Strømtransformere: design, funktionsprincip og typer

Strømtransformere anvendes i vid udstrækning i moderne energiteknik som udstyr til at ændre forskellige elektriske parametre, samtidig med at deres grundværdier bevares. Udstyrets funktion er baseret på loven om induktion, som er relevant for magnetiske og elektriske felter, der varierer sinusformet. Transformatoren transformerer den primære strømværdi med hensyn til modulation og vinkeloverførsel i forhold til de rå data. Valget af udstyr skal foretages på grundlag af anvendelsesområdet og antallet af tilsluttede forbrugere.

Hvad er en strømtransformator?

De anvendes i industrien, kommunal- og anlægsindustrien, industrien og andre områder til at anvende strøm med definerede fysiske parametre. Spændingen påføres spolerne i den primære vikling, hvor der dannes en vekselstrøm som følge af magnetisk stråling. Den samme stråling bevæger sig gennem de resterende spoler, hvorved EMF-kræfterne bevæger sig, og når de sekundære spoler kortsluttes eller forbindes til det elektriske kredsløb, opstår der en sekundær strøm i systemet.

Moderne strømtransformere gør det muligt at omdanne energi på en sådan måde, at dens anvendelse ikke beskadiger det udstyr, der bruger den. De gør det også muligt at måle større belastninger med maksimal sikkerhed for maskiner og personale, fordi de primære og sekundære viklinger er pålideligt isolerede fra hinanden.

Hvilke transformatorer til?

Det er let at se, hvad en strømtransformator er god til: dens anvendelsesområder dækker alle områder, hvor energiværdier omdannes. Disse anordninger er hjælpeanordninger, der anvendes parallelt med måleinstrumenter og relæer til at skabe et vekselstrømskredsløb. I disse tilfælde konverterer transformatorer energi for at gøre det lettere at afkode parametre eller for at forbinde udstyr med forskellige egenskaber i det samme kredsløb.

Der er også transformatorernes målefunktion: De bruges til at drive elektriske kredsløb med højere spændinger, som måleinstrumenter skal tilsluttes, men det er ikke muligt at gøre det direkte. Deres hovedfunktion er at overføre de indsamlede oplysninger om strømværdierne til de måleinstrumenter, der er tilsluttet den sekundære vikling. Det gør det også muligt at overvåge strømmen i kredsløbet: Når relæet anvendes og den maksimale strømværdi nås, aktiveres en beskyttelse, som lukker udstyret ned for at forhindre udbrænding og personskade.

Princippet for drift

Driften af dette udstyr er baseret på loven om induktion, hvorved spændingen går ind i de primære viklinger, og strømmen overvinder den modstand, der skabes af viklingen, hvilket medfører, at magnetisk flux overføres til den magnetiske spole. Strømmen er vinkelret på strømmen, hvilket minimerer tab, og når den krydser de sekundære viklinger, aktiveres EMF'en. Dette inducerer en strøm i systemet, som er større end spolemodstanden, og spændingen ved sekundærspolernes udgangsspole reduceres.

Den enkleste konstruktion af en transformer består derfor af en metalkerne og et par viklinger, som ikke er forbundet med hinanden, men er udført som isolerede ledninger. I nogle tilfælde er belastningen kun på de primære viklinger og ikke på de sekundære: dette er den såkaldte tomgangsmodus. Hvis der er tilsluttet strømforbrugende udstyr til den sekundære vikling, strømmer der en strøm gennem spolerne, og der opstår en elektromotorisk kraft. EMF bestemmes af antallet af vindinger. Forholdet mellem den elektromotoriske kraft for de primære og sekundære vindinger er kendt som transformationsforholdet, der beregnes ud fra forholdet mellem antallet af vindinger. Det er muligt at regulere slutspændingen ved at ændre antallet af primære eller sekundære vindinger.

Klassificering af strømtransformere

Der findes flere typer strømtransformere, som klassificeres efter en række kriterier, herunder formål, installationsmetode, antal konverteringstrin og andre faktorer. Disse parametre bør overvejes, før du vælger en strømtransformator:

• Formål. Dette bruges til at skelne mellem måle-, mellemliggende og beskyttelsesmodeller. For eksempel anvendes mellemtransformere til tilslutning af enheder til beregningsoperationer i relæbeskyttelsessystemer og andre kredsløb. Separate laboratorietransformere, som giver øget nøjagtighed af indikatorer, har et stort antal omregningskoefficienter.
• Monteringsmetode. Der er transformere til udendørs og indendørs installation: de ser ikke kun anderledes ud, men har også forskellige indikatorer for modstandsdygtighed over for eksterne påvirkninger (for eksempel har enheder til udendørs brug beskyttelse mod nedbør og temperaturudsving). Der skelnes også mellem padmount- og bærbare transformatorer; sidstnævnte har en forholdsvis lav vægt og lave dimensioner.
• Vindingstype. Transformere kan være enkelt- og multivolt-, spole-, kerne- eller samleskinne-transformere. Både den primære og sekundære vikling kan være forskellige, og isoleringen (tør, porcelæn, bakelit, olie, compound osv.) er også forskellig.
• Niveauet af transformationstrin. Udstyret kan være enkelt- eller totrinsudstyr (kaskade), og spændingsgrænsen på 1000 V kan være minimum eller maksimum.
• Design. Der er to typer strømtransformere i henhold til dette kriterium - olieinddampede og tørre typer. I det første tilfælde befinder viklingerne og den magnetiske kerne sig i en beholder med en særlig olieagtig væske, som fungerer som isolering og gør det muligt at regulere mediets driftstemperatur. I det andet tilfælde er der tale om luftkøling, og sådanne systemer anvendes i industri- og boligbygninger, da olietransformatorer ikke kan installeres indendørs på grund af den øgede brandrisiko.
• Type af spænding. Transformere kan være step-down og step-up: I det første tilfælde reduceres spændingen på primærviklingen, mens spændingen øges i det andet tilfælde.
• En anden måde at klassificere på er at vælge en strømtransformator efter dens effekt. Denne parameter afhænger af udstyrets formål, antallet af tilsluttede forbrugere og deres egenskaber.

Parametre og karakteristika

Når du vælger sådant udstyr, skal du overveje de vigtigste tekniske parametre, der påvirker anvendelsesområdet og omkostningerne. De vigtigste funktioner er:

• Nominel belastning eller effekt: Der kan foretages et valg ved hjælp af sammenligningstabellen over transformatorkarakteristika. Værdien af denne parameter er afgørende for de andre strømværdier, da den er strengt standardiseret og tjener til at definere, at udstyret fungerer korrekt i den valgte nøjagtighedsklasse.
• Nominel strøm. Denne værdi bestemmer, hvor længe enheden kan fungere uden at overophede til kritiske temperaturer. Transformerudstyr har normalt en betydelig termisk reserve og fungerer normalt, når det overbelastes med op til 18-20 %.
• Spænding. Denne værdi er vigtig for kvaliteten af viklingsisoleringen og sikrer, at maskinen fungerer problemfrit.
• Fejl. Dette fænomen skyldes den magnetiske flux; fejlværdien er forskellen mellem den nøjagtige primære og sekundære strøm. Den øgede magnetiske flux i transformerkernen bidrager til en proportional stigning i fejlen.
• Transformationsforholdet, som er forholdet mellem strømmen i de primære viklinger og de sekundære viklinger. Den reelle værdi af koefficienten afviger fra den nominelle værdi med et beløb svarende til graden af energiomdannelsestabet.
• Grænse multiplicitet, udtrykt som forholdet mellem den faktiske primærstrøm og den nominelle strøm.
• Multiplicitet af den strøm, der forekommer i viklingerne i sekundærviklingen.

De vigtigste data for en strømtransformator bestemmes af et effektfaktordiagram: Dette gør det muligt at undersøge udstyrets egenskaber i forskellige driftsformer, fra tomgang til fuld belastning.

De vigtigste værdier er markeret på apparatets krop ved hjælp af en særlig mærkning. Den kan også indeholde oplysninger om, hvordan udstyret skal løftes og installeres, advarselsoplysninger om høje spændinger på de sekundære viklinger (over 350 volt) og oplysninger om tilstedeværelsen af en jordingsbånd. Energikonverteren er mærket med et klistermærke eller med maling.

Mulige fejl

Som med alt andet udstyr fejler transformere fra tid til anden og kræver ekspertvedligeholdelse med diagnose. Før du kontrollerer enheden, er det vigtigt at vide, hvilke fejl der opstår, og hvilke tegn der svarer til dem:

• Ujævn støj inde i kabinettet, knitren. Dette fænomen indikerer normalt et brud på jordingselementet, overlapning af huset fra viklingssvingningerne eller en løs presning af de plader, der tjener som magnetisk kerne.
• Overdreven opvarmning af kabinettet, øget strøm på forbrugersiden. Problemet kan være forårsaget af kortslutninger i viklingen på grund af slid eller mekanisk beskadigelse af isoleringslaget, hyppige overbelastninger som følge af kortslutninger.
• Revner i isolatorer, glidende udladninger. Disse opstår i tilfælde af produktionsfejl, der ikke er opdaget før opstart, fremmedlegemer og overlapninger mellem faseledninger med forskellige værdier.
• Olieemissioner, hvor membranen i udstødningsanordningen brister. Problemet skyldes kortslutninger mellem faserne, der skyldes slitage på isoleringen, faldende olieniveau, spændingsfald eller overstrøm ved kortslutning fra ende til ende.
• Der løber olie ud fra pakninger under pakninger eller i transformerhaner. Hovedårsagerne er mangelfuld svejsning af komponenter, svage pakninger, ødelagte pakninger eller uoprevne ventilpropper.
• Aktivering af gasbeskyttelsesrelæet. Dette fænomen opstår, når olien nedbrydes på grund af en viklingsfejl, et åbent kredsløb, udbrændte kontaktkontakter eller i tilfælde af kortslutning til transformerhuset.
• Udkobling af gasbeskyttelsesrelæet. Problemet skyldes aktiv nedbrydning af olievæsken som følge af en fejl mellem faserne, intern eller ekstern overspænding eller som følge af en såkaldt "stålbrand".
• Udløst differentialbeskyttelse. Denne fejl opstår, når der er et sammenbrud i feederhuset, når der er en overlapning mellem faserne eller i andre tilfælde.

For at maksimere apparatets funktionalitet bør der foretages regelmæssig kontrol ved hjælp af et termisk kamera: udstyret kan diagnosticere forringet kontaktkvalitet og nedsat driftstemperatur. Specialisterne udfører følgende række af operationer under verifikationen:

• 1. Spændings- og strømaflæsninger.
  2. Kontrol af belastning ved hjælp af en ekstern kilde.
  3. Bestemmelse af parametrene i driftskredsløbet.
  4. Beregning af transformationsforholdet, sammenligning og analyse af værdierne.

Beregning af en transformer

Det grundlæggende princip er defineret ved formlen U1/U2=n1/n2, hvis elementer afkoder sig på følgende måde:

• U1 og U2 er spændingerne for de primære og sekundære vindinger.
• n1 og n2 er antallet af henholdsvis primære og sekundære viklinger.

Der anvendes en anden formel til at bestemme kernetværsnittet: S=1,15 * √PEffekten måles i watt, og arealet måles i kvadratcentimeter. Hvis den kerne, der anvendes i udstyret, er formet som et S, beregnes tværsnitsarealet for den midterste kerne. For at bestemme vindingerne i den primære niveauvikling skal du bruge formlen n=50*U1/S, hvor komponent 50 ikke er uforanderlig, anbefales det, at den erstattes af 60 for at undgå elektromagnetisk interferens. En anden formel er d=0,8*√Ihvor d er lederens tværsnit og I er strømstyrkeindekset, anvendes til at beregne kabeldiameteren.

De beregnede tal er afrundet opad (f.eks. er den beregnede effekt på 37,5 W afrundet nedad til 40). Der må kun afrundes opad. Alle ovenstående formler anvendes til valg af transformere, der fungerer i 220 V-nettet; ved konstruktion af højfrekvensledninger anvendes andre parametre og beregningsmetoder.

Relaterede artikler: