Cel, urządzenie i zasada działania przekładników prądowych

W obwodach mocy 380 woltów o wysokich prądach, zgodnie z PUE, stosuje się konwerter o specjalnej konstrukcji, zwany transformatorem prądowym. Za jego pomocą można zmniejszyć wartość bieżącego wskaźnika o liczbę razy określoną w charakterystyce technicznej. Aby zrozumieć zasadę działania takich konwerterów, musisz zapoznać się z ich konstrukcją.

Cechy konstrukcyjne

Przekładniki prądu elektrycznego zawierają następujące elementy konstrukcyjne:

• zamknięty rdzeń (obwód magnetyczny);
• pierwotne uzwojenie mocy;
• cewka wtórna (step-down).

Uzwojenie pierwotne jest połączone szeregowo z monitorowanym obwodem, dzięki czemu przepływa przez nie cały prąd fazowy. Cewka wtórna jest ładowana na urządzenie podłączone do sieci - przekaźnik ochronny lub urządzenie pomiarowe. Ze względu na różnicę w liczbie zwojów w każdej z cewek składowa prądu w uzwojeniu wtórnym jest redukowana do wartości określonej przez przekładnię transformacji.

Ponieważ rezystancja obwodów obciążenia jest znikoma, uważa się, że urządzenia te działają w trybie bardzo zbliżonym do zwarcia.

Zwykle mają kilka grup uzwojeń wtórnych, z których każde jest wykorzystywane do własnych celów. Można je podłączyć do:

• urządzenia ochronne (na przykład przekaźniki napięciowe);
• sprzęt księgowy i diagnostyczny;
• sprzęt kontrolny.

Rezystancja uzwojeń wyjściowych jest ściśle znormalizowana, ponieważ nawet niewielkie odchylenie od wartości określonej w TU prowadzi do wzrostu błędu pomiaru lub pogorszenia charakterystyki odpowiedzi.

Zasadnicza różnica między TT a powiązanymi z nim przekładnikami napięciowymi polega na funkcjach wykonywanych przez te urządzenia i zasadzie działania. Przekładniki prądowe zapewniają przede wszystkim ochronę podłączonego obciążenia i określoną dokładność pomiarów. Drugi typ charakteryzuje się czysto konwerterowym trybem pracy, który związany jest tylko z pracą w obwodach elektroenergetycznych.

Klasyfikacja przekładników prądowych

Aby zrozumieć, do czego przeznaczony jest TT, pomocne będzie zapoznanie się z ogólnie przyjętą klasyfikacją tych urządzeń. Znane próbki urządzeń konwertujących różnią się następującymi głównymi cechami:

• Cel - funkcja wykonywana przez każde konkretne urządzenie.
• Metoda instalacji na miejscu.
• Cechy konstrukcyjne, w tym całkowita liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym.
• Napięcie robocze i rodzaj izolacji przewodu.
• Liczba kroków transformacji.

Zgodnie z przeznaczeniem dobrze znane próbki TT dzielą się na urządzenia laboratoryjne, ochronne, pomiarowe i tzw. „pośrednie”.

Ta ostatnia kategoria jest przeznaczona albo do podłączania przyrządów pomiarowych, albo do wyrównywania wartości prądu w systemach zabezpieczeń różnicowych.

Zgodnie z metodą instalacji rozróżnia się następujące typy:

• tylko do instalacji na zewnątrz (w szafach rozdzielczych);
• dla schematów instalacji wewnętrznych (w rozdzielnicy wewnętrznej);
• konwertery wbudowane w jednostki elektryczne i urządzenia przełączające, w tym generatory i transformatory mocy;
• urządzenia napowietrzne montowane na szczycie konstrukcji (na tulejach).

Próbki przenośne są wykorzystywane do badań laboratoryjnych, a także do kontroli i pomiarów.

Zgodnie z konstrukcją uzwojenia pierwotnego obecne urządzenia są podzielone na modele wieloobrotowe, jednoobrotowe i autobusowe. Zgodnie z napięciem roboczym obwodów, w których zainstalowane są te urządzenia, dzieli się je na transformatory zainstalowane w sieciach o napięciu do 1000 woltów.

W zależności od rodzaju użytych w nich materiałów izolacyjnych produkty te dzielą się na następujące typy:

• z „suchą” izolacją na bazie porcelany lub żywicy epoksydowej;
• z zabezpieczeniem papierowo-olejowym lub skraplaczem;
• z wypełnieniem złożonym.

W zależności od liczby dostępnych stopni transformacji wszystkie znane urządzenia zainstalowane w obwodzie zasilającym są jednostopniowe i dwustopniowe (inna nazwa to „kaskada”).

