電流互感器：設計、工作原理和類型

電流互感器在當今的能源工業中被廣泛用作改變各種電氣參數同時保持基本值的設備。設備的操作基於感應定律，這與正弦變化的磁場和電場有關。變壓器將電流的初級值轉換為與原始數據成比例的模數和角度傳輸。需要根據設備的使用範圍和連接的消費者數量來選擇設備。

什麼是電流互感器？

該設備用於工業、市政通信和公用事業、生產和其他領域，以提供具有某些物理參數的電流。電壓施加到初級繞組的線圈上，其中由於磁輻射而產生交流電。相同的輻射穿過其餘線圈，由此產生 EMF 力的運動，當次級線圈短路或連接到電路時，系統中會出現次級電流。

現代電流互感器可以使用這些參數轉換能量，因此它的使用不會損壞在其上運行的設備。此外，由於初級和次級排的線圈之間具有可靠的絕緣，因此它們可以最大程度地確保機​​械和人員安全地測量增加的負載。

什麼變壓器？

確定您需要電流互感器的用途非常簡單：應用範圍包括進行能量轉換的所有行業。這些設備屬於輔助設備，與測量儀器和繼電器並聯使用，以創建交流電路。在這些情況下，變壓器會轉換能量，以便更容易地解讀參數或將具有不同特性的設備連接到單個電路中。

變壓器還有一個測量功能：它們用於啟動具有更高電壓的電路，您希望將測量儀器連接到該電路，但無法直接進行。這種變壓器的主要任務是將獲得的有關電流參數的信息傳輸到連接到次級繞組的用於測量操作的儀器。該設備還可以控制電路中的電流：當使用繼電器並達到最大電流參數時，保護被激活，關閉設備以避免燒毀和傷害人員。

工作原理

這種設備的動作基於感應定律，根據該定律，電壓撞擊初級線圈，電流克服產生的繞組電阻，從而形成磁通量，轉移到磁導體。磁通量垂直於電流，從而最大限度地減少損耗，當它穿過次級繞組的匝數時，EMF 力被激活。由於其在系統中的影響，存在比線圈電阻更強的電流，而次級線圈輸出端的電壓降低。

因此，最簡單的變壓器設計包括一個金屬芯和一對繞組，它們彼此不連接，並以絕緣佈線的形式製成。在某些情況下，負載只進入初級繞組而不是次級繞組：這就是所謂的空閒模式。如果將耗電設備連接到次級繞組，則電流會流過線圈，從而產生電動勢。 EMF 參數由匝數決定。初級和次級匝數的電動勢之比稱為變比，由它們的數量之比計算。可以通過改變初級或次級匝數來調節最終用戶電壓。

電流互感器的分類

此類設備有多種類型，根據多種標准進行劃分，包括用途、安裝方法、轉換階段的數量和其他因素。在選擇電流互感器之前，您需要考慮以下參數：

• 目的。根據這個標準，有測量模型、中間模型和保護模型。例如，在繼電保護系統和其他電路中連接用於計算動作的設備時，會使用中間類型的設備。單獨分配的實驗室變壓器，提供更高的指標精度，具有大量的轉換係數。
• 安裝方法。有用於外部和內部安裝的變壓器：它們不僅外觀不同，而且具有不同的抗外部影響指標（例如，戶外使用的設備具有防止降水和溫差的保護）。還要區分架空和便攜式變壓器；後者俱有相對較低的重量和尺寸。
• 繞組類型。變壓器可以是單線圈和多線圈、線圈、棒、母線。初級繞組和次級繞組都可以不同，並且差異也與絕緣（乾式、瓷器、電木、油、複合等）有關。
• 轉換步驟的級別。設備可以是單級或兩級（級聯），1000 V的電壓限制可以是最小的，或者相反，最大的。
• 設計。根據這個標準，電流互感器有兩種類型——油式和乾式。在第一種情況下，繞組和磁芯的匝數位於裝有特殊油性液體的容器中：它起絕緣作用並允許調節介質的工作溫度。在第二種情況下，冷卻是風冷，這種系統用於工業和住宅建築，因為由於火災危險增加，不能在內部安裝油變壓器。
• 電壓類型。變壓器可以降壓和升壓：在第一種情況下，初級繞組上的電壓降低，而在第二種情況下 - 增加。
• 分類的另一種選擇是按功率選擇電流互感器。此參數取決於設備的用途、連接的消費者數量及其屬性。

參數及特點

在選擇此類設備時，需要考慮影響應用範圍和成本的主要技術參數。主要品質有：

• 額定負載或功率：可以通過使用變壓器特性比較表來根據此標准進行選擇。該參數的值決定了其他電流特性，因為它是嚴格標準化的，用於確定所選精度等級的設備的正常運行。
• 額定電流。該參數決定了設備可以在不過熱到臨界溫度的情況下運行多長時間。變壓器設備通常在加熱水平上具有可靠的儲備，在過載高達 18-20% 的情況下運行是正常的。
• 電壓。該參數對繞組絕緣質量很重要，它確保設備無故障運行。
• 錯誤。這種現象的發生是因為磁通量的影響，誤差值是準確的初級和次級電流數據之間的差異。增加變壓器鐵芯中的磁通量會導致誤差按比例增加。
• 變比，即初級匝數與次級匝數的電流之比。係數的實際值與標稱值的差異等於能量轉換損失的程度。
• 極限倍數，表示為實際初級電流與標稱電流之比。
• 次級繞組匝數中出現的電流的倍數。

電流互感器的關鍵數據由代換圖確定：它可以讓您研究從空載到滿載的不同模式下的設備特性。

主要指標以特殊標識的形式標註在設備本體上。它還可以包含有關設備提升和安裝方法的數據、有關次級繞組上的高壓（超過 350 伏）的警告信息、有關接地墊存在的信息。能量轉換器標記以貼紙或油漆的形式應用。

可能的故障

與任何其他設備一樣，變壓器會不時出現故障，需要專家服務和診斷。在檢查設備之前，您需要知道發生了哪些故障以及與它們相對應的標誌：

• 機箱內噪音不均，劈啪作響。這種現象通常表明接地元件的破損、繞組匝與外殼的重疊或用作磁芯的薄片的鬆動壓緊。
• 外殼過熱，增加了消耗端的電流。該問題可能是由於絕緣層磨損或機械損壞導致繞組短路，短路導致頻繁過載。
• 絕緣體破裂，滑動放電。它們出現在開始操作之前未檢測到的製造缺陷、異物以及不同值的相位輸入之間的重疊的情況下。
• 排氣結構的隔膜被破壞的油排放。該問題是由於絕緣磨損、油位下降、電壓下降或在發生直通式短路時發生過電流而引起的相間短路。
• 油液從墊圈下方或變壓器分接頭處洩漏。主要原因是組件焊接錯誤、密封不牢、墊圈損壞或水龍頭塞未摩擦。
• 氣體保護繼電器動作。當繞組故障、斷路、開關觸點燒毀或變壓器外殼短路導致油分解時，就會出現這種現象。
• 氣體保護繼電器跳閘。由於缺相、內部或外部過電壓或由於所謂的“鋼火”而導致油液的主動分解會導致該問題。
• 差動保護跳閘。此故障發生在前導箱發生故障、相間重疊或其他情況下。

為了最大限度地發揮設備的功能，需要使用熱像儀進行定期校準：該設備允許您診斷接觸質量下降和工作溫度下降。在驗證期間，專家執行以下操作範圍：

• 1. 讀取電壓和電流。
  2. 使用外部源檢查負載。
  3. 確定工作電路中的參數。
  4. 轉化率計算，指標對比分析。

變壓器的計算

該裝置的基本原理由公式定義 U1/U2=n1/n2，其中的元素被破譯如下：

• U1 和 U2 是初級和次級匝的電壓。
• n1 和 n2 分別是它們在初級和次級繞組上的編號。

為了確定芯的橫截面積，使用了另一個公式： S=1,15 * √P其中功率以瓦特為單位，面積以平方厘米為單位。如果設備中使用的鐵芯是字母Sch的形狀，則以中間鐵芯計算截面積。在確定初級繞組的匝數時，應用公式 n=50*U1/S， 在這種情況下，分量 50 不是一成不變的，在計算中，為了防止電磁干擾的發生，建議用 60 代替它。另一個公式是 d=0,8*√I式中 d 為導線截面，I 為電流強度指數；它用於計算電纜直徑。

計算中獲得的數字四捨五入（例如，計算的 37.5 W 功率向下四捨五入為 40）。只允許向上舍入。所有這些公式都用於變壓器的選擇，在220 V網絡中工作；在高頻線路的建設中使用其他參數和計算方法。

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