Galios matavimo ir stebėjimo sistemose elektros skaitikliai, kuriems reikalingi išoriniai srovės transformatoriai (CT), yra visur; jie yra mūsų „akys“, skirtos tiksliai pajusti didžiules sroves. Tačiau šioje sudėtingoje sistemoje slypi griežta taisyklė, kurios reikia laikytis visada: antrinė srovės transformatoriaus pusė niekada negali būti naudojama esant atvirai grandinei. Šiame straipsnyje bus nagrinėjami pagrindiniai principai ir su tuo susiję pavojai.
Normalus srovės transformatoriaus veikimo principas
CT (srovės transformatorius) yra specialus transformatoriaus tipas, veikiantis remiantis elektromagnetinės indukcijos principu. Pagrindiniai jo projektavimo principai yra „srovės mažinimas“ ir „izoliavimas“.
1. Konstrukcija: Paprastai ją sudaro uždara geležinė šerdis, pirminė apvija su mažiau apsisukimų (sujungta nuosekliai pagrindinėje grandinėje) ir antrinė apvija su daugiau vijų (prijungta prie elektros skaitiklio).
2. Ideali būsena: įprastoje uždaroje grandinėje CT veikia maždaug „trumpojo jungimo“ būsenoje. Pagal Ampero grandinės dėsnį ir elektromagnetinės indukcijos dėsnį, pirminė srovė I1 generuos kintamąjį magnetinį srautą Φ geležies šerdyje, kuris vėliau sukels srovę I2 antrinėje pusėje. Santykis tarp judviejų yra toks:
Kur N1 ir N2 yra pirminės ir antrinės apvijų apsisukimų skaičius, o Im yra sužadinimo srovė. Dėl labai didelės sužadinimo varžos ir itin mažo dizaino im, idealiomis sąlygomis jį galima supaprastinti iki šių:
Čia Kn reiškia vardinį transformacijos santykį, pvz., 1000/5A. Šiuo atveju didelė srovė pirminėje pusėje tiksliai ir proporcingai konvertuojama į mažą srovę antrinėje pusėje (paprastai standartinė vertė yra 5A arba 1A), kad būtų galima saugiai išmatuoti prietaisą. Tuo pačiu metu srovės transformatoriaus (CT) antrinės grandinės potencialas yra labai mažas (paprastai tik keli voltai), saugiame diapazone.
Principinė analizė, kai antrinė pusė yra atvira
Kai antrinė grandinė atsidaro dėl atsilaisvinusių gnybtų, nutrūkusių laidų ar atsitiktinio atjungimo bandymo metu, jos veikimo būsena katastrofiškai pasikeičia.
| Veikimo būsena | Normalus uždarymas | Antrinio kelio atidarymas |
|
|
Egzistuoja proporcingai I1 |
|
|
Φ |
Efektyviai slopinamas I2 generuojamo išmagnetinimo srauto, išlaikant žemą lygį | Slopinimo praradimas, greitas prisotinimas iki itin didelių verčių |
|
|
Labai žemas (keli voltai) | Buvo sukelta aukšta tūkstančių ar net dešimčių tūkstančių voltų įtampa. |
| Fizinė prigimtis | Stiprus ryšys, gilus neigiamas grįžtamasis ryšys: I2 stipriai priešinasi Φ pokyčiams | Grįžtamojo ryšio nutraukimas ir energijos kaupimas: sužadinimui naudojami visi pirminiai amperų{0}} posūkiai I1 ir N1. |
Jo pagrindiniai fiziniai procesai yra tokie:
1: Išmagnetinimo grįžtamojo ryšio išnykimas
Įprasto veikimo metu antrinės srovės I2 generuojamas magnetinis srautas visada yra priešinga pirminės srovės I1 generuojamo magnetinio srauto kryptimi, sukuriant stiprų „išmagnetinimo“ efektą, kuris apriboja bendrą magnetinį srautą geležies šerdyje iki žemo lygio. Kai grandinė atidaroma, I2=0 ir išmagnetinimo efektas akimirksniu grįžta į nulį.
2: greitas magnetinio srauto prisotinimas
Nesubalansuoti pirminio ampero -apsukimai I1 ir N1 visiškai paverčiami įmagnetinančiojo ampero-apsukimais. Kadangi šerdies skerspjūvio plotas{5}}sukurtas mažam magnetinio srauto tankiui, šiuo metu šerdis greitai pereina į gilaus prisotinimo būseną.
Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, kintamasis magnetinis srautas sukels elektrovaros jėgą visoje apvijoje. Magnetiniam srautui smarkiai padidėjus, antrinėje apvijoje bus indukuojama itin aukšta įtampa U2.
3: Aukšto slėgio generavimas
Esant galios dažnio sąlygoms, kai pirminė kelių šimtų amperų srovė, atviros{0}}grandinės antrinės pusės indukcinė įtampa gali lengvai pasiekti kelis tūkstančius voltų, o kraštutiniais atvejais – viršyti 10 kilovoltų.
Nacionaliniame standarte GB/T 20840.2-2014 m. „Prietaisų transformatoriai. 2 dalis: papildomi techniniai reikalavimai srovės transformatoriams“ nustatyti griežti prietaisų transformatorių izoliacijos našumo reikalavimai, ir ši staigi aukšta įtampa gerokai viršijo įprastą projektinį pajėgumą.
Atviros grandinės antrinėje srovės transformatoriaus pusėje pavojai
Aukšta įtampa ir ją lydintys reiškiniai, kuriuos sukelia antrinė atvira grandinė, gali sukelti daugybę pavojų grandininių reakcijų.
1. Elektros smūgio pavojus: antriniuose gnybtuose yra tūkstančiai voltų aukštos įtampos, o tai tiesiogiai kelia rimtą elektros smūgio pavojų. Techninės priežiūros ir remonto personalas, besiliečiantis su šia įtampa be atsargumo priemonių, gali patirti elektros smūgį.
2. Įrangos žala:
Izoliacijos gedimas: aukšta įtampa pirmiausia suardys antrinės apvijos tarp-posūkių ir-sluoksnių izoliaciją arba suardys izoliaciją į žemę antrinėje grandinėje, todėl srovės transformatorius (CT) bus pažeistas visam laikui.
Perkaitimas ir perdegimas: kai geležinė šerdis yra labai prisotinta, ji sukels didžiules sūkurines sroves ir histerezės nuostolius, todėl geležinė šerdis perkais, o tai gali perdegti apvijos izoliaciją ir netgi sukelti gaisrą.
Elektros lankas ir sprogimas: atviros grandinės taškai (pvz., atsilaisvinę gnybtai) generuos nuolatinį elektros lanką esant aukštai įtampai. Aukšta lanko temperatūra gali perdegti įrangą, uždegti aplinkines degiąsias medžiagas, o aukštos temperatūros dujos, susikaupusios sandarioje spintelėje, gali net sukelti elektros sprogimą.
3. Sistemos veikimo pavojai
Matavimo netikslumas ir gedimas: CT{0}}tipo energijos skaitikliams dėl nulinės įvesties srovės jie negalės matuoti elektros energijos, todėl bus prarasta elektra ir gali kilti ginčų dėl prekybos.
Pavojingų aukštos{0} įtampos kibirkščių generavimas: tai ne tik uždegimo šaltinis, bet ir dėl to atsirandantys stiprūs elektromagnetiniai impulsai gali trikdyti netoliese esančią elektroninę įrangą.
Apibendrinti
Atvira grandinė antrinėje srovės transformatoriaus pusėje sukelia smarkų elektromagnetinės energijos kaupimąsi, galiausiai sukeliančią fizinę katastrofą, pasireiškiančią aukšta įtampa, stipriais elektros lankais ir perkaitimu. Todėl atliekant visus darbus, susijusius su KT grandinėmis, reikia griežtai laikytis „atviros grandinės prevencijos“ kaip procedūros.
Tuo tarpu antrinė srovės transformatoriaus pusė, prijungta prie elektros skaitiklio, turi būti įžeminta. Tai kartu su „griežtai uždraudžiant atviras grandines antrinėje pusėje“ yra dvi pagrindinės KT veikimo ir priežiūros taisyklės. Po įžeminimo pakilusi aukšta įtampa gali būti greitai išleidžiama į žemę per įžeminimo laidą, taip išvengiant įrangos perdegimo ar elektros smūgio avarijų, kurias sukelia staigus antrinio šono potencialo padidėjimas.