Akım trafoları — çalışma prensibi ve uygulama

Enerji sistemleriyle çalışırken, belirli elektriksel büyüklükleri orantılı olarak değişen değerlerle bunlara benzer analoglara dönüştürmek genellikle gereklidir. Bu, elektrik tesisatlarındaki belirli süreçleri simüle etmenizi ve güvenli bir şekilde ölçüm yapmanızı sağlar.

Akım trafosunun (CT) çalışması, elektromanyetik indüksiyon yasasıalternatif sinüzoidal büyüklüklerin harmonikleri şeklinde değişen elektrik ve manyetik alanlarda çalışır.

Güç devresinde akan akım vektörünün birincil değerini, modül orantılılığına ve tam açı iletimine saygı duyarak ikincil bir indirgenmiş değere dönüştürür.

Akım trafosunun çalışma prensibi

Elektrik enerjisinin transformatör içerisinde dönüşümü sırasında gerçekleşen işlemlerin gösterimi şema ile anlatılmıştır.

Akım I1, empedansı Z1'i aşan dönüş sayısı w1 ile birincil güç sargısından akar.Bu bobin etrafında, I1 vektörünün yönüne dik olarak yerleştirilmiş bir manyetik devre tarafından yakalanan bir manyetik akı F1 oluşur. Bu yönlendirme, manyetik enerjiye dönüştürüldüğünde minimum elektrik enerjisi kaybı sağlar.

Sargı w2'nin dikey olarak yerleştirilmiş dönüşlerini geçen F1 akısı, içlerinde, etkisi altında ikincil sargıda bir akım I2'nin ortaya çıktığı, bobin Z2'nin empedansının ve bağlı çıkış yükü Zn'nin üstesinden gelen bir elektromotor kuvveti E2'yi indükler. Bu durumda, ikincil devrenin terminallerinde bir voltaj düşüşü U2 oluşur.

K1 miktarı denir, vektörlerin oranı ile belirlenir I1 / I2 dönüşüm katsayısı... Değeri, cihazların tasarımı sırasında belirlenir ve hazır yapılarda ölçülür. Gerçek modellerin göstergeleri ile hesaplanan değerler arasındaki farklar, bir akım trafosunun metrolojik özelliği - doğruluk sınıfı ile değerlendirilir.

Gerçek çalışmada bobinlerdeki akımların değerleri sabit değerler değildir. Bu nedenle, dönüşüm katsayısı genellikle nominal değerlerle gösterilir. Örneğin, 1000/5 ifadesi, 1 kiloamperlik birincil çalışma akımı ile ikincil dönüşlerde 5 amperlik yüklerin hareket edeceği anlamına gelir. Bu değerler, bu akım trafosunun uzun vadeli performansını hesaplamak için kullanılır.

İkincil akım I2'den gelen manyetik akı F2, manyetik devredeki akı F1'in değerini azaltır. Bu durumda, içinde oluşturulan transformatör Ф'den gelen akı, Ф1 ve Ф2 vektörlerinin geometrik toplamı ile belirlenir.

Akım trafosunun çalışması sırasındaki tehlike faktörleri

Yalıtım arızası durumunda yüksek gerilim potansiyelinden etkilenebilme

TT'nin manyetik devresi metalden yapıldığından, iyi iletkenliğe sahip olduğundan ve yalıtımlı sargıları (birincil ve ikincil) manyetik olarak birbirine bağladığından, yalıtım katmanının kırılması durumunda personele veya ekipmana elektrik çarpması riski artar.

Bu gibi durumların önüne geçmek için trafonun sekonder uçlarından birinin topraklaması yapılarak kaza anında üzerindeki yüksek gerilim potansiyeli drene edilir.

Bu klemens her zaman cihazın gövdesinde işaretlenir ve bağlantı şemalarında gösterilir.

Sekonder devre arızası durumunda yüksek voltaj potansiyelinden etkilenme olasılığı

Sekonder sargının sonuçları «I1» ve «I2» ile işaretlenmiştir, böylece akan akımların yönü kutupsaldır ve tüm sargılarda çakışır. Transformatör çalışırken daima yüke bağlı olmalıdır.

Bu, birincil sargıdan geçen akımın yüksek bir potansiyel güce (S = UI) sahip olması, bunun düşük kayıplarla ikincil devreye dönüştürülmesi ve kesildiğinde akım bileşeninin keskin bir şekilde değerlere düşmesi ile açıklanmaktadır. ​​ortam yoluyla sızıntı, ancak aynı zamanda düşme, kırık bölümdeki gerilmeleri önemli ölçüde artırır.

Birincil döngüden akım geçişi sırasında ikincil sargının açık kontaklarındaki potansiyel, çok tehlikeli olan birkaç kilovolta ulaşabilir.

Bu nedenle akım trafolarının tüm sekonder devreleri daima güvenli bir şekilde monte edilmeli ve devre dışı bırakılan sargılara veya damarlara daima şönt kısa devreler tesis edilmelidir.

Akım trafo devrelerinde kullanılan tasarım çözümleri

Elektrikli bir cihaz olarak her akım trafosu, elektrik tesisatlarının çalışması sırasında belirli sorunları çözmek için tasarlanmıştır. Endüstri bunlardan geniş bir ürün yelpazesine sahiptir. Bununla birlikte, bazı durumlarda, yapıları iyileştirirken, yenilerini yeniden tasarlamak ve üretmektense, kanıtlanmış teknolojilere sahip hazır modelleri kullanmak daha kolaydır.

Tek dönüşlü bir TT oluşturma ilkesi (birincil devrede) temeldir ve soldaki fotoğrafta gösterilmiştir.

Burada yalıtımla kaplı birincil sargı, transformatörün manyetik devresinden geçen L1-L2 düz hatlı bir baradan yapılır ve ikincil, etrafına sarılarak yüke bağlanır.

İki çekirdekli çok turlu bir CT oluşturma ilkesi sağda gösterilmektedir. Burada iki adet tek turlu transformatör sekonder devreleri ile alınır ve manyetik devrelerinden belirli sayıda güç sargısı geçirilir. Bu şekilde sadece güç artmakla kalmaz, aynı zamanda çıkışa bağlı devrelerin sayısı da daha fazla artar.

Bu üç ilke farklı şekillerde değiştirilebilir. Örneğin, otonom olarak çalışan ayrı, bağımsız ikincil devreler oluşturmak için tek bir manyetik devre etrafında birkaç özdeş bobinin kullanımı yaygındır. Bunlara çekirdek denir. Bu şekilde bir akım trafosunun akım devrelerine farklı amaçlarla anahtarların veya hatların (trafoların) korunması bağlanır.

Ekipman acil durum modlarında kullanılan ve normal olan, güçlü bir manyetik devreye sahip kombine akım trafoları, nominal ağ parametrelerinde ölçümler için tasarlanmış, güç ekipmanı cihazlarında çalışır.İnşaat demiri etrafına sarılmış bobinler koruyucu cihazları çalıştırmak için kullanılırken, geleneksel bobinler akım veya güç / direnç ölçmek için kullanılır.

Bunlar şöyle çağrılır:

• «P» (röle) indeksi ile işaretlenmiş koruyucu bobinler;

• metrolojik doğruluk sınıfı TT'nin sayılarıyla gösterilen ölçüm, örneğin «0,5».

Akım trafosunun normal çalışması sırasında koruyucu sargılar, birincil akım vektörünün %10'luk bir doğrulukla ölçülmesini sağlar. Bu değerle "yüzde on" olarak adlandırılırlar.

Ölçüm hataları

Transformatörün doğruluğunu belirleme ilkesi, fotoğrafta gösterilen eşdeğer devresini değerlendirmenizi sağlar. İçinde, birincil miktarların tüm değerleri, ikincil döngülerde koşullu olarak eyleme indirgenir.

Eşdeğer devre, çekirdeği akım I ile mıknatıslamak için harcanan enerjiyi hesaba katarak, sargılarda çalışan tüm işlemleri tanımlar.

Temeline dayanan vektör diyagramı (SB0 üçgeni), mevcut I2'nin I'1'in değerlerinden I'in bize doğru olan değeriyle (mıknatıslanma) farklı olduğunu gösterir.

Bu sapmalar ne kadar büyük olursa, akım trafosunun doğruluğu o kadar düşük olur CT ölçüm hatalarını hesaba katmak için aşağıdaki kavramlar tanıtılır:

• yüzde olarak ifade edilen bağıl akım hatası;

• AB yay uzunluğundan radyan cinsinden hesaplanan açısal hata.

Primer ve sekonder akım vektörlerinin sapmasının mutlak değeri, AC segmenti tarafından belirlenir.

Akım trafolarının yaygın endüstriyel tasarımları, 0.2 özellikleriyle tanımlanan doğruluk sınıflarında çalışacak şekilde üretilir; 0,5; 1.0; %3 ve %10.

Akım trafolarının pratik uygulaması

Hem küçük bir kasaya yerleştirilmiş küçük elektronik cihazlarda hem de birkaç metrelik önemli boyutları kaplayan enerji cihazlarında çok çeşitli modelleri bulunabilir ve çalışma özelliklerine göre ayrılırlar.

