Transformadors de corrent: principi de funcionament i aplicació

Quan es treballa amb sistemes d'energia, sovint és necessari convertir determinades magnituds elèctriques en anàlegs similars a ells amb valors proporcionalment canviats. Això permet simular determinats processos en instal·lacions elèctriques i fer mesures amb seguretat.

El funcionament del transformador de corrent (TC) es basa en la llei de la inducció electromagnèticaque operen en camps elèctrics i magnètics que varien en forma d'harmònics de magnituds sinusoïdals alternes.

Converteix el valor primari del vector de corrent que flueix pel circuit de potència en un valor secundari reduït, respectant la proporcionalitat del mòdul i la transmissió angular exacta.

El principi de funcionament del transformador de corrent

L'esquema explica la demostració dels processos que tenen lloc durant la transformació de l'energia elèctrica dins del transformador.

El corrent I1 flueix pel bobinatge primari de potència amb el nombre de voltes w1, superant la seva impedància Z1.Al voltant d'aquesta bobina es forma un flux magnètic F1, que és captat per un circuit magnètic situat perpendicularment a la direcció del vector I1. Aquesta orientació assegura una pèrdua mínima d'energia elèctrica quan es converteix en energia magnètica.

Travessant les espires perpendicularment situades del bobinatge w2, el flux F1 indueix en elles una força electromotriu E2, sota la influència de la qual sorgeix un corrent I2 al bobinatge secundari, superant la impedància de la bobina Z2 i la càrrega de sortida connectada Zn. En aquest cas, es forma una caiguda de tensió U2 als terminals del circuit secundari.

S'anomena la magnitud K1, determinada per la relació dels vectors I1 / I2 coeficient de transformació... El seu valor s'estableix durant el disseny dels dispositius i es mesura en estructures ja fetes. Les diferències entre els indicadors dels models reals i els valors calculats s'avaluen per la característica metrològica: classe de precisió d'un transformador de corrent.

En funcionament real, els valors dels corrents a les bobines no són valors constants. Per tant, el coeficient de transformació s'acostuma a indicar amb valors nominals. Per exemple, la seva expressió 1000/5 significa que amb un corrent de funcionament primari d'1 quiloampere, les càrregues de 5 amperes actuaran a les espires secundàries. Aquests valors s'utilitzen per calcular el rendiment a llarg termini d'aquest transformador de corrent.

El flux magnètic F2 del corrent secundari I2 redueix el valor del flux F1 en el circuit magnètic. En aquest cas, el flux del transformador Ф creat en ell està determinat per la suma geomètrica dels vectors Ф1 i Ф2.

Factors perillosos durant el funcionament del transformador de corrent

Capacitat de ser afectat per un potencial d'alta tensió en cas de fallada de l'aïllament

Atès que el circuit magnètic del TT està fet de metall, té una bona conductivitat i connecta magnèticament els bobinatges aïllats (primaris i secundaris) entre si, hi ha un major risc de descàrrega elèctrica per al personal o danys a l'equip si es trenca la capa d'aïllament.

Per evitar aquestes situacions, s'utilitza la connexió a terra d'un dels terminals secundaris del transformador per drenar el potencial d'alta tensió a través d'aquest en cas d'accident.

Aquest terminal sempre està marcat a la carcassa del dispositiu i s'indica als esquemes de connexió.

La possibilitat de veure's afectat per un potencial d'alta tensió en cas d'avaria del circuit secundari

Les conclusions del bobinatge secundari estan marcades amb «I1» i «I2», de manera que la direcció dels corrents que flueixen és polar, coincideix en tots els bobinatges. Quan el transformador està en funcionament, sempre han d'estar connectats a la càrrega.

Això s'explica pel fet que el corrent que passa pel bobinatge primari té una potència potencial elevada (S = UI), que es transforma en un circuit secundari amb pèrdues baixes i, quan s'interromp, el component actual disminueix bruscament fins als valors. de fuites pel medi ambient, però al mateix temps la caiguda augmenta significativament les tensions en la secció trencada.

El potencial als contactes oberts del bobinatge secundari durant el pas del corrent al bucle primari pot arribar a diversos quilovolts, la qual cosa és molt perillós.

Per tant, tots els circuits secundaris dels transformadors de corrent s'han de muntar sempre de manera segura i els curtcircuits en derivació sempre s'han d'instal·lar en bobinats o nuclis fora de servei.

Solucions de disseny utilitzades en circuits de transformadors de corrent

Cada transformador de corrent, com a dispositiu elèctric, està dissenyat per resoldre determinats problemes durant el funcionament de les instal·lacions elèctriques. La indústria en produeix un gran assortiment. Tanmateix, en alguns casos, quan es milloren estructures, és més fàcil utilitzar models ja fets amb tecnologies provades que redissenyar i fabricar-ne de nous.

El principi de crear un TT d'una sola volta (al circuit primari) és bàsic i es mostra a la foto de l'esquerra.

Aquí el bobinatge primari, cobert d'aïllament, està fet d'un bus de línia recta L1-L2 que passa pel circuit magnètic del transformador, i el secundari s'enrotlla amb girs al seu voltant i connectat a la càrrega.

A la dreta es mostra el principi de creació d'un TC multigir amb dos nuclis. Aquí es prenen dos transformadors d'una sola volta amb els seus circuits secundaris i es fan passar un cert nombre de voltes de bobinatges de potència pels seus circuits magnètics. D'aquesta manera, no només augmenta la potència, sinó que augmenta encara més el nombre de circuits connectats de sortida.

Aquests tres principis es poden modificar de diferents maneres. Per exemple, l'ús de diverses bobines idèntiques al voltant d'un únic circuit magnètic està molt estès per crear circuits secundaris separats i independents que funcionen de manera autònoma. Aquests s'anomenen nuclis. D'aquesta manera, la protecció d'interruptors o línies (transformadors) amb diferents finalitats es connecta als circuits de corrent d'un transformador de corrent.

Els transformadors de corrent combinats amb un circuit magnètic potent, utilitzats en els modes d'emergència d'equips, i l'habitual, dissenyat per mesurar els paràmetres nominals de la xarxa, funcionen en dispositius d'equips de potència.Les bobines embolcallades al voltant de la barra d'armadura s'utilitzen per operar dispositius de protecció, mentre que les bobines convencionals s'utilitzen per mesurar el corrent o la potència/resistència.

S'anomenen així:

• bobines de protecció marcades amb índex «P» (relé);

• mesura indicada pels números de la classe de precisió metrològica TT, per exemple «0,5».

Els bobinatges protectors durant el funcionament normal del transformador de corrent proporcionen la mesura del vector de corrent primari amb una precisió del 10%. Amb aquest valor, s'anomenen "deu per cent".

Errors de mesura

El principi de determinar la precisió del transformador us permet avaluar el circuit equivalent que es mostra a la foto. En ell, tots els valors de les magnituds primàries es redueixen condicionalment a l'acció en bucles secundaris.

El circuit equivalent descriu tots els processos que operen en els bobinatges, tenint en compte l'energia gastada en magnetitzar el nucli amb el corrent I.

El diagrama vectorial construït sobre la seva base (triangle SB0) mostra que el corrent I2 difereix dels valors de I'1 amb el valor de I cap a nosaltres (magnetització).

Com més grans són aquestes desviacions, menor és la precisió del transformador de corrent Per tenir en compte els errors de mesura del TC, s'introdueixen els conceptes següents:

• error relatiu actual expressat com a percentatge;

• error angular calculat a partir de la longitud de l'arc AB en radians.

El valor absolut de la desviació dels vectors de corrent primari i secundari està determinat pel segment de CA.

Els dissenys industrials comuns de transformadors de corrent es fabriquen per funcionar en classes de precisió definides per les característiques de 0,2; 0,5; 1,0; 3 i 10%.

Aplicació pràctica dels transformadors de corrent

Un nombre divers dels seus models es poden trobar tant en petits dispositius electrònics situats en una caixa petita com en dispositius energètics que ocupen dimensions significatives de diversos metres i es divideixen segons les característiques de funcionament.

