Fórum

Čo je prúdový transformátor a aký je jeho princíp

Čo je prúdový transformátor a aký je jeho princíp
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  462 zobrazení
4
 0
Rádioamatérov almanach

Prúdové transformátory vytvárajú merateľný prúdový výstup v pomere k prúdu pretekajúcemu primárnym vinutím v dôsledku konštantného potenciálu primárneho vinutia

Prúdový transformátor je typ "prístrojového transformátora", ktorý je navrhnutý tak, aby prevádzal striedavý prúd v sekundárnom vinutí, ktorý je úmerný prúdu meranému v primárnom vinutí. Prúdové transformátory znižujú vysokonapäťové prúdy na oveľa nižšiu hodnotu a poskytujú pohodlný spôsob bezpečného monitorovania skutočného elektrického prúdu prúdiaceho v prenosovom vedení striedavého prúdu pomocou štandardného ampérmetra.

Na rozdiel od transformátora napätia alebo výkonu, na ktorý sme sa pozerali skôr, transformátor prúdu pozostáva iba z jedného vinutia, ktoré obsahuje určitý počet závitov, ktorý je braný ako jeho primárne vinutie. Toto primárne vinutie môže byť buď z jedného plochého vinutia, z cievky z vysoko odolného drôtu omotaného okolo jadra, alebo len z vodiča alebo zbernice umiestnenej cez stredový otvor tak, ako je to znázornené. Princíp činnosti základného prúdového transformátora sa mierne líši od princípu bežného transformátora napätia.

Kvôli tomuto typu usporiadania sa prúdový transformátor často označuje aj ako "sériový transformátor", pretože primárne vinutie, ktoré má malý počet závitov, je zapojené do série s prúdovým vodičom napájajúcim záťaž.

Sekundárne vinutie však môže mať veľké množstvo závitov navinutých na laminovanom jadre z magnetického materiálu s nízkou stratou. Toto jadro má veľkú plochu prierezu, takže vytvorená hustota magnetického toku je nízka pri použití drôtu s oveľa menšou plochou prierezu, v závislosti od toho, ako veľmi musí byť prúd znížený, keď je potrebné dosiahnuť konštantný prúd, nezávisle na pripojenom zaťažení.

Sekundárne vinutie bude dodávať prúd buď do skratu, ktorý predstavuje ampérmeter, alebo do odporovej záťaže, kým napätie indukované v sekundárnom obvode nebude dostatočne veľké na to, aby saturovalo jadro alebo spôsobilo poruchu z nadmerného prerušenia napätia.

Na rozdiel od napäťového transformátora primárny prúd prúdového transformátora nezávisí od prúdu sekundárneho zaťaženia, ale je riadený externým zaťažením. Sekundárny prúd je zvyčajne dimenzovaný na štandardný 1 A alebo 5 A pre väčšie hodnoty primárneho prúdu.

Existujú tri základné typy prúdových transformátorov: vinuté, toroidné a tyčové.

  • Vinutý prúdový transformátor - Primárne vinutie transformátorov je fyzicky zapojené do série s vodičom, ktorý prenáša meraný prúd prúdiaci v obvode. Veľkosť sekundárneho prúdu závisí od pomeru závitov transformátora.
  • Toroidný prúdový transformátor - neobsahujú primárne vinutie. Namiesto toho je vedenie vedúce prúd prúdiaci v sieti prevlečené cez otvor v toroidnom transformátore. Niektoré prúdové transformátory majú „rozdelené jadro“, ktoré umožňuje ich otvorenie, inštaláciu a uzavretie bez odpojenia obvodu, ku ktorému sú pripojené.
  • Prúdový transformátor tyčového typu - Tento typ prúdového transformátora používa ako primárne vinutie skutočný kábel alebo prípojnicu hlavného obvodu, čo zodpovedá jednej zákrute. Sú úplne izolované od vysokého prevádzkového napätia systému a sú zvyčajne priskrutkované k zariadeniu na prenos prúdu.

Prúdové transformátory môžu znížiť alebo „znížiť“ úroveň prúdu z tisícov ampérov na štandardný výstup so známym pomerom buď 5 A alebo 1 A pre normálnu prevádzku. S CT teda môžu byť použité malé a presné prístroje a kontrolné zariadenia, pretože sú izolované od akýchkoľvek vysokonapäťových vedení. Existuje mnoho meracích aplikácií a použití pre prúdové transformátory, ako napríklad Wattmetre, merače účinníka, wattmetre, ochranné relé alebo vypínacie cievky v magnetických ističoch alebo ističe MCB.

Prúdový transformátor

Všeobecne sa prúdové transformátory a ampérmetre používajú spoločne ako párovaná dvojica, v ktorej je prúdový transformátor navrhnutý tak, aby poskytoval maximálny sekundárny prúd zodpovedajúci vychýleniu ampérmetra v plnom rozsahu. Vo väčšine prúdových transformátorov existuje približný pomer inverzných závitov medzi dvoma prúdmi v primárnom a sekundárnom vinutí. To je dôvod, prečo je kalibrácia prúdového transformátora všeobecne pre konkrétny typ ampérmetra.

Väčšina prúdových transformátorov má štandardné sekundárne hodnotenie 5 ampérov, pričom primárny a sekundárny prúd sú vyjadrené v pomere napríklad 100/5. To znamená, že primárny prúd je 20-krát väčší ako sekundárny prúd, takže keď v primárnom vodiči prúdi 100 ampérov, bude to mať za následok, že v sekundárnom vinutí bude prúdiť 5 ampérov. Prúdový transformátor, povedzme 500/5, bude produkovať 5 A v sekundárnom pre 500 A v primárnom vodiči, 100-krát väčší.

Zvýšením počtu sekundárnych vinutí Ns sa dá sekundárny prúd zmenšiť oveľa menej ako prúd v primárnom okruhu, ktorý sa meria, pretože s rastúcim Ns klesá Is o proporcionálne množstvo. Inými slovami, počet závitov a prúd v primárnom a sekundárnom vinutí súvisia s inverzným pomerom.

Prúdový transformátor, rovnako ako každý iný transformátor, musí vyhovovať rovnici zosilňovača a otočenia a z nášho tutoriálu o transformátoroch napätia s dvojitým vinutím vieme, že tento pomer závitov sa rovná:

z ktorého dostaneme:

Aktuálny pomer nastaví pomer otáčok a keďže primárne vinutie obvykle pozostáva z jedného alebo dvoch závitov, zatiaľ čo sekundárne môže mať aj niekoľko stoviek závitov, pomer medzi primárnym a sekundárnym môže byť dosť veľký. Napríklad predpokladajme, že prúdový stupeň primárneho vinutia je 100A. Sekundárne vinutie má štandardné hodnotenie 5A. Potom je pomer medzi primárnym a sekundárnym prúdom 100A až 5A alebo 20: 1. Inými slovami, primárny prúd je 20-krát väčší ako sekundárny prúd.

Je potrebné poznamenať, že prúdový transformátor menovitý ako 100/5 nie je rovnaký ako ten, ktorý je dimenzovaný na 20/1 alebo na ďalšie členenie 100/5. Je to tak preto, lebo pomer 100/5 vyjadruje „hodnotenie vstupného / výstupného prúdu“, a nie skutočný pomer primárneho a sekundárneho prúdu. Upozorňujeme tiež, že počet závitov a prúd v primárnom a sekundárnom vinutí súvisia s inverzným pomerom.

Ale relatívne veľké zmeny v pomere otáčok transformátorov prúdu je možné dosiahnuť úpravou primárnych závitov cez okno transormátora, kde jeden primárny závit sa rovná jednému prechodu a viac ako jeden prechod cez otvor transformátora vedie k zmene elektrického pomeru.

Napríklad prúdový transformátor so vzťahom povedzme 300 / 5A možno previesť na iný z 150 / 5A alebo dokonca 100 / 5A tak, že hlavný primárny vodič prejde jeho vnútorným oknom dvakrát alebo trikrát, ako je to znázornené na obrázku nižšie. To umožňuje, aby prúdový transformátor s vyššou hodnotou poskytoval maximálny výstupný prúd pre ampérmeter, ak sa používa na menších primárnych prúdových vedeniach.

Pomer primárnych závitov prúdového transformátora

Príklad výpočtu prúdového transformátora č.1

Prúdový transformátor tyčového typu, ktorý má 1 závit na primárnej strane a 160 závitov na sekundárnej strane, sa používa so štandardným rozsahom ampérmetrov s vnútorným odporom 0.2 Ω. Použitý ampérmeter je má úplné vychýlenie, ak je primárny prúd 800 A. Výpočet pre maximálny sekundárny prúd a sekundárne napätie na ampérmetri.

Sekundárny prúd:

Napätie na ampérmetri :

Vyššie vidíme, že keďže sekundárny prúdový transformátor je pripojený cez ampérmeter, ktorý má veľmi malý odpor, pokles napätia na sekundárnom vinutí je pri úplnom primárnom prúde iba 1 volt.

Ak bol však ampérmeter odstránený, sekundárne vinutie sa efektívne stane otvoreným obvodom, a tak transformátor funguje ako zosilňovací transformátor. Je to čiastočne spôsobené veľmi veľkým nárastom magnetizačného toku v sekundárnom jadre, pretože sekundárna netesná reaktancia ovplyvňuje sekundárne indukované napätie, pretože v sekundárnom vinutí nie je žiadny protichodný prúd, ktorý by tomu bránil.

Výsledkom je veľmi vysoké napätie indukované v sekundárnom vinutí, ktoré sa rovná pomeru: Vp (Ns / Np) vyvíjaného cez sekundárne vinutie. Napríklad predpokladajme, že náš prúdový transformátor zhora sa používa na trojfázovom elektrickom vedení so zemou 480 voltov. Preto:

Toto vysoké napätie je spôsobené tým, že pomer voltov na na počet závitov je v primárnom a sekundárnom vinutí takmer konštantný a keďže Vs = Ns * Vp sú hodnoty Ns a Vp vysoké hodnoty, takže Vs je extrémne vysoká.

Z tohto dôvodu by prúdový transformátor nemal nikdy zostať zapojený v obvode alebo prevádzkovaný bez zaťaženia, keď ním preteká hlavný primárny prúd, rovnako ako by transformátor napätia nemal nikdy pracovať v skrate. Ak sa má ampérmeter (alebo záťaž) odstrániť, mal by sa najskôr urobiť skrat cez sekundárne svorky, aby sa zabránilo riziku úrazu.

Toto vysoké napätie je spôsobené tým, že keď je sekundárny obvod otvorený, železné jadro transformátora pracuje pri vysokom stupni nasýtenia a bez toho, aby ho zastavilo, vytvára abnormálne veľké sekundárne napätie a v našom jednoduchom príklade vyššie je to až 76,8 kV !. Toto vysoké sekundárne napätie by mohlo poškodiť izoláciu alebo spôsobiť úraz elektrickým prúdom, ak sa náhodne dotknete svoriek prúdového transformátora.

Ručné prúdové transformátory

V súčasnosti existuje veľa špecializovaných typov prúdových transformátorov. Populárny a prenosný typ, ktorý možno použiť na merania záťažovéhoprúdu v obvode a nazýva sa „kliešťový ampérmeter“.

Typický predstaviteľ kliešťového ampérmetra - ANENG ST209, ktorý si môžte kúpiť na tomto odkaze - klikni