Schematy połączeń

Różne obwody do podłączania przekładników prądowych różnią się głównie kolejnością komutacji uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Pierwszy z nich charakteryzuje się najprostszym sekwencyjnym połączeniem (tzw. „tie-in”) w zerwanie monitorowanej szyny fazowej. Kolejną rzeczą są obwody wtórne składające się z kilku uzwojeń, które można odłączyć zgodnie z następującymi schematami:

• „Pełna gwiazda, używana, gdy konieczne jest monitorowanie bieżących parametrów w każdej z faz.
• „Gwiazda niekompletna”, stosowana, gdy nie ma potrzeby sterowania wszystkimi liniowymi obwodami pomiarowymi.
• Obwód do ustalania prądów „sekwencji zerowej”, który zawiera przekaźnik sterujący.

Aby zaoszczędzić pieniądze, na odpływowych polach zasilających 6-10 kV często instaluje się nie trzy, ale tylko dwa transformatory pomiarowe (bez jednej fazy).

W takim przypadku uzwojenia wtórne są włączane w niepełnym schemacie gwiazdy. Wspólny obwód zwany „testem prądu sekwencji zerowej” jest tworzony przez podłączenie uzwojeń wtórnych do pełnej gwiazdy. W takim przypadku zastosowany w nim przekaźnik sterujący jest zawarty w przerwie wspólnego przewodu („zero”). Przy tego rodzaju odłączeniu prąd przepływający przez uzwojenie składa się ze wszystkich trzech wektorów fazowych. W przypadku zrównoważenia obciążeń, w przypadku zwarć jednofazowych lub dwufazowych, w przekaźniku wyzwalany jest element wynikający z asymetrii.

Główne parametry i charakterystyki przekładników prądowych

Parametry techniczne dowolnego przekładnika prądowego opisują następujące główne wskaźniki:

• klasa urządzenia;
• Napięcie znamionowe;
• prądy w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym;
• Współczynnik transformacji AC (jako stosunek);
• dopuszczalny błąd pomiaru przy podłączeniu licznika energii elektrycznej;
• przepuszczalność i przekrój obwodu magnetycznego (rdzenia);
• wielkość ścieżki magnetycznej.

Wartość napięcia w kilowoltach jest zwykle podawana w paszporcie dołączonym do każdego konkretnego urządzenia. Jego wartość robocza waha się od 0,66 do 1150 kV. Aby uzyskać pełniejsze informacje na temat tego i innych wskaźników, należy zapoznać się z literaturą referencyjną na temat podłączania transformatorów do liczników elektrycznych.

Wartość prądu znamionowego w uzwojeniu pierwotnym znajduje się również w dołączonej dokumentacji technicznej. W zależności od konkretnego modelu przetwornika parametr ten może wynosić od 1,0 do 40 tys. Amperów. Wartości wskaźnika prądu w cewce wtórnej wynoszą zwykle 1,0 lub 5,0 A (w zależności od parametrów obwodu pierwotnego).

Czasami na zamówienie producent wytwarza urządzenia o prądach wtórnych 2,0 lub 2,5 ampera.

Współczynnik transformacji (krotność) jest wskaźnikiem proporcji lub stosunku prądów uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Przez krotność graniczną rozumie się stosunek maksymalnego prądu pierwotnego do jego wartości nominalnej, pod warunkiem, że błąd całkowity przy stałym obciążeniu wtórnym nie przekracza 10%. Nominalny współczynnik graniczny oznacza ten sam wskaźnik przy optymalnym obciążeniu.Parametr ten charakteryzuje możliwość normalnego funkcjonowania urządzeń ochronnych w trybach awaryjnych.

Aktualny błąd

Według GOST 7746-89 istnieją trzy rodzaje błędów przekładników prądowych - prądowe, kątowe i całkowite. Są to ilościowe wskaźniki odchylenia wartości prądu wtórnego, pomnożone przez współczynnik nominalny, od wskaźnika pierwotnego.

Norma nakazuje obliczanie takich błędów tylko w stanie ustalonym (przy stałych parametrach) układu i tylko wtedy, gdy postać prądu pierwotnego nie różni się od sinusoidalnej.

Wspomniany w opisie krotności błąd prądu charakteryzuje względną różnicę wartości efektywnych prądów, wyrażoną w procentach. Jego odpowiednik kątowy definiuje się jako błąd między wektorami dwóch efektywnych składowych prądu: podstawowej dla obwodu pierwotnego i pierwszej harmonicznej dla wtórnej. Na podstawie tych dwóch wartości całkowity błąd oblicza się, sumując je zgodnie ze wzorem podanym w instrukcji.

Głównym celem pomiarów przekładników prądowych jest podłączenie liczników energii wykorzystywanych do obsługi trójfazowych linii elektroenergetycznych.