Przekładniki prądowe: urządzenie, zasada działania i typy

Przekładniki prądowe znajdują szerokie zastosowanie we współczesnej energetyce jako urządzenia do zmiany różnych parametrów elektrycznych na zbliżone przy zachowaniu podstawowych wartości. Działanie urządzenia opiera się na prawie indukcji, które jest istotne dla pól magnetycznych i elektrycznych zmieniających się sinusoidalnie. Transformator przekształca pierwotną wartość prądu zgodnie z modułem oraz transmisję kąta proporcjonalnie do pierwotnych danych. Wymagany jest dobór sprzętu w oparciu o zakres użytkowania urządzeń oraz liczbę podłączonych odbiorców.

Co to jest przekładnik prądowy?

Sprzęt ten znajduje zastosowanie w przemyśle, sieciach komunikacji miejskiej i inżynieryjnej, w produkcji oraz w innych dziedzinach do dostarczania prądu o określonych parametrach fizycznych.Napięcie jest przykładane do zwojów uzwojenia pierwotnego, gdzie w wyniku działania promieniowania magnetycznego powstaje prąd przemienny. To samo promieniowanie przechodzi przez pozostałe zwoje, dzięki czemu poruszają się siły EMF, a gdy zwoje wtórne są zwarte lub po podłączeniu do obwodu elektrycznego, w układzie pojawia się prąd wtórny.

Nowoczesne przekładniki prądowe pozwalają konwertować energię o takich parametrach, że jej zastosowanie nie pozwala na uszkodzenie sprzętu, który na niej pracuje. Ponadto umożliwiają pomiar zwiększonych obciążeń przy maksymalnym bezpieczeństwie sprzętu i personelu, ponieważ zwoje rzędów pierwotnego i wtórnego są niezawodnie odizolowane od siebie.

Cel transformatorów

Określenie, dlaczego potrzebny jest przekładnik prądowy, jest dość proste: zakres obejmuje wszystkie branże, w których przetwarzane są wielkości energii. Urządzenia te należą do wyposażenia pomocniczego używanego równolegle z przyrządami pomiarowymi i przekaźnikami podczas tworzenia obwodu prądu przemiennego. W takich przypadkach transformatory przetwarzają energię w celu wygodniejszego dekodowania parametrów lub łączenia urządzeń o różnych charakterystykach w jeden obwód.

Wyróżniają także funkcję pomiarową transformatorów: służą do uruchamiania obwodów elektrycznych o podwyższonym napięciu, do których wymagane jest podłączenie przyrządów pomiarowych, ale nie jest to możliwe bezpośrednio. Głównym zadaniem takich transformatorów jest przesyłanie otrzymanych informacji o parametrach prądu do przyrządów do pomiaru manipulacji, które są podłączone do uzwojenia wtórnego.Sprzęt umożliwia również kontrolę prądu w obwodzie: przy użyciu przekaźnika i osiągnięciu maksymalnych parametrów prądu aktywowana jest ochrona, która wyłącza sprzęt, aby uniknąć wypalenia i obrażeń personelu.

Zasada działania

Działanie takiego sprzętu opiera się na prawie indukcji, zgodnie z którym napięcie wchodzi do zwojów pierwotnych, a prąd pokonuje wytworzony opór uzwojenia, co powoduje powstanie strumienia magnetycznego przekazywanego do obwodu magnetycznego. Przepływ odbywa się w kierunku prostopadłym do prądu, co minimalizuje straty, a przy przecinaniu zwojów uzwojenia wtórnego aktywuje się siła SEM. W wyniku jego oddziaływania w układzie pojawia się prąd, który jest silniejszy od rezystancji cewki, natomiast napięcie na wyjściu zwojów wtórnych maleje.

Najprostsza konstrukcja transformatora składa się więc z rdzenia metalowego i pary uzwojeń niepołączonych ze sobą i wykonanych jako drut z izolacją. W niektórych przypadkach obciążenie trafia tylko do zwojów pierwotnych, a nie wtórnych: jest to tak zwany tryb bezczynności. Jeśli natomiast sprzęt zużywający energię jest podłączony do uzwojenia wtórnego, przez zwoje przepływa prąd, który wytwarza siłę elektromotoryczną. Parametry pola elektromagnetycznego są określone przez liczbę zwojów. Stosunek siły elektromotorycznej dla zwojów pierwotnych i wtórnych nazywany jest stosunkiem transformacji, liczonym ze stosunku ich liczby. Możesz regulować napięcie dla końcowego odbiorcy energii, zmieniając liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego lub wtórnego.

