Μετασχηματιστές ρεύματος (CT)
Οι μετασχηματιστές ρεύματος (CTs) είναι εξειδικευμένα ηλεκτρικά όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση και την παρακολούθηση του εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) ή την ανίχνευση υψηλών επιπέδων ρεύματος σε συστήματα ισχύος. Αυτά τα όργανα επιτελούν μια ουσιαστική λειτουργία για τη διασφάλιση της προστασίας και την παροχή δυνατοτήτων για ακριβείς εφαρμογές μέτρησης. Μειώνοντας αποτελεσματικά τις υψηλές τιμές ρεύματος σε ένα τυποποιημένο επίπεδο, οι CT διασφαλίζουν την ασφαλή εκτέλεση των μετρήσεων και επιτρέπουν τη σωστή λειτουργία των διασυνδεδεμένων συσκευών στο σύστημα.
Το πρωτεύον τύλιγμα αποτελείται από μία μόνο στροφή μεγάλης διατομής που συνδέεται σε σειρά με τον αγωγό μεταφοράς υψηλού ρεύματος. Η δευτερεύουσα περιέλιξη περιλαμβάνει πολλές στροφές μικρής επιφάνειας διατομής. Το δευτερεύον πηνίο συνδέεται με ένα κανονικό αμπερόμετρο για μετρήσεις ρεύματος.
Αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή ρεύματος
Οι μετασχηματιστές ρεύματος χρησιμοποιούν την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για να λειτουργούν αποτελεσματικά. Αυτές οι συσκευές αποτελούνται από δύο ζωτικά στοιχεία: πρωτεύον και δευτερεύον τύλιγμα. Το πρωτεύον τύλιγμα διασυνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα υψηλού ρεύματος, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο ανάλογο με το ρεύμα ροής.
Αντίθετα, η δευτερεύουσα περιέλιξη συνδέεται με συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση ή την παροχή προστασίας. Σχεδιάζεται σκόπιμα με έναν ξεχωριστό αριθμό στροφών σε σύγκριση με το πρωτεύον τύλιγμα, καθορίζοντας την αναλογία μετασχηματισμού. Κατά συνέπεια, η δευτερεύουσα περιέλιξη παράγει ένα ρεύμα που αντικατοπτρίζει με ακρίβεια την αναλογικότητα του πρωτεύοντος ρεύματος.
Οι μετασχηματιστές ρεύματος είναι βασικά μετασχηματιστές που αυξάνουν την τάση και μειώνουν το ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη.
Για τους μετασχηματιστές, η αναλογία δευτερεύοντος και πρωτεύοντος ρεύματος ισούται με την αναλογία στροφών στο πρωτεύον και δευτερεύον τύλιγμα, όπως δίνεται από:
Στην περίπτωση του μετασχηματιστή ρεύματος, ο λόγος της στροφής είναι αρκετά υψηλός και επομένως ο λόγος μεταξύ δευτερεύοντος και πρωτεύοντος ρεύματος είναι σημαντικά υψηλός.
Οι αναλογίες CT είναι γενικά της τάξης των 500:2, 200:1. Η αναλογία CT 500:2 υποδηλώνει τη μετατροπή από πρωτεύον ρεύμα 500Α σε δευτερεύον ρεύμα 2Α.
Τύποι μετασχηματιστών ρεύματος
Οι μετασχηματιστές ρεύματος έχουν διαφορετικές παραλλαγές ανάλογα με τον τύπο κατασκευής και τη μόνωση. Ταξινομούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: εσωτερικούς και εξωτερικούς τύπους.
Μετασχηματιστής ρεύματος εσωτερικού χώρου
Οι μετασχηματιστές ρεύματος εσωτερικού χώρου χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους και μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριους τύπους με βάση την κατασκευή:
1: Μπάρα τύπου CT
Αυτοί οι μετασχηματιστές ρεύματος χρησιμοποιούν μεταλλικές ράβδους ως πρωτεύον τύλιγμα και επομένως ονομάζονται μετασχηματιστές ρεύματος τύπου ράβδου.
2: Υποδοχή/Παράθυρο/Τύπος Δακτυλίου CT
Αυτοί οι μετασχηματιστές ρεύματος έχουν σχήμα κοίλου και ο πρωτεύων αγωγός τοποθετείται μέσα σε αυτό το άνοιγμα:
3: CT τύπου διαχωρισμένου πυρήνα
Είναι ένας ειδικός τύπος μετασχηματιστή ρεύματος που μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη. Αυτό το είδος διάταξης μπορεί να παρέχει εύκολη πρόσβαση στο άνοιγμα της δομής και των περιελίξεων.
3: CT Τύπου τραύματος
Οι πρωτεύουσες περιελίξεις αυτών των μετασχηματιστών ρεύματος τυλίγονται γύρω από τον κεντρικό πυρήνα. Ο αριθμός των στροφών θα είναι οποιοσδήποτε αριθμός μεγαλύτερος από μία.
Οι μετασχηματιστές ρεύματος εσωτερικού χώρου μπορούν επίσης να χωριστούν με βάση τη μόνωση. Αυτοί περιλαμβάνουν μετασχηματιστές ρεύματος με μόνωση ταινίας και μετασχηματιστές ρεύματος με μόνωση χυτής ρητίνης.
