Како струјните трансформатори овозможуваат безбедно и прецизно следење на електроенергетскиот систем?

1. Вовед во струјни трансформатори

A Струен трансформатор(CT) е суштински инструмент трансформатор кој се користи во електроенергетските системи за претворање на високи примарни струи во пропорционално помали, мерливи секундарни струи[референца:0]. Оваа конверзија овозможува безбедно следење, мерење и заштита на високонапонските далноводи без изложување на операторите или инструментите на опасни струјни нивоа[референца:1]. Со обезбедување на електрична изолација помеѓу примарното коло и секундарните мерни уреди,Струјни трансформаториго формираат столбот на модерната инструментација на електроенергетскиот систем[референца:2].

Основната улога на АСтруен трансформаторе да се размерат големите струи - кои се движат од неколку ампери до десетици илјади ампери - до стандардизирани секундарни вредности како што се 5 А или 1 А, кои се компатибилни со релеи, метри и дигитални инструменти[референца:3][референца:4]. Оваа способност за скалирање, во комбинација со галванска изолација, го правиСтруен трансформаторнезаменлив во комунални трафостаници, индустриски капацитети и инсталации за обновлива енергија[референца:5].

Клучни атрибути кои дефинираат висок квалитетСтруен трансформаторвклучуваат точност, линеарност, термичка стабилност и интегритет на изолацијата[референца:6]. Без разлика дали се распоредени во внатрешна конфигурација од лиена смола или надворешен дизајн потопен во масло,Струен трансформатормора да ги одржува своите специфицирани перформанси и при нормални услови на оптоварување и во услови на дефект[референца:7].

2. Работен принцип на струјни трансформатори

Струјни трансформаториработат на принципот на електромагнетна индукција, кој е регулиран со Фарадејовиот закон[референца:8][референца:9]. Примарната намотка - обично едно поминување или неколку вртења на проводникот што носи струја - се поврзува во серија со линијата што ја носи струјата што треба да се мери[референца:10]. Оваа примарна струја генерира наизменичен магнетен тек во јадрото на трансформаторот[референца:11].

Секундарното намотување, кое се состои од многу вртења намотани околу истото јадро, го пресретнува овој променлив магнетски тек и индуцира секундарна струја која е пропорционална на примарната струја[референца:12][референца:13]. Односот на примарната струја до секундарната струја се дефинира со односот на вртежите, а односот на номиналната струја е означен како Kn = I1n / I2n[референца:14]. На пример, аСтруен трансформаторсо сооднос 400:5 претвора 400 ампери примарна струја во 5 ампери секундарна струја[референца:15].

За разлика од напонските трансформатори, кои работат под речиси отворено секундарно коло,Струјни трансформаторимора да одржува затворено секундарно коло со мала импеданса за време на работата[референца:16]. Тоа е затоа што секундарната струја произведува демагнетизирачки флукс кој се спротивставува на примарниот флукс, одржувајќи ја густината на флуксот на јадрото во безбеден опсег на работа. Ако секундарното коло се отвори додека тече примарната струја, ефектот на демагнетизирање исчезнува, предизвикувајќи јадрото да се засити и да произведе опасно високи напони[референца:17][референца:18].

Минијатурни или инструментиСтрујни трансформаториобезбедуваат излези на ниво на милиампери за лабораториски апликации или апликации за собирање податоци, премостувајќи го јазот помеѓу системите со висока моќност и чувствителните мерни инструменти[референца:19].

3. Класификација на струјни трансформатори

Струјни трансформаториможе да се категоризира по повеќе димензии, вклучително и изолационен медиум, метод на инсталација и функционална намена. Разбирањето на овие класификации е од клучно значење за изборот на вистинскиот КТ за дадена апликација[референца:20].