Klasyfikacja przekładników prądowych

Istnieje kilka rodzajów takiego sprzętu, które są podzielone według wielu kryteriów, w tym przeznaczenia, metody instalacji, liczby etapów konwersji i innych czynników. Przed wyborem przekładnika prądowego należy wziąć pod uwagę następujące parametry:

• Wizyta, umówione spotkanie. Według tego kryterium rozróżnia się modele pomiarowe, pośrednie i zabezpieczające. Tak więc urządzenia typu pośredniego są używane podczas podłączania urządzeń do działań obliczeniowych w systemach ochrony przekaźników i innych obwodach. Oddzielnie rozróżnia się transformatory laboratoryjne, które zapewniają zwiększoną dokładność wskaźników, mają dużą liczbę współczynników konwersji.
• Metoda instalacji. Istnieją transformatory do instalacji zewnętrznej i wewnętrznej: nie tylko wyglądają inaczej, ale także mają różne wskaźniki odporności na wpływy zewnętrzne (na przykład urządzenia do użytku na zewnątrz są chronione przed opadami atmosferycznymi i zmianami temperatury). Wyróżnia się również transformatory napowietrzne i przenośne; te ostatnie mają stosunkowo niewielką masę i wymiary.
• Rodzaj uzwojenia. Transformatory są jedno- i wieloobrotowe, cewkowe, prętowe, szynowe. Zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wtórne mogą się różnić, a różnice dotyczą również izolacji (sucha, porcelana, bakelit, olej, masa itp.).
• Poziom etapów transformacji. Sprzęt może być jedno- i dwustopniowy (kaskada), granica napięcia 1000 V może być minimalna lub przeciwnie, maksymalna.
• Projekt. Według tego kryterium rozróżnia się dwa rodzaje przekładników prądowych - olejowe i suche.W pierwszym przypadku zwoje uzwojenia i obwód magnetyczny znajdują się w pojemniku zawierającym specjalną oleistą ciecz: pełni ona rolę izolacji i pozwala kontrolować temperaturę pracy medium. W drugim przypadku chłodzenie odbywa się powietrzem, takie systemy są stosowane w budynkach przemysłowych i mieszkalnych, ponieważ transformatory olejowe nie mogą być instalowane wewnątrz ze względu na zwiększone zagrożenie pożarowe.
• Rodzaj napięcia. Transformatory mogą być obniżane i podwyższane: w pierwszym przypadku napięcie na zwojach pierwotnych jest zmniejszane, aw drugim wzrasta.
• Inną opcją klasyfikacji jest wybór przekładnika prądowego według mocy. Ten parametr zależy od przeznaczenia sprzętu, liczby podłączonych odbiorców, ich właściwości.

Parametry i właściwości

Przy wyborze takiego sprzętu należy wziąć pod uwagę główne parametry techniczne, które wpływają na zakres zastosowań i koszt. Główne cechy:

• Znamionowe obciążenie lub moc: doboru według tego kryterium można dokonać za pomocą tabeli porównawczej charakterystyk transformatora. Wartość parametru określa inne charakterystyki prądowe, ponieważ jest ściśle znormalizowana i służy do określenia normalnej pracy sprzętu w wybranej klasie dokładności.
• Prąd znamionowy. Wskaźnik ten określa okres, w którym urządzenie może funkcjonować bez przegrzewania się do temperatur krytycznych. W urządzeniach transformatorowych z reguły istnieje solidna rezerwa pod względem poziomu nagrzewania, przy przeciążeniu do 18-20%, praca odbywa się w trybie normalnym.
• Napięcie.Wskaźnik ma znaczenie dla jakości izolacji uzwojenia, zapewnia płynną pracę urządzenia.
• Błąd. Zjawisko to występuje pod wpływem strumienia magnetycznego, stopa błędu jest różnicą między dokładnymi danymi prądu pierwotnego i wtórnego. Wzrost strumienia magnetycznego w rdzeniu transformatora przyczynia się do proporcjonalnego wzrostu błędu.
• Współczynnik transformacji, który jest stosunkiem prądu w zwojach pierwotnym i wtórnym. Rzeczywista wartość współczynnika różni się od wartości nominalnej o wielkość równą stopniowi strat podczas przetwarzania energii.
• Wielokrotność graniczna wyrażona w stosunku do prądu pierwotnego w postaci rzeczywistej do wartości nominalnej.
• Wielokrotność prądu występującego w zwojach uzwojenia wtórnego.

Kluczowe dane przekładnika prądowego są określane przez obwód równoważny: pozwala to na badanie charakterystyk sprzętu w różnych trybach, od bezczynności do pełnego obciążenia.

Główne wskaźniki są wskazane na korpusie urządzenia w postaci specjalnego oznaczenia. Może również zawierać dane dotyczące sposobu podnoszenia i montażu sprzętu, informację ostrzegającą o podwyższonym napięciu na zwojach wtórnych (powyżej 350 V), informację o obecności podkładki uziemiającej. Oznakowanie konwertera energii nanosi się w formie naklejki lub farby.

