Galios matavimo ir stebėjimo sistemose energijos skaitikliai, kuriems reikalingi išoriniai srovės transformatoriai (CT), yra visur; jie yra mūsų „akys“, skirtos tiksliai pajusti dideles sroves. Tačiau šioje sudėtingoje sistemoje slypi esminė taisyklė, kurios visada reikia laikytis: antrinė srovės transformatoriaus pusė niekada negali būti naudojama atviroje{1}}grandinėje. Šiame straipsnyje bus nagrinėjami šios taisyklės principai ir pavojai.
Normalus srovės transformatoriaus veikimo principas
Srovės transformatorius (CT) yra specialus transformatoriaus tipas, veikiantis remiantis elektromagnetinės indukcijos principu. Jo pagrindinis dizainas orientuotas į „srovės mažinimą“ ir „izoliavimą“.
1. Konstrukcija: Paprastai ją sudaro uždara geležinė šerdis, pirminė apvija su mažiau apsisukimų (sujungta nuosekliai su pagrindine grandine) ir antrinė apvija su daugiau vijų (prijungta prie energijos skaitiklio).
2. Ideali būsena: normaliai uždaroje grandinėje CT veikia maždaug „trumpojo jungimo“ būsenoje. Pagal Ampero grandinės dėsnį ir elektromagnetinės indukcijos dėsnį, pirminė srovė I1 generuoja kintamąjį magnetinį srautą Φ geležies šerdyje, o tai savo ruožtu indukuoja srovę I2 antrinėje pusėje. Santykis tarp jų yra toks:
I1 × N1=I2 × N2 + Im×N1
kur N1 ir N2 – pirminės ir antrinės apvijų apsisukimų skaičius, o Im – sužadinimo srovė. Dėl didelės sužadinimo varžos konstrukcijoje Im yra labai mažas, todėl idealiu atveju jį galima supaprastinti taip:
Čia Kn yra vardinis transformacijos koeficientas, pavyzdžiui, 1000/5A. Šiuo metu didelė srovė pirminėje pusėje tiksliai ir proporcingai paverčiama maža srove antrinėje pusėje (dažniausiai standartinė vertė 5A arba 1A), kad prietaisas būtų saugiai matuojamas. Tuo pačiu metu CT antrinės grandinės potencialas yra labai mažas (dažniausiai tik keli voltai), o tai yra saugiame diapazone.
Principinė analizė, kai antrinė pusė yra atvira{0}}sujungta
Kai antrinė grandinė atsidaro dėl atsilaisvinusių gnybtų, nutrūkusių laidų ar atsitiktinio atjungimo bandymo metu, jos veikimo būsena katastrofiškai pasikeičia.
| Eksploatacijos būklė | Paprastai uždaryta | Antrinė atviroji grandinė |
|---|---|---|
| Antrinė srovė I₂ |
Dabartis, proporcinga I₁ | I₂ = 0 |
| Pagrindinis magnetinis srautas Φ |
I₂ sukuriamas išmagnetinimo srautas efektyviai slopina šerdies srautą, palaikydamas žemą lygį | Prarandamas slopinimas; srautas greitai prisotinamas iki itin aukšto lygio |
| Antrinė įtampa U₂ |
Labai žemas (keli voltai) | Indukuota aukšta įtampa nuo kelių kilovoltų iki dešimčių kilovoltų |
| Fizinė prigimtis | Stiprus ryšys, gilus neigiamas grįžtamasis ryšys: I₂ griežtai prieštarauja Φ pokyčiams | Grįžtamasis ryšys nutrauktas, energijos kaupimasis: visi pirminiai amperų -apsukimai (I₁N₁) naudojami įmagnetinimui |
Pagrindiniai fiziniai procesai yra tokie👇:
1. Išmagnetinimo grįžtamojo ryšio išnykimas:Įprasto veikimo metu antrinės srovės I2 generuojamas magnetinis srautas visada yra priešingos krypties pirminės srovės I1 generuojamo magnetinio srauto kryptimi, sukuriant stiprų „išmagnetinimo“ efektą, kuris apriboja gaunamą magnetinį srautą geležies šerdyje iki žemo lygio. Kai grandinė atidaroma, I2=0, ir išmagnetinimo efektas akimirksniu sumažėja iki nulio.
