Tokovni transformatorji: zasnova, princip delovanja in vrste

Tokovni transformatorji se v današnji energetiki pogosto uporabljajo kot oprema za spreminjanje različnih električnih parametrov ob ohranjanju osnovnih vrednosti. Delovanje opreme temelji na zakonu indukcije, ki velja za magnetna in električna polja, ki se spreminjajo sinusno. Transformator transformira primarno vrednost toka glede na modul in prenos kota sorazmerno z neobdelanimi podatki. Izbrati opremo je treba glede na obseg uporabe naprav in število priključenih porabnikov.

Kaj je tokovni transformator?

Ta oprema se uporablja v industriji, občinskih komunikacijah in javnih službah, proizvodnji in drugih področjih za oskrbo s tokom z določenimi fizikalnimi parametri. Napetost se nanaša na tuljave primarnega navitja, kjer se kot posledica magnetnega sevanja ustvari izmenični tok. Enako sevanje prehaja skozi preostale tuljave, zaradi česar pride do gibanja sil EMF in ob kratkem stiku sekundarnih tuljav ali pri priključitvi na električni tokokrog se v sistemu pojavi sekundarni tok.

Sodobni tokovni transformatorji omogočajo pretvorbo energije s takšnimi parametri, tako da njegova uporaba ne dopušča poškodb opreme, ki deluje na njej. Poleg tega omogočajo merjenje povečane obremenitve z največjo varnostjo za stroje in osebje, saj imajo tuljave primarne in sekundarne vrste medsebojno zanesljivo izolacijo.

Za kaj transformatorji?

Določanje, za kaj potrebujete tokovni transformator, je zelo preprosto: obseg uporabe vključuje vse panoge, v katerih se transformirajo količine energije. Te naprave spadajo med pomožno opremo, ki se uporablja vzporedno z merilnimi instrumenti in releji pri ustvarjanju tokokroga izmeničnega toka. V teh primerih transformatorji pretvarjajo energijo za lažje dešifriranje parametrov ali za povezovanje opreme z različnimi lastnostmi v eno vezje.

Transformatorji imajo tudi merilno funkcijo: služijo za zagon električnih tokokrogov z višjimi napetostmi, na katere želite priključiti merilne instrumente, vendar to ni mogoče storiti neposredno. Glavna naloga takšnih transformatorjev je posredovanje pridobljenih informacij o parametrih toka na instrumente za merilno manipulacijo, ki so povezani s sekundarnim navitjem. Oprema omogoča tudi nadzor toka v tokokrogu: ko se uporabi rele in so doseženi največji tokovni parametri, se aktivira zaščita, ki izklopi opremo, da se prepreči izgorelost in poškodbe osebja.

Načelo delovanja

Delovanje takšne opreme temelji na zakonu indukcije, po katerem napetost zadene primarne tuljave in tok premaga ustvarjeni upor navitja, kar povzroči nastanek magnetnega toka, ki se prenese na magnetni vodnik. Tok je pravokoten na tok, kar zmanjša izgube, in ko prečka zavoje sekundarnega navitja, se aktivira sila EMF.Zaradi njegovega vpliva v sistemu nastane tok, ki je močnejši od upora tuljave, medtem ko se napetost na izhodu sekundarnih tuljav zmanjša.

Najenostavnejša zasnova transformatorja torej vključuje jedro iz kovine in par navitij, ki niso povezani med seboj in so izdelani v obliki ožičenja z izolacijo. V nekaterih primerih gre obremenitev samo za primarna in ne za sekundarna navitja: to je tako imenovani način mirovanja. Če je na sekundarno navitje priključena oprema, ki porablja energijo, skozi tuljave teče tok, ki ustvarja elektromotorno silo. Parametri EMF so določeni s številom obratov. Razmerje elektromotorne sile za primarne in sekundarne zavoje je znano kot razmerje transformacije, izračunano z razmerjem med njihovim številom. Možno je regulirati napetost končnega uporabnika s spreminjanjem števila primarnih ali sekundarnih ovojev.

Razvrstitev tokovnih transformatorjev

Obstaja več vrst takšne opreme, ki se delijo po številnih kriterijih, vključno z namenom, načinom namestitve, številom stopenj pretvorbe in drugimi dejavniki. Preden izberete tokovni transformator, morate upoštevati te parametre:

• Namen. Po tem kriteriju ločimo merilne, vmesne in zaščitne modele. Naprave vmesnega tipa se na primer uporabljajo pri povezovanju naprav za računalniška dejanja v sistemih relejne zaščite in drugih vezjih. Ločeno dodeljeni laboratorijski transformatorji, ki zagotavljajo večjo natančnost indikatorjev, imajo veliko število pretvorbenih koeficientov.
• Način namestitve. Obstajajo transformatorji za zunanjo in notranjo vgradnjo: ne samo, da izgledajo drugače, ampak imajo tudi različne kazalnike odpornosti na zunanje vplive (na primer naprave za zunanjo uporabo imajo zaščito pred padavinami in temperaturnimi razlikami).Razlikujte tudi nadzemne in prenosne transformatorje; slednji imajo relativno majhno težo in dimenzije.
• Vrsta navitja. Transformatorji so lahko eno- in večtuljavni, tuljavni, palični, zbiralni. Primarna in sekundarna navitja so lahko različna, razlike pa so povezane tudi z izolacijo (suha, porcelanska, bakelitna, oljna, spojina itd.).
• Stopnja transformacijskih korakov. Oprema je lahko enostopenjska ali dvostopenjska (kaskadna), meja napetosti 1000 V je lahko minimalna ali, nasprotno, največja.
• Oblikovanje. Glede na to merilo obstajata dve vrsti tokovnih transformatorjev - oljni in suhi. V prvem primeru so zavoji navitja in magnetnega jedra v posodi, ki vsebuje posebno oljnato tekočino: igra vlogo izolacije in omogoča regulacijo delovne temperature medija. V drugem primeru je hlajenje zračno hlajeno, takšni sistemi se uporabljajo v industrijskih in stanovanjskih zgradbah, saj oljnih transformatorjev ni mogoče vgraditi v notranjost zaradi povečane nevarnosti požara.
• Vrsta napetosti. Transformatorji so lahko padajoči in naraščajoči: v prvem primeru se napetost na primarnih navitjih zmanjša, v drugem pa poveča.
• Druga možnost za razvrstitev je izbira tokovnega transformatorja po moči. Ta parameter je odvisen od namena opreme, števila priključenih potrošnikov, njihovih lastnosti.

Parametri in značilnosti

Pri izbiri takšne opreme morate upoštevati glavne tehnične parametre, ki vplivajo na obseg uporabe in stroške. Glavne lastnosti so:

• Nazivna obremenitev ali moč: izbiro po tem kriteriju lahko izvedemo s pomočjo primerjalne tabele karakteristik transformatorja.Vrednost parametra določa ostale tokovne karakteristike, saj je strogo standardizirana in služi za določanje normalnega delovanja opreme v izbranem razredu točnosti.
• Nazivni tok. Ta parameter določa, kako dolgo lahko naprava deluje brez pregrevanja do kritičnih temperatur. Transformatorska oprema ima praviloma solidno rezervo na stopnji ogrevanja, v primeru preobremenitve do 18-20% je delovanje normalno.
• Napetost. Ta parameter je pomemben za kakovost izolacije navitja, zagotavlja nemoteno delovanje opreme.
• Napaka. Do tega pojava pride zaradi učinka magnetnega pretoka, vrednost napake je razlika med natančnimi podatki o primarnem in sekundarnem toku. Povečanje magnetnega pretoka v jedru transformatorja prispeva k sorazmernemu povečanju napake.
• Transformacijsko razmerje, ki je razmerje med tokom v primarnih in sekundarnih ovojih. Realna vrednost koeficienta se razlikuje od nominalne za znesek, ki je enak stopnji izgube pri pretvorbi energije.
• Mejna večkratnost, izražena kot razmerje med dejanskim primarnim tokom in nazivnim.
• Mnogokratnost toka, ki se pojavi v zavojih sekundarnega navitja.

Ključne podatke tokovnega transformatorja določa nadomestni diagram: omogoča preučevanje značilnosti opreme v različnih načinih, od prostega teka do polne obremenitve.

Glavni indikatorji so označeni na telesu naprave v obliki posebne oznake. Vsebuje lahko tudi podatke o načinu dvigovanja in namestitve opreme, opozorilne informacije o visoki napetosti na sekundarnih navitjih (nad 350 voltov), ​​informacije o prisotnosti ozemljitvene ploščice. Oznaka pretvornika energije se nanese v obliki nalepke ali barve.

