Princip činnosti proudového transformátoru

Princip činnosti základního proudového transformátoru se mírně liší od běžného napěťového transformátoru. Proudový transformátor se skládá z jednoho nebo více závitů jako primárního vinutí. Toto primární vinutí může být buď jeden plochý závit, cívka z odolného drátu navinuté na jádře, nebo jednoduše vodič či sběrnice umístěná v centrálním otvoru, jak je znázorněno na obrázku.

Kvůli tomuto typu uspořádání se proudový transformátor často také nazývá “sériový transformátor”, protože primární vinutí, které nikdy nemá více než několik závitů, je zapojeno do série s vodičem s proudem, který dodává zátěž.

Sekundární vinutí však může mít velký počet závitů cívky navinutých na vícevrstvém jádru z magnetického materiálu s nízkou ztrátou. Toto jádro má velkou plochu průřezu, takže hustota magnetického toku je nízká při použití vodiče s menší plochou průřezu, v závislosti na tom, kolik proudu musí spadnout, když se pokouší vydat DC, bez ohledu na připojenou zátěž. .

Sekundární vinutí dodává proud buď do zkratu, například do ampérmetru, nebo do odporové zátěže, dokud napětí indukované v sekundárním vinutí nedosáhne dostatečné velikosti, aby nasytilo jádro nebo způsobilo poruchu v důsledku nadměrného průrazu napětí. Na rozdíl od napěťového transformátoru není primární proud proudového transformátoru závislý na proudu sekundární zátěže, ale je řízen externí zátěží. Sekundární proud je obvykle dimenzován na standardní 1 ampér nebo 5 ampérů pro vyšší hodnoty primárního proudu.

Existují tři hlavní typy proudových transformátorů:

• Proudový transformátor vinutí – Primární vinutí transformátoru je fyzicky zapojeno do série s vodičem, kterým protéká měřený proud v obvodu. Velikost sekundárního proudu závisí na převodovém poměru transformátoru.
• Toroidní proudový transformátor – Tyto transformátory neobsahují primární vinutí. Místo toho vedení, kterým protéká proud v síti, prochází okénkem nebo otvorem v toroidním transformátoru. Některé proudové transformátory mají „dělené jádro“, které umožňuje jejich otevírání, nastavování a zavírání bez odpojení obvodu, ke kterému jsou připojeny.
• Tyčový proudový transformátor – Tento typ proudového transformátoru používá jako primární vinutí skutečný kabel nebo sběrnici hlavního obvodu, což odpovídá jednomu vinutí. Jsou zcela izolovány od vysokého provozního napětí systému a obvykle jsou přišroubovány k proudovému zařízení.

Ruční proudové transformátory

V dnešní době je k dispozici mnoho specializovaných typů proudových transformátorů. Oblíbený a přenosný typ, který lze použít k měření zatížení obvodu, se nazývá „klešťový měřič“, jak je znázorněno na obrázku. Klešťové měřiče se otevírají a zavírají kolem vodiče, kterým protéká proud, a měří jeho proud detekcí magnetického pole kolem něj, což umožňuje rychlé odečtení naměřené hodnoty, obvykle na digitálním displeji, bez odpojení nebo přerušení obvodu.

Kromě transformátorů proudu s ručními kleštěmi existují i transformátory proudu s děleným jádrem, které mají jeden konec odnímatelný, takže pro jejich instalaci není nutné odpojovat zátěžový vodič ani sběrnici. Jsou k dispozici pro měření proudů od 100 do 5000 ampérů s velikostí čtvercového okna od 1″ do více než 12″ (25 až 300 mm).

Rozsah aplikace

Rozsah použití zahrnuje všechna odvětví, ve kterých dochází k transformaci energetických veličin. Tato zařízení se vztahují k pomocným zařízením, která se používají paralelně s měřicími přístroji a relé při vytváření obvodu střídavého proudu. V těchto případech transformátory transformují energii pro pohodlnější dekódování parametrů nebo propojení zařízení s různými charakteristikami do jednoho obvodu.

Rozlišuje se také měřicí funkce transformátorů: používají se ke spouštění vysokonapěťových obvodů, ke kterým musí být připojeny měřicí přístroje, ale není možné to provést přímo. Hlavním úkolem těchto transformátorů je přenos přijatých informací o proudových parametrech do zařízení pro měřicí manipulace, která jsou připojena k sekundárnímu vinutí. Zařízení také umožňuje regulovat proud v obvodu: při použití relé a dosažení maximálních proudových parametrů se aktivuje ochrana, která vypne zařízení, aby se zabránilo vyhoření a poškození personálu.

Princip činnosti

Činnost takového zařízení je založena na zákonu indukce, podle kterého se napětí dostane na primární závity a proud překonává vytvořený odpor vinutí, což způsobuje vznik magnetického toku přenášeného do magnetického obvodu. Tok probíhá kolmo k proudu, což umožňuje minimalizovat ztráty, a když protíná závity sekundárního vinutí, aktivuje se síla elektromotorické síly. V důsledku jejího působení se v systému objeví proud silnější než odpor cívky, zatímco napětí na výstupní části sekundárních závitů klesá.