2. Greitas magnetinio srauto prisotinimas:Nesubalansuoti pirminiai ampero -apsukimai I1N1 visiškai paverčiami įdomiais amper-apsukimais. Kadangi geležies šerdies skerspjūvio plotas{5}}sukurtas mažam magnetinio srauto tankiui, geležinė šerdis greitai patenka į gilaus prisotinimo būseną.
Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, kintamasis magnetinis srautas sukelia elektrovaros jėgą per apvijas. Sparčiai didėjant magnetiniam srautui, antrinėje apvijoje bus indukuojama itin aukšta įtampa U2.
3. Aukštos įtampos generavimas:Esant galios dažnio sąlygoms, kai pirminė kelių šimtų amperų srovė, indukcinė įtampa atviroje-įjungtoje antrinėje pusėje gali lengvai pasiekti kelis tūkstančius voltų, o kraštutiniais atvejais – viršyti 10 kilovoltų.
Atviros grandinės antrinėje srovės transformatoriaus pusėje pavojai.
Aukšta įtampa ir susiję reiškiniai, kuriuos sukelia antrinė atvira{0}}grandinė, gali sukelti daugybę grandininės{1}}reakcijos pavojų.
1. Elektros smūgio pavojus darbuotojams
Tūkstančiai voltų aukštos įtampos yra ant antrinių laidų gnybtų, tiesiogiai sukeldami didelį elektros smūgio pavojų. Techninės priežiūros ir tikrinimo personalas gali patirti elektros smūgį, jei netyčia palies šiuos gnybtus be tinkamos apsaugos.
2. Įrangos pažeidimas
● Izoliacijos gedimas: Aukšta įtampa pirmiausia pertrauks izoliaciją tarp antrinės apvijos posūkių, tarp sluoksnių arba izoliaciją tarp antrinės grandinės ir žemės, todėl CT bus pažeista visam laikui.
● Perkaitimas ir deginimas: po to, kai šerdis tampa labai prisotinta, ji sukuria didžiulius sūkurinės srovės ir histerezės nuostolius, todėl šerdis perkaista. Tai gali sudeginti apvijos izoliaciją ir netgi sukelti gaisrą.
● Lankas ir sprogimas: atviros{0}}grandinės vietos (pvz., atsilaisvinę gnybtai) generuos nuolatinius lankus esant aukštai įtampai. Aukšta lankų temperatūra gali sugadinti įrangą, uždegti aplinkines degias medžiagas, o susikaupusios aukštos -temperatūros dujos uždarose spintose gali net sukelti elektros sprogimą.
3. Pavojai sistemos veikimui
Matavimo praradimas ir gedimas: CT-tipo elektros skaitiklių įvesties srovė tampa lygi nuliui, todėl jie negali matuoti elektros energijos. Dėl to prarandama skaitoma elektros energija ir gali kilti ginčų dėl prekybos atsiskaitymų.
Pavojingos{0}}aukštos įtampos kibirkštys: jos ne tik veikia kaip uždegimo šaltinis, bet ir jų generuojami intensyvūs elektromagnetiniai impulsai gali trikdyti netoliese esančią elektroninę įrangą.
Išvada
Atvira grandinė antrinėje srovės transformatoriaus (CT) pusėje sukelia smarkų elektromagnetinės energijos kaupimąsi, kuri galiausiai išsiskiria aukštos įtampos, stiprių lankų ir perkaitimo pavidalu – tai fizinis katastrofiškas procesas. Todėl atliekant visus darbus, susijusius su CT grandinėmis, reikia griežtai laikytis „atvirų grandinių prevencijos“.
Tuo pačiu metu antrinė srovės transformatoriaus pusė, prijungta prie energijos skaitiklio, turi būti įžeminta. Tai kartu su „griežtai uždraudžiant atviras grandines antrinėje pusėje“ yra dvi pagrindinės KT veikimo ir priežiūros taisyklės. Įžeminimas leidžia greitai nuleisti aukštą įtampą į žemę per įžeminimo laidą, taip užkertant kelią staigiam antrinio šoninio potencialo padidėjimui, galinčiam sugadinti įrangą arba sukelti elektros šoką.