Пристрій і призначення трансформатора струму

Трансформатори в інфраструктурі систем енергетичного забезпечення можуть мати різне значення. Класичні конструкції використовуються з метою перетворення окремих параметрів струму до величин, які оптимально підходять для проведення вимірів. Є й інші різновиди, у переліку завдань яких входить корекція характеристик напруги до рівня, оптимального з точки зору подальшої передачі і розподілу енергетичного ресурсу. При цьому призначення трансформатора струму визначає не тільки його конструкційне пристрій, але і перелік додаткових функцій, не кажучи про принцип роботи.

Пристрій трансформаторів

Практично всі модифікації трансформаторів такого типу оснащуються магнітопроводами, які забезпечуються вторинною обмоткою. Остання навантажується при експлуатації у відповідності з регламентними величинами в показниках опору. Дотримання певних показників навантажувальних важливо для подальшої точності вимірювання. Обмотка розімкнена не може створювати компенсації магнітних потоків в сердечнику, що сприяє перегріву магнітопровода, а в деяких випадках - і його згоряння. У той же час магнітний потік, що формується обмоткою первинного ряду, відрізняється більш високими робочими характеристиками, що також може сприяти перегріву магнітного проводу і його серцевини. Треба сказати, що струмопровідна інфраструктура формує загальну систему, на якій базуються трансформатори струму і напруги. Призначення електротехнічного агрегату в даному випадку не має принципового значення – особливості функціонування обумовлюються швидше застосовуваними матеріалами. У випадку з перетворювачами струму, наприклад, осердя магнітопроводу виготовляється з аморфних нанокристалічних сплавів. Такий вибір пов'язаний з тим, що конструкція отримує можливість роботи з більш широким діапазоном техніко-експлуатаційних величин в залежності від класу точності.

Призначення трансформатора струму

Головною задачею традиційного трансформатора струму є перетворення. Апаратна електротехнічна начинка коригує характеристики обслуговуваного струму, використовуючи для цього первинну обмотку, включену в ланцюг послідовно. У свою чергу, вторинна обмотка виконує функцію безпосереднього вимірювання перетвореного струму. Для цього в даній частині передбачено реле з приладами вимірювання, а також пристрої захисту та автоматичного регулювання. Зокрема, призначення вимірювального трансформатора струму може полягати у вимірюванні та обліку з допомогою приладів низької напруги. При цьому дотримується умова, при якому струм високої напруги реєструється з доступом персоналу до безпосереднього спостереження за процесом. Фіксація робочих величин потрібно для більш раціонального використання енергії при передачі в наступних лініях. Мабуть, це одна з небагатьох загальних підфункцій, яку мають перетворюють і силові моделі трансформаторів. Детальніше варто розглянути відмінності між цими агрегатами.

Відмінності від трансформатора напруги

Найчастіше фахівці вказують на спосіб виконання ізоляції між обмотками. У трансформаторах струму первинну обмотку ізолюють від вторинної у відповідності з показниками повного прийнятого напруги. При цьому вторинна обмотка буде мати заземлення, тому і потенціал її відповідає аналогічному показнику. Крім того, вимірювальні трансформатори функціонують в умовах, наближених до ситуацій короткого замикання, оскільки в них досить скромний рівень опору на вторинній лінії. В цьому нюансі і проявляється специфічне призначення вимірювальних трансформаторів струму і напруги, а також різниця у вимогах до умов експлуатації.
Так, якщо робота під загрозою короткого замикання для силового трансформатора напруги недопустима із-за ризику аварії, то для звичайного перетворювача струму цей режим функціонування вважається нормальним і безпечним. Хоча, звичайно, є у таких трансформаторів і свої погрози, для запобігання яких передбачаються спеціальні засоби захисту.

Принцип роботи

Електромагнітна індукція є базовим принципом, на якому ґрунтується робочий процес таких трансформаторів. Як вже зазначалося, основними функціональними елементами виступають магнітний провідник і два рівня обмоток. До першого подається електричний заряд від змінного струму, а другий рівень реалізує вже безпосередньо робочу функцію у вигляді вимірювання. По мірі проходження струму через витки обмотки відбувається індукція. Далі, за законом електромагнітної індукції, який обумовлює призначення та принцип роботи трансформаторів струму, фіксуються робочі величини на лінії. Користувач за допомогою спеціального обладнання може визначити характеристики магнітного потоку – отже, фіксуються частота і напруга джерела струму. Технічним параметром обстеження характеристик роботи ланцюга буде швидкість твори вимірювання – це значення не є цільовим, але його важливо оцінювати для розуміння ефективності роботи самого трансформатора.

Різновиди трансформаторів струму

Виділяють три основні категорії перетворювачів струму. Найбільш поширені так звані сухі трансформатори, в яких перший рівень обмотки зовсім не ізолюється від першого. Відповідно, параметри вторинного струму безпосередньо залежать від показника коефіцієнта перетворення. Також популярні тороїдальні моделі, конструкція яких передбачає можливість їх установки на кабель або шину. З цієї причини зовсім зникає потреба в первинній обмотці, якою оснащуються типові трансформатори струму і напруги. Призначення та побудова таких моделей визначаються їх особливим принципом роботи – в даному випадку первинний струм буде протікати по центральному провіднику в корпусі, дозволяючи вторинній обмотці безпосередньо фіксувати робочі показники. Але в силу різних причин, у тому числі пов'язаних з низькою точністю вимірів і ненадійністю конструкції, такі моделі рідко застосовуються для оцінки характеристик струму. Найчастіше їх використовують в цілях допоміжного захисної ланки на випадок короткого замикання. Також застосовуються і високовольтні трансформатори – газові та олійні. Їх зазвичай використовують у спеціалізованих проектах у промисловості.

Коефіцієнт трансформації

Для оцінки ефективності роботи самого трансформатора була введена величина коефіцієнта перетворення. Його номінальне значення зазвичай вказується в офіційній документації до трансформатора. Даний коефіцієнт означає відношення номінального первинного струму до аналогічного показника другої обмотки. Наприклад, це може бути значення 100/5 А. Воно може різко змінюватися в залежності від кількості секцій з витками. Також слід враховувати, що номінальний коефіцієнт далеко не завжди відповідає фактичному. Відхилення визначається умовами, в яких експлуатуються трансформатори струму. Призначення і принцип дії багато в чому визначають показники похибки, але і цей нюанс не є причиною для відмови від обліку номінального коефіцієнта трансформації. Знаючи величину тієї ж похибки, користувач може нівелювати її допомогою спеціальної електротехнічної апаратури.

Установка трансформатора струму

Найпростіші шинні моделі трансформаторів практично не вимагають застосування спеціальної техніки і навіть інструменту. Такий пристрій може встановити один майстер з допомогою спеціальної затискної арматури. Стандартні конструкції вимагають створення фундаменту, на якому монтуються несучі стійки. Далі електрозварюванням кріпиться каркас, який виступить свого роду електротехнічним коробом для укладення необхідної апаратури. На заключному етапі проводиться монтаж обладнання. Яким буде комплект технічного оснащення, визначає призначення трансформатора струму та особливості його майбутньої експлуатації. Як мінімум інтегрується інфраструктура, необхідна для виконання вимірів характеристик обслуговується ланцюга.

Способи підключення трансформаторів

Для полегшення процедури з'єднання проводки з обладнанням виробники комплектуючих наносять на них маркування – наприклад, струмові реле і трансформатори можуть позначатися ТАа, ТА1 КА1 і т. д. Завдяки такому маркуванню обслуговуючий персонал зможе швидко і безпомилково зробити пару між елементами, якими оснащується трансформатор струму. Будову, призначення і принцип дії установки в даному випадку тісно взаємопов'язані і впливають на спосіб підключення, але при цьому чималий вплив на характер технічної реалізації системи перетворення робить та обслуговується мережа як така. Наприклад, трифазні лінії з ізольованою нейтраллю допускають установку трансформаторів лише на двох фазах. Така особливість обумовлена тим, що мережі з діапазоном 6 -35 кВ не мають нульового проводу.

Перевірка трансформаторів

Комплекс перевірочних заходів складається з декількох операцій. В першу чергу це візуальний огляд об'єкта, у ході якого оцінюється цілісність конструкції, коректність тих же маркувань, відповідність паспортним даним і т. д. Потім проводиться розмагнічування обладнання – наприклад шляхом плавного збільшення струму на обмотці першого рівня. Після цього значення струму плавно знижується до нуля. Далі готуються основні перевірочні дії, яким будуть схильні вимірювальні трансформатори струму. Призначення і принцип дії важливо враховувати при такій підготовці, оскільки рівень навантаження та інші експлуатаційні фактори обумовлюють різні величини похибок в реєстрації характеристик робочого середовища. Сама ж перевірка передбачає оцінку відповідності полярності клем обмоток нормативним параметрам, а також фіксацію похибок з подальшою звіркою їх зі значеннями, зазначеними в паспорті агрегату.

Безпека при експлуатації трансформатора

Головні небезпеки в експлуатації трансформаторів струму пов'язані з якістю виконання обмоток. Важливо враховувати, що під шарами витків працює металева основа, яка в оголеному вигляді може представляти чималу загрозу для персоналу. Тому складається графік обслуговування, у відповідності з яким регулярно перевіряються трансформатори струму. Призначення і принцип дії в даному випадку можуть бути орієнтовані і на перетворення напруги, і на вимірювання струму. В обох випадках обслуговуючий персонал повинен ретельно стежити за станом обмоток. В якості заходів запобігання в робочу конструкцію вводяться шунтуючі закоротки, а також підтримується заземлення виводів обмотки.

Висновок

По мірі підвищення експлуатаційних навантажень на лінії електропроводки помітно знижується робочий ресурс обслуговуючих станцій. Незважаючи на те, що призначення трансформатора струму не пов'язане з перетворенням високої напруги, таке обладнання також піддається серйозному зносу. В цілях підвищення експлуатаційного ресурсу таких установок виробники використовують більш технологічні матеріали для електромагнітної оснастки, і для виконання тієї ж обмотки. Разом з цим удосконалюється обладнання на вимірювальних реле, в результаті чого мінімізується і коефіцієнт похибки вимірів.