Трансформатор струму - енциклопедія
Трансформатор струму - це пристрій, первинна обмотка якого послідовно включена в робочу ланцюг, а вторинна служить для проведення вимірювань. Такі пристрої використовуються зовсім не тільки в лабораторіях для оцінки величин. Справжнє місце трансформаторів струму біля електростанцій, де вони допомагають контролювати режими і в разі потреби вносити корективи в процес експлуатації обладнання.
Захист і вимірювання за допомогою трансформаторів струму
Свого часу знадобилося передати енергію на відстань. Це сталося в той момент розвитку історії, коли генератори стали розташовувати поблизу річок. У той час як заводи перебували на своїх звичайних місцях: на місці залягання ресурсів, поблизу великих міст - джерел робочої сили. Виявилося, що напруга 220, а тим більше 110 В, неефективно передавати на відстань, тому що ростуть втрати. Це відбувається тому, що при постійній потужності споживання збільшується струм, що прямо веде до підвищення виділяється в проводах тепла.
Схеми обмотки трансформаторів струму
Варіант збільшити перетин дроту швидко був відкинутий в сторону, як занадто витратний. Тоді і стали застосовувати підвищувальні трансформатори. В результаті було встановлено, що з прийнятним ККД можна передати на великі відстань електрику тільки при напрузі в десятки кіловольт. Зрозуміло, що таку гігантську потужність потрібно якось контролювати. Ось лише деякі з наслідків обриву фазних проводів ліній електропередач:
- Загибель людей, як покликаних усунути несправність, так і абсолютно випадково опинилися на місці.
- Вихід з ладу двигунів трифазного харчування.
- Вибухонебезпечні та пожежонебезпечні ситуації.
У рік на ділянку 100 км лінії передач напруги 380 В доводиться від 40 до 50 аварій, 40% яких припадає на обрив фазного проводу. В ході усунення цих позаштатних ситуацій гине від 4 до 5 чоловік. Повітряні лінії дуже ненадійні, але це кращий на сьогоднішній день метод передачі електричної енергії на відстань. Все це вимагає наявності заходів контролю і захисту. Крім того використовуються трансформатори струму і в вимірювальній техніці. Наприклад, в тандемі з трифазними лічильниками напруги.
Класифікація трансформаторів струму
Трансформатори струму прийнято класифікувати:
Читайте також: Стрибок напруги
Конструкція, а в інших випадках і принцип дії визначаються вольтажем, для якого призначений прилад. Згідно з цим трансформатори струму можна ділити на два сімейства: для низької напруги (до 1 кВ) і високого (всі інші). Ви бачите, що прилади це досить специфічні. Прилади, звичні нам зі шкільного курсу фізики, нагадують тільки трансформатори струму з многовитковой обмоткою, яка приблизно має вигляд котушки.
Різновиди трансформаторів струму
Параметри трансформаторів струму
При виборі для роботи в тандемі з трифазним лічильником насамперед звертають увагу на коефіцієнт трансформації. Ряд значень стандартизований, і потрібно вибирати прилади, які здатні працювати в парі. Ми вже наголошували, що в інших випадках коефіцієнт трансформації можна міняти, і потрібно цим користуватися.
Крім робочої напруги свою роль відіграє і струм у первинній обмотці (досліджуваної мережі). Зрозуміло, що з його зростанням збільшується нагрів, і в якийсь момент токонесущей частина може згоріти. Ця вимога не настільки актуально для трансформаторів без первинної обмотки. Номінальний вторинний струм зазвичай дорівнює 1 або 5 А, що також служить критерієм для узгодження з сполучаються пристроями.
Крім того потрібно звертати увагу на опір навантаження в ланцюзі вимірювання. Ми б сказали, що навряд чи можна знайти лічильник, вибивається із загального ряду, але потрібно все-таки контролювати цей момент. В іншому разі не гарантується точність показань. Коефіцієнт навантаження зазвичай не нижче 0,8. Це вже стосується вимірювальних приладів, до складу яких часто входять індуктивності. Слід додати, що ГОСТ нормує значення в вольт-амперах. Для отримання опору в Омасі потрібно потрібно поділити цю цифру на квадрат струму вторинної обмотки.
Граничні режими роботи зазвичай характеризуються струмом електродинамічної стійкості, який виникає при короткому замиканні. У паспорті пишуть значення, при якому прилад може працювати як завгодно довго без виходу з ладу. В умовах короткого замикання струм настільки сильний, що починає надавати механічний вплив. Іноді замість струму електродинамічної стійкості вказується кратність його до номінального. В цьому випадку залишається тільки зробити операцію множення. Зазначений параметр не стосується приладів без первинної обмотки.