Akım trafolarının sınıflandırılması

Anlaşmaya göre, bunlar ayrılır:

• ölçüm, akımların ölçüm aletlerine aktarımı;
• korumalı, mevcut koruma devrelerine bağlı;
• yüksek doğruluk sınıfına sahip laboratuvar;
• yeniden dönüşüm için kullanılan ara maddeler.

Tesisleri çalıştırırken TT şu durumlarda kullanılır:

• dış mekan kurulumu;

• kapalı kurulumlar için;

• yerleşik ekipman;

• yukarıdan - manşonu yerleştirin;

• taşınabilir, farklı yerlerde ölçüm yapmanızı sağlar.

TT ekipmanının çalışma voltajının değerine göre:

• yüksek voltaj (1000 volttan fazla);

• 1 kilovolta kadar nominal gerilim değerleri için.

Ayrıca akım trafoları, yalıtım malzemelerinin yöntemine, dönüşüm adımlarının sayısına ve diğer özelliklerine göre sınıflandırılır.

Tamamlanan görevler

Harici ölçüm akım trafoları, elektrik enerjisinin ölçülmesi, hatların veya güç ototransformatörlerinin ölçülmesi ve korunması için elektrik devrelerinin çalıştırılması için kullanılır.

Aşağıdaki fotoğraf, hattın her fazı için konumlarını ve güç ototransformatörü için 110 kV şalt panosunun terminal kutusuna ikincil devrelerin kurulumunu göstermektedir.

Aynı görevler, harici şalt-330 kV akım trafoları tarafından gerçekleştirilir, ancak daha yüksek voltajlı ekipmanın karmaşıklığı göz önüne alındığında, çok daha büyük boyutlara sahiptirler.

Güç ekipmanlarında, doğrudan elektrik santralinin kasasına yerleştirilen gömülü akım trafosu tasarımları sıklıkla kullanılır.

Mühürlü bir mahfaza içinde yüksek gerilim buşinginin etrafına yerleştirilmiş uçları olan sekonder sargıları vardır. CT kıskaçlarından gelen kablolar buraya takılı terminal kutularına yönlendirilir.

Dahili yüksek voltajlı akım trafoları genellikle yalıtkan olarak özel trafo yağı kullanır. Böyle bir tasarımın bir örneği, 35 kV'da çalışacak şekilde tasarlanmış TFZM serisinin akım trafoları için fotoğrafta gösterilmektedir.

Kutu imalatında sargılar arası izolasyon için 10 kV'a kadar (10 kV dahil) katı dielektrik malzemeler kullanılmaktadır.

KRUN'da kullanılan bir akım trafosu TPL-10 örneği, kapalı şalt ve diğer şalt cihazları.

110 kV'luk bir devre kesici için REL 511 koruma damarlarından birinin sekonder akım devresini bağlama örneği, basitleştirilmiş bir diyagramla gösterilmiştir.

Akım trafosu arızaları ve nasıl bulunur

Bir yüke bağlı bir akım trafosu, termal aşırı ısınma, tesadüfi mekanik etkiler veya kötü kurulum nedeniyle sargıların yalıtımının elektrik direncini veya iletkenliklerini kırabilir.

Çalışan ekipmanda, yalıtım çoğunlukla zarar görür, bu da sargıların dönüşten dönüşe kısa devre yapmasına (iletim gücünde azalma) veya rastgele oluşturulmuş kısa devre devreleri yoluyla kaçak akımların oluşmasına neden olur.

Güç devresinin kalitesiz montajının yapıldığı yerlerin tespiti için periyodik olarak termal kameralarla çalışan devrenin denetimleri yapılır.Bunlara dayanarak, kopan kontakların kusurları derhal giderilir, ekipmanın aşırı ısınması azaltılır.

Dönüşten dönüşe kapanma olmaması, röle koruma ve otomasyon laboratuvarlarının uzmanları tarafından kontrol edilir:

• akım-gerilim karakteristiğinin alınması;

• transformatörü harici bir kaynaktan şarj etmek;

• çalışma şemasındaki ana parametrelerin ölçümleri.

Ayrıca dönüşüm katsayısının değerini de analiz ederler.

Tüm çalışmalarda birincil ve ikincil akım vektörleri arasındaki oran büyüklükle tahmin edilir. Metroloji laboratuvarlarında akım trafolarını kontrol etmek için kullanılan yüksek hassasiyetli faz ölçüm cihazlarının olmaması nedeniyle açı sapmaları gerçekleştirilememektedir.

Dielektrik özelliklerin yüksek voltaj testleri, yalıtım hizmeti laboratuvarının uzmanlarına verilir.