Μετασχηματιστής ρεύματος εξωτερικού χώρου
Οι μετασχηματιστές ρεύματος εξωτερικού χώρου εγκαθίστανται σε εξωτερικούς χώρους και μπορούν να χωριστούν με βάση την αρχή λειτουργίας τους. Καθώς είναι σε εξωτερικούς χώρους, απαιτούν τόσο μόνωση όσο και ψύξη για τη λειτουργία τους. Κυρίως, το λάδι μετασχηματιστή χρησιμοποιείται ως μονωτικό μέσο. Οι μετασχηματιστές ρεύματος με λάδι ταξινομούνται περαιτέρω ως εξής:
1: Ζωντανή δεξαμενή τύπου CT
Δεξαμενή υπό τάση σημαίνει ότι η δεξαμενή του CT διατηρείται στην τάση του συστήματος. Το σημείο βαρύτητας βρίσκεται σε ύψος.
2: Dead Tank Type CT
Η νεκρή δεξαμενή σημαίνει ότι η δεξαμενή του CT διατηρείται στο δυναμικό γείωσης. Το σημείο βαρύτητας είναι χαμηλότερο από ό,τι στα CT Live tank.
Μετασχηματιστής ρεύματος μέτρησης
Αυτοί οι μετασχηματιστές ρεύματος χρησιμοποιούνται μόνο για σκοπούς μέτρησης και ένδειξης. Οι μετασχηματιστές ρεύματος τύπου μέτρησης έχουν σχεδιαστεί για ακρίβεια στις λειτουργίες μέτρησης εντός του ονομαστικού ρεύματος. Μόλις το ρεύμα υπερβεί τα ονομαστικά όρια, οι μετρητές CT κορεσθούν για να περιορίσουν το μεγαλύτερο ρεύμα σε αυτό. Ωστόσο, οι δοσομετρικοί CT έχουν χαμηλότερες τιμές επιβάρυνσης σε σύγκριση με τους μετασχηματιστές ρεύματος προστασίας. Μια κατηγορία μέτρησης CT αντιπροσωπεύεται κυρίως από τρεις παραμέτρους.
Αυτές οι παράμετροι περιλαμβάνουν την ακρίβεια, την τάξη μέτρησης και το φορτίο του μετασχηματιστή ρεύματος. Κάτω από το CT έχει 0,3% του ορίου σφάλματος, κλάση μέτρησης που συμβολίζεται με «Β» και φορτίο 0,9 Ω.
Μετασχηματιστής ρεύματος προστασίας
Αυτοί οι μετασχηματιστές ρεύματος χρησιμοποιούνται μόνο για λειτουργίες προστασίας. Αυτοί οι CT λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα τόσο ονομαστικών ρευμάτων όσο και ρευμάτων σφάλματος. Ως εκ τούτου, οι CT προστασίας εμφανίζουν γραμμική απόκριση έως και 20 φορές από το ονομαστικό επίπεδο ρεύματος. Οι μετασχηματιστές ρεύματος προστασίας υποδηλώνονται με τις τιμές «C» που υποδεικνύουν την αναλογία σφάλματος και τις τιμές τάσης ακροδεκτών.
Για CT κατηγορίας C, το όριο σφάλματος είναι κάτω από 3%, τυπική επιβάρυνση 2Ω, δευτερεύουσα τάση 200V.
Αναλογία στροφών μετασχηματιστών ρεύματος
Οι υψηλότεροι λόγοι μετασχηματιστή ρεύματος μπορούν να μετατραπούν σε μικρότερους τροποποιώντας τον αριθμό των βρόχων στο πρωτεύον πηνίο. Σκεφτείτε μια κανονική κατασκευή 300/5A CT, όπου ένα μόνο πρωτεύον πηνίο κυκλώνει κατά μήκος του παραθύρου, γνωστό ως one pass CT. Το ίδιο μπορεί να διαμορφωθεί εκ νέου περνώντας το πρωτεύον πηνίο δύο ή τρεις φορές κατά μήκος του παραθύρου που είναι γνωστό ως CT δύο ή τριών περασμάτων.
Με δύο περάσματα πρωτεύοντος πηνίου, το 300/5A μπορεί να μετατραπεί στο αντίστοιχο CT 150/5A. Ομοίως με τρία περάσματα πρωτεύοντος πηνίου, το 300/5A μπορεί να μετατραπεί στο ισοδύναμο του CT 100/5A.
Παράδειγμα: Υπολογισμός δευτερεύοντος ρεύματος και τάσης
Θεωρήστε ένα CT Bar με πέντε κύριες στροφές και 300 δευτερεύουσες στροφές που θα χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με ένα αμπερόμετρο εσωτερικής αντίστασης 0,5 ohms. Το αμπερόμετρο θα πρέπει να παρέχει εκτροπή πλήρους κλίμακας όταν το πρωτεύον ρεύμα φτάσει τα 1000A.
Το δευτερεύον ρεύμα δίνεται από:
Υπολογισμός τάσης μέσω του νόμου του Ohm:
συμπέρασμα
Οι μετασχηματιστές ρεύματος είναι μετασχηματιστές οργάνων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση ρευμάτων υψηλού μεγέθους που δεν μπορούν να μετρηθούν με τυπικά αμπερόμετρα. Οι μετασχηματιστές ρεύματος παρέχουν λειτουργίες μέτρησης και προστασίας στα ηλεκτρικά δίκτυα.