Nejjednodušší konstrukce transformátoru tedy zahrnuje kovové jádro a dvojici vinutí, která nejsou vzájemně spojena a jsou vyrobena ve formě izolovaného vedení. V některých případech je zatížení pouze na primárním vinutí a nikoli na sekundárním vinutí: jedná se o tzv. klidový režim. Pokud je k sekundárnímu vinutí připojeno zařízení spotřebovávající energii, protéká závity proud, který vytváří elektromotorickou sílu. Parametry elektromotorické síly jsou určeny počtem závitů. Poměr elektromotorické síly pro primární a sekundární vinutí je známý jako transformační poměr, vypočítaný z poměru jejich počtu. Napětí pro koncového uživatele energie lze upravit změnou počtu závitů primárního nebo sekundárního vinutí.

K čemu se používají proudové transformátory?

Nulosledný proudový transformátor je široce používán v organizaci výrobních prací, v každodenním životě (používá se pro svářečské práce, normalizuje napětí vstupující do domu, proudový přepětí, normalizuje provoz elektroměru za účelem zvýšení bezpečnosti).

Transformátor je důležitým nástrojem v elektrotechnice. Proud musí být monitorován z důvodu bezpečnosti a účinnosti ostatních domácích a průmyslových spotřebičů. Měřicí zařízení připojená k transformátorům umožňují monitorování na různých místech v celém systému. Mohou být také použity k měření spotřeby elektřiny v budově pro účely fakturace nebo auditu.

Proudový transformátor – schéma

Schémata zapojení

Aby zařízení fungovalo efektivně a řádně plnilo své funkce, musí být správně připojeno. Chcete-li to provést, postupujte podle jednoho ze standardních schémat, která vám umožní splnit požadavky majitelů zařízení. Pouze v tomto případě můžete dosáhnout požadovaného výsledku a dokončit práci v co nejkratším čase.

Základní schémata zapojení transformátorů a vinutí relé:

1. Hvězda. Tato možnost zapojení zahrnuje instalaci proudových transformátorů ve všech fázích. Jejich sekundární vinutí jsou připojena k odpovídajícím reléovým prvkům ve tvaru hvězdy a nulové body jsou připojeny ke společnému vodiči. Toto schéma se používá pouze v ochranných zařízeních, která zabraňují zkratům.
2. Neúplná hvězda. Jediný rozdíl mezi touto metodou zapojení a hvězdou je v tom, že transformátory jsou instalovány pouze ve dvou fázích.
3. Trojúhelník. Sekundární vinutí všech transformátorů jsou vzájemně zapojena sériově pomocí protilehlých svorek. Relé zapojená do hvězdy jsou připojena k vrcholům vytvořeného trojúhelníku. Tato možnost se používá pro distanční a diferenciální ochranu.
4. Neúplný trojúhelník. Charakteristickým rysem tohoto schématu zapojení je použití sekundárních vinutí instalovaných ne ve všech fázích, ale pouze ve dvou. Tato možnost se používá k ochraně motorů před mezifázovými zkraty.

Transformační poměr

Pro vyhodnocení účinnosti samotného transformátoru byla zavedena hodnota převodního faktoru. Jeho jmenovitá hodnota je obvykle uvedena v oficiální dokumentaci k transformátoru. Tento faktor označuje poměr jmenovitého proudu primárního vinutí k podobnému ukazateli druhého vinutí. Může se jednat například o hodnotu 100/5 A. Může se dramaticky měnit v závislosti na počtu sekcí se závity.

Princip činnosti proudového transformátoru

Diagram znázorňuje procesy probíhající během transformace elektrické energie uvnitř transformátoru.

Proud I1 protéká primárním výkonovým vinutím s počtem závitů ω1 a překonává jeho celkový odpor Z1. Kolem této cívky se vytváří magnetický tok Ф1, který je zachycen magnetickým obvodem umístěným kolmo ke směru vektoru I1. Tato orientace zajišťuje minimální ztráty elektrické energie při její přeměně na energii magnetickou.

Proud Ф2, který protíná kolmo umístěné závity vinutí ω1, v nich indukuje elektromotorickou sílu E2, pod jejímž vlivem vzniká v sekundárním vinutí proud I2, který překonává celkový odpor cívky Z2 a připojené výstupní zátěže Zн. V tomto případě se na svorkách sekundárního obvodu vytvoří úbytek napětí U2.

Hodnota K1, určená poměrem vektorů I1/I2, se nazývá transformační poměrJeho hodnota je specifikována při návrhu zařízení a měří se u hotových konstrukcí. Rozdíly v ukazatelích reálných modelů od vypočítaných hodnot jsou odhadnuty metrologickou charakteristikou –třída přesnosti proudového transformátoru.

Ve skutečné práci nejsou hodnoty proudu ve vinutí konstantní hodnoty. Proto se transformační poměr obvykle označuje nominálními hodnotami. Například jeho výraz 1000/5 znamená, že při provozním primárním proudu 1 kiloampér bude v sekundárních závitech působit zátěž 5 ampér. Na základě těchto hodnot se vypočítá dlouhodobý provoz tohoto proudového transformátoru.

Magnetický tok F2 ze sekundárního proudu I2 snižuje hodnotu toku F1 v magnetickém obvodu. V tomto případě je tok transformátoru Фт vytvořený v něm určen geometrickým součtem vektorů Ф1 a Ф2.