Classificació dels transformadors de corrent

Per acord, es divideixen en:

• mesura, transferència de corrents als instruments de mesura;
• protegit, connectat a circuits de protecció actuals;
• laboratori, amb una alta classe de precisió;
• intermedis utilitzats per a la reconversió.

Quan es fan servir instal·lacions, s'utilitza TT:

• instal·lació exterior exterior;

• per a instal·lacions tancades;

• equip incorporat;

• des de dalt - introduïu la màniga;

• portàtil, que us permet prendre mesures en diferents llocs.

Pel valor de la tensió de funcionament de l'equip TT hi ha:

• alta tensió (més de 1000 volts);

• per a valors de tensió nominal de fins a 1 quilovolt.

A més, els transformadors de corrent es classifiquen segons el mètode dels materials d'aïllament, el nombre de passos de transformació i altres característiques.

Tasques realitzades

Els transformadors de corrent de mesura externa s'utilitzen per al funcionament de circuits elèctrics de mesura d'energia elèctrica, mesures i protecció de línies o autotransformadors de potència.

La següent fotografia mostra la seva ubicació per a cada fase de la línia i la instal·lació de circuits secundaris a la caixa de terminals de l'aparell de 110 kV de l'autotransformador de potència.

Les mateixes tasques les realitzen els transformadors de corrent de l'aparell de commutació extern-330 kV, però donada la complexitat dels equips de major tensió, tenen dimensions molt més grans.

En equips elèctrics, sovint s'utilitzen dissenys integrats de transformadors de corrent, que es col·loquen directament a la carcassa de la central elèctrica.

Tenen bobinatges secundaris amb cables col·locats al voltant del casquet d'alta tensió en una carcassa segellada. Els cables de les pinces CT es dirigeixen a les caixes de terminals que s'adjunten aquí.

Els transformadors de corrent d'alta tensió interns sovint utilitzen oli de transformador especial com a aïllant. Un exemple d'aquest disseny es mostra a la foto per als transformadors de corrent de la sèrie TFZM dissenyats per funcionar a 35 kV.

Fins a 10 kV inclosos, s'utilitzen materials dielèctrics sòlids per a l'aïllament entre els bobinatges en la fabricació de la caixa.

Un exemple de transformador de corrent TPL-10 utilitzat en KRUN, aparells tancats i altres tipus d'aparells.

Un exemple de connexió del circuit de corrent secundari d'un dels nuclis de protecció REL 511 per a un interruptor automàtic de 110 kV es mostra amb un diagrama simplificat.

Falles del transformador de corrent i com trobar-les

Un transformador de corrent connectat a una càrrega pot trencar la resistència elèctrica de l'aïllament dels bobinatges o la seva conductivitat sota la influència del sobreescalfament tèrmic, influències mecàniques accidentals o per una mala instal·lació.

En equips operatius, l'aïllament es fa malbé més sovint, provocant un curtcircuit de volta a volta dels bobinatges (reducció de la potència transmesa) o l'aparició de corrents de fuga a través de circuits de curtcircuit creats aleatòriament.

Per identificar els llocs d'instal·lació de mala qualitat del circuit d'alimentació, es realitzen periòdicament inspeccions del circuit de treball amb càmeres tèrmiques.A partir d'ells, els defectes dels contactes trencats s'eliminen immediatament, es redueix el sobreescalfament de l'equip.

L'absència de tancament de torn a torn és comprovat pels especialistes dels laboratoris de protecció i automatització de relés:

• prenent la característica corrent-tensió;

• carregar el transformador des d'una font externa;

• mesures dels principals paràmetres en l'esquema de treball.

També analitzen el valor del coeficient de transformació.

En tots els treballs, la relació entre els vectors de corrent primari i secundari s'estima per magnitud. Les seves desviacions d'angle no es realitzen a causa de la manca d'aparells de mesura de fase d'alta precisió que s'utilitzen per comprovar els transformadors de corrent als laboratoris metrològics.

Les proves d'alta tensió de propietats dielèctriques s'assignen als especialistes del laboratori de serveis d'aïllament.