Áramváltók – működési elv és alkalmazás

Energetikai rendszerekkel végzett munka során gyakran szükséges bizonyos elektromos mennyiségeket azokhoz hasonló analógokká alakítani, arányosan megváltozott értékekkel. Ez lehetővé teszi bizonyos folyamatok szimulálását az elektromos berendezésekben, és biztonságos méréseket végezhet.

Az áramváltó (CT) működése azon alapul az elektromágneses indukció törvényeváltakozó szinuszos nagyságú harmonikusok formájában változó elektromos és mágneses térben működő.

Az áramkörben folyó áramvektor elsődleges értékét másodlagos redukált értékké alakítja át, a modulusarányosságot és a pontos szögátvitelt figyelembe véve.

Az áramváltó működési elve

A transzformátoron belüli elektromos energia átalakítása során lezajló folyamatok bemutatását az ábra mutatja be.

Az I1 áram a teljesítmény primer tekercsen w1 fordulatszámmal folyik át, leküzdve a Z1 impedanciáját.E tekercs körül F1 mágneses fluxus képződik, amelyet az I1 vektor irányára merőlegesen elhelyezkedő mágneses áramkör fog fel. Ez az orientáció minimális elektromos energiaveszteséget biztosít, amikor azt mágneses energiává alakítják.

A w2 tekercs merőlegesen elhelyezkedő meneteit keresztezve az F1 fluxus E2 elektromotoros erőt indukál bennük, amelynek hatására a szekunder tekercsben I2 áram keletkezik, legyőzve a Z2 tekercs impedanciáját és a csatlakoztatott Zn kimeneti terhelést. Ebben az esetben a szekunder áramkör kivezetésein U2 feszültségesés jön létre.

A K1 mennyiséget hívjuk, az I1 / I2 vektorok transzformációs együtthatójának aránya határozza meg... Értékét a készülékek tervezése során állítjuk be, és kész szerkezetekben mérjük. A valós modellek mutatói és a számított értékek közötti különbségeket az áramváltó metrológiai jellemzői - pontossági osztálya - értékelik.

A tényleges működés során a tekercsekben lévő áramok értékei nem állandó értékek. Ezért a transzformációs együtthatót általában névleges értékek jelzik. Például az 1000/5 kifejezés azt jelenti, hogy 1 kiloamperes primer üzemi áram mellett 5 amperes terhelések fognak hatni a szekunder fordulatokban. Ezeket az értékeket használják az áramváltó hosszú távú teljesítményének kiszámításához.

Az I2 szekunder áramból származó F2 mágneses fluxus csökkenti az F1 fluxus értékét a mágneses áramkörben. Ebben az esetben a benne létrehozott Ф transzformátor fluxusát az Ф1 és Ф2 vektorok geometriai összegzése határozza meg.

Veszélyes tényezők az áramváltó működése közben

A szigetelés meghibásodása esetén nagyfeszültségű potenciál befolyásolhatja

Mivel a TT mágneses áramköre fémből készült, jó vezetőképességgel rendelkezik, és mágnesesen köti össze a szigetelt tekercseket (elsődleges és szekunder) egymással, a szigetelőréteg megsértése esetén megnövekszik a személyi vagy berendezési károk áramütésének veszélye.

Az ilyen helyzetek elkerülése érdekében a transzformátor egyik szekunder kivezetését földeljük, hogy baleset esetén a nagyfeszültségű potenciált levezetjük.

Ez a terminál mindig fel van tüntetve a készülék házán, és a bekötési rajzokon is fel van tüntetve.

Annak lehetősége, hogy a szekunder áramkör meghibásodása esetén nagyfeszültségű potenciál befolyásolja

A szekunder tekercs következtetéseit «I1» és «I2» jelöli, tehát az áramok iránya poláris, minden tekercsben egybeesik. Amikor a transzformátor működik, azokat mindig a terhelésre kell csatlakoztatni.

Ez azzal magyarázható, hogy a primer tekercsen áthaladó áram nagy potenciális teljesítménnyel rendelkezik (S = UI), amely alacsony veszteségű szekunder áramkörré alakul át, és megszakításkor az áramkomponens meredeken csökken az értékekre. a környezeten keresztüli szivárgást, de ugyanakkor a leesés jelentősen megnöveli a feszültségeket a törött szakaszban.

