Srovės transformatoriai: konstrukcija, veikimo principas ir tipai

Srovės transformatoriai plačiai naudojami šiuolaikinėje energetikoje kaip įranga, skirta įvairiems elektros parametrams keisti, išlaikant jų pagrindines vertes. Įrangos veikimas pagrįstas indukcijos dėsniu, kuris tinka magnetiniams ir elektriniams laukams, kintantiems sinusoidiškai. Transformatorius transformuoja pirminės srovės vertę moduliacijos ir perdavimo kampo atžvilgiu proporcingai neapdorotiems duomenims. Įrangą reikia rinktis atsižvelgiant į taikymo sritį ir prijungtų vartotojų skaičių.

Kas yra srovės transformatorius?

Jie naudojami pramonėje, komunalinėje ir civilinėje inžinerijoje, pramonėje ir kitose srityse, kad būtų galima naudoti srovę su nustatytais fizikiniais parametrais. Įtampa paduodama į pirminės apvijos vijas, kuriose dėl magnetinio spinduliavimo susidaro kintamoji srovė. Ta pati spinduliuotė sklinda per likusias rites, dėl to juda EMP jėgos, o kai antrinės ritės trumpai sujungiamos arba prijungiamos prie elektros grandinės, sistemoje atsiranda antrinė srovė.

Šiuolaikiniai srovės transformatoriai leidžia konvertuoti energiją taip, kad ją naudojant nebūtų padaryta žala ją naudojančiai įrangai. Be to, jais galima matuoti didesnes apkrovas, užtikrinant didžiausią mašinų ir darbuotojų saugumą, nes pirminė ir antrinė apvijos patikimai izoliuotos viena nuo kitos.

Kokie transformatoriai?

Nesunku suprasti, kam tinka srovės transformatorius: jo pritaikymas apima visas sritis, kuriose transformuojamos energijos vertės. Šie prietaisai yra pagalbiniai prietaisai, kurie naudojami lygiagrečiai su matavimo prietaisais ir relėmis kintamosios srovės grandinei sudaryti. Tokiais atvejais transformatoriai konvertuoja energiją, kad būtų lengviau iššifruoti parametrus arba sujungti skirtingų charakteristikų įrangą į tą pačią grandinę.

Transformatoriai taip pat atlieka matavimo funkciją: jie naudojami aukštesnės įtampos elektros grandinėms, prie kurių reikia prijungti matavimo prietaisus, tačiau tiesiogiai to padaryti neįmanoma. Pagrindinė jų funkcija - perduoti informaciją apie srovės vertes prie antrinės apvijos prijungtiems matavimo prietaisams. Ji taip pat leidžia stebėti grandinės srovę: kai relė naudojama ir pasiekiama didžiausia srovės vertė, suveikia apsauga, kuri išjungia įrangą, kad būtų išvengta perdegimo ir žmonių sužalojimo.

Veikimo principas

Šios įrangos veikimas grindžiamas indukcijos dėsniu, kai į pirmines apvijas paduodama įtampa, o srovė įveikia apvijos sukurtą varžą, todėl magnetinis srautas perduodamas į magnetinę ritę. Srovės srautas yra statmenas srovei, taip sumažinant nuostolius, o jam kertant antrines apvijas suaktyvinamas elektromagnetinis laukas. Taip sistemoje indukuojama srovė, kuri yra didesnė už ritės varžą, o įtampa antrinių ričių išėjimo gale sumažėja.

Taigi paprasčiausią transformatoriaus konstrukciją sudaro metalinė šerdis ir pora apvijų, kurios tarpusavyje nesujungtos ir yra pagamintos kaip izoliuoti laidai. Kai kuriais atvejais apkrova tenka tik pirminėms, o ne antrinėms apvijoms: tai vadinamasis tuščiosios eigos režimas. Prie antrinės apvijos prijungus energiją vartojantį įrenginį, ritėmis teka srovė ir atsiranda elektromagnetinė jėga. EMP priklauso nuo apvijų skaičiaus. Pirminės ir antrinės vijų elektromagnetinės jėgos santykis vadinamas transformacijos koeficientu, apskaičiuojamu pagal vijų skaičiaus santykį. Galutinio vartojimo įtampą galima reguliuoti keičiant pirminių arba antrinių vijų skaičių.

Srovės transformatorių klasifikavimas

Yra keletas srovės transformatorių tipų, kurie skirstomi pagal įvairius kriterijus, įskaitant paskirtį, montavimo būdą, keitimo pakopų skaičių ir kitus veiksnius. Į šiuos parametrus reikėtų atsižvelgti prieš renkantis srovės transformatorių:

• Tikslas. Tai naudojama matavimo, tarpiniams ir apsaugos modeliams atskirti. Pavyzdžiui, tarpiniai transformatoriai naudojami relinės apsaugos sistemų ir kitų grandinių skaičiavimo operacijų prietaisams prijungti. Atskiri skiriamieji laboratoriniai transformatoriai, užtikrinantys didesnį rodiklių tikslumą, turi daug konversijos koeficientų.
• Įrengimo būdas. Yra transformatorių, skirtų montuoti lauke ir patalpose: jie ne tik atrodo skirtingai, bet ir turi skirtingus atsparumo išoriniams poveikiams rodiklius (pavyzdžiui, lauke naudojami įrenginiai yra apsaugoti nuo kritulių ir temperatūros svyravimų). Taip pat skiriami ant pado montuojami ir nešiojamieji transformatoriai; pastarųjų svoris ir matmenys palyginti nedideli.
• Apvijos tipas. Transformatoriai gali būti vienvolčiai ir daugiavolčiai, su ritėmis, šerdimis arba šynomis. Gali skirtis pirminė ir antrinė apvija, skiriasi ir izoliacija (sausa, porcelianinė, bakelitinė, alyvinė, sudėtinė ir t. t.).
• Transformacijos etapų lygis. Įranga gali būti vienpakopė arba dvipakopė (kaskadinė), 1000 V įtampos riba gali būti mažiausia arba didžiausia.
• Dizainas. Pagal šį kriterijų skiriami dviejų tipų srovės transformatoriai - alyviniai ir sausieji. Pirmuoju atveju apvijos ir magnetinė šerdis yra talpykloje, kurioje yra specialus aliejingas skystis: jis atlieka izoliacijos vaidmenį ir leidžia reguliuoti darbinę terpės temperatūrą. Antruoju atveju aušinama oru ir tokios sistemos naudojamos pramoniniuose ir gyvenamuosiuose pastatuose, nes dėl padidėjusios gaisro rizikos alyvinių transformatorių negalima įrengti viduje.
• Įtampos tipas. Transformatoriai gali būti žeminantys ir didinantys: pirmuoju atveju įtampa pirminėse apvijose sumažinama, o antruoju - padidinama.
• Kitas klasifikavimo būdas - pasirinkti srovės transformatorių pagal jo galią. Šis parametras priklauso nuo įrangos paskirties, prijungtų vartotojų skaičiaus ir jų savybių.

Parametrai ir charakteristikos

Renkantis tokią įrangą reikia atsižvelgti į pagrindinius techninius parametrus, turinčius įtakos taikymo sritims ir kainai. Pagrindinės funkcijos:

• Nominalioji apkrova arba galia: galima pasirinkti pagal transformatorių charakteristikų lyginamąją lentelę. Nuo šio parametro vertės priklauso kitos srovės vertės, nes jis yra griežtai reglamentuojamas ir apibrėžia normalų įrangos veikimą pasirinktoje tikslumo klasėje.
• Nominalioji srovė. Ši vertė nustato, kiek laiko prietaisas gali veikti neperkaitęs iki kritinės temperatūros. Transformatorių įranga paprastai turi nemažą šiluminį rezervą ir normaliai veikia, kai perkraunama iki 18-20 %.
• Įtampa. Ši vertė yra svarbi apvijos izoliacijos kokybei ir užtikrina sklandų mašinos veikimą.
• Klaidos. Šį reiškinį lemia magnetinis srautas; paklaidos vertė yra skirtumas tarp tikslios pirminės ir antrinės srovės. Dėl padidėjusio magnetinio srauto transformatoriaus šerdyje proporcingai padidėja paklaida.
• Transformacijos koeficientas - tai srovės pirminėse apvijose ir antrinėse apvijose santykis. Tikroji koeficiento vertė nuo nominaliosios skiriasi tiek, kiek skiriasi energijos konversijos nuostoliai.
• Ribinis kartotinumas, išreiškiamas kaip faktinės pirminės srovės ir vardinės srovės santykis.
• Srovės, tekančios antrinės apvijos apvijose, kartotinumas.

Pagrindiniai srovės transformatoriaus duomenys nustatomi pagal galios koeficiento diagramą: taip galima ištirti įrangos charakteristikas įvairiais darbo režimais - nuo tuščiosios eigos iki visiškos apkrovos.

Pagrindinės vertės pažymėtos ant prietaiso korpuso specialiu ženklu. Jame taip pat gali būti informacija apie įrangos kėlimo ir montavimo būdą, įspėjamoji informacija apie aukštą antrinių apvijų įtampą (daugiau kaip 350 voltų), informacija apie įžeminimo aikštelę. Energijos keitiklis pažymimas lipduku arba dažais.