Крім того визначається струм термічної стійкості, який трансформатор може витримати без критичного перегріву. Цей вид стійкості теж може виражатися кратністю. Але поділяють струми термічної стійкості за часом, протягом якого прилад залишиться справним:
Залежності між струмами стійкості
Між струмами електродинамічної і термічної стійкості існують залежності, представлені на малюнку. При цьому температура первинної обмотки з алюмінію не повинна перевищувати 200 градусів Цельсія, а з міді - від 250 до 300 в залежності від типу ізоляції. Для високовольтних трансформаторів також нормується механічна стійкість, яка визначається дією вітру зі швидкістю 40 м / с (ураган) наступним чином:
- 500 Н для виробів з номінальною напругою до 35 кВ.
- 1000 Н для виробів з номінальною напругою від 110 до 220 кВ.
- 1500 Н для виробів з номінальною напругою від 330 кВ.
Читайте також: Регулятор напруги
Включення трансформатора струму в ланцюг і принцип дії
У загальному випадку прилад складається з магнітопровода і двох обмоток. Але трансформатор струму на відміну від звичного нам включається особливим чином. Первинна обмотка послідовно входить в основну ланцюг, де знаходяться споживачі, а вторинна замикається на вимірювальний прилад або захисне реле.
При протіканні в первинній обмотці струму всередині муздрамтеатру з'являється поле. Воно викликає відгук. За рахунок чого у вторинній обмотці наводиться струм. Його поле направлено протилежно породив його, а результуючий потік дорівнює різниці вихідного та новоутвореної. Він становить всього лише кілька відсотків від початкового і, власне, є передавальною ланкою всієї системи. Результуюче магнітне поле пронизує по шляху проходження сердечника витки первинної і вторинної обмоток, наводячи в першій протидії ЕРС, а в другій ЕРС.
Електрорушійна сила породжує вторинний струм, кратність якого до первинного залежить від ставлення числа витків. Це і є коефіцієнт трансформації. Вторинний струм буде незмінним, в той час, як первинний стане рости до тих пір, поки результуюче поле не стане дорівнює тому, яке було при холостому ході. В результаті прилад буде мати досить низький опір.
Пояснимо для повного розуміння поведінку трансформатора в режимі холостого ходу. В цьому випадку первинний струм наводить у муздрамтеатрі магнітне поле. Потік циркулює по замкнутому контуру з електротехнічної сталі з невеликим загасанням. Його дія таке, що створена ЕРС в первинній обмотці у напрямку протилежна напрузі мережі. Це відбувається тому, що в індуктивності струм відстає на 90 градусів, що наводиться ЕРС відстає ще на 90 градусів від магнітного поля.
Первинна і вторинна обмотки
Тепер уявімо, що вторинну обмотку навантажили. Таким чином енергія поля починає передаватися на вихід, утворюючи струм. Від вторинної обмотки утворюється магнітне поле в протифазі від породив його. Проти-ЕРС на вході падає, починає рости споживання. Підвищився струм збільшує первинне магнітне поле. Процес триває до тих пір, поки не настане рівновага. А це трапиться тоді, коли результуючий магнітне поле зрівняється з тим, що було при холостому ході. Зрозуміло, що пристрій почне споживати більше енергії. Це тому, що тепер в системі відбувається робота.
Зі сказаного потрібно зрозуміти наступне:
- Трансформатор будь-якого типу в режимі холостого ходу в мережу включати марно. Енергія буде витрачатися тільки на втрати за рахунок перемагнічування сердечника (вихрові струми майже не утворюються, завдяки спеціальній конструкції у вигляді ізольованих один від одного пластин).
- Мала кількість витків в трансформаторах струму робиться для того, щоб знизити в цьому сегменті ланцюга споживання до мінімуму. Більш того, деякі екземпляри не мають первинної обмотки зовсім. Що виглядає логічним при великих протікають токах.
Ми бачили, що між струмами існує магнітна зв'язок. Тому назва трансформаторів видається цілком логічним. Слід зазначити, що існують конструкції як для захисту по перевантаженню (в режимі короткого замикання), так і диференціальні схеми, які порівнюють величини струмів фазного і нульового проводу. В останньому випадку передбачається деякий поріг нечутливості схеми для обліку струмів витоку системи.
точність трансформаторів
Розглянутий клас пристроїв має два типи похибок, про які варто згадати:
- Токовий похибкою називається розбіжність реального коефіцієнта трансформації з номінальним.
- Кутовий похибкою називають розбіжність вектора вихідного струму від ідеального випадку (в протифазі щодо вхідного).
Існують спеціальні методи компенсації зазначених недоліків. Наприклад, за допомогою витковой корекції усувають струмовий похибка. Що стосується кута розбіжності, то його усувають правильним вибором величини магнітної індукції в осерді.