A szekunder tekercs nyitott érintkezőinél a potenciál az áram áthaladása során az elsődleges hurokban elérheti a több kilovoltot, ami nagyon veszélyes.

Ezért az áramváltók minden szekunder áramkörét mindig biztonságosan össze kell szerelni, és a söntzárlatokat mindig a használaton kívüli tekercsekre vagy magokra kell felszerelni.

Áramváltós áramkörökben alkalmazott tervezési megoldások

Minden áramváltó, mint elektromos eszköz, bizonyos problémák megoldására szolgál az elektromos berendezések működése során. Az ipar nagy választékot gyárt belőlük. Bizonyos esetekben azonban a szerkezetek javítása során könnyebb már bevált technológiájú kész modelleket használni, mint újratervezni és újakat gyártani.

Az egyfordulatú TT (az elsődleges áramkörben) létrehozásának elve alapvető, és a bal oldali képen látható.

Itt a szigeteléssel borított primer tekercs egy egyenes vonalú L1-L2 buszból készül, amely áthalad a transzformátor mágneses áramkörén, a szekunder tekercs pedig körbe van tekerve, és rákötve a terhelésre.

A többfordulatú, kétmagos CT létrehozásának elve a jobb oldalon látható. Itt két egyfordulatú transzformátort vesznek a szekunder áramköreikkel együtt, és bizonyos számú teljesítménytekercset vezetnek át a mágneses áramkörükön. Ily módon nemcsak a teljesítmény növekszik, hanem a kimenetre csatlakoztatott áramkörök száma is tovább nő.

Ez a három alapelv többféleképpen megváltoztatható. Például széles körben elterjedt több azonos tekercs alkalmazása egyetlen mágneses áramkör körül, hogy különálló, független másodlagos áramköröket hozzanak létre, amelyek autonóm módon működnek. Ezeket magoknak nevezzük. Ily módon a különböző rendeltetésű kapcsolók vagy vezetékek (transzformátorok) védelme egy áramváltó áramköreihez kapcsolódik.

Az erős mágneses áramkörrel rendelkező kombinált áramváltók, amelyeket a berendezések vészhelyzeti üzemmódjaiban használnak, és a szokásos, névleges hálózati paramétereken történő mérésre tervezett, teljesítmény-berendezésekben működnek.A betonacél köré csavart tekercsek a védőberendezések működtetésére szolgálnak, míg a hagyományos tekercsek az áram vagy a teljesítmény/ellenállás mérésére szolgálnak.

Így hívják őket:

• védőtekercsek «P» indexszel (relé);

• a mérést a TT metrológiai pontossági osztály számai jelzik, például «0,5».

A védőtekercsek az áramváltó normál működése során biztosítják az elsődleges áramvektor mérését 10%-os pontossággal. Ezzel az értékkel "tíz százaléknak" nevezik őket.

Mérési hibák

A transzformátor pontosságának meghatározásának elve lehetővé teszi a képen látható egyenértékű áramkör értékelését. Ebben az elsődleges mennyiségek összes értéke feltételesen le van redukálva a másodlagos hurkok működésére.

Az egyenértékű áramkör leírja a tekercsekben működő összes folyamatot, figyelembe véve a mag I árammal történő mágnesezésére fordított energiát.

Az ennek alapján felépített vektordiagram (SB0 háromszög) azt mutatja, hogy az I2 áramerősség eltér az I'1 értékétől az I felénk eső értékével (mágnesezés).

Minél nagyobbak ezek az eltérések, annál kisebb az áramváltó pontossága A CT mérési hibák figyelembevétele érdekében a következő fogalmakat vezetjük be:

• relatív áramhiba százalékban kifejezve;

• a radiánban megadott AB ívhosszból számított szöghiba.

A primer és szekunder áramvektorok eltérésének abszolút értékét az AC szegmens határozza meg.

Az áramváltók általános ipari kiviteleit úgy gyártják, hogy a 0,2-es jellemzőkkel meghatározott pontossági osztályokban működjenek; 0,5; 1,0; 3 és 10%.

Áramváltók gyakorlati alkalmazása

Modelleik változatos számban megtalálhatóak mind a kisméretű, kis házban elhelyezett elektronikai eszközökben, mind a jelentős, több méteres méreteket elfoglaló energiakészülékekben, működési jellemzők szerint felosztva.