Možne okvare

Tako kot katera koli druga oprema se tudi transformatorji občasno pokvarijo in zahtevajo servis strokovnjaka z diagnozo.Preden preverite enoto, morate vedeti, kakšne okvare se pojavijo in kateri znaki jim ustrezajo:

• Neenakomeren hrup v ohišju, prasketanje. Ta pojav običajno kaže na zlom ozemljitvenega elementa, prekrivanje ohišja z zavoji navitja ali ohlapno stiskanje listov, ki služijo za magnetno jedro.
• Prekomerno segrevanje ohišja, povečanje toka na strani potrošnika. Težavo lahko povzročijo kratki stiki navitij zaradi obrabe ali mehanske poškodbe izolacijske plasti, pogoste preobremenitve, ki so posledica kratkih stikov.
• Počeni izolatorji, drseči izpusti. Pojavijo se v primeru proizvodnih napak, ki niso bile zaznane pred začetkom delovanja, tujkov in prekrivanja med faznimi vhodi različnih vrednosti.
• Emisije olja, med katerimi se uniči diafragma izpušne strukture. Težava je posledica medfaznega kratkega stika, ki ga povzroči obraba izolacije, padec nivoja olja, padec napetosti ali pojav prevelikega toka v primeru prehodnega kratkega stika.
• Oljna tekočina pušča izpod tesnil ali v transformatorskih pipah. Glavni vzroki so nepravilno varjenje komponent, šibka tesnila, uničena tesnila ali neodrgnjeni čepi.
• Aktiviranje plinskega zaščitnega releja. Do tega pojava pride, ko pride do razgradnje olja zaradi okvare navitja, prekinitve tokokroga, pregorevanja kontaktov stikala ali v primeru kratkega stika na ohišje transformatorja.
• Sprožitev plinskega zaščitnega releja. Težavo povzroča aktivna razgradnja oljne tekočine zaradi izpada faze, notranje ali zunanje prenapetosti ali zaradi tako imenovanega "jeklenega ognja".
• Sprožena diferencialna zaščita. Ta napaka se pojavi, ko pride do okvare vodilnega ohišja, ko pride do prekrivanja med fazami ali v drugih primerih.

Da bi povečali funkcionalnost naprave, je potrebna redna kalibracija s termovizijsko kamero: oprema vam omogoča diagnosticiranje zmanjšanja kakovosti stika in znižanja delovne temperature. Med preverjanjem strokovnjaki izvajajo naslednje manipulacije:

• 1. Odčitavanje napetosti in toka.
  2. Preverjanje obremenitve z zunanjim virom.
  3. Določitev parametrov v delovnem krogu.
  4. Izračun transformacijskega razmerja, primerjava in analiza kazalnikov.

Izračun transformatorja

Osnovno načelo te naprave je opredeljeno s formulo U1/U2=n1/n2, katerega elementi so dešifrirani na naslednji način:

• U1 in U2 sta napetosti primarnega in sekundarnega toka.
• n1 in n2 sta njihovo število na primarnem in sekundarnem navitju.

Za določitev površine prečnega prereza jedra se uporablja druga formula: S=1,15 * √Pkjer se moč meri v vatih, površina pa v kvadratnih centimetrih. Če je v opremi uporabljeno jedro v obliki črke Sch, se površina preseka izračuna za srednje jedro. Pri določanju obratov v navitju primarnega nivoja se uporablja formula n=50*U1/S, v tem primeru komponenta 50 ni nespremenljiva, pri izračunih za preprečevanje pojava elektromagnetnih motenj je priporočljivo namesto nje dati vrednost 60. Druga formula je d=0,8*√Ikjer je d presek žice in I je indeks jakosti toka; uporablja se za izračun premera kabla.

Številke, dobljene pri izračunih, so zaokrožene navzgor (npr. izračunana moč 37,5 W je zaokrožena navzdol na 40). Zaokroževanje je dovoljeno le navzgor. Vse te formule se uporabljajo za izbiro transformatorjev, ki delujejo v omrežju 220 V; pri gradnji visokofrekvenčnih vodov se uporabljajo drugi parametri in metode izračuna.

Povezani članki: