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.
Įprastas srovės transformatorių veikimo principas
Srovės transformatorius (CT) yra specialus transformatoriaus tipas, veikiantis remiantis elektromagnetinės indukcijos principu. Pagrindiniai jo projektavimo principai yra „srovės mažinimas“ ir „izoliavimas“.
Struktūra
Paprastai jį sudaro uždara geležinė šerdis, pirminė apvija su palyginti nedideliu apsisukimų skaičiumi (pagrindinėje grandinėje nuosekliai sujungta) ir antrinė apvija su santykinai dideliu vijų skaičiumi (prijungta prie elektros skaitiklio).
Ideali valstybė
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, o tai savo ruožtu indukuoja srovę I2 antrinėje pusėje. Santykis tarp judviejų yra toks:
I1 × N1=I2 × N2 + Im × N1
Kur N1 ir N2 yra pirminės ir antrinės apvijų apsisukimų skaičius, o Im yra sužadinimo srovė. Dėl didelės sužadinimo varžos konstrukcijoje Im yra labai mažas, todėl idealioje būsenoje jį galima supaprastinti taip:
I₁ × N₁ ≈ I₂ × N2 arba I1/I₂ ≈ N₂/N₁=Kₙ
Čia Kn yra vardinis posūkių santykis, pavyzdžiui, 1000/5A. Šiuo metu didelė srovė pirminėje pusėje tiksliai proporcingai paverčiama maža antrinės pusės srove (dažniausiai standartine 5A arba 1A verte), kad būtų galima saugiai išmatuoti prietaisais. Tuo pačiu metu CT antrinės grandinės potencialas yra labai mažas (paprastai tik keli voltai), saugiame diapazone.
Antrinės grandinės atvirosios grandinės principinė analizė
Kai antrinė grandinė atsidaro dėl tokių priežasčių, kaip atsilaisvinę gnybtai, nutrūkę laidai arba atsitiktinis atjungimas bandymo metu, jos veikimo būsena katastrofiškai pasikeičia.
| Darbo būsena | Normalus Uždarytas | Antrinė atviroji grandinė |
|---|---|---|
| Antrinė srovė I2 | Egzistuoja proporcingai I1 | I2=0 |
| Pagrindinis magnetinis srautas Φ | Veiksmingai slopinamas I2 generuojamo išmagnetinimo srauto, palaikomo žemo lygio | Praranda slopinimą, greitai prisisotina iki itin didelės vertės |
| Antrinė įtampa U2 | Labai žemas (keli voltai) | Sukelia aukštą įtampą nuo tūkstančių iki net dešimčių tūkstančių voltų |
| Fizinė esmė | Stiprus ryšys, gilus neigiamas grįžtamasis ryšys: I2 stipriai priešinasi Φ pokyčiui | Grįžtamojo ryšio nutraukimas-, energijos kaupimas: sužadinimui naudojami visi pirminiai amperų{1}} posūkiai I1N1 |
Pagrindinis fizinis procesas yra toks:
Išmagnetinimo grįžtamojo ryšio išnykimas
Įprasto veikimo metu antrinės srovės I2 generuojamas magnetinis srautas visada yra priešinga kryptimi, nei generuoja pirminė srovė I1, todėl sukuriamas stiprus „išmagnetinimo“ efektas, kuris apriboja bendrą magnetinį srautą šerdyje iki žemo lygio. Kai grandinė atidaroma, I2=0, ir išmagnetinimo efektas akimirksniu grįžta į nulį.
Greitas magnetinio srauto prisotinimas
Pirminiai ampero -apsukimai I1 ir N1, dabar nevaržomi, visiškai paverčiami įmagnetinančiojo ampero-apsukimais. Kadangi šerdies skerspjūvio plotas sukurtas mažam magnetinio srauto tankiui, šerdis greitai pereina į gilaus prisotinimo būseną.
Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, kintamasis magnetinis srautas sukelia elektrovaros jėgą visoje apvijoje. Kai magnetinis srautas smarkiai padidėja, antrinėje apvijoje bus indukuojama ypač aukšta įtampa U2.
Aukštos įtampos generavimas
Esant galios dažnio sąlygoms, kai pirminė kelių šimtų amperų srovė, atviros-grandinės antrinės pusės indukcinė įtampa gali lengvai pasiekti kelis tūkstančius voltų, o kraštutiniais atvejais viršyti 10 kilovoltų.
Atviros grandinės antrinėje srovės transformatoriaus pusėje pavojai
Aukšta įtampa ir ją lydintys reiškiniai, atsirandantys dėl atviros grandinės antrinėje pusėje, gali sukelti daugybę pavojų grandininių reakcijų.
Elektros smūgio pavojus
Tūkstančiai voltų aukštos įtampos antriniuose gnybtuose tiesiogiai kelia rimtą elektros smūgio pavojų. Techninės priežiūros ir remonto personalas, besiliečiantis su šia įtampa be atsargumo priemonių, gali patirti elektros smūgį.
Įrangos pažeidimas
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 taškas (pvz., laisvas gnybtas) generuos nuolatinį elektros lanką esant aukštai įtampai. Aukšta lanko temperatūra gali išdeginti įrangą, uždegti aplinkines degiąsias medžiagas, o aukštos{1}}temperatūros dujos, susikaupusios sandarioje spintelėje, gali net sukelti elektros sprogimą.
Sistemos veikimo pavojai
Matavimo netikslumas ir gedimas: CT-tipo energijos skaitikliams dėl nulinės įvesties srovės jie negalės išmatuoti 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.
Išvada
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 CT grandinėmis, reikia griežtai laikytis „neatsidarančių grandinių prevencijos“.
Tuo pačiu metu antrinė srovės transformatoriaus pusė, prijungta prie elektros skaitiklio, turi būti įžeminta. Tai kartu su „griežtai uždraudimu atviromis grandinėmis antrinėje pusėje“ yra dvi pagrindinės KT veikimo ir priežiūros taisyklės. Įžeminimas leidžia greitai nuleisti aukštos įtampos viršįtampius į žemę per įžeminimo laidą, taip užkertant kelią staigiam antrinio potencialo padidėjimui, kuris gali sukelti įrangos perdegimą arba elektros šoko avariją.