Możliwe usterki

Jak każdy inny sprzęt, transformatory co jakiś czas się psują i wymagają wykwalifikowanego serwisu wraz z diagnostyką. Przed sprawdzeniem urządzenia musisz wiedzieć, jakie są awarie, jakie znaki im odpowiadają:

• Nierówny hałas wewnątrz obudowy, trzaski.Zjawisko to zwykle wskazuje na przerwę w elemencie uziemiającym, zachodzenie na obudowę zwojów uzwojenia lub osłabienie docisku arkuszy użytych do obwodu magnetycznego.
• Zbyt duże nagrzewanie się obudowy, wzrost natężenia prądu po stronie odbiorczej. Problem może być spowodowany zwarciem uzwojenia w wyniku zużycia lub mechanicznego uszkodzenia warstwy izolacyjnej, częstymi przeciążeniami wynikającymi z zwarcia.
• Pęknięcia izolatorów, wyładowania ślizgowe. Pojawiają się one wtedy, gdy wada produkcyjna nie została zidentyfikowana przed rozpoczęciem eksploatacji, odlew ciał obcych oraz nakładanie się wprowadzania faz o różnych wartościach.
• Emisje olejowe, podczas których zniszczona zostaje membrana konstrukcji wydechowej. Problem tłumaczy się zwarciem międzyfazowym spowodowanym zużyciem izolacji, spadkiem poziomu oleju, spadkami napięcia lub pojawieniem się przetężeń w warunkach zwarcia typu przelotowego.
• Wycieki oleju z uszczelek lub kranów transformatora. Głównymi przyczynami są złej jakości spawanie węzłów, słabe uszczelnienie, zniszczenie uszczelek lub niedotartych zatyczek zaworów.
• Włączenie przekaźnika ochrony gazowej. Zjawisko to występuje, gdy olej ulega rozkładowi, co następuje w wyniku zwarcia uzwojenia, rozwarcia obwodu, przepalenia styków łącznika lub w przypadku zwarcia do obudowy transformatora.
• Wyłączenie przekaźnika ochrony gazowej. Problem jest spowodowany aktywnym rozkładem oleistej cieczy w wyniku zwarcia międzyfazowego, przepięciem części wewnętrznej lub zewnętrznej lub z powodu tzw. „pożaru stali”.
• Zadziałała ochrona różnicowa. Ta usterka pojawia się, gdy nastąpi awaria obudowy wlotowej, gdy zachodzi nakładanie się faz lub w innych przypadkach.

Aby zmaksymalizować efektywność działania urządzenia, należy regularnie przeprowadzać weryfikację za pomocą kamery termowizyjnej: sprzęt pozwala na zdiagnozowanie spadku jakości styków oraz spadku temperatury pracy. Podczas weryfikacji specjaliści wykonują następujący zakres manipulacji:

• 1. Wykonywanie odczytów napięcia i prądu.
  2. Sprawdzenie obciążenia za pomocą zewnętrznego źródła.
  3. Wyznaczanie parametrów w schemacie roboczym.
  4. Obliczanie współczynnika transformacji, porównanie i analiza wskaźników.

Obliczanie transformatora

Podstawową zasadę działania tego urządzenia określa wzór U1/U2=n1/n2, którego elementy są dekodowane w następujący sposób:

• U1 i U2 to napięcie zwojów pierwotnych i wtórnych.
• n1 i n2 - ich liczba odpowiednio na uzwojeniach typu pierwotnego i wtórnego.

Aby określić pole przekroju rdzenia, stosuje się inną formułę: S=1,15*√P, w którym moc mierzy się w watach, a powierzchnię w centymetrach kwadratowych. Jeżeli rdzeń zastosowany w sprzęcie ma kształt litery W, wskaźnik przekroju obliczany jest dla pręta środkowego. Przy określaniu zwojów w uzwojeniu poziomu podstawowego stosuje się wzór n=50*U1/S, podczas gdy składnik 50 nie jest niezmienny, w obliczeniach, aby zapobiec występowaniu zakłóceń elektromagnetycznych, zaleca się zamiast niej ustawić wartość 60. Innym wzorem jest d=0,8*√I, w którym d jest przekrojem drutu, a I jest aktualnym wskaźnikiem siły; służy do obliczania średnicy kabla.

Liczby uzyskane podczas obliczeń są dostosowywane do wartości okrągłych (na przykład szacunkowa moc 37,5 W jest zaokrąglana do 40). Zaokrąglanie jest dozwolone tylko w górę.Wszystkie te formuły służą do wyboru transformatorów pracujących w sieci 220 V; podczas konstruowania linii wysokiej częstotliwości stosuje się inne parametry i metody obliczeniowe.

Podobne artykuły: