Токови трансформатори (CTs)
Токовите трансформатори (CT) са специализирани електрически инструменти, използвани за измерване и наблюдение на променлив ток (AC) или за откриване на повишени нива на ток в енергийните системи. Тези инструменти изпълняват основна функция за осигуряване на защита и позволяване на приложения за прецизно измерване. Чрез ефективно намаляване на високите стойности на тока до стандартизирано ниво, CTs гарантират безопасното изпълнение на измерванията и позволяват правилната работа на взаимосвързаните устройства в системата.
Първичната намотка се състои от единичен оборот с голямо напречно сечение, свързан последователно с проводника, носещ висок ток. Вторичната намотка се състои от много навивки с малка площ на напречното сечение. Вторичната намотка е свързана с нормален амперметър за измерване на ток.
Принцип на работа на токовия трансформатор
Токовите трансформатори използват принципа на електромагнитната индукция, за да функционират ефективно. Тези устройства се състоят от два жизненоважни елемента: първична и вторична намотка. Първичната намотка е свързана последователно с веригата за голям ток, генерирайки магнитно поле, пропорционално на протичащия ток.
Обратно, вторичната намотка е свързана с устройства, използвани за измерване или осигуряване на защита. Той е умишлено проектиран с различен брой навивки в сравнение с първичната намотка, установявайки коефициента на трансформация. Следователно, вторичната намотка генерира ток, който точно отразява пропорционалността на първичния ток.
Токовите трансформатори са основно повишаващи трансформатори, които повишават напрежението и намаляват тока във вторичната намотка.
За трансформатори съотношението на вторичния и първичния ток е равно на съотношението на навивките в първичната и вторичната намотка, както е дадено от:
В случая на токов трансформатор коефициентът на завой е доста висок и следователно съотношението между вторичния и първичния ток е значително високо.
Съотношенията на CT обикновено са от порядъка на 500:2, 200:1. Съотношението CT 500:2 предполага преобразуване от първичен ток от 500A във вторичен ток от 2A.
Видове токови трансформатори
Токовите трансформатори имат различни варианти в зависимост от вида на конструкцията и изолацията. Те се класифицират в две големи категории: вътрешни и външни типове.
Вътрешен токов трансформатор
Вътрешните токови трансформатори се използват на закрито и могат да бъдат разделени на три основни типа въз основа на конструкцията:
1: Бар Тип CT
Тези токови трансформатори използват метални пръти като първична намотка и поради това се наричат токови трансформатори тип шини.
2: Слот/Прозорец/Тип пръстен CT
Тези токови трансформатори са с куха форма и първичният проводник е поставен отвътре навън в този отвор:
3: Разделено ядро тип CT
Това е специален тип токов трансформатор, който може да се раздели на две части. Този вид разположение може да осигури лесен достъп за отваряне на структурата и намотките.
3: CT тип рана
Първичните намотки на тези токови трансформатори са навити около централното ядро. Броят на завоите трябва да бъде всяко число, по-голямо от едно.
Вътрешните токови трансформатори също могат да бъдат разделени на базата на изолация; те включват токови трансформатори с лентова изолация и токови трансформатори с лята смола.
Външен токов трансформатор
Външните токови трансформатори се монтират на открито и могат да бъдат разделени въз основа на принципа на работа. Тъй като те са на открито, те изискват както изолация, така и охлаждане за тяхната работа. Най-често трансформаторното масло се използва като изолационна среда. Напълнените с масло токови трансформатори се класифицират допълнително, както следва:
1: Жив танк тип CT
Активен резервоар означава, че резервоарът на CT се поддържа при системно напрежение. Точката на тежестта се намира на височина.
2: Мъртъв резервоар тип CT
Мъртъв резервоар означава, че резервоарът на CT се поддържа при земен потенциал. Точката на гравитация е по-ниска, отколкото при живи резервоари CT.
Измервателен токов трансформатор
Тези токови трансформатори се използват само за измерване и индикация. Токовите трансформатори от измервателен тип са проектирани за точност на измервателните функции в рамките на номиналния ток. Веднага щом токът надхвърли номиналните граници, измервателните КТ се насищат, за да ограничат повече ток в него. Измервателните КТ обаче имат по-ниски стойности на натоварване в сравнение със защитните токови трансформатори. Класът на измерване CT се представя най-вече от три параметъра.
Тези параметри включват точност, клас на измерване и натоварване на токовия трансформатор. Под CT има 0,3% граница на грешка, клас на измерване, обозначен с „B“ и натоварване от 0,9 Ω.
Защитен токов трансформатор
Тези токови трансформатори се използват само за защитни функции. Тези КТ работят в широк диапазон от номинални и токове на повреда. Следователно защитните КТ показват линеен отговор до 20 пъти от номиналното им ниво на ток. Защитните токови трансформатори се обозначават с техните стойности „C“, което показва съотношението на грешката и стойностите на напрежението на клемите.
За C клас C, границата на грешката е под 3%, стандартно натоварване от 2Ω, вторично напрежение от 200V.
Коефициент на обръщане на токови трансформатори
По-високите коефициенти на токов трансформатор могат да бъдат преобразувани в по-малки чрез модифициране на броя на контурите в първичната намотка. Помислете за нормална конструкция на 300/5A CT, където единична първична намотка преминава през прозореца, известна като еднопроходен CT. Същото може да бъде преконфигурирано чрез преминаване на първичната намотка два или три пъти през прозореца, известен като дву- или трипроходен КТ.
С два прохода на първична бобина, 300/5A може да се преобразува в еквивалента си 150/5A CT. По подобен начин с три прохода на първична намотка, 300/5A може да се преобразува в еквивалентния 100/5A CT.
Пример: Изчислете вторичен ток и напрежение
Помислете за Bar CT с пет първични навивки и 300 вторични навивки, които да се използват заедно с амперметър с вътрешно съпротивление 0,5 ома. Амперметърът трябва да осигурява пълно отклонение на скалата, когато първичният ток достигне 1000A.
Вторичният ток се дава от:
Изчисляване на напрежението чрез закона на Ом:
Заключение
Токовите трансформатори са инструментални трансформатори, използвани за измерване на токове с голяма величина, които не могат да бъдат измерени със стандартни амперметри. Токовите трансформатори осигуряват както измервателни, така и защитни функции в електрическите мрежи.