Áramváltók osztályozása

Megállapodás szerint a következőkre oszthatók:

• mérés, áramok átvitele mérőműszerekhez;
• védett, áramvédő áramkörökhöz csatlakoztatva;
• laboratórium, magas szintű pontossággal;
• az újraátalakításhoz használt intermedierek.

A létesítmények működtetésekor a TT-t használják:

• kültéri kültéri telepítés;

• zárt berendezésekhez;

• beépített berendezések;

• felülről - helyezze be a hüvelyt;

• hordozható, lehetővé téve a mérések elvégzését különböző helyeken.

A TT berendezés üzemi feszültségének értéke szerint:

• nagyfeszültség (több mint 1000 volt);

• 1 kilovoltig terjedő névleges feszültséghez.

Az áramváltókat a szigetelőanyagok módszere, az átalakítási lépések száma és egyéb jellemzők szerint is osztályozzák.

Elvégzett feladatok

A külső mérőáram-transzformátorok elektromos áramkörök működtetésére szolgálnak elektromos energia mérésére, vonalak vagy teljesítményautotranszformátorok mérésére és védelmére.

Az alábbi képen látható a vezeték egyes fázisainak elhelyezkedése, valamint a szekunder áramkörök felszerelése a 110 kV-os kapcsolóberendezés kapocsdobozában a teljesítmény-autotranszformátor számára.

Ugyanezeket a feladatokat látják el a 330 kV-os külső kapcsolóberendezések áramváltói is, de a nagyobb feszültségű berendezések összetettsége miatt ezek sokkal nagyobb méretűek.

Az erősáramú berendezéseken gyakran használják az áramváltók beágyazott kialakítását, amelyeket közvetlenül az erőmű házára helyeznek.

Másodlagos tekercsekkel rendelkeznek, amelyek vezetékei a nagyfeszültségű persely körül vannak elhelyezve, lezárt házban. A CT-bilincsek kábelei az ide rögzített kapocsdobozokhoz vannak vezetve.

A belső nagyfeszültségű áramváltók leggyakrabban speciális transzformátorolajat használnak szigetelőként. Egy ilyen kialakításra egy példa látható a képen a TFZM sorozat áramváltóihoz, amelyeket 35 kV-on történő működésre terveztek.

10 kV-ig bezárólag szilárd dielektromos anyagokat használnak a tekercsek közötti szigetelésre a doboz gyártása során.

Példa a KRUN-ban, zárt kapcsolóberendezésekben és más típusú kapcsolóberendezésekben használt TPL-10 áramváltóra.

Példa az egyik REL 511 védőmag szekunder áramkörének csatlakoztatására egy 110 kV-os megszakítóhoz egyszerűsített diagrammal.

Az áramváltó hibái és azok megkeresése

A terhelésre kapcsolt áramváltó hő túlmelegedés, véletlen mechanikai behatások hatására vagy rossz szerelés hatására megtörheti a tekercsek szigetelésének elektromos ellenállását vagy vezetőképességét.

Az üzemi berendezésekben leggyakrabban a szigetelés sérül meg, ami a tekercsek kanyarodó rövidzárlatát (az átvitt teljesítmény csökkenése) vagy véletlenszerűen létrehozott rövidzárlati áramkörökön keresztül szivárgó áramok fellépését eredményezi.

Az áramkör rossz minőségű telepítésének helyeinek azonosítása érdekében a munkakört rendszeresen hőkamerákkal ellenőrizzük.Ezek alapján azonnal eltávolítják a törött érintkezők hibáit, csökkentik a berendezés túlmelegedését.

A kanyarról kanyarra történő zárás hiányát a relévédelmi és automatizálási laboratóriumok szakemberei ellenőrzik:

• az áram-feszültség karakterisztika felvétele;

• a transzformátor töltése külső forrásból;

• a fő paraméterek mérése a munkasémában.

A transzformációs együttható értékét is elemzik.

Minden munkában a primer és szekunder áramvektorok arányát nagyságrenddel becsülik. Szögeltéréseiket a metrológiai laboratóriumokban az áramváltók ellenőrzésére szolgáló nagy pontosságú fázismérő eszközök hiánya miatt nem végezzük el.

A dielektromos tulajdonságok nagyfeszültségű vizsgálatát a szigetelési szolgáltató laboratórium szakemberei bízzák meg.