Galimi gedimai

Transformatoriai, kaip ir bet kuri kita įranga, kartkartėmis sugenda, todėl jiems reikalinga kvalifikuota techninė priežiūra ir diagnostika. Prieš tikrinant prietaisą svarbu žinoti, kokie gedimai atsiranda ir kokie požymiai juos atitinka:

• Netolygus triukšmas korpuso viduje, spragsėjimas. Šis reiškinys paprastai rodo, kad įžeminimo elementas nutrūkęs, korpusas persidengia su apvijos vijomis arba lakštai, naudojami kaip magnetinė šerdis, laisvai prispausti.
• Per didelis korpuso įkaitimas, padidėjusi srovė vartotojo pusėje. Problema gali kilti dėl apvijų trumpųjų jungimų dėl izoliacijos sluoksnio nusidėvėjimo ar mechaninių pažeidimų, dažnų perkrovų, atsirandančių dėl trumpųjų jungimų.
• Įtrūkę izoliatoriai, slystančios iškrovos. Taip atsitinka, kai prieš paleidimą neaptinkami gamybos gedimai, pašaliniai kūnai ir skirtingų verčių fazinių laidų persidengimai.
• alyvos išmetimas, kurio metu plyšta išmetimo konstrukcijos diafragma. Problema susijusi su tarpfaziniu trumpuoju jungimu dėl izoliacijos nusidėvėjimo, alyvos lygio sumažėjimo, įtampos kritimo arba viršįtampių atsiradimo įvykus galutiniam trumpajam jungimui.
• Alyvos nutekėjimas iš po tarpiklių arba transformatoriaus čiaupų. Pagrindinės priežastys yra netinkamas komponentų suvirinimas, silpni sandarikliai, sugadintos tarpinės arba nesuremontuoti vožtuvų kamščiai.
• Dujų apsaugos relės įjungimas. Šis reiškinys atsiranda, kai alyva skyla dėl apvijos gedimo, atviros grandinės, perdegus jungiklių kontaktams arba įvykus trumpajam jungimui į transformatoriaus korpusą.
• Dujų apsaugos relės išjungimas. Problemą sukelia aktyvus alyvos skysčio skilimas dėl tarpfazinio gedimo, vidinio ar išorinio viršįtampio arba dėl vadinamojo "plieno gaisro".
• Suveikė diferencinė apsauga. Šis gedimas įvyksta, kai yra gedimas maitintojo korpuse, kai sutampa fazės arba kitais atvejais.

Kad prietaisas veiktų kuo geriau, reikėtų reguliariai tikrinti jį termovizorine kamera: ši įranga gali diagnozuoti kontaktų kokybės pablogėjimą ir darbinės temperatūros sumažėjimą. Patikrinimo metu specialistai atlieka šias operacijas:

• 1. Įtampos ir srovės rodmenys.
  2. Įkrovos tikrinimas naudojant išorinį šaltinį.
  3. Veikimo grandinės parametrų nustatymas.
  4. Transformacijos koeficiento apskaičiavimas, verčių palyginimas ir analizė.

Transformatoriaus skaičiavimas

Pagrindinis principas apibrėžiamas formule U1/U2=n1/n2, kurio elementai iššifruojami taip:

• U1 ir U2 yra pirminės ir antrinės vijų įtampos.
• n1 ir n2 yra atitinkamai pirminės ir antrinės apvijų skaičius.

Šerdies skerspjūvio plotui nustatyti naudojama kita formulė: S=1,15 * √PGalia matuojama vatais, o plotas - kvadratiniais centimetrais. Jei įrangoje naudojama šerdis yra S raidės formos, apskaičiuojamas vidurinės šerdies skerspjūvio plotas. Norėdami nustatyti pirminio lygio apvijos apvijas, naudokite formulę n=50*U1/S, jei sudedamoji dalis 50 nėra nekintama, rekomenduojama ją pakeisti sudedamąja dalimi 60, kad būtų išvengta elektromagnetinių trukdžių. Kita formulė d=0,8*√Ikur d - laidininko skerspjūvis, o I - srovės intensyvumo rodiklis, naudojamas kabelio skersmeniui apskaičiuoti.

Apskaičiuoti skaičiai apvalinami į didesnę pusę (pvz., apskaičiuota 37,5 W galia apvalinama iki 40 W). Apvalinti galima tik į didesnę pusę. Visos pirmiau pateiktos formulės naudojamos parenkant transformatorius, veikiančius 220 V tinkle; tiesiant aukšto dažnio linijas naudojami kiti parametrai ir skaičiavimo metodai.

Susiję straipsniai: