtasuojapiireihin;
• laboratorio, jolla on korkea tarkkuusluokka;
• välituotteet, joita käytetään uudelleen muuntamiseen.

Tiloja käytettäessä TT:tä käytetään:

• ulkona ulkona asennus;

• suljetuille asennuksille;

• sisäänrakennetut laitteet;

• ylhäältä - aseta holkki;

• kannettava, joten voit tehdä mittauksia eri paikoista.

TT-laitteen käyttöjännitteen arvon mukaan on:

• korkea jännite (yli 1000 volttia);

• nimellisjännitearvoille 1 kilovolttiin asti.

Myös virtamuuntajat luokitellaan eristysmateriaalien menetelmän, muunnosvaiheiden lukumäärän ja muiden ominaisuuksien mukaan.

Tehtävät suoritettu

Ulkoisia mittausvirtamuuntajia käytetään sähköpiirien toimintaan sähköenergian mittaamiseen, mittauksiin ja linjojen tai tehoautomuuntajien suojaukseen.

Alla oleva kuva näyttää niiden sijainnin linjan kullekin vaiheelle ja toisiopiirien asennuksen tehoautomuuntajan 110 kV kojeiston liitäntäkoteloon.

Samat tehtävät suorittavat ulkoisen 330 kV kojeiston virtamuuntajat, mutta korkeamman jännitteen laitteiden monimutkaisuuden vuoksi niillä on paljon suuremmat mitat.

Teholaitteissa käytetään usein sulautettuja virtamuuntajien malleja, jotka sijoitetaan suoraan voimalaitoksen koteloon.

Niissä on toisiokäämit, joiden johdot on sijoitettu korkeajänniteholkin ympärille suljetussa kotelossa. CT-liittimien kaapelit on reititetty tähän kiinnitettyihin liitäntäkoteloihin.

Sisäiset suurjännitevirtamuuntajat käyttävät useimmiten erityistä muuntajaöljyä eristeenä. Esimerkki tällaisesta rakenteesta on esitetty kuvassa TFZM-sarjan virtamuuntajille, jotka on suunniteltu toimimaan 35 kV jännitteellä.

Laatikon valmistuksessa käämien välisenä eristeenä käytetään 10 kV:iin asti kiinteitä dielektrisiä materiaaleja.

Esimerkki virtamuuntajasta TPL-10, jota käytetään KRUN:issa, suljetuissa kojeistoissa ja muun tyyppisissä kojeistoissa.

Esimerkki yhden REL 511 -suojasydämen toisiovirtapiirin kytkemisestä 110 kV:n katkaisijalle on esitetty yksinkertaistetulla kaaviolla.

Virtamuuntajan viat ja niiden löytäminen

Kuormaan kytketty virtamuuntaja voi rikkoa käämien eristyksen sähkövastuksen tai niiden johtavuuden ylikuumenemisen, tahattomien mekaanisten vaikutusten tai huonon asennuksen vaikutuksesta.

Käyttölaitteissa eristys vaurioituu useimmiten, mikä johtaa käämien käänteiseen oikosulkuun (siirrettävän tehon aleneminen) tai vuotovirtojen esiintymiseen satunnaisesti syntyneiden oikosulkupiirien kautta.

Virtapiirin huonolaatuisen asennuspaikan tunnistamiseksi työpiirin tarkastukset suoritetaan säännöllisesti lämpökameroilla.Niiden perusteella rikkoutuneiden koskettimien viat poistetaan välittömästi, laitteiden ylikuumeneminen vähenee.

Releen suojaus- ja automaatiolaboratorioiden asiantuntijat tarkistavat sulkeutumisen puuttumisen käännöksestä käännökseen:

• otetaan virta-jännite-ominaisuus;

• muuntajan lataaminen ulkoisesta lähteestä;

• työkaavion pääparametrien mittaukset.

He myös analysoivat muunnoskertoimen arvon.

Kaikissa teoksissa ensiö- ja toisiovirtavektorien välinen suhde on arvioitu suuruuden mukaan. Niiden kulmapoikkeamia ei suoriteta, koska metrologisissa laboratorioissa virtamuuntajien tarkastamiseen käytettävien erittäin tarkkojen vaihemittauslaitteiden puute.

Dielektristen ominaisuuksien suurjännitetestit on määrätty eristyspalvelulaboratorion asiantuntijoille.