3.1 Класификација по изолационен медиум

• Сув типСтруен трансформатор:Користи обични изолациски материјали натопени со лак[референца:21]. Овие се компактни, погодни за одржување и отпорни на пламен, што ги прави погодни за внатрешни инсталации[референца:22].
• Лиена смолаСтруен трансформатор:Формиран со епоксидна смола или други смеси на смола[референца:23]. Оваа конструкција нуди одлична механичка сила, отпорност на влага и диелектрични својства[референца:24].
• Потопено во маслоСтруен трансформатор:Изолиран со изолациона хартија и масло[референца:25]. Обично се користи во апликации на отворено каде што е потребно супериорно ладење и изолација[референца:26].
• Изолирани со гасСтруен трансформатор:Примарната изолација се состои од гас (обично SF6)[референца:27]. Овие најчесто се наоѓаат во трафостаници со гасна изолација (GIS)[референца:28].

3.2 Класификација по метод на инсталација

• Преку-типСтруен трансформатор:Дизајниран да поминува низ панел или ѕид[референца:29]. Примарниот проводник се пренесува низ централен отвор.
• Столб-типСтруен трансформатор:Монтиран на рамнина или столб, кој служи како потпора на проводникот на примарното коло[референца:30].
• Тип на ракавСтруен трансформатор:Директно монтиран на изолирана черупка без посебен примарен проводник или изолација[референца:31].
• СобирницаСтруен трансформатор:Инсталиран директно на шина, при што самата собирница делува како примарен проводник[референца:32].

3.3 Класификација по функционална намена

• МерењеСтруен трансформатор:Дизајниран за висока точност во нормален работен опсег, обично со класи како 0,2, 0,5 или 1,0[референца:33].
• ЗаштитаСтруен трансформатор:Дизајниран да ги одржува перформансите под услови на дефект, често специфицирани со класи како 5P10 или 5P20[референца:34].

4. Како да го изберете вистинскиот струен трансформатор

Избор на аСтруен трансформаторбара внимателна евалуација на неколку технички параметри. Следниве фактори се најважни:

4.1 Примарна тековна оцена

КТ мора да биде оценет за максималната континуирана примарна струја на колото, со соодветна маргина за условите на преоптоварување. Стандардните примарни оценки се движат од 5 А до над 10.000 А[референца:35].

4.2 Секундарна тековна оцена

Вообичаени споредни оценки се 5 А и 1 А[референца:36]. А 1 А секундарното често се претпочита за долги кабли бидејќи го намалува оптоварувањето и падот на напонот[референца:37].

4.3 Класа на точност

Класата на точност ја дефинира максималната дозволена грешка при номинална струја[референца:38]. За апликации за мерење типични се класите 0.2, 0.5 и 1.0. За заштита, класите како 5P10 (5% грешка при 10 пати номинална струја) се вообичаени[референца:39].

4.4 Оценка за оптоварување

Товарот е вкупната импеданса на секундарното коло, изразена во VA[референца:40]. Оценката за оптоварување на КТ мора да го надмине поврзаното оптоварување за да се одржи точноста[референца:41].

4.5 Ниво на изолација

Изолацијата мора да го издржи напонот на системот и сите минливи пренапони. Ова одредува дали е соодветна КТ од сув тип, леана смола, потопена во масло или гас изолирана[референца:42].

5. Апликации во електроенергетските системи

Струјни трансформаторисе распоредени во речиси секој сегмент од електроенергетската индустрија. Нивните примарни апликации спаѓаат во три широки категории:

• Мерење на електроенергетскиот систем: Струјни трансформаториОбезбедете скалести тековни сигнали до енергетските броила според приходите, овозможувајќи прецизно следење на наплатата и потрошувачката[референца:43].
• Заштитно реле:КТ снабдуваат тековни сигнали до заштитните релеи кои откриваат прекумерна струја, диференцијал, дефект на земјата и други абнормални услови[референца:44][референца:45].
• Следење и контрола на системот:КТ овозможуваат мерење на струја во реално време за SCADA системи, управување со оптоварување и анализа на квалитетот на енергијата[референца:46].

Во комуналните трафостаници,Струјни трансформаторисе инсталирани на влезните фидери, трансформатори и излезни линии [референца:47]. Во индустриските средини, тие ги следат струите на моторот, оптоварувањето на процесите и дистрибуираните извори на производство [референца:48]. Системите за обновлива енергија - вклучувајќи соларни фарми и турбини на ветер - се потпираат наСтрујни трансформаториза меѓусебно поврзување на мрежата и следење на перформансите[референца:49].

Надвор од традиционалните електроенергетски системи,Струјни трансформаторисе наоѓаат и во:

• Единици за дистрибуција на енергија во центарот за податоци (PDU)
• Инфраструктура за полнење на електрични возила
• Градење системи за управување со енергија
• Железнички влечни електроенергетски системи
• Морски и офшор електрични инсталации

6. Струен трансформатор наспроти напонски трансформатор

Додека и дветеСтрујни трансформатории напонски трансформатори (VTs) се инструмент трансформатори кои се користат во електроенергетските системи, тие служат изразито различни функции[референца:50].

Основната разлика е дека аСтруен трансформаторе дизајниран да ја мери струјата и работи со затворено секундарно коло, додека напонскиот трансформатор го мери напонот и работи со речиси отворено секундарно коло[референца:61]. Оваа разлика ги диктира нивните соодветни методи за поврзување, безбедносните размислувања и домени на апликацијата.

7. Заеднички прашања и најдобри практики

Струјни трансформаторисе робусни уреди, но тие се подложни на неколку добро познати начини на дефект. Разбирањето на овие прашања е од суштинско значење за сигурен дизајн и работа на системот.

7.1 Отворено секундарно коло

Ова е најкритичната опасност поврзана соСтрујни трансформатори. Ако секундарното коло се отвори додека тече примарната струја, демагнетизирачкиот ефект на секундарната струја се губи[референца:62]. Густината на флуксот на јадрото драматично се зголемува, што доведува до сериозна заситеност и генерирање на опасно високи напони - потенцијално стотици или илјадници волти[референца:63][референца:64]. Ова може да предизвика дефект на изолацијата, електричен удар и оштетување на опремата[референца:65].

• Секогаш скратувајте ги секундарните терминали на КТ пред да ги извадите или работите на поврзаните инструменти[референца:66].
• Инсталирајте блокови за скратување или тест прекинувачи на сите секундарни кола за КТ.
• Никогаш не потпирајте се на осигурувачи или прекинувачи за исклучување во секундарните кола на КТ.

7.2 Заситеност на јадрото

Заситеноста се јавува кога густината на флуксот на јадрото го надминува линеарниот регион на кривата B-H. Ова може да се случи поради прекумерна примарна струја (за време на дефекти) или DC поместени компоненти[референца:67]. Заситеноста ја искривува секундарната струјна бранова форма, предизвикувајќи грешки при мерењето и потенцијална погрешна работа на заштитните релеи.

7.3 Деградација на изолацијата

Со текот на времето, изолационите материјали може да се распаднат поради термички стрес, навлегување на влага или стареење на струја. Се препорачуваат редовно тестирање на отпорот на изолација и визуелни прегледи[референца:68].

7.4 Најдобри практики за инсталација и пуштање во работа

• Потврдете ги податоците од табличката со име:Потврдете дека односот, класата на точност, оптоварувањето и нивото на изолација на CT одговараат на барањата на системот[референца:69].
• Обезбедете правилно заземјување:Секундарното коло мора да биде сигурно заземјено во една точка за да се спречат опасните индуцирани напони[референца:70].
• Изведете примарни тестови за инјектирање:Овие тестови го потврдуваат односот и поларитетот на КТ со вбризгување на позната примарна струја и мерење на секундарниот излез [референца:71].
• Проверете ги жиците и поларитетот:Неправилниот поларитет може да предизвика погрешна работа на диференцијалното реле и неточни мерења на моќноста[референца:72].
• Спроведете тестови за изолација:Измерете го отпорот на изолацијата помеѓу намотките и земјата за да откриете деградација[референца:73].

8. Често поставувани прашања